Экологическое проектировагние и экспертиза

Цветной металлургии как отрасли промышленности присущи высокая отходность производства и особенно высокая токсичность выбросов в атмосферу и сбросов в воду, которые представляют большую экологическую опасность для человека и для ландшафта в целом. Воз действие цветной металлургии на ландшафты осуществляется сложными сочетаниями технологических переделов -- горно-металлургическими комбинатами, включающими в себя добычу, обогащение руд и им плавку цветных металлов производствами неполного цикла.

Заводы и комбинаты по выплавке цветных металлов поставляют в атмосферу и воду многие металлы и газы (рис. 17). Например, помимо тяжелых, редких и легких металлов заводы медной, никелевой и дру-гих подотраслей цветной металлургии выбрасывают в атмосферу сернистый газ; алюминиевые производства -- фтористый водород; редкометаллические и магниевые -- хлор и хлористый водород.

При добыче и обогащении руд цветных металлов из земной коры извлекаются на поверхность доступные для миграции многие редкие химические соединения. Так, при производстве никеля используется лишь около половины компонентов медно-никелевых руд, при переработке медно-колчеданных руд поступает на земную поверхность и рассеивается в ландшафтах более 15% меди, около 50% цинка, 45% серы, 15% благородных металлов и т.д.

Экологическая опасность воздействия производств цветных металлов на ландшафт усиливается, если руды цветных металлов перерабатываются в месте их добычи, так как в этом случае происходит поступление техногенных выбросов в ландшафты, сформировавшиеся в I креолах рассеивания рудных месторождений, в которых воды, почвы I и растения, и без того обогащенные тяжелыми и редкими металлами, быстро достигают критических пределов для нормальной жизнедеятельности человека и биоты ландшафта.

Высокая комплексность производства, сочетание производств цветных металлов с химическими и нефтехимическими формируют крайне неблагоприятную экологическую обстановку и представляют угрозу для человека и ландшафта, поэтому при экологической оценке технологий и цветной металлургии прежде всего должна быть указана допустимая экологичность способа производства и технологического цикла, который необходимо укрощать, если воздействие при эксплуатации каждого передела технологии уже превышает экологический потенциал определенного региона или ландшафта. При отсутствии технологических методов очистки можно добиться снижения экологической опасности территориальным разобщением технологических звеньев производств.

Содержание экологических оценок в значительной степени зависит от природных особенностей территории и типа технологий. Учет особенностей технологии должен вестись с позиций требований, предъявляемых производствами к природной среде, и с учетом требований природной среды и человека к технологиям. Степень экологичности связей между техникой и природой оценивается материальным потоком техногенных веществ и их миграцией и перераспределением в природной среде.

Экологичность технологий оценивается с позиций определенного природного региона в границах геотехнических систем или в рамках сфер воздействия и тяготения к промышленным узлам. Потенциальной экологической опасностью обладают мощные и сверхмощные горно-металлургические комбинаты с высокой комплексностью производства, не имеющие, как правило, технологических аналогов. Следует обратить также внимание на размещение металлургических про изводств с уникальными технологиями.

Степень экологической опасности при контроле за размерами извлеченных из природы веществ для технологических целей (минеральных, органических, воды, воздуха и т.д.) может быть оценена превышением абсолютных показателей ресурсопотребления над нормативными. Для экологического контроля за расходованием ресурсом необходимо установление экологически безопасных пропорций для различных видов ресурсов на ландшафтной, зональной и региональной основах. Особенно строго должен контролироваться материальный поток техногенного вещества в природу на основе зональных норм выброса различных производств и их сочетаний, причем "работать" эти нормы должны на фоне уже существующего загрязнения региона.

Таким образом, анализ технических и технологических параметров должен исходить из нормативных и реальных потребностей производства. Соблюдение существующих нормативов и ограничений (ПДК в воде, воздухе, почве, предельно допустимые выбросы и др.) позволяет значительно снизить отрицательный эффект техногенного воз действия путем принятия альтернативных технологических решений. При экологической оценке технологий крупного производства цветных металлов в рамках проектируемых или уже действующих добывающих, обогатительных и выплавляющих природно-техногенных систем балансовым методом оцениваются экологические связи распространения и перераспределения потоков техногенных веществ, что позволяет оконтурить сферу воздействия производств цветных металлов на природу. Характеристика "выхода" технологической цепи необходима для количественной и качественной оценок потока в природу.

Важно рассмотреть все внешние каналы связи металлургического комбината с природной средой (см. рис. 14, 17).



Процессы механической, термической и химической обработки сырья в цветной металлургии сопровождаются выбросами газов, а также пыли тяжелых металлов. На всех этапах технологической цепи необходим экологический контроль за объемом и формой выбросов. В качестве примера можно привести структуру воздействия технологии производств цветных металлов на природную среду (см. рис. 17). Причем в окружающую среду поступают не только элементы основного производства, но и многие сопутствующие. Оценка опасности поступления техногенных веществ выявляется при сопоставлении абсолютных значений выбросов с санитарно-гигиеническими и другими нормативами, в том числе с предельно допустимыми выбросами для определенного зонального типа ландшафтов. Должны также прорабатываться различные варианты улавливания, складирования и использования отходов производства в качестве будущего сырья основного и вспомогательных производств. Необходимо вести поиски технологических решений извлечения металлов и редких земель из отвалов многокомпонентного состава. Целесообразна инвентаризация отвалов, определение возможности их дальнейшего использования и экологической опасности складирования, особенно в непосредственной близости от жилья.

Установление геохимического ареала рассеивания техногенных веществ -- это выявление сферы воздействия действующих технологий и оценка потенциальной возможности миграции и аккумуляции техногенных выбросов в ландшафте. Интенсивность воздействия оценивается уровнем поступления выбросов в сферу влияния производства (т/км²) и соотнесения этих показателей с фоновыми значениями для зонального типа ландшафта. Важны также характеристика условий миграции техногенных веществ, выявление их подвижности, наличие геохимического барьера, возможности смены геохимической обстановки м результате поступления кислых или щелочных выбросов и т.д.

