Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Географическая экология

Диссертационная работа:

Семячков Александр Иванович. Техногенная трансформация окружающей среды горно-металлургических комплексов : Дис. ... д-ра геол.-минерал. наук : 25.00.36 : Екатеринбург, 2003 380 c. РГБ ОД, 71:04-4/50

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 6

1. МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 14

  1. Методология исследований 14

  2. Методика получения фактического материала

и его оценка 19

1.3. Методика обработки информации 31

Выводы 36

2. ОЦЕНКА ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ КАК
ИСТОЧНИКОВ ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 38

2.1. Развитие и современное состояние горно-металлургических
комплексов
39

* 2.1.1. Железорудный комплекс 39

  1. Меднорудный комплекс 46

  2. Золоторудный комплекс 52

  3. Никелевый комплекс 55

2.2. Горно-металлургические комплексы как источники трансформации
окружающей среды 58

2.2.1. Формирование рассеяния загрязняющих веществ в составе пылевых
выбросов
58

2.2.2. Формирование рассеяния загрязняющих веществ в составе сточных
вод
74

2.2.2. Накопление загрязняющих веществ в составе отходов

производства 84

2.3. Технолого-геохимический баланс загрязняющих веществ в
горно-металлургическом производстве 89

2.3.1. Технолого-геохимический баланс загрязняющих веществ в

горно-обогатительном производстве 91

2.3.2. Технолого-геохимический баланс загрязняющих веществ в

металлургическом производстве 94

Выводы 98

3. ФОРМИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ 101

3.1. Формирование атмогенных потоков рассеяния загрязняющих веществ
в окружающей среде 103

3.2. Формирование гидрогенных потоков рассеяния загрязняющих
веществ в окружающей среде
106

3.2.1. Физико-математическая модель формирования потоков

рассеяния 106

3.2.2.Исследование факторов формирования гидрогенных потоков
to рассеяния 112

3.3. Классификация техногенно-минеральных образований

по опасности воздействия на окружающую среду 120

Выводы 124

4. ФОНОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В
КОМПОНЕНТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ СРЕДНЕГО УРАЛА 138

4.1. Геологические и рудные формации 140

  1. Формации железорудных месторождений 143

  2. Формации меднорудных месторождений 148

  3. Формации золоторудных месторождений 153

  4. Формации экзогенных месторождений 158

  1. Почвенный слой 160

  2. Приземная атмосфера 169

  3. Природные воды 178

4.4.1. Подземные воды 178

4.4.2 Поверхностные воды 187

Выводы 191

5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, НОРМИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА
ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ
АТМОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ
193

5.1. Воздействие на атмосферу 194

5.1.1. Прогнозирование и нормирование загрязнения

атмосферы 194

5.1.2. Оценка состояния загрязнения атмосферы 201

5.2. Воздействие на снежный покров 204

5.2.1.Прогнозирование и нормирование загрязнения снежного

покрова 206

5.2.2 Оценка загрязнения снежного покрова 211

5.3. Воздействие на почвенный слой 229

  1. Прогнозирование и нормирование загрязнения почв 230

  2. Оценка загрязнения почв 239

Выводы 260

6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, НОРМИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА
ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ
ГИДРОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ
263

6.1. Воздействие на подземные воды 264

  1. Миграция загрязняющих веществ через зону аэрации 264

  2. Прогнозирование и нормирование загрязнения подземных вод 278

  3. Исследование загрязнения подземных вод на объектах складирования отходов 285

6.2. Воздействие на поверхностные воды 299

6.2.1 Источники формирования загрязнения поверхностных вод 300

6.2.2 Прогнозирование, нормирование и оценка загрязнения

поверхностных вод 311

Выводы 328

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 330

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 332

ПРИЛОЖЕНИЯ 353

Введение к работе:

Актуальность работы. При воздействии горно-металлургических комплексов (ГМК) происходит интенсивная техногенная трансформация окружающей среды, которая заключается в её загрязнении. Это характерно для Среднего Урала - старейшей горнодобывающей и перерабатывающей минеральное сырьё провинции. Геологическое развитие Уральской складчатой области предопределило формирование здесь большого количества месторождений рудных полезных ископаемых. Разработка минеральных ресурсов и переработка рудного сырья, начавшиеся три столетия назад, и в настоящее время являются основой экономики региона. В процессе добычи и переработки минерального сырья во все среды - воздух, почвы, поверхностные и подземные воды поступает большое количество загрязняющих компонентов, главным образом, металлов, создающих серьезную экологическую угрозу.

