Экологические последствия горнопромышленной деятельности

Разработка полезных ископаемых, инженерно-геологические работы вызывают наиболее масштабные и глубокие региональные изменения ландшафтов. В мире постоянно растут добыча и потребление полезных ископаемых: железных руд, нефти и газа, бокситов, цветных и редких металлов, нерудного сырья. При этом постепенно увеличивается глубина отработки месторождений, которая на угольных и железорудных шахтах достигла 1 км; разработка месторождений нефти и газа нередко производится на глубинах 3—4 км и более^[1][2]. О влиянии некоторых техногенных воздействий на ландшафтно-экологические условия дает представление табл. 6.1.

Влияние техногенных воздействий на ландшафтно-экологические условия¹

Таблица 6.1

По данным ООН, из недр Земли ежегодно добывается около 20 млрд т полезных ископаемых. При этом вместе с полезными ископаемыми из недр на поверхность поднимается еще больше пустых пород (по оценкам, до 150 млрд т ежегодно). Всего же за всю историю человечества, начиная с бронзового века, было выплавлено 16 млрд т различных металлов, в том числе в течение последних 45 лет — 11 млрд т. С середины XVI до середины XX в. добыча железа возросла в 5 тыс. раз, и темпы удваиваются каждые 10 лет^[3][4].

Изменения состава и свойств геологического субстрата при горнопромышленной деятельности связаны с отбором из недр вскрышных и вмещающих пород, полезных ископаемых и подземных вод, с дегазацией недр.

Под влиянием горных разработок меняются все компоненты природного ландшафта. В районах добычи полезных ископаемых образуется специфический рельеф (карьеры, терриконы, отвалы, хвостохранилища¹ и другие техногенные образования). При подземном способе добычи массивы горных пород сдвигаются в сторону выработанного пространства. В результате на дневной поверхности возникают трещины разрыва, провалы, воронки и оседания поверхности. При открытом способе развиваются оползни, обвалы, сели и другие экзогенные геологические процессы^[5][6].

Хвостохранилища будут представлять основную экологическую опасность и после завершения эксплуатации месторождений, так как наиболее интенсивно процесс окисления протекает при циклическом характере увлажнения и высыхания. Известно, что контакт сульфидсодержащих отвальных продуктов с почвой приводит к достаточно интенсивному переводу тяжелых металлов в водорастворимую форму, причем образующиеся органоминеральные комплексы устойчивы и не поддаются очистке традиционными реагентами. По мере увеличения длительности хранения хвостов относительное содержание силикатного никеля (и, вероятно, других тяжелых металлов) в твердой фазе хвостов растет.

Химическое, нередко радиоактивное и тепловое загрязнение окружающей среды — неизбежное следствие добычи, обогащения и переработки полезных ископаемых. Атмосфера, а через нее и почвенно-растительный покров, поверхностные и подземные воды загрязняются за счет газопылевых выбросов, образующихся в результате сжигания горючих ископаемых, а также пыли отвалов горных пород, золо-шлако-накопителей и поступления на поверхность шахтных и рудничных вод, дегазации горных выработок, горения отвалов, потерь при транспортировке, фильтрации из накопителей жидких отходов и т. д.^[4]

Изменение гидрогеологических условий целых регионов под влиянием деятельности горнодобывающих предприятий связано с отбором подземных вод. Падают дебиты (мощность, позволяющая осуществлять возможный расход воды) родников, исчезает вода в колодцах, осушаются болота, реки не получают подземного питания; происходит смещение подземных вод разных горизонтов; формируются депрессионные воронки, радиус которых достигает многих километров.

В результате окисления рассеянных сульфидов в подземных водах увеличивается содержание сульфатов, повышаются кислотность и агрессивность вод по отношению к вмещающим породам. Величина pH в шахтных и рудничных водах уменьшается до 2—3. Усиливается выщелачивание пород, в воде повышается концентрация железа, алюминия, марганца, нередко меди, цинка, свинца, мышьяка и других токсичных элементов.

При разработке нефтяных и газовых месторождений экологическую опасность представляют попутно добываемые рассолы, потери углеводородов при их добыче и транспортировке, увеличение сейсмичности, медленные оседания поверхности и связанное с этим заболачивание в таежной зоне.

При разработке месторождений твердых горючих ископаемых основной вред окружающей среде наносят откачиваемые кислые шахтные воды сульфатного и хлоридно-сульфатного состава с минерализацией до 10 г/дм³ и более, а также выделения метана из горных выработок, таящие угрозу взрыва¹.

