Инженерно-экологическая оценка содержания тяжелых металлов в поверхностном слое вскрышных отвалов угольных разрезов

     Площадь земель, прошедших технический этап рекультивации в 2006 году, составила 20 га. Необходимый объем препарата на 200000 м² составит 120000 кг. В случае загрязнения почв при проведении биологического этапа рекультивации затраты на снижение концентрации тяжелых металлов составят:

     120000*8,28=993600 руб.

     Проведя оценку загрязнения по дифференцированному  подходу представляется возможным  определить необходимость внесения препарата на всей территории. При  зарегистрированном значении фактической  концентарции ниже начального порогового значения необходимость внесения препарата отпадает. Если зарегистрировано превышение начального порога возникает необходимость его внесения. При этом достаточно провести очистку участков, близлежащих к карьеру (источнику загрязнения).

3. Разработана методика оценки степени загрязнения территории угледобывающего предприятия, основанная на дифференцированном подходе и учитывающая природно-климатические условия района расположения предприятия, природные характеристики почвенного покрова,  возраст отвалов и вид использования земель после проведения рекультивации.

     Факторы, оказывающие влияние на загрязнение  почв при открытой добыче угля, разделены  на две группы. В первую группу вынесены факторы, обусловленные производственным процессом: буровзрывные работы, выемка вскрышных пород на поверхность и складирование их в отвалы, отходы, образующиеся в процессе производства (лом черных металлов, золошлаковые отходы, отходы деревообработки, отходы ГСМ и РТИ, отработанные аккумуляторы), отходы потребления. Во вторую - факторы определяющие восприимчивость территории загрязнению, среди которых природные особенности района: климат района, рельеф местности, типы растительности, химические, физические, литологические свойства разрабатываемых горных пород, химические, механические свойства почв, подверженных техногенному воздействию.

     Концентрация  элемента в поверхностном слое отвалов  вскрышных пород определяется концентрацией  элемента в горной породе, извлекаемой  на дневную поверхность, концентрацией  элементов, переносимой воздушными потоками при ведении буровзрывных работ и при пылении отвалов с выбросами, образующимися при работе техники, а также концентрацией элементов, характерной для почвенного покрова, вовлеченного в производственный процесс. При этом на различном удалении от карьера доля каждой составляющей изменяется. Так, в точках «граница карьера», «100 м от границы карьера», «300 м от границы карьера» превалирует доля влияния концентрации в извлекаемой горной породе. В точке «100 м от границы карьера» оказывает влияние концентрация, «переносимая» с пылевыми частицами при ведении буровзрывных работ. С увеличением расстояния доля этой составляющей уменьшается и в точке «900 м от границы карьера» неощутима. В образцах, взятых в точках «500 м от границы карьера» и «900 м от границы карьера»,  отмечено повышение содержания органического вещества до значений, характерных для рассматриваемого типа почв, то есть здесь концентрация элемента становится близкой к концентрации, характерной для почв изучаемого района.  

     Предложена схема отбора проб, учитывающая преобладающее направление ветра, то есть распространение загрязняющих веществ с пылевыми частицами воздушными потоками, и расстояние от карьера, на котором расположены отвалы разного возраста, обладающие разным содержанием органического вещества в поверхностном слое почвы. За основу взята «роза ветров», характерная для каждого региона (рис. 5).

     В каждый год отбора проб схема отбора проб корректировалась и окончательной  принята схема 2007 года. За основу схемы  взята «роза ветров», т.е. преобладающее направление ветра. Выбрано 11 линий отбора в одном секторе (румбе) с наветренной стороны, на каждой лини отмечены точки на расстоянии 100 м от границы карьера, 300 м от границы карьера, 500 м от границы карьера, 900 м от границы карьера.  Начальной точкой выбрана точка «граница карьера».

