CC BY
31
------------------------------------------ © Н.И. Г рехнев, Г.В. Секисов,
Л.В. Крупская, 2009
УДК 622.004.67
Н.И. Грехнев, Г.В. Секисов, Л.В. Крупская
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЕЕ ОЦЕНКИ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ
С экосистемных позиций рассмотрены исходные природные условия и производственнотехнологические процессы горных предприятий.
Ключевые слова: охрана природной среды, горные предприятия, природно-техногенные системы, экологичность.
Семинар № 8
N.I. Grehnev, G. V. Sekisov,
L. V. Krupskaja
ECOLOGICAL COMPATIBILITY OF MINING MANUFACTURES AND METHODICAL ASPECTS OF ITS ESTIMATION IN FAR EAST REGION
From ecosystem positions the initial environment and industrial-technological processes of mining enterprises are considered.
Key words: Environment protection, the mining enterprises, natural-anthropogenic systems, ecological compatibility.
Сложившийся к настоящему времени методологический подход к оценке техногенного воздействия горных предприятий на окружающую природную среду направлен преимущественно на выявление превышений двух основных показателей: ПДК и ПДВ. Поэтому многие научные исследования ориентированы на изучение процессов техногенных нарушений отдельных компонентов природной среды, что зачастую приводит к “по-факторному” определению техногенного воздействия, без учета особенностей и взаимодействия природных и техногенных сред. По нашему мнению, решение общих экологических проблем в связи с функционированием предприятий минерально-
сырьевого комплекса часто подменяется постановкой отдельных задач охраны природной среды, что в итоге приводит к фрагментарности получаемых выводов.
На практике же снижение концентраций химического загрязнения до величин ПДК достигается, как правило, путем “разубоживания” концентраций загрязняющего вещества за счет вовлечения дополнительных объемов и (или) площадей фоновых компонентов ОС (увеличение объемов забора воды и земельных площадей, строительство более высоких труб для увеличения ореола рассеяния и т.д.), что неизменно приводит к повышению природоемкости горных предприятий. При этом не учитываются особенности и свойства экосистем, которые активизируют или нейтрализуют вещества загрязнителей, изменяют их химическую активность. Сейчас уже известно, что отдельные химические элементы и их соединения в поверхностных условиях приобретают новые свойства, в т.ч. токсические, в результате чего промежуточные или конечные формы химических загрязнителей в гипергенных условиях оказываются нередко более токсичными, чем исходные минеральные формы.
Показатель ПДВ активнее направлен на разработку и применение более совершенных очистных сооружений и меньше - на совершенствование технологий добычи и переработки рудной массы. К тому же, этот показатель ориентирован преимущественно на учет газообразных выбросов и жидких стоков и практически не учитывают величину от-ходоемкости предприятий в виде твердых отходов (объем хвостов ОФ, их токсичность, способы утилизации и т.д.), которые зачастую являются наиболее опасными и долговременными источниками загрязнения природных систем [3].
В связи с тем, что до сих пор нет разработанной научно-мето-дической системы комплексной оценки влияния техногенных факторов горного производства, которые можно бы рассматривать в тесном взаимодействии с особенностями принимающих их компонентов природной среды, возникает настоятельная необходимость в разработке такой основы, построенной на оценке показателей экологичности горных предприятий, принципы и критерии которой рассмотрены нами в [1].
Как следует из [1], категория экологизации производства отражает уровень прогрессивности применяемых технологий и эффективности природоохранных мероприятий, под которой понимается широкая система оргтехмероприятий по совершенствованию технологий горного производства, приводящая к ограничению выбросов вредных веществ в окружающую среду и за счет этого - к снижению техногенного воздействия на ее компоненты. Отсюда экологичность горного предприятия отражает меру воздействия техногенных факторов на компоненты окружающей среды во взаимодействии с исходными природными условиями на таком уровне учета, который бы позволил оценить в количе-
ственной форме степень ее нарушения (загрязнения).
Известно, что “...меры, принимаемые по защите окружающей природной среды от воздействий горнодобывающего комплекса, следует рассматривать как частичные, не способные решить проблему экологической безопасности принципиально и в целом” [2, с.3]. Достаточно полная и относительно достоверная оценка экологичности горнопромышленных производств может быть осуществлена на основе выбора и построения групп иерархичной системы признаков для каждого минерального производства или предприятия в целом. Сформулированные нами наиболее общие принципы представлены в виде классификационной матрицы, которая позволяет получить наиболее важные частные показатели по каждому блоку, состоящему из сопоставимых (одноранговых) групп факторов (рисунок).