Устанавливается уровень накопления ингредиентов выбросов элементами и компонентами ландшафта, определяется превышения их содержаний в воздухе, воде, снеге, почве, растениях над фоновыми значениями (региональный фон и т.д.). Экологический контроль за этими показателями заключается в сравнении их с критическими значениями для человека, животных, растений и для зонального типа ландшафта и целом, при резком (в десятки раз) превышении необходимо планировать дополнительную очистку выбросов и специальные мероприятия.

Контролируется содержание ингредиентов сбросов не только в сточных водах, но и в фильтрационных из хвостохранилищ и в так называемых "условно чистых водах" дождевых и промливневых с территорий. Основные значения ингредиентов сбросов не должны превышать гидрохимический фон для ландшафтов, сформированных на рудных месторождениях, а в некоторых случаях предельно допустимых значений для питьевых и рыбохозяйственных водоемов. Каждый элемент сброса в воду должен оцениваться абсолютным значением, кратностью разбавления и превышением над фоновыми содержаниями и ПДК. Здесь же должна даваться общая оценка экологической опасности загрязнения водоемов для гидробионтов в сфере воздействия.

Экологический контроль за общим выбросом комплекса цветной металлургии должен осуществляться на основе предельных норм зонального типа ландшафта, которые устанавливаются по критическому поступлению в ландшафт тяжелых металлов и газов. Использование методов ландшафтной и биологической индикации способствует фиксированию нарушений в биотических и абиотических элементах ландшафта, выявлению их техногенных трансформаций и модификаций при том или ином поступлении тяжелых металлов.

Критическим считается такое поступление, которое не вызывает накопление техногенных веществах в концентрациях, токсичных для растений, животных, человека, и не вызывает структурных техногенных трансформаций ландшафта.

По отношению к критическому и должно оцениваться общее поступление выбросов в природу. Пространственно-временные ряды техногенных модификаций ландшафтов и длительность их существования устанавливают на основе изученных промышленных объектов-аналогов. Накопление токсичных техногенных веществ в техногенно модифицированных и трансформированных элементах и компонентах ландшафта приводит к ломке и перестройке структуры ландшафта и о деградации на больших пространствах. Таким образом, производство цветных металлов представляет большую экологическую опасность для ландшафта и человека.

При изучении техногенных модификаций ландшафтов в сферах воздействия производств цветных металлов в северной и южной тайге, полупустынной и пустынных зонах и горных субтропиках Армении удалось установить функционально-динамические ряды нарушений ландшафтов, которые могут быть использованы при прогнозировании воздействия идентичного производства в заданных природных условиях.

Общая схема нарушения ландшафтов под влиянием техногенных выбросов экологически опасных производств цветных металлов следующая: ограничение видового разнообразия в элементах ландшафта -> выпадение элемента --> ломка структуры компонента ландшафта по пути его упрощения -> выпадение компонента ландшафта --> ломка вертикальной и горизонтальной структур ландшафта, упрощение его морфоструктуры за счет выпадения и образования техногенно трансформированных морфологических частей --> нарушение массоэнергообмена в ближайшем окружении ландшафта (нарушение водного режима, усиление массопереноса -- эрозия) --> уменьшение запаса жизни --> снижение либо полная потеря биогеогоризонтов и т.д., переход на менее устойчивый уровень (в зональном и азональном планах). Нарушения структуры ландшафта происходят под влиянием механических, термических и химических воздействий. Об устойчивости морфологической структуры ландшафтов можно судить по возможности существования их переменных состояний, численности ряда техногенных модификаций, длительности существования тех или иных модификаций, глубине ломок структуры ландшафта. При воздействии производств цветных металлов трансформации ландшафтов настолько сильны, что их дальнейшее развитие идет по азональному типу со смещением в сторону более просто организованной биоты.

Использование методов и принципов ландшафтной индикации загрязнения природной среды на примере комбината "Североникель"

В 1970--1990 гг. при изучении воздействия комбината "Североникель" на северотаежные и тундровые ландшафты Приимандровой равнины и Мончетундры были разработаны принципы ландшафтном индикации загрязнения природной среды и определены экологические нормативы для ландшафтов в виде критического поступлении выбросов в ландшафт.

Экологический мониторинг в 1973--1976 гг. состоял из полустационарных наблюдений за режимом выбросов тяжелых металлов и сернистых соединений, за условиями распространения и перераспределения загрязняющих веществ и поступлением их в природный комплекс.

Ландшафтный мониторинг включал в себя изучение изменений геометрии зон воздействия по индикаторам, прежде всего по снежном покрову, а также динамики техногенных модификаций ландшафтов и их геохимических характеристик. Биологический мониторинг состоял из наблюдений за состоянием фитоценозов, динамикой численности и биомассы насекомых, почвенных беспозвоночных и микроорганизмом.

Для многолетних наблюдений за динамикой природных комплексом использовался участок ландшафтной съемки площадью 80 км² и составлена ландшафтно-экологическая карта. Спустя 10--15 лет (в 1983--1990 п.) наблюдения были повторены; определено содержание выбросов комбината в снежном покрове, ограничен геохимический ареал воздействия, измерено содержание тяжелых металлов и рН в почвах и растениях, В 1986--1987 гг. проведена еще раз ландшафтная съемка территории; вы явлена динамика техногенных модификаций ландшафтов за 13-летним период и тенденции их дальнейшей техногенной трансформации.

Рассчитаны ряды интенсивности накопления ингредиентов выбросов по отношению к природному фону, установленному в 1973 г. (ККф> Проведен дисперсионный анализ влияния загрязнения снега и загрязнения почв на состояние модифицированных ПТК в сфере воздействия. Дисперсионным анализом установлено влияние типа элементарной ландшафта (положение его в геохимическом сопряжении) на его устойчивость. Рассчитана энтропия растительного покрова и природного комплекса в целом, построены информационные модели техногенных модификаций ландшафтов, на основании которых сделаны выводы о степени устойчивости северотаежных ландшафтов к воздействию комбината.