Коренные золоторудные месторождения, как правило, содержат сульфидные минералы, которые при контакте с водой и воздухом образуют кислоту, растворяющую токсичные As, Cd и Pb. На территории отработанных россыпных месторождений золота Хабаровского края обнаружена достаточно высокая зараженность отходов техногенной и природной (киноварь) ртутью. Поскольку отвалы и другие отходы практически не изолированы от водных систем, они оказывают негативное влияние на экосистемы, находящиеся в границах их влияния. Вследствие использования в прошлом технологии ртутной амальгамации при освоении золотосодержащих россыпей произошло крупномасштабное загрязнение ртутью техногенных отвалов. Планируемое же освоение техногенных россыпей может привести к активизации относительно законсервированной ртути прошлых разработок. А это повлечет за собой «вторичное» ртутное загрязнение почвогрунтов, открытых водотоков и других компонентов долинных и сопряженных экосистем. Дренажными потоками золотодобывающего завода часто происходит вынос Fe, Pb, Zn, Cd, Си и As из сульфидных отходов в водные экосистемы, что приводит к угнетению и элиминации гидробионтов.

Разработка железорудных, бокситовых, марганцевых и других руд в осадочных и метаморфических породах может сопровождаться извлечением минерализованных и рассольных подземных вод.

Разработка полиметаллических сульфидных месторождений влияет на окружающую среду через окисление сульфидов и накопление в рудничных водах серной кислоты, свинца, меди, цинка, кадмия, алюминия и других токсичных элементов. Точно так же разработка месторождений редких металлов опасна в связи с возможностью перехода в рудничные воды и атмосферную пыль токсичных бериллия, селена, кадмия, индия, урана и др.

Большую экологическую опасность представляет отсталая технология разработки соляных месторождений, в частности складирование на поверхности земли больших масс отвалов пород со значительной концентрацией солей. В результате размыва отвалов атмосферными осадками происходит засоление поверхностных водоемов и водотоков^[4][9].

Загрязнение подземных вод происходит при подземной газификации углей, и особенно при выплавке серы. Образуются кислые сульфатные растворы, активно растворяющие карбонатные породы и загрязняющие поверхностные воды.

Анализ экологических проблем оловорудной промышленности Дальнего Востока показал, что жидкие отходы обогатительных фабрик, отобранные как в период их работы, так и после закрытия, содержат токсичные элементы тяжелых металлов и выносят их за пределы техногенной системы, загрязняя поверхностные и грунтовые воды. В результате самопроизвольного стока техногенных вод в природные водоемы, а также выноса тонкодисперсной составляющей водохранилищ происходит загрязнение не только вод, но и донных осадков. Большая часть района по показателям почв и донных осадков имеет умеренно опасный и опасный экологический уровни. Техногенное накопление ряда металлов (Pb, Zn, Си, Cd, Fe, Мп) происходит в листьях, коре, древесине и корнях деревьев, а также грибах, ягодах и овощах.

В VI в. нашей эры начался быстрый рост поселений. С этого времени человек планомерно отторгает у дикой природы участки лесов, лугов и других естественных экосистем для возведения городов и поселков, строительства дорог, промышленных предприятий, свалок и т. д. Происходящее в развитых странах сокращение удельного количества пашни, приходящегося на душу населения, обусловлено также изъятием земель для промышленных нужд. Ежегодно в США более 1 млн га сельскохозяйственных угодий уходит на строительство новых районов городов, поселков, автострад и другие виды хозяйственной деятельности. В Японии, расположенной на островах и обладающей земельными ресурсами, весьма ограниченно пригодными для сельскохозяйственного использования, в период с 1968 по 1974 г. ежегодно терялось 40—60 тыс. га угодий за счет отторжения земель под жилищное и промышленное строительство, прокладки коммуникаций, разбивки парков и искусственных насаждений.

Значительное загрязнение плодородного слоя почвы и отчуждение сельскохозяйственных земель вызывает складирование и (или) захоронение промышленных и бытовых твердых отходов^[10]. Основная масса твердых отходов образуется на предприятиях следующих отраслей:

• • горной и горно-химической промышленности (отвалы, шлаки, «хвосты»);
• • черной и цветной металлургии (шлаки, шламы, пыль и т. д.);
• • металлообрабатывающих отраслей (отходы, стружка, бракованные изделия);
• • лесной и деревообрабатывающей промышленности (отходы лесозаготовки, опилки, стружка);
• • энергетической — тепловые электростанции (зола, шлаки);
• • химической и смежных отраслей промышленности (шламы, фосфогипс, шлаки, стеклобой, пластмассы, резина и т. п.);
• • пищевой промышленности (кости, шерсть и т. п.);
• • легкой и текстильной промышленности.