Методические аспекты оценки экологичности
Учет соотношения и взаимосвязи природных условий с техногенными процессами добычи и переработки минерального сырья на современном этапе исследований возможен лишь на основе анализа природно-техно-генных систем. Структура такой системы включает 6 групп агрегатных критериев, 22 агрегатных критерия и 88 учетных факторов и признаков. В предложенной схеме рассматриваются следующие группы интегральных критериев: 1) природно-
геологичес-кие, 2) горнотехнические, 3) технологические, 4) экологические, 5) эколого-экономические и 6) социальноисторические.
В названии интегрального критерия заложено содержание агрегированного показателя, представляющего
Агрегатные критерии и оценочные факторы экологичности
а
Г еоэкотоксичность руд 43 “О о X о
п
Устойчивость геоэкосистем — Ьз О 4 Я X (Ъ о рч 5
Способ разработки п о
Категории ценности месторождения ■О X <т>
нарушаемых земель X
О
Показатель вертикальной деформации
Ресурсосовместимость производства 3 1 О) я о X а> о я а
о
Экономичность Л
производства (уровень потерь) л> о я а> Технология разработки месторождения
н <13 X
Условия сохранения малых народностей и районов О ■ о р извлечения металла X О й о *-5 • 5 *
национального промысла а Л
£ Комплексность <П5 О
X а О
Заповедников, нацпарков и прочих резервантов
О ь о ч Отходоемкость
д
о ■ я к а> X я ■-<
Экологическую безопасность населения Техно геохимические
ь аномалии в почвах
Сохранение биоразнообразия ■о X Е П> Техно-Г еохимические и я
аномалии в гидросети и о э £
Виды и сроки воздействия я 5 О
Способ регулирования
ГРУППЫ АГРЕГАТНЫХ КРИТЕРИЕВ
собой суммированное выражение нескольких однородных групп факторов, отвечающих за выполнение одной функции горного производства или процесса природной среды. Дальнейшая их дифференциация производится по однотипной схеме, отраженной в названии приводимых граф. В интегральном критерии раскрывается существо и смысловое содержание учетных факторов и измеренных (или принятых) величин признаков, входящих в эту группу.
Дополнительного пояснения требует приводимая на рисунке группа экологоэкономических критериев, которая отражает ресурсно-сырьевые потери или ущербы, связанные с потреблением сопряженных природных ресурсов (земле-емкость, водоемкость и др.), и, что особенно важно, показатели потерь основного полезного компонента минерального сырья на разных стадиях горного производства. Слабое развитие на предприятиях Дальнего Востока диверсификации производства, а следовательно и низкий уровень использования промышленных отходов (отвальные материалы вскрыши, хвосты обогащения и др.) позволяет относить их также к эко-лого-экономическим потерям предприятия.
Далее в структуре схемы выделены учетные факторы и градации величин признаков. Последние представляются в долях единицы на основе экспертной оценки и используются в сводной формуле в виде коэффициентов к реальным физическим объемам производства. К ним отнесены показатели экологической и эколого-экономической групп: уровни
техногенной нагрузки, показатели аномальности ореолов и потоков рассеяния и др., которые применяются на основании фактических данных, отражаемых в эко-
логических паспортах и статистических документах предприятий.
Общая методическая схема оценки экологичности горных предприятий проводится на основе эмпирической формулы или математического алгоритма, хотя расчет экологичности конкретного предприятия пока остается слабо проработанным по отдельным факторам в виду недостаточности фактического материала. Необходимость выделения в структуре предприятия отдельных минеральных производств (МП) с экологических позиций диктуется проявлением в них специфики техногенных факторов, типами геохимического загрязнения и др.
Общей закономерностью химического загрязнения от горнопромышленных производств полного цикла является зональная структура техногенных геохимических ореолов и потоков рассеяния. При этом химические элементы, представляющие главные или сопутствующие металлы разрабатываемого месторождения, как правило, накапливаются в центральных частях аномального поля или в голове потока. При более глубоком разрушении минеральных форм (обогатительный цикл и металлургический передел) происходит выделение элементов-примесей в виде газово-дисперсионных фаз, которые переносятся в периферические части ареалов загрязнения и существенно повышают геохимические параметры аномальных полей.