В. И. Вернадский первым раскрыл геохимический смысл преобразования природы деятельностью человека, подчёркивая возможность больших негативных последствий воздействия на природные среды, в особенности на атмосферу и гидросферу. Именно на эти среды в настоящее время осуществляется регулирование процесса загрязнения посредством нормирования воздействия источников. Оно сводится к разработке для предприятий нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу и предельно допустимых сбросов (ПДС) загрязняющих веществ в водные объекты с последующим выполнением комплекса природоохранных мероприятий.

Используемые методические приёмы при прогнозировании, нормировании и контроле воздействия ГМК на окружающую среду не учитывают ряд аспектов, что нередко приводит к формализации этих процессов с последующими негативными экологическими последствиями.

Опираясь на представления В. И. Вернадского, А. И. Ферсмана, а также исследователей в области охраны окружающей среды М. А. Глазове кой, В. В.

Добровольского, Дж. Фортескью, А. И. Перельмана, Ю. Е. Саета, Ю. А. Израэля, Э. К. Буренкова, В. В. Иванова, В. А. Алексеенко, М. И. Воина, П. В. Елпатьевского, Е. П. Янина, М. Е. Берлянда, Н. Л. Бызовой, В. Б. Ильина, А. И. Обухова, В. М. Гольдберга, В. А. Мироненко, И. Д. Родзиллера, А. М. Черняева и многих других учёных, необходимо выработать концепцию оценки трансформации окружающей среды под воздействием ГМК. Объективность оценки может быть обеспечена учётом распределения загрязнителей во всех ингредиентах среды на каждом этапе технологического цикла. Особое значение рассматриваемая проблема имеет для урбанизированных территорий в открытых структурах складчатых поясов. Её решение возможно на примере Среднего Урала с его своеобразным геологическим строением и металлогенией, определяющими природное повышенное и неоднородное содержание загрязняющих компонентов в окружающей среде, с длительной историей отработки рудных месторождений и переработки сырья, сформировавших мощное техногенное загрязнение.

Объектами исследований, рассмотренными в данной работе, явились ГМК Среднего Урала, включающие в себя железорудный (города Качканар, Кушва, Алапаевск, Н. Тагил), меднорудный (города Красноуральск, Кировград, В. Пышма), никелевый (г. Реж), золоторудный (г. Березовский) комплексы и компоненты окружающей среды (атмо-, лито- и гидросферы) в их пределах.

Предметом исследований являлись эколого-геохимические аспекты техногенной трансформации окружающей среды под воздействием ГМК.

Цель и задачи исследований. Цель - разработать методологию иследования трансформации окружающей среды под воздействием ГМК. При этом решались следующие задачи: оценка на основе технолого-геохимического баланса загрязняющих веществ горно-металлургических комплексов как источников трансформации окружающей среды; исследование факторов загрязнения окружающей среды под воздействием техногенно-минеральных образований (ТМО); установление закономерностей фонового распределения

загрязняющих веществ в окружающей среде Среднего Урала; разработка методологии комплексного прогнозирования, нормирования и оценки атмогенного и гидрогенного воздействия на окружающую среду ГМК.

Исходные материалы. Исследования основаны на фактических материалах геоэкологических исследований на территориях воздействия ГМК, выполненных Уральской государственной горно-геологической академией под руководством и при участии автора; данных лабораторных исследований химического состава вмещающих пород и руд уральских месторождений, ТМО, донных отложений, подземных вод и других элементов геологической среды, также пылевых выбросов, сбросов сточных вод, выполненных различными подразделениями Департамента природных ресурсов по Уральскому региону, с которыми автор сотрудничал продолжительное время; материалах по загрязнению воздуха, снегового покрова, почв, поверхностных вод, накопленных Уральским управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, в обработке которых автор также принимал участие. Весь фактический материал получен по аттестованным методикам с соответствующим метрологическим обеспечением.

В диссертационной работе использовано более тридцати тысяч результатов количественных анализов природных компонентов окружающей среды, источников загрязнения и компонентов среды в зоне воздействия ГМК, значительная часть которых получена и обработана лично автором.

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использованы методы научного познания, теоретическое обобщение современных знаний и представлений о процессах трансформации окружающей среды под воздействия ГМК. Широко применялись полевые и лабораторные методы, включающие съёмочные работы, опробование, бурение, опытные работы, количественные химические анализы, лабораторные методы исследования процессов выщелачивания загрязнителей из отходов. При обработке материалов использовались вероятностно-статистические методы,

картографический метод и математическое моделирование с применением компьютерных технологий. Защищаемые научные положения:

  1. Объективность оценки техногенной трансформации окружающей среды под воздействием горно-металлургических комплексов обеспечивается учётом распределения загрязнителей во всех ингредиентах среды на каждом этапе технологического передела руд. Критерием количественной оценки является технолого-геохимический баланс рудных и попутных элементов в полном цикле переработки минерального сырья (глава 2).