     Рис. 5. Схемы отбора проб на территории предприятий

     Выбор точек обоснован литературными  данными, где отмечено, что наибольшее техногенное влияние происходит вблизи источника загрязнения, а на расстоянии 500 м и более начинает ослабевать. Кроме этого выбор точек учитывает и возраст отвалов, так как более ранние отвалы расположены на удалении от действующего карьера, а поздние – ближе к нему. То есть становится возможным определить концентрацию элемента не только в зависимости от расстояния от источника загрязнения, но и с учетом возраста отвалов и вместе с тем содержания органического вещества и рН. Выше отмечено, что концентрация элементов  в поверхностном слое отвалов вскрышных пород определяется их концентрацией в горных породах и в самих почвах. В точках, близлежащих к карьеру концентрация элементов определяется фоновой, характерной для горных пород, извлекаемых на дневную поверхность в пределах участка, вовлеченного в  производственный процесс. В точках, удаленных от карьера, влияние этой концентрации начинает ослабевать, так как  происходит зарастание отвалов и концентрация элемента приближается к фоновой, характерной для почв изучаемой территории. В точках 300 м  и 500 м от границы карьера вероятно попадание загрязнений вместе с частицами пыли, переносимых в период сильных ветров из карьера и с близлежащих к нему отвалов и с частицами пыли, образующейся в период ведения буровзрывных работ. На удалении от карьера влияние загрязняющих частиц, переносимых с ветровыми потоками будет ослабевать ввиду их рассеивания. Таким образом, выбранная схема позволяет учесть природные факторы влияния на концентрацию в поверхностном слое отвалов вскрышных пород (рис. 5).

     В ходе выполнения работы разработан следующий  алгоритм реализации представленной методики оценки степени загрязнения поверхностного слоя отвалов вскрышных пород  территории угледобывающего предприятия.

1. Выбор схемы отбора проб с обозначением линий отбора расстояния от источника загрязнения.
2. Определение приоритетных элементов-загрязнителей  на основе литературных данных либо на основе ранее проводимых исследований изучаемого региона.
3. Отбор проб и определение концентрации элементов-загрязнителей.
4. Проведение математической обработки результатов эксперимента с определением среднеквадратичного отклонения концентрации от ее средней величины.
5. Нахождение уравнения, более точно описывающего распределение концентрации элемента в зависимости от расстояния.
6. Определение с помощью найденного уравнения концентрации элемента на границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ).
7. Построение графиков зависимости концентрации элемента от расстояния с учетом найденного значения концентрации на границе СЗЗ с нанесением на них средней концентрации, точек отклонения от средней концентрации и пороговых значений.
8. Определение вида дальнейшего использования земель.
9. Оценка степени химического загрязнения почвы изучаемой территории в зависимости от условий:

     а) вид использования земель не установлен: оценка проводится по нижней пороговой  границе и почва считается  незагрязненной, если средняя концентрация элемента и ее отклонение не выходит за установленный порог; почва считается загрязненной, если средняя концентрация и отклонение от нее выходит за установленный порог;

     б) земли отнесены к землям неаграрного (промышленного) назначения:

     Не  загрязненная почва – средняя концентрации и отклонение от ее величины не выходит за пределы установленного порога на каждом выбранном расстоянии.

     Допустимая  степень загрязнения – концентрация элемента находится в пределах от установленного фонового до ОДК в пределах начального порога и от ОДК до установленного фонового в пределах конечного порога.

     Загрязненная  почва – концентрация элемента находится выше каждого установленного порогового значения.

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     В диссертационной работе решена важная научно-практическая задача по оценке степени химического загрязнения почв территории промышленного предприятия, в рамках которой разработана методика опробования территории предприятия и подход к оценке степени ее загрязнения тяжелыми металлами. На основании выполненных исследований сделаны следующие выводы:

1. Выявлены  факторы, влияющие на поступление и  накопление тяжелых металлов в поверхностном  слое отвалов вскрышных пород, которые  выделены в две группы: производственные и природные.

2. Критерии  загрязнения почвы выделены в  две группы: по методу установления и по назначению. В российской системе оценки загрязнения почвы отсутствует деление нормативов по назначению. Разработана система критериев оценки степени химического загрязнения почвы с учетом последующего вида использования земель. Виды использования земель, на которые распространяет свое действие ГН 2.1.7.2042-06, дополнены видами, заимствованными из зарубежной системы.
3. Разработан дифференцированный подход к оценке степени загрязнения почвы, заключающийся в установлении начального и конечного порога в зависимости от расстояния; нижней пороговой границы и верхней пороговой границы в зависимости от вида дальнейшего использования земель. Установленный порог в некоторых случаях показал ужесточение требований, а в некоторых их послабление.
4. Предложенная система критериев оценки загрязнения почвы дополнена разработанным дифференцированным подходом, который не противоречит действующим нормативам, соответствует последним направлениям в области разработки критериев оценки степени химического загрязнения почвы.
5. Оценка загрязнения территории угледобывающих предприятий Забайкальского края по дифференцированному подходу при условии, что земли после рекультивации отнесены к землям неаграрного назначения показала отсутствие ненормируемого содержания тяжелых металлов.  При условии предъявления к качеству земель после проведения их рекультивации более строгих требований зарегистрировано незначительное загрязнение территории угольного разреза «Восточный» никелем (по результатам 2003г.). Существует риск загрязнения территории угольного разреза «Восточный» свинцом, кадмием, цинком.
6. Разработана методика обследования территории угледобывающего предприятия, которая учитывает факторы, влияющие на поступление и накопление загрязняющих веществ в поверхностном слое отвалов вскрышных пород и оценки ее загрязнения по дифференцированному подходу. Разработан алгоритм ее реализации.

