Техногенное воздействие на атмосферу в зоне действия горноперерабатывающего предприятия Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© A.B. Александров, Л.Н. Липина, 2013

УДК 504.3.054

А.В. Александров, Л.Н. Липина

ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА АТМОСФЕРУ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ ГОРНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Приведен алгоритм оценки загрязнения воздушного бассейна в зоне действия горноперерабатываюшего предприятия с применением ГИС-технологий и показана его реализация на примере одного из горнодобытаюших предприятий. Вы>ывлены>1 зависимости для прогнозирования распределения пы>ши от плошадны>1х источников (хвостохранилиша). Проведено зонирование территории влияния горнопромышленного предприятия по комплексному индексу загрязнения атмосферы>1 (КИЗА), которы>т служит интегральной характеристикой.

Ключевы>1е слова: оценка загрязнения, атмосфера, ГИС-технология, горноперера-баываюшее предприятие, комплексны>т индекс.

Промышленные источники выбросов вредных веществ в атмосферу характеризуются большим разнообразием. От их параметров зависят уровни загрязнения воздуха, особенно на территориях, прилегающих к горноперерабатывающим предприятиям. Несмотря на широкий набор факторов, наиболее эффективно применяемых для оценки антропогенной нагрузки, выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников являются предметом особого внимания. Поскольку именно выбросы наиболее быстро находят свое отражение на загрязнение атмосферы, почвы, вод здоровье людей и т.д. [1].

Степень загрязнения атмосферы зависит от количества выбросов вредных веществ и их химического состава, от высоты, на которой осуществляются выбросы, и от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание и превращение выбрасываемых веществ.

Техногенная нагрузка, на атмосферный воздух, в наиболее общем

виде может быть оценена по показателям изъятия, привноса и перемещения вещества, отражённым в принятых формах статистической отчётности: № 2 ТП — (воздух). Эти данные позволяют представить объёмы выбросов вредных веществ в атмосферу, но на основании этих данных нельзя представить степень их совокупного воздействия на атмосферу и их пространственное распространение.

В воздушном бассейне постоянно происходят фотохимические процессы, приводящие к появлению новых соединений, иногда боле вредных, чем исходные [2]. Вопросы выноса частиц пыли с площадных пылящих источников, к которым относятся и хвостохранилища горнодобывающих предприятий, в воздух и их вовлечения в процесс атмосферной диффузии рассматриваются в большом числе отечественных и зарубежных публикаций [3—4].

Теоретические и экспериментальные аспекты методологии выявления закономерностей локального масшта-

ба (от 1—2 км до нескольких десятков км) по сравнению с задачами мезо- и макромасштабов, рассматриваются в существенно меньшем числе публикаций. Среди них следует отметить цикл публикаций по решению задач локального масштаба переноса и диффузии мелкодисперсных биогенных аэрозолей [5—6].

Изучение и выявление закономерностей локального масштаба переноса атмосферных примесей в зоне действия ГОК, а также оценки характеристик загрязнения воздуха и через атмосферу других объектов окружающей среды (почвы, водоемов и др.) с использованием геоинформационного моделирования, является актуальной целевой задачей, решение которой позволит прогнозировать уровень негативного воздействия от источников выбросов.

Решение подобного круга задач возможно при использовании ГИС- технологий. ГИС (географическая информационная система) — это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно координированнных данных, информации и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой, и территориальной организацией общества [7].

Поэтому информационное обеспечение моделирования пространственно-временной динамики распространения загрязнения содержит пространственную (картографическую) и временную сценарную составляющие.

Структура применяемой экологической ГИС содержит взаимосвязанные блоки:

1. Атрибутивная база данных в которых содержится природно-климатические данные исследуемого района, источники выбросов в атмосфере, виды загрязняющих веществ, перечень и коды загрязняющих атмосферный воздух веществ, класс опасности, ПДКм.р., ПДКс.с., ОБУВ, а также другие данные.

2. База данных картографической информации — электронная топографическая карта по исследуемому району в формате Мартк*, обновленная на период 2010 года с использованием информации дистанционного зондирования, масштаба 1:25000 которая соответствует классификации карт для локального исследования. Точечные и линейные источники загрязнения, пространственная привязка которых определена, считаны с исходной цифровой карты, определен коэффициент рельефа.

3. Блок анализа и обработки данных позволяет решить ряд прикладных задач: статистическую обработку данных, формы отчетности, средства математического моделирования, средства создания новых данных (векторизация, построение полей рассеяния и т.д.).

Третий блок включает данные расчетного мониторинга приземных концентраций загрязняющих веществ в воздухе от источников загрязнения исследуемого объекта (зоны действия горнопромышленного предприятия в Хабаровском крае по переработке рудного золота) в соответствии с требованиями ОНД-86 [8]. Уровень загрязнения рассчитан отдельно для каждого вредного вещества и групп веществ, обладающих эффектом сум-маций вредного воздействия. Расчеты выполнены на ЭВМ с использованием программного комплекса «Атмосфера» (версия 3.0).

