Экологический мониторинг состояния природных вод в зоне техногенного воздействия

Оглавление

 

1. Общие сведения о промышленном объекте

2. Климатические условия района

3. Технологическая цепочка

4. Источники загрязнения и нарушения природной среды

5. Загрязнение природных вод

6. Пункты наблюдения качества поверхностных вод

7. Программа наблюдений

8. Отбор проб воды и методы анализа

Литература

 

1. Общие сведения о промышленном объекте

ОАО «Фосфаты» включает в себя горнопромышленный комплекс по разработке месторождения фосфоритов и их обогащению, производство кормовых обесфторенных фосфатов (ПКОФ), специальные хранилища жидких и твердых отходов. Из-за низкого содержания полезного компонента в руде, добыча и переработка сопровождается образованием большого количества твердых и жидких отходов, заскладированных в специальные хранилища. Основной продукцией является фосфоритная мука и песок кварцевый молотый.

На территории промплощадки ОАО «Фосфаты» располагаются следующие объекты и сооружения:

1. Завод по производству удобрений (на инженерно-экологической карте обозначен пункт 1.(Приложение 1));

2. Обогатительные фабрики рудопромывки и флотации (пункты 7,8);

3. Котельные (пункты 3,10);

4. Теплица (пункт 4);

5. Хвостохранилища завода, рудопромывки и флотации (пункты 2,14,15);

6. Водозабор (пункт 5);

7. Старые хвостохранилища (пункты 11,12);

8. Отстойники (пункты 16,17);

9. Накопитель оборотной воды (пункт 13);

10. Отвалы (пункты 26,19);

11. Пункты перегрузки сырья, продукции (пункты 6, 9, ).

ОАО “Фосфаты” включает в себя 11 карьеров. На рассматриваемой территории располагается карьер №7.

Егорьевское месторождение фосфоритов расположено на юго-востоке Московской области.

Рельеф территорий вне зоны техногенных преобразований водно - ледниковый полого - волнистый. Высотное положение определяется отметками 117-160 м. На более чем 30% территории естественный рельеф нарушен в связи с отработкой месторождения открытым карьерным способом и намывом отходов обогащения. Большая часть отработанных участков карьеров спланирована и рекультивирована. Отрицательные формы рельефа, наряду с долинами рек и ручьев, образованы траншеями, котлованами, дренажными канавами.

По территории месторождения протекает р. Натынка с площадью водосбора 80,5 км², левый приток реки Москва. В районе Натынского водосбора располагаются две фабрики по обогащению фосфатного сырья – рудопромывочная и флотационная, хвостовое хозяйство обогатительных фабрик, куда производится намыв твердых и жидких отходов, производство кормовых обесфторенных фосфатов (ПКОФ), работающее на переработке привозного апатитового концентрата, шламонакопитель ПКОФ, куда сбрасываются отходы производства.

Карьерный дренаж – открытого типа. По системе водоотводных канав карьерные воды срабатываются в р. Натынку и ее притоки. Карьерные воды образуются вследствие разгрузки подземных и атмосферных вод в дренажные канавы.

Заболоченность Натынского водосбора – 7,5% и она имеет тенденцию к увеличению вследствие нарушения водного баланса территории – утечек из системы водооборота хвостового хозяйства и аварийных сбросов с обогатительных фабрик. В местах разгрузки загрязненных подземных вод с территории хвостового хозяйства, речные воды по своему составу близки к дренажным водам хвостохранилищ. На протяжении 7 км до впадения р. Натынки в р. Москву происходит улучшение качества воды, но до конца очистки вод не происходит.

Геологическое строение Егорьевского месторождения фосфоритов возникло в период юры, мела, неогена, антропогена. Продуктивные горизонты связаны с фосфоритовой серией волжского яруса верхней юры, состоящей из двух пластов полезного ископаемого: нижнего – «портланд», верхнего – «рязань» и залегающего между ними пласта глауконитовых пород. Фосфоритовые пласты залегают на келловей-оксфордских глинах верхней юры, мощностью до 30-35 м, чёрных, слюдистых, с включением большого числа кальцитовых раковин.

Нижневолжский продуктивный фосфоритовый слой «портланд», мощностью 0,7 - 1,2 м, представляет собой плиту, состоящую из желваков фосфоритов, фосфоритовых ядер, кальцитовых ростров белемнитов, сцементированных фосфатно-кальциевым цементом.

Слой «портланд» перекрывается слоем «аквилон», который представлен фосфатизированными тёмно-зелеными глауконитовыми супесями, мощностью 0,8 -3,1 м – породами «внутренней вскрыши».

Залегающий выше верхнеюрский эксплуатационный слой включает в себя ауцелловый фосфоритный слой серовато-зеленого цвета и фосфоритную плиту чёрного цвета. Мощность слоя «рязань» 0,75 - 0,90 м.

С морфологической точки зрения фосфориты Егорьевского месторождения представлены зеленоватыми или темно-бурыми до черных желваками с шероховатой поверхностью, уплощенной, эллипсоидальной или неправильной формы. В ряде случаев, несколько желваков цементируются вместе в единую сложную конкрецию. Встречаются биоморфные конкреции - псевдоморфозы фосфата по органическим остаткам: раковинам гастропод, яелеципод, аммонитов.