  2. Загрязнение окружающей среды под влиянием техногенно-минеральных образований определяется объемом и дисперсностью отходов, минеральной формой нахождения и концентрацией элементов в отходах. По интенсивности воздействия на окружающую среду ТМО целесообразно подразделить: на неопасные, умеренно опасные и опасные (глава 3).

  3. Выявление техногенной трансформации окружающей среды под влиянием ГМК связано с оценкой параметров локального геохимического фона, который является функцией распределения химических элементов в природных образованиях в зависимости от геохимической специализации и металлогенических особенностей рудных районов, полей и месторождений (глава 4).

  4. Формирование взаимосвязанного в элементах ландшафта загрязнения обуславливает необходимость комплексного прогнозирования, нормирования и оценки атмогенного воздействия ГМК на окружающую среду, основанных на расчетах распределения компонентов в приземной атмосфере, снежном покрове и педосфере (глава 5).

  5. Наличие большого числа источников загрязнения гидросферы предопределяет необходимость их комплексного учёта, обеспечивающего объективность прогнозирования, нормирования и оценки гидрогенного воздействия ГМК на подземные и поверхностные воды (глава 6).

Научная новизна:

установлено, что объективность оценки трансформации окружающей среды от воздействия ГМК обеспечивается учётом распределения компонентов-загрязнителей в полном цикле технологического передела руд;

впервые предложен критерий количественной оценки воздействия ГМК на окружающую среду - технолого-геохимический баланс рудных и попутных элементов;

установлены основные факторы, определяющие загрязнение окружающей среды от ТМО;

разработана классификация ТМО по опасности загрязнения окружающей среды;

выявлены закономерности неоднородного фонового распределения загрязняющих веществ в окружающей среде Среднего Урала;

впервые выявлена взаимосвязь загрязнения металлами атмосферы, снегового покрова, почв, подземных вод, донных отложений и поверхностных вод, сформировавшегося под воздействием ГМК Среднего Урала;

определены основные источники формирования загрязнения поверхностных вод территории влияния ГМК, и дана их количественная характеристика;

разработана методология комплексного прогнозирования, нормирования и оценки воздействия ГМК на окружающую среду.

Практическая значимость:

определены технолого-геохимические балансы элементов-загрязнителей ряда предприятий горно-металлургического профиля и в целом для территории Среднего Урала;

установлены фоновые концентрации компонентов в различных средах (почвы, подземные и поверхностные воды) для территорий распространения основных рудных формаций Среднего Урала, которые могут использоваться при нормировании загрязнения окружающей среды;

предложена комплексная методика исследования миграционных параметров зоны аэрации для прогнозирования загрязнения подземных вод;

предложена методика расчёта предельно допустимого сброса сточных вол в подземные воды;

даны методические рекомендации по более эффективному прогнозированию, нормированию и оценке загрязнения окружающей среды территорий ГМК.

Реализация результатов работы произведена в период с 1991 по 2003 годы при разработке проектов предельно допустимых сбросов и водоохранных мероприятий следующих предприятий: АО «Гороблагодатское РУ», ОАО «Билимбаевский рудник», ОАО «Красноуральский мелькомбинат», ЗАО «Алапаевский металлургический завод», ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат», МП ЖКХ г. Березовского и МП ЖКХ г. Кушвы; при разработке по заказу Госкомприроды и Правительства Свердловской области «Методических рекомендаций по оценке влияния складируемых отходов производства на окружающую среду в Свердловской области для ведения целенаправленного мониторинга мест размещения отходов и техногенных образований»; при подготовке Государственного доклада о состоянии природной среды и здоровья населения Свердловской области; при выполнении по заказу Правительства Свердловской области работы «Систематизация материалов по техногенным месторождениям (образованиям)

отходам горнодобывающего, обогатительного, металлургического, химического и энергетического производств с целью пополнения их банка данных, совершенствования системы паспортизации и автоматизированного учёта»; при чтении лекций по курсам: «Экология», «Расчёты и моделирование миграции», «Гидрогеологические исследования в техногенных зонах», при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены на: Всесоюзной конференции «Подземные воды и эволюция литосферы», Москва,