Гругтп* Евщепть

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 6000

I I > I' т~ 1111 I I I I

0.10 0,30 0,40 0,50 0.60 0,70 0,00 0,90 1 1,50 I 3 4 ^ - Центр хвостохранилища

Рис. 1. Изолинии суммарного распределения пыли неорганической (2907 н 2908) в долях ПДК (период расчета — лето)

Направление ветра во всех расчетах принято по среднегодовой розе ветров с интервалом через 10°. В расчете учтены 91 источник выброса, в том числе 42 — организованных. В атмосферу выбрасывается 44 наименования вредных веществ, которые образуют 8 групп суммаций: 25 (оксид азота + оксид углерода + гексан + формальдегид), 27 (свинец + диоксид серы), 28 (серная кислота + диоксид серы), 30 (диоксид серы + сероводород), 31 (диоксид азота + диоксид серы), 35 (диоксид серы + фтористые газообразные соединения),

39 (сероводород + формальдегид),

40 (азотная кислота + гидрохлорид + серная кислота).

Векторизация и построение полей рассеяния выполнены с использова-

нием ГИС — «Экограф». Результат программного расчета для пыли неорганической (2907 и 2908) в долях ПДК (период расчета — лето) представлен на (рис. 1.)

Анализ данных расчетного мониторинга показывает, что основной вклад в загрязнение атмосферы вносят такие источники загрязнения, как хвосто-хранилище и карьер. Хвостохранили-ще представляют собой концентрированные массивы мелкодисперсных отходов производства, которые содержат соли тяжёлых металлов (кадмий, свинец, цинк), а также токсичные вещества, используемые в качестве реагентов при переработке и обогащении руд (цианиды, кислоты, сульфаты и т.п.), которые распространяются и накапливаются в атмосфере.

Рис. 2. Диаграммы суммарного распределения пыли неорганической (2907 н 2908) в долях ПДК в зависимости от направления: а) от центра хвостохранилища на юг; б) от центра хвостохранилища на северо-восток; в) от центра хвостохранилища на северо-запад; г) от центра хвостохранилища север

В общем неблагоприятная экологическая ситуация с хвостохранили-щем и карьерами на территории усугубляется тем, что они располагаются

Таблица 1

в непосредственной близости к населённому пункту.

В связи с этим было более детально рассмотрено перенос пыли от центра

№ п/п Направление выноса пыли Функция1 Коэффициент корреляции

1 юг у = 2,0846е-о,оо41*х 0,98

2 юго-запад у = 1,8818е-0,0052 х 0,97

3 юго-восток у = 2,9877е-°,°0/4"х 0,89

4 северо-запад у = 1,7985-0,0011х+2,8908Е-7*х2-2,316Е-11*х3 0,74

5 северо-восток у = 1,1822е-°,°034''х 0,845

6 север у = 2,4832е-0,0043х 0,986

1х — расстояние от центра хвостохранилища в метрах, у — концентрация вещества (пыль неорганическая — 20—70% 5УС2 ) в долях ПДК.

Регрессионная обработка данных расчетного мониторинга приземного слоя атмосферы

Рис. 3. Зонирование территории влияния горнопромышленного предприятия по КИЗА: 1 — 0—0, 5 КИЗА; 2 — 0,5—1,0 КИЗА; 3 — 1,0—1,5 КИЗА; 4 — 1,5—2,0 КИ-ЗА; 5 — 2,0—2,5 КИЗА

хвостохранилища по направлениям ветров в зависимости от расстояния, некоторые диаграммы представлены на (рис. 2.). Регрессионная обработка данных позволили получить аналитические зависимости (табл. 1) для прогнозирования распределения пыли (20—70% 5>'С2) по направлениям ветров.

Таким образом, полученные зависимости позволяют прогнозировать пространственное распространение пыли неорганической по господствующим направлениям ветра и обосновать мероприятия по пылепо-давлению.

Для выявления локальных критических зон загрязнения построена суммарная пространственная карт -схема (рис. 3) на основе данных расчетного мониторинга приземных концентраций загрязняющих веществ в воздухе от источников загрязнения исследуемого объекта. Состояние атмосферного воздуха оценивалось с помощью комплексного индекса загрязнения атмосферы [9] (КИЗА), который равен сумме нормированных по ПДК средних содержаний загрязняющих веществ с использованием программного комплекса «Атмосфера» (версия 3.0).

Таблица 2

Критерии оценки состояния загрязнения атмосферы по комплексному индексу (КИЗА)

№ п/п Показатель КИЗА Экологическое состояние атмосферы Зоны Характеристика

1 0—1 Н 1,2 относительно слабая опасность химического загрязнения (норма)

2 1—4 СО 3,4,5 средняя опасность химического загрязнения

3 4—8 ВО — высокая опасность химического загрязнения

4 8—15 К — Очень высокая опасность химического загрязнения (кризис)

5 Больше 15 Б Чрезвычайно высокая опасность химического загрязнения (бедствие)

Зонирование территории влияния горнопромышленного предприятия по КИЗА, который служит интегральной характеристикой степени загрязнения атмосферы, позволяет определить степень экологической опасности (табл. 2) исследуемого предприятия как источника загрязнения приземного слоя атмосферы.