При оценке устойчивости растительности к выбросам комбината использован такой показатель разнообразия, как энтропийная мера. Наиболее информативным оказался коэффициент отношения энтропии современного нарушенного фитоценоза к энтропии условно не нарушенного фитоценоза, который существовал до воздействия комбината. Анализ энтропийной меры в техногенных модификациях позволил сделать интересные выводы (рис. 18).

Чем больше поступает техногенной информации в ландшафт, /иск меньше значение энтропийной меры, т.е. природное разнообразие состав ляющих ландшафт компонентов и элементов. Чем интенсивнее развита процессы вещественно-энергетического обмена в ландшафтах, тем вышеих энтропия.

Минимальная энтропия прослеживается в автономных (элювиальных) природно-территориальных комплексах. Поступление вещества в них происходит только аэротехногенным способом, поэтому любое нарушение сложившейся цепочки вещественно-энергетического обмена приводит к структурным, чаще всего необратимым изменениям

Первым признаком перестройки системы является перестройка ее биологической составляющей. Именно в автономных ландшафтах наиболее выражена зависимость природного разнообразия составляющих компонентов и элементов от количества поступающей техногенной информации.

Подчиненные ландшафты (понижения, днища, долины, западины) характеризуются менее выраженной связью между показателем разнообразия (энтропией) и поступлением техногенного вещества. При максимальных концентрациях загрязнителей в почве растительность сохраняет способность к биопродуцированию.

По мере удаления от источника загрязнения нет ярко выраженной тенденции в распределении показателя энтропии. Резкое увеличение разнообразия растительного покрова выявлено на удалении 18-20 км от комбината в пойме заболоченного ручья.

Анализ распределения энтропии подтвердил большую способность подчиненных комплексов (и прежде всего пойменного и болотно-западинного типа) к перестройке и большую их устойчивость. Такая структурная перестройка выражается в смене каналов вещественно-энергетического обмена. К каналам вещественно-энергетического обмена можно отнести, например, цепочки поступления вещества и ландшафт и выноса вещества из него. Пути поступления (выноса) вещества в подчиненных ландшафтах разные -- воздушный, поверхностный, миграции через почву и т.д., а привнес техногенного вещества идет только воздушным путем.

Чем более удалены природно-территориальные комплексы от комбината, тем менее контрастно распределение энтропии в ландшафтах подчиненного и автономного типов. Происходит своеобразное "выравнивание" природного разнообразия и в сопряженных природно-территориальных системах.

Рассмотрим техногенную трансформацию ландшафтов в северной и южной тайге, пустынной зоне и горных субтропиках под воздействием медно-никелевого, медно-молибденового и медно-химического производств.

Низкогорный северотаежный ландшафт цокольных равнин Кольского полуострова под влиянием комбината "Североникель" (интенсивного поступления тяжелых металлов и подкисления в течение 35 лет) претерпевает сложные техногенные модификации и трансформации (модификации перечислены от ненарушенного к сильно нарушенному состоянию). Ограничивается видовое разнообразие в мохово-лишайниковом и кустарничковом ярусах в сосновых, еловых и березовых мохово-лишайниковых и травяно-кустарничковых лесах, затем выпадает мохово-лишайниковый ярус и повреждаются древостой.

В следующей модификации нарушаются подзолистые иллювиально- железистые почвы, уничтожается растительность, происходит смыв почвенных горизонтов. И наконец, ландшафт трансформируется в техногенный комплекс, причем претерпевает перестройку даже его литогенная основа за счет смыва рыхлого материала и формирования токсичной коры выветривания. Происходит ломка структуры ландшафта, так как техногенные модификации существуют длительное время. Ряд модификаций малочислен, что свидетельствует об относительной неустойчивости ландшафта к данному типу техногенеза.

В пределах зоны структурной перестройки ландшафтов, ограничивающейся меридиональным радиусом 15--20 км и широтным радиусом 4-5 км, на площади 240 км² доминируют средненарушенные природные комплексы. В техногенных модификациях с менее измененной геохимической средой ежегодное поступление Ni -- 0,5-1,2 т/км², Сu --1 т/км², Со -- 0,006--0,24 т/км²; повышается содержание металлов в почвах, водах на порядок по сравнению с их содержанием в коренных урочищах. В сильно нарушенных растительных сообществах сохраняется угнетенный и сухостойный древесный и травяно-кустарничковый ярус. Заметно обеднена почвенная мезофауна.

Более длительное воздействие (от 40 до 50 лет) способствовало увеличению вдвое площади зоны структурной перестройки комплексов (от 17,4 до 34 км²) и меридиональных радиусов воздействия. Зарегистрировано значительное увеличение размера зоны выпадения элементов и компонентов ландшафтов; меридиональный радиус увеличился от 15--20 до 25--30 км; широтный радиус от 4-5 км на севере постепенно расширяется до 8--10 км на юге.

Анализ динамики ареала воздействия, установленного по содержанию тяжелых металлов в снежном покрове, показал, что резко повысился уровень содержания таких ингредиентов выбросов, как никель, медь, кобальт; высокие значения присущи кадмию, свинцу, цинку.

Сфера воздействия комбината "Североникель", зарегистрированная по загрязнению снежного покрова из космоса, составляет приблизительно 900 км². Выявленные закономерности нарушения северо-таежных ландшафтов можно использовать при оценке воздействия аналогичных технологий в таежной зоне.

Другой пример. В среднегорных, низкогорных и горно-долинных ландшафтах сухих субтропиков Армении под воздействием Алавердского меднохимического комбината (200 лет воздействия, интенсивная выплавка в течение 40 лет) первичные широколиственные формации в нижних ярусах рельефа заменяются вторичными редколесьями из кизила, плодовых деревьев, кустарников, в которых увеличивается доля ксерофитных видов.