Фосфориты Егорьевского месторождения относятся к глауконитовой разновидности низкофосфатных фосфоритовых конкреций, содержащих 10,5 - 18,5% P₂O₅.

Породы фосфоритовой серии перекрываются отложениями валанжинского яруса нижнего мела, представленными буровато-серыми песчано-глинистыми породами, содержащими железисто-оолитовые зерна фосфоритов и толщей кварцевых слабослюдистых песков, мощностью до 15 м.

Выше залегают невыдержанные по простиранию кварцевые, слабослюдистые пески неогена, перекрывающиеся отложениями антропогена флювиогляциальными и аллювиальными песками, мореными суглинками, болотными отложениями. Мощность антропогеновых отложений от 2 до 7 м.

В районах хвостохранилищ и карьеров в геологическом разрезе присутствуют техногенные отложения, представленные насыпными и намывными породами.

Насыпные породы – это результат складирования в отвалы вскрышных пород. Мощность насыпных пород 3,8 - 22,7 м.

Намывные породы - это отходы обогащения фосфоритовой руды, представляющие собой механические примеси и химические осадки, насыщенные концентрированными токсичными растворами, складируются на территории хвостового хозяйства. Мощность намывных пород зависит от времени намыва, которая колеблется от 0,5 до 25 м.

Почвенный покров весьма разнообразен. На территориях, не подвергшихся техногенному воздействию, встречаются подзолистые, дерново-подзолистые и серые почвы, характеризующиеся низкими значениями pH и малым содержанием органических веществ (1,5-2,5%).

 

2. Климатические условия района

 

В климатическом отношении рассматриваемый район расположен в зоне умеренно-континентального климата, под воздействием воздушных масс Арктического и Атлантического бассейнов.

Среднегодовая температура +3,8⁰С, средняя продолжительность безморозного периода составляет 130 дней, высота снежного покрова до 3 метров. На рассматриваемой территории преобладают ветры северо-западных направлений при их средней скорости 3,1 м/с. Среднегодовое количество осадков 647 мм. По своему составу осадки несут техногенную нагрузку, их минерализация и концентрации основных компонентов превышают фоновые в 10-25 раз. Наблюдаются повышенные концентрации фосфатов, фторидов, которые являются характерными составляющими газопылевых выбросов обогатительных фабрик и ПКОФ.

 

3. Технологическая цепочка

 

Технологическая цепочка добычи и переработки фосфатов, а также образование отвалов отходов производства показано на рис.1.

			Обогатительная фабрика (дробление, грохочение, рудопромывка)
	Карьер

Хвостохранилище рудопромывки

Отвал пустых пород

Хвостохранилище флотации

	Потребители

 

Рис.1. Схема процесса добычи и переработки фосфоритов, а также образования отвалов отходов производства.

Первичное обогащение (рудопромывка) основано на механическом дезинтегрировании в воде глинистого и дисперсного глауконитового материала и выделении желваков. Эффективность первичного обогащения низкая, так как желваки составляют всего 2-5% от веса фосфоритной руды. С целью снижения потерь Р₂О₅ с отходами обогащения, эфеля (отходы рудопромывки) подвергают дообогащению флотацией.

Для обогащения используются техническая вода, состоящая на 25% из оборотной воды из накопителя и на 75% из речной воды.

В результате промывки руды и гидротранспорта твердых отходов происходит интенсификация процессов растворения измельченной руды. В воде, используемой в технологическом процессе, повышается концентрация в 2-5 раз практически всех компонентов, особенно ионов Са²⁺, сульфатов, органических веществ, фосфатов, фторидов.

Флотация основана на искусственно создаваемом с помощью реагентов различии в смачиваемости минералов водой. Молекулы этих реагентов-коллекторов – гетерополярны, обладают сродством к определенным минералам, избирательно прилипая к поверхности этих минералов, они образуют пленки, в результате чего частицы минералов становятся несмываемые водой и выносятся в пену.

Рудные минералы остаются во флотационной камере.

Процесс флотации фосфоритов происходит в щелочной среде. В качестве основных флотореагентов используется керосин или соляровое масло.

В результате первичного обогащения (рудопромывки) и флотации получают фосфоритную муку, являющуюся минеральным удобрением и отходы обогащения – твёрдые – эфеля (отходы рудопромывки) и шламы (отходы флотации), сбрасывающиеся в хвостохранилища. Ежегодно на территорию хвостового хозяйства сбрасывается 3000 тыс. т эфелей, 1460 тыс. т шламов, 30 тыс. т сточных вод. Утечки из хвостохранилищ представляют основную опасность в загрязнении и нарушении режима подземных и поверхностных вод района расположения горнопромышленного предприятия. Происходит изменение генетических составляющих солевого баланса природных вод, вследствие чего с территории усиливается вынос карбонатов, хлоридов, сульфатов, фторидов, кальция, натрия, калия.