Первая и вторая зона (КИЗА < 1,0) относятся к категории зон с относительно слабой опасностью химического загрязнения (Н), которая характеризуется достаточно высокой скоростью самоочищения атмосферы. Третья, четвертая и пятая зоны — к категориям зон с средней опасностью химического загрязнения, которая характеризуется пониженной скоростью самоочищения атмосферы и накоплением токсикантов (СО).

Таким образом, разработанные алгоритм и программная реализация расчетного мониторинга (реализованные на примере одного горноперера-батывающего предприятия) применимы для обоснования условий и мето-

дов проведения мероприятий по пы-леподавлению, препятствующих возникновению и развитию пыльных по-земков и пыльных бурь в районах размещения хвостохранилищ и др. площадных источников, а также заблаговременном (при проектных разработках) и оперативном прогнозировании пространственных масштабов распространения и интенсивности химического загрязнения атмосферы любого промышленного предприятия.

Сложная методика составления экологических карт не позволяет в полной мере применять достижения ГИС — технологий. В экологическом картографировании часто отсутствует достоверная информационная база. Информация ограничена, недоступна разработчикам карт, преодоление этих проблем возможно путем создания собственного комплексного геоэкологического мониторинга. Им-пактный мониторинг антропогенного воздействия горных предприятий должен иметь комплексный характер,

базироваться на специализированной ГИС, включающей блок обработки и визуализации геоэкологической информации, что позволит обеспечить

1. Александрова Т.Н., Липина Л.Н. Геоэкологические и технологические аспекты влияния отходов рудной золотодобычи на окружающую среду при освоении недр // Экологические системы и приборы — 2011. — № 10. — С. 11—15.

2. Качество воздуха в крупнейших городах России за 10 лет (1998—2007 гг.) ГУ «ГГО», Росгидромет, 2009 — 132 с.

3. Bagnold R.A, 1954. The Physics of blown sand and desert dunes. — Methuen and Co Ltd, London. — 265 p.

4. Chepil W.S, 1965. Transport of soil and snow by wind. — "Met. Monographs", vol. 6, — P. 123—132.

5. Бородулин А.И., Десятков Б.М., Сар-манаев С.Р., Лаптева Н.А., Ярыгин А.А., О погрешностях определения мощности источника, возникающих при решении "обрат-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

решение задач по эффективному экологическому менеджменту и минимизации негативного воздействия на окружающую среду.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ной" задачи рассеяния атмосферных примесей // Оптика атмосферы и океана, 2002. — Т. 15. № 5—6. — С. 501—505.

6. Проблемы физики пограничного слоя атмосферы и загрязнения воздуха // Сборник статей к 80-летию профессора М.Е. Берлянда, 2002. — СПб.: Гидроме-теоиздат. — 363 с.

7. Лурье ИК, Основы геоинформационного картографирования. — М. — 2000. — 143 с.

8. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. — Л: Гидрометеоиздат, 1987. — 93 с.

9. Тихонова И.О., Тарасов В.В., Кручи-нина Н.Е., Мониторинг атмосферного воздуха. М.: ФОРУМ, 2007. — 128 с. ПНЕ

Липина Л.Н. — научный сотрудник, [email protected],

Александров A.B. — доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной и инновационной работе, [email protected] Институт горного дела ДВО РАН.

ГОРНАЯ КНИГА -

Экономика, организация, управление природными и техногенными ресурсами

В.Г. Гридин, А.Р. Калинин, A.A. Кобяков, A.B. Корчак, A.B. Мясков, И.В. Петров, С.М. Попов, В.Ф. Протасов, И^. Стоянова, B.A. Умнов, B.A. Харченко 2012 г. 752 с.

ISBN: 978-5-98672-256-6 UDK: 622:330.15

Изложены основы взаимоотношений между человеком и природной средой. Даны понятия, классификации и характеристики природных и техногенных ресурсов. Рассмотрены наиболее значимые положения правового и организационного регулирования природопользования и охраны окружающей среды. Представлено современное состояние экономического регулирования использования природных и техногенных ресурсов.

Для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки «Горное дело» и «Физические процессы горного или нефтегазового производства». Может быть полезна преподавателям, ученым и специалистам, занятым в сфере экологии, охраны окружающей среды и экономики природопользования.

Т|И ■ .-KJ.wmi.I.-чт-

ЭКОНОМИКА,

ОРГАНИЗАЦИЯ,

УПРАВЛЕНИЕ

ПРИРОДНЫМИ П'1 J.MIÜ'I ; l 11 il l ЧI.

РЕСУРСАМИ