Эта техногенная модификация трансформируется в злаковые кур тины, и наконец, в ландшафте начинают преобладать урочища сильно эродированных горных склонов и долин, лишенных почвенно-растительного покрова с горизонтами отмершего органического вещества. В экстремальных горных условиях при сильном расчленении поверхности и значительных перепадах высот воздушный разнос ограничен, что создает предпосылки для сильных нарушений долинных и склоновы ландшафтов. Структурная перестройка ландшафтов настолько глубоки что восстановление ландшафта до зонального нереально. Техногенны-модификации быстро сменяют друг друга по времени, наиболее длительно существование последних стадий трансформированной природы. Ландшафт крайне неустойчив к воздействию производств цветных металлом

Интересны исследования воздействия на пустынные ландшафты Северного Прибалхашья медно-молибденового Балхашского комбината (время интенсивного воздействия 40 лет). Здесь происходи! накопление тяжелых металлов в пустынных почвах в условиях слабо щелочной реакции среды и сульфатно-кальциевого и хлоридно-сульфатно-натриевого засоления. Наиболее сильной трансформации пол вержены ландшафты замкнутых котловин. Модифицирование ландшафта идет по пути его опустынивания и соленакопления, образования техногенных барьеров.

В разных зонах влияния Балхашского горно-металлургическом, комбината в радиусе до 4,5--5 км суммарный показатель загрязнителей > 500; интенсивного влияния от 5 до 10 км, а в СВ направлении до 20 км суммарный показатель > 100, а также в зоне слабого влияния от 20 до 45 км суммарный показатель > 2. В верхних горизонтах серо бурых пустынных почв и почв солончаков интенсивно накапливаются медь, свинец, серебро, хром и т.д. Формирование техногенных аномалий в верхних горизонтах почв и резкое снижение их содержании на порядок с глубиной объясняются значительным воздушным поступлением выбросов и их концентрацией на испарительном и биогеохимическом барьерах и подтверждают слабую подвижность катионо генных элементов в щелочной среде серо-бурых пустынных почв. Менее интенсивно в верхних горизонтах почв накапливаются молибден и мышьяк, обладающие сильной подвижностью в щелочной среде.

Воздействие Балхашского медно-молибденового комбината на пустынные ландшафты индицируется прежде всего повышением содержания меди во всех трех формах миграции. Чтобы очертить сферу воздействия, достаточно определить содержание меди в двух верхних горизонтах серо-бурых почв мощностью Ад (0-2), А (2--10) и в верхних горизонта солончаков мощностью до 10-20 см. Для оценки экологической опастности загрязнения почв для растений и животных необходимо изучат: формы миграции тяжелых металлов в различных формах. Выявлены следующие закономерности: в серо-бурых пустынных почвах полуторные окислы составляют от 5 до 30% суммарного вало Вого содержания тяжелых металлов (меди -- от 10 до 30%, свинца -- до 20%, цинка -- от 10 до 20%); на два порядка ниже содержание растворимых форм металлов в почвах; так, водорастворимая медь составляет от 0,15 до 0,3% от валового содержания. Отмечается общая тенденция увеличения содержания водорастворимых форм металлов от автономных к подчиненным ландшафтам. С нарастанием засоления - бурых пустынных почв увеличивается содержание подвижных форм тяжелых металлов, максимальное количество их наблюдается в серо - бурых солончаковых почвах и солончаках.

В целом для пустынных ландшафтов характерны интенсивная механичекая денудация и золовый перенос микроэлементов, слабая водная миграция и слабое перераспределение в системе автономный подчиненный ландшафты. Тем не менее ландшафты низких террас и и. пониженных равнин в гораздо большей степени подвержены потенциальной опасности загрязнения вследствие доминирования солончаков и солонцов, обладающих большими поверхностями испарительных и биогеохимических барьеров, а также из-за вновь сформированных здесь техногенных барьеров, за счет резкого подкисления среды (изменение pH от 8-9 до 3-4).

Гаким образом, при воздействии производств цветных металлов происходят сильные трансформации ландшафтов во всех природных зонах. Зональная устойчивость ландшафтов к воздействию производств цветных металлов определяется сравнением площадей разно нарушенных территорий при условии одинаковой интенсивности и продолжительности воздействия.

Рассмотренные примеры иллюстрируют зональную устойчивость ландшафтов к техногенному воздействию, которую учитывают в числе других факторов при оценке воздействия технологических аналогов на природную среду в различных природных зонах.

10.9 Типы воздействия добывающих производств черной и цветной металлургии на природную среду

Экологическая политика РФ в области добычи полезных ископаемых состоит в выборе месторождений среди альтернативных проектов, освоение которых сопровождается меньшим экологическим ущербом, в принятии наиболее экологичных технологий. Горнодобывающие производства (открытая и подземная добыча), горнообогатительные комбинаты и металлургические заводы специфически воздействуют на природную среду.

Интенсивность воздействия на природную среду горных работ определяется способом разработки -- открытым или подземным. Вскрышные горные разработки характеризуются высокой землеемкостью. Так, на 1000 т годовой добычи железной руды отводится 0,35-0,7 га территории, в то время как при подземном способе только 0,08--0,15 га. Открытые горные разработки характеризуются не только относительно большей, но и абсолютной землеемкостью. Некоторые обогатительные комбинаты цветной металлургии занимают до 30-35 км² территории. Приведенные цифры учитывают только площади, занятые карьерами, отвалами, коммуникациями, сооружениями, не включай зоны отрицательного воздействия на природную среду.

Снижение природно-хозяйственного потенциала территории, прилегающих к карьерам, происходит опосредованно -- через воздушный и водный каналы связи. Наиболее сильное загрязнение атмосферы происходит при горно-взрывных работах и в результате развевания отвалов. В газо-пылевом облаке, образующемся после взрыва концентрация пыли, например, достигает значений сотен миллиграммов на кубический метр, поэтому при неблагоприятных метеорологических условиях предельно допустимые концентрации могут превышаться на расстоянии 10--15 км от карьера. Выпадение мелкодисперсной пыли способствует утяжелению механического состава почвы, что благоприятно для развития эрозионных процессов.

Нарушение водного режима окружающих территорий связано с изменением гидрогеологических условий, образованием депрессионной воронки вокруг карьера. Так, по Криворожскому бассейну ежегодно откачивается 22,3-28 млн м³ воды. На Курской магнитной аномалии радиус депрессионных воронок составляет десятки километров. Иссушение территории вызывает снижение продуктивности естественных и культурных фитоценозов вплоть до усыхания растительности, урожайность сельскохозяйственных культур вблизи карьеров на КМА снижается на 20--40%.

Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом, как правило, нарушает меньше территории. Наиболее распространенные нарушения -- проседание земной поверхности, образование провалов и мульд и, как следствие, нарушение гидрогеологических и гидрологических условий. Экологический эффект терриконов во многим эквивалентен воздействию отвалов на природную среду.

Виды воздействия на окружающую среду при разработке полезных ископаемых и характер изменений в составляющих ее компонентах*

Виды воздействия на окружающую среду определяются:

· способами отработки и обогащения полезного ископаемого;

· особенностями транспортировки полезного ископаемого и вскрышных пород;

· горными и геотехническими характеристиками вмещающих пород месторождения;

· видом полезного ископаемого;

· технологией рекультивации выработанного пространства и т.д.

Воздействие оказывается:

· изъятием из геологической среды полезных ископаемых; земельных ресурсов; растительности (вырубка лесов и уничтожение кустарниковой и другой растительности); поверхностных и подземных вод;

· внесением в геологическую среду загрязняющих веществ в твердой фазе (вскрышные породы, пустая порода, хвосты обогащения, пыление отвалов и терриконов, пыль от взрывов в карьерах); в жидкой фазе (рудничные и шахтные воды, сточные воды, пульпа, шламы, хвосты); в газообразном виде (вентиляционные выбросы шахтных и рудничных газов, газообразные вещества от взрывов в карьерах);

· изменением геофизических и физических полей -- гравитационного, электрического, магнитного, температурного; электромагнитного излучения; радиационного сейсмического фона; шумом; ударной волной.

Ниже приводится перечень возможных изменений в основных составляющих компонентах геологической среды.

· В горных породах:

— изменение физико-механических свойств горных пород и их химического состава;

— увеличение трещиноватости;

— нарушение структурных связей;

— изменение напряженого состояния в массиве;

— изменение температурного режима;

— изменение естественного электрического, гравитационного и магнитного полей массивов пород;

— изменение влажностного режима горных пород (осушение и обводнение) и их фильтрационных свойств.

· В подземных водах:

— изменение уровней (понижение или повышение) водоносных горизонтов;

— загрязнение;

-- изменение запасов подземных вод (чаще истощение);

-- нарушение взаимосвязи между подземными и поверхностными водами.

* В поверхностных водах:

— загрязнение водоемов и водотоков;

— изменение гидрологического режима водоемов и водотоке за счет сброса шахтных и карьерных вод с активизации и русловых и эрозионных процессов;

-- нарушение взаимосвязи между поверхностными и подземными водами.

* В рельефе и почвах:

-- формирование горнопромышленного ландшафта (отвалы терриконы, дамбы, канавы, хвосто- и шламохранилища мульды сдвижения, провалы и т.д.);

-- уничтожение почвенного покрова;

-- уменьшение плодородия почв за счет: запыления загрязненных атмосферных осадков и поверхностного стока; уменьшения гумуса, угнетения и уничтожения биоты почвенного слоя; нарушения физико-механических свойств почвенной слоя (изменение структурных связей, пористости, влажности); изменения химического состава (засоление, загрязнение тяжелыми металлами, изменение кислотности).

Процессы и явления, возникающие при разработке полезных ископаемых:

· техногенный и активизированный карст, оползни, сели, румы, осыпи и т.д.;

· боковая и донная эрозия, плоскостной смыв, образование мелей, перекатов, конусов выноса в руслах водотоков;

· возникновение комплекса мерзлотных процессов за счет и изменения температурного режима пород (термокарст, солифлюн ция, наледи, булгунняхи и т.д.);

· изменение фоновых сейсмических условий;

· уплотнение и разрыхление грунтов;

· изменение углов естественного откоса;

· заболачивание и подтопление;

· суффозионно-просадочные процессы;

· оседание земной поверхности над подземными горными выработками.

Экологичность технологий добычи полезных ископаемых

Экологические последствия традиционных подземного (шахтного) и открытого (карьерного) способов добычи полезных ископаемых значительны. Суммарный экологический ущерб от открытого способа добычи в десятки раз превышает ущерб от подземной добычи Будущее за геотехнологическими скважинными методами извлечении полезных компонентов сырья.

Скважинные методы -- новая прогрессивная технология по срам-нению с горным способом добычи, причем добычные, обогатительные и предельные технологии объединены единой системой циркуляции рабочего раствора по стволам закачных и откачных буровых скважин, рудному пласту, трубопроводам на поверхности и перерабатывающей установки.

Экологические достоинства скважинных методов состоят в перемещении процессов извлечения полезных компонентов в недра и работе геотехнологических систем в замкнутых циклах, что значительно ограничивает сферу их воздействия на природную среду.

Подземное и открытое кучное выщелачивание осуществляется высокотоксичными растворами. Открытое кучное выщелачивание применяют как вторичные процессы при добыче урана, золота, меди из отвалов забалансовых руд или в качестве первичных при добыче золота из месторождений бедных рассеянных руд. Производят орошение, выщелачивающим раствором крупных штабелей свежей руды на поверхности или в подземных камерах (блоках) маганизированной руды. Выщелачивающие растворы (серная кислота, цианистый натрий) высокотоксичны, поэтому основную экологическую опасность представляет утечка рабочих растворов и попадание их в подземные воды, особенно в верхние водоносные горизонты.

Экологические последствия функционирования геотехнологического комплекса подземного скважинного выщелачивания состоят в том, по после отработки месторождения в пластах остаются остаточные рабочие растворы, которые представляют экологическую опасность для подземных вод. Поэтому предусматривают утилизацию растворов технологическом цикле, подземное захоронение остаточных растворов, рекультивацию водоносных горизонтов.

Перспективен метод скважинкой гидравлической добычи, однако и он не лишен недостатков. При применении этого метода происходит нарушение целостности массива горных пород, локальные нарушения динамики подземных вод, нарушение рельефа.