Предлагаемый алгоритм для оценки экологичности горнопромышленного предприятия сводится к суммированию показателей экологичности отдельных минеральных производств и в общем виде может быть представлен следующим выражением:
~ 1
эгпп 2 К-1Х (1)
Х^ Кпг (а1Этд ~^а'2Эомп ^азЭммл )
где Эгпп Эомп и Эммп - показатели экологичности отдельных минеральных производств: горнодобывающего, обогатительного и металлургического; ^ Кяг - суммированные коэффициенты факторов природно-гео-логической группы (показатели устойчивости природных систем, относительной ценности ландшафтов и др.); К - количество нарушаемых компонентов природной среды; а], а2, а3 - коэффициенты, учитывающие долевое участие техногенной нагрузки различных МП на природную среду при условии: а], + а2 + а3 = 1. При оценке экологичности МП коэффициент а приравнивается к 1.
Экологичность горнодобывающего минерального производства (ГДП) обусловлена разрушением горных пород при проходке горных выработок, добычей и переработкой горной массы для получения конечной продукции на данном этапе - рудной массы. Негативное влияние работ ГДП на природную среду обуславливается множеством техногенных факторов, приводящих к геомеханическому нарушению литогенного субстрата, почвен-но-раститель-ного покрова и гидрологического режима подземных вод, пылевому и газовому загрязнению почв в пределах ветрового разноса загрязнителей, реже гидрохимического состава поверхностных вод.
Данный этап производства характеризуется высокой землеемкостью и образованием значительного количества твердых отходов в виде пылевых отложений, отвалов вскрышных рудовмещающих пород и некондиционных руд. С ГДП напрямую связывается загрязнение поверхностных и подземных вод в районах разработки месторождений ионами группы азота (ЫН4+, N02, Ы03~), образование которых связано с разложением аммиачной селит-
ры ВВ, и, в меньшей мере, сульфат-ионами (50/) - при вскрытии зон окисления и выветрелых сульфидных зон. Загрязнение поверхностных и подземных вод носит долговременный характер. Интенсивность и длительность воздействия на экосистемы находится в зависимости от масштабов накопленных отвальных материалов, а также соответствующих климатических условий, благоприятных для растворения и выщелачивания химических элементов из руд.
Важными источниками загрязнения атмосферного воздуха при отработке месторождений открытым способом являются технологические способы и механизмы добычи рудной массы (буро-взрывные работы, работа механизмов, транспортных средств и др.). Среди производственных процессов особо следует отметить буро-взрывные работы и массовые взрывы. Разовая концентрация пыли в воздухе зоны воздействия карьера во времени сильно варьирует и в среднем составляет от 0,3-2,0 мг/м3 до 4-5 мг/м3, что в 2-12 раз выше ПДК и на 2-3 порядка выше фонового уровня. Общая формула экологичности ГДП может быть представлена в следующем виде:
'(Кк, Р, РТ , КОТХ
2 К-1
КВСК, КЗ, КРО, У)
(2)
где Кь -показатель соотношения ЛЬ к АН; р - коэффициент, определяющий способ разработки месторождения; РТ -суммарная токсичность отвальных материалов РТ= Угм • АТ); КОТХ - показатель отходоемкости предприятия (КОТХ = Уку¥иу); Квск - коэффициент вскрыши (для открытой разработки); КЗ - показатель землеемкости; КРО - коэффициент, учитывающий размещение отвалов; т - коэффициент экологической безопасности
горных машин; у - показатель использования ВВ.
Для оценки экологичности обогатительного минерального производства (ОМП) используется комплекс оценочных факторов и признаков, характеризующих процессы обогащения руд и их влияния на загрязнение компонентов среды. Негативное техногенное воздействие на экосистемы происходит за счет пылевыделения при дроблении и измельчении руд, производственных стоков химически агрессивных растворов и образования огромных объемов твердых хвостов обогащения.
Активными загрязнителями вод являются также химические препараты и реактивы, используемые в технологических процессах. Растворенные в технологических водах эти реагенты чаще всего сбрасываются в хвостохра-нилища и закрытые бассейны для оборотного водоснабжения и часто выпускаются в виде промышленных стоков. Набор химических реагентов зависит от типа минерального сырья и принятой технологической схемы обогащения. Так, например, для переработки флюоритовых руд на Ярославском ГОКе используются препараты олеиновой кислоты, кремнефтористого натрия, алловых кислот, сернистого натрия, кальцинированной соды, бихромата натрия, серной кислоты и др.