Накопление значительного количества твердых отходов во многих отраслях обусловлено существующим уровнем промышленных технологий, не предусматривающих комплексной переработки сырья. Многие технологии позволяют использовать не более 8—10% сырья, а некоторые даже менее 1% от добытого. Все остальное поступает в отходы или отвалы.

В России самая напряженная обстановка создается в цветной металлургии, где выход отходов на единицу продукции несопоставимо выше, чем, например, в угольной или железорудной промышленности (100—200 т, а в отдельных случаях — до 1000 т на 1 т металла). Кроме того, важнейшей особенностью цветной металлургии является использование в процессе переработки токсичных веществ, загрязняющих отходы (соединения S, As, Sb, Se, Те и др.). Даже после прекращения эксплуатации месторождений и консервации горных выработок, за счет преобразований горных пород и минеральной составляющей горнопромышленных отходов, негативное экологическое воздействие на окружающую среду будет продолжаться в течение многих лет. Процессы окисления сульфидов в складированных сульфидсодержащих отходах горнодобывающего комплекса и их влияние на окружающую среду, нейтрализация кислых рудничных и подотвальных вод освещены во многих работах, касающихся различных регионов России.

Помимо того что промышленные отходы занимают значительную территорию, они служат источником химического загрязнения почвы, гидросферы и атмосферы. Стекающие с гор отвалов атмосферные осадки преимущественно загрязнены химически активными и вредными для биосферы веществами. Это ведет к формированию вокруг отвалов и хранилищ зараженных зон. Загрязняющие вещества попадают в грунтовые воды и поверхностные водоемы. В сухую погоду отвалы пылят, а отвалы угольных шахт даже самовозгораются, что загрязняет атмосферу. К твердым отходам также относится обезвоженный активный ил, образующийся на очистных сооружениях промышленных предприятий и городов.

Ежегодное потребление минерального сырья в мире составляет более 100 млрд т. В результате столь интенсивного использования недр Земли облик планеты сильно изменился.

Для обезвреживания наиболее токсичных твердых и жидких отходов промышленности, содержащих хром, кадмий, свинец, ртуть, цианистые соединения, пестициды, отработанные катализаторы, производят их захоронение на специально оборудованных полигонах.

Проблема утилизации твердых бытовых отходов — одна из острейших экологических проблем, стоящих перед городами, особенно перед крупными, где на одного жителя в год образуется 200—750 кг твердых бытовых отходов. Примерно треть этого количества составляют пищевые отходы, а еще греть — бумага и картон. Постепенно растет содержание в бытовых отходах пластических масс. При сжигании бытовых отходов, содержащих полимерные материалы, возможно образование весьма токсичных соединений, например диоксинов^[11].

Диоксины — обиходное название высокотоксичных веществ канцерогенного, тератогенного и мутагенного действия, относящихся к классу полихлорированных дибензодиоксинов, например тетрахлордибензопарадиоксин. Хорошо растворяются в жирах и накапливаются в пищевых цепях. Могут образовываться в качестве побочных продуктов при производстве, обработке и сжигании любых хлорированных углеводородов.

Во многих регионах России, отчасти Восточной Европы и в развивающихся странах реальная последовательность удаления отходов потребления и быта включает два основных элемента — источник твердых бытовых отходов (ТБО) и свалку (полигон).

Схема примитивной последовательности удаления отходов потребления и быта¹:

Потребитель — ТБО — Общий сбор и транспортировка — Захоронение — Бесконтрольное поступление в почву, грунтовые воды и атмосферу.

Российские полигоны, за редким исключением, производят подавляющее психологическое впечатление, отравляют атмосферу и гидросферу, губят растительный покров, формируют неблагоприятную для человека окружающую среду. Свалки являются центрами концентрации люмпенизированного населения, что вызывает напряженную социальную и криминогенную обстановку вокруг них^[12][13].