Экологизация технологий извлечения полезных ископаемых -- это переход от карьерного и шахтного способов добычи к более экологичным скважинным технологиям, хотя их внедрение также таит в себе серьезную экологическую угрозу.

Глава 11. Экологическое проектирование объектов базовой энергетики

11.1 Специфика технологии тепловой энергетики

Доля тепловых паротурбинных или тепловых электростанций (ТЭС) выработке электроэнергии в России составляет примерно 70%. Для привода электрогенератора используется паровая турбина. Тепловые электростанции, отпускающие потребителям только энергию, называются государственными районными электрическими станции (ГРЭС). Тепловые электростанции, отпускающие потребителям помимо электроэнергии и тепловую, получаемую от отработавшей) и турбинах пара, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Источником энергии для работы тепловых электростанций (ТЭС) являются газ, уголь, мазут; реже -- торф, сланцы. Удельный расход условного топлива равен примерно 340 г/кВт-ч. Специфика технологии производства заключается в том, что техническое водопотребление -- обеспечение турбоагрегатов водой, необходимой для охлаждения отработавшего пара, на конденсационных электростанциях составляет 25--30 м³/сек в расчете на турбину мощностью 1 ГВт. В связи с этим вблизи ТЭС должен быть крупный источник водозабора (водохранилище, река, озеро, море). С целью экономии воды большей частью применяют оборотное водоснабжение с созданием охлаждающих прудов или градирен (на конденсационных электростанциях) Прямоточное водоснабжение с однократным пропусканием охлаждающей воды через турбины применяется гораздо реже.

В отличие от других производств (например, черной и цветное металлургии), дымовые выбросы современных ТЭЦ осуществляются через небольшое количество очень высоких труб, высотой 180--350 м. Поэтому загрязнители рассеиваются в обширном пространстве нижней тропосферы. При этом превышение концентрации веществ обычно не превышает ПДК или составляет не более первых десятков процентов. Лишь в исключительных случаях при неблагоприятных метеорологических условиях выбросы превышают ПДК в два-три раза.

Рассмотрим схему паротурбинной конденсационной электростанции, работающей на угле (рис. 19). Из угольного бункера (1) топливо поступает в шахту (2), где размалывается мельницей в пыль. Далее размолотое топливо вместе с воздухом поступает в топочную камеру (3), где сгорает. Выделяющееся тепло нагревает воду и пар в котле (4). Газы из топки и газоходов котла отсасываются дымососом и через дымовую трубу (5) выбрасываются в атмосферу. Из котла перегретый пар поступает в турбину (6), приводя рабочий вал во вращение, который в свою очередь вращает вал генератора (7). Электроэнергия от генератора поступает на сборные шины и от них отводится потребителям. Отработавший пар поступает в конденсатор получения (8), в котором поддерживается давление ниже атмосферного для получения I наибольшей разности давления, что позволяет обеспечить максимальное использование энергии пара.

Для интенсивного охлаждения и быстрой конденсации отработавшего пара через трубы конденсатора пропускают холодную воду, подаваемую насосом (9) из естественного водоема или башни-охладителя (градирни). Конденсат откачивается из конденсатора насосом (10) в питательный бак (11). Из питательного бака вода подается насосом (12) в котел (4). Таким образом, техническая вода, конденсат и пар обращаются по замкнутому циклу.

КПД полезного действия ТЭС составляет примерно 30-34%, т.е. только около Уз потенциальной энергии топлива превращается в товарный продукт -- электроэнергию; остальное ее количество рассеивается в окружающую природную среду в виде горячих газов и теплой воды.

Описанную технологическую схему дополним функциональной схемой ТЭС, мощностью 2,4 млн кВт, работающей на каменном угле (рис. 20). Она позволяет судить о степени и направлении влияния ТЭС на природную среду. При удельном потреблении топлива 1060 т/ч потребление кислорода и воды составляет 1820 т/ч и 300 000 т/ч. Влияние ТЭС проявляется в выбросах веществ в атмосферу (загрязнении и далее их поступлении в почву, поверхностные и грунтовые воды осаждении в слое растительного покрова); в значительном изъятии вод и земельных площадей.

Наибольшая землеемкость и водопотребление характерны для ТЭС, работающих на твердом топливе (бурый уголь, сланцы); заметно меньше--у ТЭС, использующих в качестве топлива мазут и газ. Повышенная землеемкость угольных ТЭС связана с большими площадями, требующимися под топливохранилища и золо- и шлакоотвалы.

С наличием системы гидрозолоудаления связано и повышенное водопотребление на этих ТЭС. В целом, вне зависимости от топлива, большое водопотребление (испарение при охлаждении) и водоотведение приводят к тепловому загрязнению водоемов.

Площади, занимаемые современными тепловыми электростанциями и их сопутствующими сооружениями, составляют 3--3,5 км². Удельная площадь водоемов-охладителей составляет 6--9 м²/кВт мощности.

Воздействие теплоэнергетики на природную среду характеризуется тремя типами выбросов: щелочными от ТЭС, работающими на твердом топливе с малоэффектным золоулавливанием; кислыми от ГЭС на жидком и газообразном топливах; нейтральным от ТЭС, которые используют малосернистое твердое топливо с высоким КПД золоулавливания.

Типизация представлена на рис. 21.



Сравнение удельных выбросов в атмосферу различными типами электростанций показывает, что наиболее сильное загрязнение создается в том случае, когда ТЭС или ТЭЦ работает на угле (табл. 6).

При проектировании и экспортировании крупных ТЭС важен точный расчет выбросов загрязняющих веществ. Компоненты дымовых выбросов ТЭС в зависимости от влияния на них технологии производства можно подразделить на две группы: загрязняющие вещества, количество которых в продуктах сгорания может быть с достаточной

Таблица 6

Потребление топлива и выбросы в атмосферу основных загрязняющих веществ с ТЭС мощностью 1000 мВт, тыс. т/год*

Показатели	Виды топлива
	Каменный уголь	Мазут	Природный газ
	(КПД золоуловителя 96%)
Потребление топлива, млн м3	2300	1670	1900
Выбросы:
302	80,0	60,0	7,0
Золы	18,0	0,7	0,5
Нох	21,0	22,0	12,1
СхНх	--	9,3	1,6

точностью рассчитано по составу топлива и мало зависит от технологии сжигания (сернистый ангидрид, количество и состав золы, соединения ванадия и др.).