Обобщенная формула экологичности обогатительного производства представлена в следующем виде:
1 -Р
Э = її
'^ОМП ±
Р
1 ОФ> ИЗВ >
2 К-1 Р Р Р
1 ТХР> 1 ГЭИ’ 1 РЕК>
ч)
(3)
где Роф - показатель отходоемкости обогатительного комплекса; Ризв - показатель полноты извлечения полезных компонентов; Ртхр - показатель токсичности химических реактивов и материалов, применяемых в технологическом процессе; Ргэи - геоэкологи-
ческий индикатор руд; Ррек - показатель, учитывающий способ рекультивации отходов; q - суммарный показатель экономичности МП, включающий частные показатели водоемкости ^), землеемкости ^ ), утраты биоресурсов ^ ), минеральных ресурсов ^ ) и утилизации твердых промышленных отходов ^ ).
Уровень экологичности металлургического производства (МПП) определяют факторы, возникающие при металлургических технологических процессах, приводящие к газовым и дисперсионным выбросам через системы вентиляции, а также при разрушении и распылении золо-и шлакоотвалов, и производственных выбросах подготовительных и вспомогательных цехов. Главные экологические проблемы ММП связаны с пылевым (сажа, копоть), аэрозольным и газоводисперсионным разносом и, соответственно, загрязнением атмосферного воздуха и почв высокотоксичными веществами, образующимися при металлургическом производстве. Прямым следствием этого является образование кислотных дождей и химическое загрязнение почвеннорастительного покрова, поверхностных водоемов.
Общее выражение экологичности МПП можно представить следующим выражением:
——(Р
, Vа ПЫЛ ?
Р,
(4)
2 К -1
Р Р Р )
КИС? 1 СТ> 1 ПС/
где Рпыл - показатель пыления золо-и шлакоотвалов; Ргаз - показатель интенсивности газовых выбросов; Ркис - показатель кислотных выпадений в виде атмосферных осадков; Рст - показатель теплового воздействия; Рпс - показатель химической агрессивности производственных стоков.
В заключении отметим, что исходные природные условия и производственно-технологические процессы горных предприятий, рассмотренные с экосистемных позиций, приобретают
1. Грехнев Н.И., Секисов Г.В., Чаплыгин Н.Н. Исходные принципы оценки экологичности горнопромышленных производств. Горный информационно-аналити-ческий бюллетень. -2005, №1. С.88-90.
значение учетных факторов (признаков), которые интегрируются в выражение экологичности горнопромышленного предприятия в целом или отдельного минерального производства.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Концепция государственной стратегии обеспечения экологической безопасности освоения недр. М. ИПКОН. 1997. с.31
3. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Са-ет, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др. М.: Недра,1990.
ЕПЗ
— Коротко об авторах
Грехнев Н.И. - кандидат геолого-минералогических наук, ст. научный сотрудник; Секисов Г.В. - профессор, доктор технических наук;
Крупская Л.Т. - профессор, доктор биологических наук,
Институт горного дела ДВО РАН, [email protected]
------------ СЛУЧАИ ИЗ ЖИЗНИ ПРОФЕССОРА
ПЕТЬКИНА
Случай первый. Его пример — другим наука
Когда Петькину было 17 лет, он жил в Вологодской глубинке. Узнав, что в Москве есть Индустриальная академия, он решил поступить в нее. Мама, не выезжавшая за пределы района, не хотела его пускать, но разве такого настырного ребенка удержишь? Отца у Петькина не было — погиб на Войне. И он решил, что его место — столица.
Одного не мог понять Петькин: как это в одном месте живут несколько миллионов человек? И представить был не в состоянии такую массу людей. У них в деревне была тысяча дворов и это казалось тьмой народа. Воображение рисовало фантастические картины.
Перед отъездом Петькин на всякий случай отбил телеграмму в Приемную комиссию: «Выезжаю поездом № 17, вагон 10, 28 июня. Встречайте. Петькин». Он долго удивлялся на вокзале отсутствию встречающих и, разочаровавшись в московских нравах, стал искать дорогу к понравившемуся заочно институту.
И еще лет двадцать эта история веселила вузовских девиц. Пока герой не женился.
Из книги Л.Х. Гитиса «Верхом на тигре». М.: Горная книга, 2009. С. 201