     Основные  результаты исследований, выполненных автором, опубликованы в следующих  работах:

1. Федотова А.С. Содержание тяжелых металлов в отвалах, образованных вскрышными породами на угольных разрезах // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2006. - № 1. – С. 201 – 205.
2. Воронкова А.С. Содержание Zn, Cd, Pb в почвах, нарушенных деятельностью угледобывающих предприятий / А.С.Воронкова // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2006. – № 12. –  С. 239 – 247.
3. Федотова А.С. Влияние угольных предприятий на природные комплексы / А.С. Федотова, Н.А. Добрынина // Материалы VII международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: интеллект и здоровье». – Чита: ИИЦ ЧГМА, 2003. – С. 92 – 95.
4. Федотова А.С. Содержание тяжелых металлов в отходах угольного производства / А.С. Федотова // Материалы VIII международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: творчество и прогресс». – Чита: ЧитГУ, 2004. – С. 72 – 75.
5. Федотова А.С. Проблема нормирования качества почвы / А.С. Федотова // Сборник материалов IV  международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей». – Пенза: «РИО ПГСХА», 2004. – С. 164 – 166.
6. Федотова А.С. Оценка загрязнения почвенного покрова при разработке угольных месторождений / А.С. Федотова, Н.А. Добрынина // Материалы VI международной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Интеллектуальный потенциал ВУЗов – на развитие Дальневосточного региона России». – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2004. – С. 176 – 181.
7. Федотова А.С. Оценка качества почвы промышленных территорий / А.С. Федотова // Материалы IV межрегиональной научно-практической конференции «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2004. – С. 146 – 150.
8. Федотова А.С. Влияние угледобычи на почвенный покров / А.С. Федотова // Материалы IX международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: дорога в будущее». – Чита: ЗабИИЖТ, 2005. – С. 35 – 38.
9. Федотова А.С. Нормирование качества почвы промышленных территорий / А.С. Федотова // Сборник научных трудов «Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально-экономического развития России». – М.: МГУП, 2005. – С. 469 – 473.
10. Федотова А.С.. Загрязнение почв при разработке месторождений угля / А.С. Федотова // Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России». – Пенза: РИО ПГСХА, 2005. –           С. 264 – 266.
11. Федотова А.С. Тяжелые металлы в почвах в районе деятельности угольных разрезов / А.С. Федотова // Материалы VI межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 30-летию г. Нерюнгри. – Нерюнгри: Якутский Государственный Университет, 2005. – С. 184 – 188.
12. Воронкова А.С. Содержание Cd, Zn, Pb в нарушенных почвах разреза «Восточный» / А.С. Воронкова // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2005. – Ч.1. – С. 6 – 9.
13. Воронкова А.С. К вопросу о загрязнении почв тяжелыми металлами / А.С Воронкова // Материалы международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна – 2006». – Комсомольск-на-Амуре: ГОУ ВПО «КнДГТУ», 2006. – С. 316 – 319.
14. Овешников Ю.М.  К вопросу о влиянии добычи угля на состояние почвенного покрова / Ю.М. Овешников, А.С. Воронкова // Вестник МАНЭБ. – 2006. –  № 5.  – С. 123 – 127.
15. Воронкова А.С. Содержание и нормирование тяжелых металлов в отвалах вскрышных пород угольных разрезов Восточного Забайкалья / А.С. Воронкова // Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2007. – С. 70 – 74.
16. Овешников Ю.М. К вопросу о нормировании тяжелых металлов в почвах промышленных территорий / Ю.М. Овешников, А.С. Воронкова // Вестник Забайкальского центра Российской академии естественных наук. – 2008.  – № 1– С. 71 – 74.