Наибольшую сернистость имеют подмосковные и украинские бурые угли; донецкий, кизеловский, интинский каменные угли и эстонские горючие сланцы. Повышена сернистость мазута, получаемого из нефти Волго-Уральского района. Сибирские угли имеют небольшое содержание серы.

Другая группа вредных примесей зависит от состава топлива и технологии его сжигания. Сюда относятся окислы азота, углерода, сероводорода, количество летучей золы. За последние 10 лет все большую роль в характере дымовых выбросов играют тип и эффективность работы фильтров.

Зола, представляющая собой твердую фракцию выбросов, является одним из основных загрязняющих веществ прилегающих территорий к ТЭС, работающих на угле. Зола -- это частицы диаметром от 1 до 100 мкм. Анализ фазово-минералогического состава золы различных топлив показывает, что ее основная фаза -- стекло, а кристаллическая представлена различными количествами кварца, гематита, магнезита, силикатами кальция.

Химический состав золы, которым характеризуют негорючую массу топлива, представляется обычно в виде суммы окислов SiO2, А12О3, Fе2О3, СаО, К2О, Na2О. Состав летучих зол, работающих на твердом топливе, как правило, определяет ее нейтральную или щелочную реакцию, что ведет обычно к подщелачиванию поверхностных вод и почв на прилегающей территории. Однако содержание в атмосферных выбросах двуокиси серы и азота способствует возникновению кислотных дождей, поскольку во влажной атмосфере происходит цепь химических реакций, в результате которых образуется серная и азотная кислоты.

Существенны выбросы продуктов недожога при использовании углей, особенно полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Их содержание определяется типом сжигаемого топлива, а также количеством и режимом выбросов дымовых газов и метеорологическими условиями. Велико и загрязнение бенз(а)пиреном -- веществом первого класса вредности.

Выбросы вредных веществ от сжигания мазута меньше, чем при сжигании угля (см. табл. 6). Однако при сжигании мазута выделяются окислы различных элементов: V2О5, NiO3, МnО2, А12О5, Fе2О3, SiO2, MgО. Высок также выход бенз(а)пирена. Наиболее экологически чистым иидом топлива является природный газ. При его сжигании существенно сокращается выброс сернистых соединений и твердых частиц.

Таким образом, специфика функционирования ТЭС и ее влияния на природную среду обусловлена выбором топлива, технологией охлаждения пара, землеемкостью и размером зоны шлако- и золоотвалов и местными климатическими условиями.

11.2 Влияние ТЭС на окружающую природную среду. Специфика ОВОС

Наиболее важными являются вопросы реакции природных ландшафтов на выбросы веществ в атмосферу, их депонировании в растительном покрове, почвах, миграции и метаболизме вещества в геосистемах и физико-географических последствиях этого макропроцесса. Вторая проблема -- водопотребление. Третья проблема -- изучение эффекта тепловых воздействий на прилегающую территорию. Четвертая -- влияние зоны шлако- и золонакопления на окружающие ландшафты.

Исследованиями в сферах влияния различных ТЭС было установлено, что в ближайшей к ней зоне радиусом 12--15 км в зависимости от высоты труб выпадает 35--60% выбрасываемой золы. Остальная ее часть рассеивается на большее расстояние.

Устойчивость ландшафтов к кислотным выбросам тесно связана с их природной зональностью (рис. 22). Особенно сильно влияние кислых выбросов сказывается на ландшафтах лесной зоны и в меньшей степени -- лесостепной и степной.

Негативное влияние кислотных осадков, выпадающих в районе действия ТЭС, работающих на мазуте и газе, прослеживается в нескольких направлениях:

· трансформируются и гибнут водные экосистемы: рН пресноводных систем обычно составляет 6--7; организмы адаптированы к этому уровню и при изменении рН всего на 1--1,5 единицы испытывают стресс и часто погибают. Увеличение кислотности водоемов препятствует репродукции организмов;

· происходит деградация лесов. Кислоты нарушают защитный восковой покров листьев, растения становятся более уязвимыми для многих патогенных организмов. Наблюдается сухо вершинность крон и уменьшение ее ажурности, в хвое появляются бурые пятна. Ослабленные деревья оказываются объектом нападения насекомых-вредителей, ускоряющих снижение продуктивности древостоев и их текущего бонитета. Еще одни довольно чуткий морфологический индикатор задымления отсутствие наствольных лишайников;

· подкисленные осадки, фильтруясь в почву и грунты, способны выщелачивать алюминий и тяжелые металлы, которые м свою очередь оказывают токсичное воздействие как на растения, так и на животных.

Л.К. Казаковым детально изучено влияние Конаковской ГРЭС, г Мотавшей до 1985 г. преимущественно на мазуте, которая расположена в зоне смешанных лесов на берегу Иваньковского водохранили-1И.1. Ежесуточные выбросы основных токсичных компонентов состав-| пи по 5О2 около 600 т, по Мох 100-200 т. С зольной фракцией выбросов в атмосферу поступало до 2 т/сут. ванадия. ТЭС забирала из водохранилища 80 м3/с чистых вод, которые полностью шли на охлаждение и затем сбрасывались в водоем.

Замеры распределения SО2 в приземной атмосфере аспирационным методом показали, что максимальные разовые концентрации вокруг ТЭС, как правило, наблюдаются в зоне 1-8 км от станции и составляют 0,50-0,53 мг/м³. Содержание сульфат-иона в атмосферных осадках и варьировало от 5 до 16 мг/л (фоновые значения -- 1,8-10 мг/л), а в снежном покрове на расстоянии до 5 км от ТЭС составляло 29-34 мг/л против 8-10 мг/л на контроле. На расстоянии 8-10 км влияние ТЭС 4.1 химический состав атмосферных осадков минимально и проявляются эпизодически.