Анализ мирового опыта обращения с отходами показывает, что в большинстве стран Европы и Северной Америки за последнее десятилетие произошли значительные изменения. Последовательность удаления отходов в этих странах сегодня включает ряд обязательных этапов, к числу которых относятся:

• • редукция (уменьшение объемов образования ТБО прежде всего путем рационализации потребления);
• • вторичное использование (использования фракций отходов, обладающих потребительскими свойствами);
• • переработка (использование соответствующих фракций ТБО в качестве сырья для производственных процессов);
• • утилизация энергии (извлечение энергетического потенциала отходов);
• • захоронение остатков ТБО, не обладающих никакими полезными свойствами, на экологически нейтральных полигонах.

Некоторые страны в решении проблем отходов, помимо создания моратория на вывоз мусора и его захоронение на своей территории, пошли дальше. Идет негласное поддержание идеи вывоза мусора на территории других государств, за денежное вознаграждение, естественно. К примеру, США пробует договориться о захоронении своего мусора на Антильских островах.

Полнота осуществления такого алгоритма обращения с отходами в разных странах определяется конкретными экономическими, сырьевыми, демографическими и другими условиями. В зависимости от них принимаются адекватные национальные законодательные акты, вводятся соответствующие организационно-финансовые механизмы, определяющие наиболее важные акценты в переработке ТБО. В целом эти шаги направлены на создание условий, стимулирующих внедрение приоритетных для данной конкретной страны методов переработки отходов^[1].

Конечная продукция также является отходами, только отложенными во времени. Изготовленные изделия (машины, оборудование, предметы потребления), полученные химические соединения — словом, все, что произвел человек, рано или поздно изнашивается, выходит из строя, разрушается, а вовлекаемые в ресурсный цикл вещества полностью возвращаются в окружающую среду. Однако замкнутость ресурсного цикла существенно отличается от замкнутости биогеохимического или биотического цикла. Изъятый ресурс возвращается в биосферу в существенно измененном виде, в том числе с новым для природы сочетанием химических элементов. Такие соединения не могут быть ассимилированы в биосфере обычным путем. Кроме того, добытые для переработки природные ресурсы возвращаются неточно на место изъятия, а попадают в другие экологические системы; характерный пример — добыча фосфатов, их использование в качестве минерального удобрения и последующая эвтрофикация водоемов¹.

Технологии переработки, как правило, включают в себя компостирование органического материала, извлечение металла и пластиков, сжигание относительно сухих фракций отходов и т. д. Вместе с тем даже самые современные схемы удаления ТБО включают полигоны захоронения, куда поступают остатки от переработки отходов. В одной из богатейших развитых стран — США — на протяжении последних 40 лет доля мусоросжигания в системе обезвреживания ТБО практически постоянна и составляет примерно 15—20%, тогда как европейская практика заключается в постоянном увеличении доли их сжигания. Показателен пример Германии, где за четыре года, с момента ввода в действие закона об обращении с ТБО (1993—1997), объем захоронений в стране снизился па 20%. В основном такой результат был достигнут благодаря внедрению метода компостирования садовых и дворовых отходов, а также раздельному сбору упаковочных материалов и других фракций ТБО.

Твердые бытовые отходы в ряде случаев не менее опасны, чем промышленные. Наиболее характерным примером является проблема ртутной безопасности, осознанная в настоящее время как одна из важнейших среди иных экологических проблем в городах, крупных индустриальных центрах, в том числе в Москве^[13][16].

Металлическая ртуть и ее соединения — наиболее токсичные среди загрязнителей окружающей природной среды, так как ртуть является веществом первого класса опасности. В виде аэрозоля она попадает в организм вместе с воздухом и затем длительное время воздействует на человека. При концентрациях выше 0,25 мг/м³ ртуть полностью задерживается легкими, а при наличии в воздухе закрытых помещений (подъездах дома, школьных подвалов и др.) ртутных паров в концентрации 0,1 —0,8 мг/м³ у людей наблюдаются острые отравления.

Наиболее распространенный источник ртутного загрязнения в городских условиях — вышедшие из эксплуатации лампы дневного света (люминесцентные лампы) и ртутьсодержащие приборы, наиболее известными из которых являются термометры и тонометры (приборы для измерения артериального давления). Так, по оценкам специалистов, ежегодно только на предприятиях Москвы выходит из строя 6—7 млн шт. люминесцентных ламп, а эти лампы также используют в общественных зданиях, учебных заведениях, лечебных учреждениях и в жилых домах (преимущественно для освещения подъездов, где их ежегодно заменяют на новые в количестве около 2 млн шт. в год).