В результате пылегазовых выбросов происходит загрязнение атмосферы вредными веществами, такими как диоксид серы, оксиды азота, твердые частицы, оксид углерода и другие токсичные вещества.

Из-за уничтожения естественного покрова растительности и почв при разработке месторождения снижается биологическая продуктивность территории.

4. Источники загрязнения и нарушения природной среды

Разработка Егорьевского месторождения фосфатов приводит к нарушению:

1. Водного и солевого баланса территории;

2. К снижению на 1,5-2 м отметок земной поверхности на отдельных участках при проходке горных выработок;

3. К уничтожению почвенного покрова и изменению фильтрационных свойств пород, вследствие их рыхления и транспортировки в отвалы;

4. В районах карьеров к формированию депрессионных воронок радиусом до 1,5 км;

5. Образованию в насыпных и намывных грунтах водоносного горизонта техногенного происхождения.

Наиболее ярко выраженные загрязнения и нарушения показаны в таблице 1.

Таблица 1. Основные виды воздействия на природную среду в районе ОАО “Фосфаты”

Компоненты природной среды	Нарушения	Загрязнения
Гидросфера	Гидродинамические: Затопление (подтопление), Заболачивание, Образование озера в карьерной выемке, Истощение водотока (причина водозабор на реке).	Загрязнения поверхностных вод различными химическими растворимыми твердыми, жидкими, газообразными веществами.
Литосфера	Геомеханические: Карьеры, Отвальные насыпи, Гидротехнические насыпи (образовались при формировании хвостохранилищ), Здания и сооружения.	Засорение (твердые нерастворимые вещества) (бумага, пыль), Замазучивание, Запыление.
Атмосфера	Аэродинамические: Разряжение (ветровые тени), Возмущения по направлению (связано с размещением ноосферы: здания, сооружения), Температурные инверсии.	Запыление, Задымление (рубка леса, образование карьера), Загазованность.
Биота	Биоморфологические: Повреждение и уничтожение растительности, Распугивание и уничтожение различных животных и микроорганизмов.	Самозаростание, Увеличение численности определенного типа животных и микроорганизмов

5. Загрязнение природных вод

Деятельность предприятия вызывает образование значительных объемов отходов в жидкой фазе. В результате намыва жидких отходов формируются гидрогеохимические ореолы и потоки загрязнения.

Гидрогеохимическими ореолами загрязнения являются области распространения подземных и поверхностных вод с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микро- и макроэлементов, формирующиеся в результате сбросов в поверхностные и подземные воды сточных и карьерных вод, а также образующиеся за счет растворения и выноса химических элементов и соединений из минеральных отходов добычи и переработки полезных ископаемых.

Гидрохимическими потоками загрязнения являются участки линейной формы, с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микро- и макроэлементов в подземных и поверхностных водах.

Вследствие плохой изоляции дна стенок хранилищ жидких отходов происходит инфильтрация сточных вод и миграция загрязненных вод за пределы хвостохранилища. Аналогичная картина наблюдается и при распространении загрязнения в подземных водах вследствие выщелачивания и растворения твердых отходов атмосферными осадками и их инфильтрации в подземные воды. В рассмотренных случаях контуром гидрогеохимических ореолов загрязнения служит изолиния со значением коэффициента суммарного загрязнения, равным единице. Потоки загрязнения совпадают с контуром реки в местах ее загрязнения.

Для оценки контрастности гидрогеохимических ореолов и потоков по ряду загрязняющих компонентов применяются коэффициенты контрастности загрязнения, рассчитанные относительно значений ПДК (К^ПДК - коэффициент контрастности относительно ПДК) и фоновых концентраций загрязняющих компонентов ( К^Ф - коэффициент контрастности относительно фона):

К _А^ПДК=С_А/ПДК_А (1)

К_А^Ф= С_А/ С_А^Ф (2)

где С_А-концентрация компонента А в загрязненных водах, мг/л; ПДК_А- предельно допустимая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л; С_А^Ф- фоновая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л.

Под фоновыми содержаниями химических элементов или соединений в горной породе понимаются их среднестатистические содержания в отложениях для рассматриваемого района.

Оценка степени загрязнения подземных и поверхностных вод производится по суммарному коэффициенту загрязнения вод:

Техногенные гидрогеохимические ореолы и потоки разделяются по степени контрастности на:

- сильноконтрастные при К ^ПДК > 10,

- контрастные - 3 < К ^ПДК < 10,

- слабоконтрастные 1 < К ^ПДК < 3.

Формирование гидрогеохимических ореолов загрязнения связано со следующими факторами:

1. Утечками сточных вод с территории хвостового хозяйства, вследствие плохой изоляции дна и стенок хвостохранилищ;

2. Утечками сточных вод из шламонакопителя ПКОФ;

3. Выщелачивание и растворение твердых отходов атмосферными осадками и их инфильтрация в подземные воды.

На территории хвостового хозяйства формируется три типа техногенных гидрогеохимических ореолов, различающихся по составу загрязняющих компонентов и контрастности загрязнения:

1.В районе хвостохранилища 3, куда складируются отходы рудопромывки;