1985; на семинаре кафедры гидрогеологии ЛГИ, Ленинград, 1988; 2-м Всеуральском совещании по охране подземных вод Урала, Оренбург, 1988; XII Всесоюзном совещании по подземным водам Востока СССР, Иркутск, 1988; 3-м Всеуральском совещании по охране и рациональному использованию подземных вод, Челябинск, 1989; 2-м Всесоюзном семинаре по геостатистике, Петрозаводск, 1990; Международном симпозиуме по науке и технике, Чехо-Словакия, Пржибрам, 1991; региональной конференции «Гидрогеология, инженерная геология и геоэкология месторождений полезных ископаемых», Екатеринбург, 1994; 4-м Всесоюзном совещании по подземным водам Урала, Пермь, 1994; региональных совещаниях УралТИСИЗа, Екатеринбург, 1995-1997; научно-технической конференции «Экология города», Пермь, 1998; Международной конференции «Чистая вода России», Екатеринбург, 1999; Международной конференции «Экологическая геология и рациональное природопользование, С.-Петербург, 2000; I Международной геоэкологической конференции, Тула, 2000; научно-практических конференциях «Экологические проблемы промышленных регионов», Екатеринбург, 1996-2003; Международном симпозиуме «Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий, Екатеринбург, 2001; совместном заседании кафедр динамической геологии и гидрогеологии, минералогии и петрографии, инженерной геологии и охраны недр, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых ПТУ, Пермь, 2001; конференции «Современные проблемы гидрогеологии и гидрогеомеханики», С.-Петербург, 2002; Международной конференции «Техногенная трансформация геологической среды», Екатеринбург, 2002; семинарах геологического факультета и кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральской государственной горно-геологической академии (УГГТА) и других.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 работы в т. ч. две монографии, одна брошюра, тридцать одна статья и восемь тезисов докладов конференций.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 246 наименований и приложений. Работа изложена на 380 страницах текста, содержит 38 рисунков и 120 таблиц.

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральской государственной горно-геологической академии. Автор выражает признательность доктору геолого-минералогических наук, профессору О. Н. Грязнову за большую помощь в проведении исследований. Автор благодарен доктору геолого-минералогических наук профессору ПГУ А. Я. Гаеву за научные консультации и ценные советы, а также сотрудникам кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГТГА, в особенности профессору С. Г. Дубейковскому, доцентам Э. И. Афанасиади, Л. П. Парфеновой, за оказанную поддержку.

Продолжительное время автор сотрудничал с геологическими и экологическими службами предприятий горно-металлургического профиля Урала. Это ОАО «Гороблагодатское РУ» (А. К. Гейс, А. Л. Шнеерсон, О. С. Лабутина); ОАО «Билимбаевский рудник» (А. И. Зевахин), ОАО «Красноуральский мелькомбинат» (И. А. Бичукина), ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» (С. А. Пермяков, Б. В. Михайлов, С. К. Пунтус, В. И. Дрягунскова). Результаты работ внедрены на этих предприятиях в период с 1982 по 2003 годы, а материалы исследований использованы при написании диссертации. Ценные сведения, также используемые в диссертационной работе, получены благодаря сотрудничеству автора с Уральской комплексной съёмочной экспедицией (С. И. Мормиль, Л. А. Амосов); с Уральским управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (А. А. Успин, Т. А. Соколова), со Свердловским областным комитетом по охране природы (А. Н. Александров И. Н. Данильченко, Н. С. Комиссарова). Всем им автор выражает свою признательность и благодарность.

Подобные работы
Бобылев Николай Геннадьевич
Методика оценки взаимодействия подземных комплексов с окружающей средой
Фоминых Андрей Анатольевич
Мониторинг и защита окружающей среды железорудных горно-металлургических комплексов Среднего Урала
Таукин Павел Борисович
Комплекс средств по защите окружающей среды от воздействия токсичных отходов на полигоне "Красный бор"
Андрианов Владимир Александрович
Оценка воздействия Астраханского газового комплекса на природную среду как основа оптимизации ландшафтов Северного Прикаспия
Куклина Вера Владимировна
Хозяйственно-культурный комплекс в полиэтничной среде: факторы консолидации и эволюции (На примере локальных общин Приангарья)
Антюфеева Татьяна Валерьевна
Антропогенная трансформация природных комплексов в горнорудных районах
Мищенко Татьяна Александровна
Трансформация отраслевой структуры рекреационного комплекса Краснодарского края
Виноградова Наталья Константиновна
Организационно-педагогические основы проектирования предметной образовательной среды учебного комплекса "детский сад - школа"
Юшина Юлия Константиновна
Разработка технологии комплекса питательных сред и мониторинговые исследования мяса и мясных продуктов на наличие листерий
Гавриленко Анатолий Дмитриевич
Повышение устойчивости асфальтобетонов в агрессивных средах животноводческих комплексов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net