Каждая люминесцентная лампа, кроме стекла и алюминия, содержит до 100 мг ртути, следовательно, в 1 млн отработавших ламп находится около 100 кг этого металла. Если лампа разбивается, ртуть попадает в воздух. В большинстве случаев отработавшие свой срок ртутьсодержащие приборы выбрасывают вместе с бытовыми отходами в контейнеры для мусора. При вывозе ТБО на свалки лампы и приборы чаще всего разбиваются, и ртуть может свободно поступать в почву, грунтовые воды и испаряться в атмосферу.

Проведенные в 1990;х гг. обследования ряда больниц Москвы показали примерно в 10% больничных палат превышение значений предельно допустимой концентрации (ПДК) ртути¹. В ряде случаев загрязнение ртутью доходило до 10 ПДК. Высокие (до 20 ПДК) концентрации паров ртути были обнаружены также в физических и химических кабинетах некоторых школ старой постройки.

Проблеме сбора, хранения и переработки изделий, содержащих ртуть, уделяется повышенное внимание во всем мире. Обезвреживание ртутных ламп должно осуществляться только на предприятиях, где на специальном оборудовании люминофор (концентрирующий на своей поверхности ртуть) отделяется от стеклобоя и металла и далее в виде ртутного концентрата отправляется на повторное использование^[17][18].

Объем собираемых и обезвреживаемых люминесцентных ламп в Москве в настоящее время превышает 40% от образующихся в промышленном секторе, что сопоставимо с уровнем большинства европейских стран. Однако в жилищно-коммунальном секторе сбор ртутьсодержащих отходов пока не налажен в достаточной мере. Выявлены случаи накопления больших количеств ртутных ламп и приборов учебными и медицинскими учреждениями, торговыми организациями. В результате они часто попадают в контейнеры с бытовым мусором, а затем на городские свалки. Проблеме загрязнения ртутыо было уделено серьезное внимание, и ситуация в Москве стала улучшаться. К сожалению, первые успехи в области сбора и обезвреживания ртутьсодержащих ламп и приборов, достигнутые в Москве за последние годы, не характерны для многих других городов и регионов страны.

В России остро стоит проблема переработки «электронных отходов», которые включают в себя батарейки, компьютеры, мобильные телефоны и др. Переработка таких отходов зачастую нерентабельна, поэтому предприятия-переработчики могут осуществлять ее только при оплате таких услуг, как утилизация ртутьсодержащих объектов (энергосберегающие лампы, покрышки, объекты, содержащие опасные химические элементы, и др.). Очевидно, что такие услуги не пользуются популярностью у юридических и физических лиц — источников образования опасных отходов. Таким образом, опасные отходы бесконтрольно попадают на свалки или сжигаются, что наносит непоправимый ущерб окружающей среде и здоровью населения. Необходимы срочные меры для исправления ситуации, которые не могут быть выражены только в законодательном закреплении ответственности за производителем таких товаров, но должны заключаться во внедрении системы маркировки опасных химических веществ в товарах, создании денежных фондов, бюджетном финансировании переработки опасных отходов или прочих мер, которые приведут к минимизации объемов образования опасных отходов¹.

• [1] См.: Петров К. М. Общая экология: взаимодействие общества и природы.
• [2] См.: Петров К. М. Биогеография с основами охраны биосферы. СПб.: Изд-во С.-Петерб.ун-та, 2001.
• [3] Приводится по: Петров К. М. Биогеография с основами охраны биосферы.
• [4] См.: Петров К. М. Геоэкология: основы природопользования.
• [5] Хвостохранилище — гидротехническое сооружение для хранения отходов переработкиполезных ископаемых (хвостов).
• [6] См.: Петров К. М. Биогеография с основами охраны биосферы.
• [7] См.: Петров К. М. Геоэкология: основы природопользования.
• [8] См.: Петров К. М. Геоэкология: основы природопользования.
• [9] См.: Петров К. М. Геоэкология.
• [10] См.: Николайкии II. Я., Николайкина II. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [11] Николайкин II. Я., Николайкина II. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [12] См.: Лившиц А. Б. Современная практика управления твердыми бытовыми отходами //Чистый город. 1999. № 1 (5). С. 2—14.
• [13] См.: Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [14] См.: Петров К. М. Общая экология: взаимодействие общества и природы.
• [15] См.: Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [16] См.: Там же.
• [17] Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДКСС) паров ртути составляет0,0003 мг/м3.
• [18] См.: Николайкин II. И., Николай кина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.