Ответная реакция ПТК на поступление сульфат-иона и других загрязнителей неоднозначна. И в этом заключается одна из принципиальных сложностей составления ОВОС, затрудняющая экстраполяцию полученных данных с действующих объектов на проектируемые. Так, лесные сообщества, имеющие различный состав древостоя, по-разному трансформируют проходившие через кроны атмосферные осадки. Сосняки и ельники подкисляют их, а осинники и ольховники -- подщелачивают. В целом приход сульфат-иона в зоне интенсивного воздействия в 2-3 раза больше прихода в фоновых ПТК.

В зоне влияния ТЭС относительно заметные и постоянные нарушения почв отмечены на расстоянии до 2-2,5 км. Эпизодические относительно слабые нарушения зафиксированы на расстоянии 5--6 км от станции. Обобщенные данные по влиянию ТЭС на геохимические условия приведены на рис. 23. Использована система разнообразных геохимических показателей и биоиндикационных показателей, которые в целом позволяют судить о нелинейном характере зависимости интенсивности влияния от источника воздействия; незначительное влияние по сульфат-иону прослеживается до 13 км.

Анализ материалов по распространению загрязняющих веществ в сфере влияния ТЭС выявил три характерные зоны в пределах ландшафтов прилегающей территории.

Первая зона, примыкающая к ТЭС в радиусе до 3--3,5 км, характеризуется нарушениями в той или иной степени во всех компонентах ландшафта. Зафиксировано равномерное распределение повреждений хвойных пород по всей площади. У деревьев отсутствует многолетняя хвоя, а хвоя второго года сильно изрежена и повреждена. Древостои угнетены. Текущий прирост по диаметру и объему снижен. Наствольные лишайники полностью отсутствуют. Используя метод регистрации длительного послесвечения фотосинтезирующих органов растений, удалось установить, что в этой зоне фотосинтетическая активность нарушена у сосновой хвои первого года в 30--35% случаев, а у двухлетней -- в 70%.

Вторая зона, отстоящая от ТЭС на расстояние 4--8 км, представлявляет собой сочетание очагов сильно и слабо нарушенных древостоев. Локальную дифференциацию определяет мезорельеф, с которым связано перераспределение загрязнителей с ветровыми потоками. Общее повреждение сосняков составляет 40-45%, ельников -- 10--12%. В стадии усыхания находятся 16% деревьев. Появляются пятна лишайников в нижнем части стволов (0,3--0,5 м от поверхности земли). Нарушенность фото синтетической активности хвои наблюдается у 15--20% сосен.

В третьей зоне, отстоящей на расстоянии 8--14 км, растительность повреждена значительно слабее, и повреждения носят очаговый характер. Появляется хвоя третьего и даже четвертого года. Лишайники на стволах деревьев поднимаются на высоту до 2,5 м, а их проективное влияние составляет 25-35%. По сравнению с двумя другими зонами влияния ТЭС степень нарушения фотосинтетической активности хвои Невелика и составляет 10--16% всех деревьев (по хвои третьего года).

Тепловое влияние. На ТЭС, не имеющих для охлаждения градирни, теплая вода из системы охлаждения сбрасывается в водоемы. Так функционирует Конаковская ГРЭС. Следствием выступает тепловое загрязнение поверхностных вод. Тепловая зона в заливе Иваньковское водохранилища имеет протяженность 12-13 км, площадь более 3 тыс. га (Ю.И. Никаноров, Е.А. Никанорова). Положительная аномалия температуры воды равна 5--14 °С.

Последствия сброса теплых вод могут быть как положительные, так и отрицательные. Проявляется отепляющий эффект водохранилища, что сказывается на микроклимате прибрежной зоны, отмечено некоторое повышение рыбопродуктивности водоема. Вместе с тем происходит нарушение кислородного режима, возрастание продукции фитопланктона. Крайне негативным периодически повторяющимся процессом выступает промывка механических фильтров, регенерация ионных фильтров, продувка осветителей и т.д. Он сопровождается сбросом сточных вод с повышенным содержанием солей, кислот или щелочей. Резко ухудшается качество воды.

Угольные золоотвалы представляют собой пылящую и парящую пустыню. Их влияние на прилегающие ПТК осуществляется через рассеивание золы ветром, фильтрацию вод сквозь стенки и дно золотвалов, а также в результате предусмотренных сбросов осветленных под (частичный сброс обязателен при мокром золоудалении в регионах, где осадки преобладают над испаряемостью). Кроме влияния на НТК, пылящие золоотвалы ухудшают гигиеническую обстановку на прилегающих территориях, уменьшают производственный ресурс машин, механизмов, а иногда -- и сельскохозяйственных угодий.

Специфика ОВОС проектов ТЭС

Анализ проектов создания ТЭС позволяет говорить об основных положениях документа и типичных его недостатках.

1. Технико-экономическая аргументация потребностей в тепло- и электроэнергии в ближней и дальней перспективе в аспекте социально-экономического развития регионов потребления. Недостатки: отсутствие обоснования границ региона энергопотребления и недоучет потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния.

2. Отсутствие (нежелание) глубокого рассмотрения альтернативных вариантов.

3. Обоснование выбора площадки под строительство с учетом сейсмичности и тектонического строения территории. Недостатки: выбор

площадки строительства плохо увязывается с размещением селитебных и рекреационных зон, с экологическим каркасом территории

4. Характеристика топлива и особенности его сжигания. Расчет дымовых выбросов с учетом розы ветров. Ошибки: недоучет числа дней со штилями и инверсиями в зимний период; существующих в регионе антропогенных выбросов в атмосферу, в том числе тяжелых металлов. Нередко -- игнорирование возможных экстремальных аварийных разовых выбросов в атмосферу и расчет дальнего и ближнею их переноса в атмосфере и последующей аккумуляции в ландшафте.

5. Водоснабжение, водопотребление и водоотведение. Недостатки: отсутствие глубокого анализа состояния водных объектов, качества забираемых на охлаждение вод. Отсутствие расчета изменения глубины залегания и режима грунтовых вод после осуществления проекта.

...