Вынос поллютантов с породных отвалов угольных шахт

бах почв методом рентгенофлуоресцентным анализа. СПб.: НПО "Спек-трон", 2004.

5. Методика выполнения измерений массовой концентрации марганца, кобальта, меди, железа, кадмия, свинца, никеля в пробах природной и сточной воды атомно-абсорбционным методом с электротермической атомизацией с использованием атомно-абсорбционного спектрометра «МГА-915». Методика М 01-29-98. СПб, 2004.

N.D. Levkin, N.E. Muhina

PLANT-CLEANING SOILS OF POLL UTING HEA VY METALS

Efficiency ofplant-extraction metal from sod-podzol and gray forest soils, which is typical for Russian Center, decorative and agricultural plants was considered. Heavy metals distribution in biomass was researched.

Key words: heavy metals, soil, detoxication, urbanized territory, plant-cleaning.

Получено 10.05.12

УДК 574: 622.23:502.55

Н.Д. Левкин, канд. техн. наук, доц., (4872) 36-79-48, ecmon@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Н.Е. Мухина, асп.,

ВЫНОС ПОЛЛЮТАНТОВ С ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Обозначены основные механизмы негативного влияния на природную среду породных отвалов угольных шахт, проявляющегося втечение всего периода их существования. Обоснована необходимость защиты от подкисления прилегающих к отвалам территорий и приведена методика оценки атмосферных стоков с породных отвалов, необходимая для прогнозирования критических ситуаций и определения рациональных способов защиты ОС от опасного загрязнения.

Ключевые слова: породные отвалы, подкисление почв, тяжелые металлы, кислотные стоки, техногенная пустыня, агрохимические характеристики, поверхность водосбора, коэффициент стока.

Характер и интенсивность загрязнения окружающей среды породными отвалами угольных шахт в значительной степени обусловлены технологией добычи полезного ископаемого, претерпевшей за историю развития Подмосковного угольного бассейна коренные изменения от двухпроцентного уровня механизации в двадцатые годы прошлого века до 45 % в предвоенные годы и комплексной механизации процессов добычи угля и проходческого цикла в 70-е годы [1]. При этом практически полностью были механизированы процессы навалки угля в лавах, погрузки угля

и породы в подготовительных забоях. Были усовершенствованы способы удаления породы от промышленной площадки и её складирования на породных отвалах.

В настоящее время подавляющая часть породной массы в Подмосковном бассейне сосредоточена в терриконах шахт емкостью 300...600 тыс. тонн, построенных в 40-е годы прошлого века и хребтовых породных отвалах с проектной емкостью до 900 тыс. тонн, образованных на более современных шахтах с применением, как правило, двухпролетных подвесных канатных дорог с челночным движением сосудов.

Породные отвалы формируются из разнородной горной массы, в которой вследствие её измельчения и перемешивания в присутствии кислорода воздуха активизируются физико-химические процессы.

В породной массе содержится от 5 до 20 % угля, до 10 % пирита и от 5 % и более серы, что и является причиной её самовозгорания. При высокотемпературном окислении входящей в состав породной массы серы образуется её диоксид.

Поэтому после отсыпки породы в результате интенсивного горения отвала происходит выделение в атмосферу диоксида серы, а при взаимодействии 802 с атмосферными осадками образуется сернистая кислота, которая, поглощая из воздуха кислород, окисляется в серную кислоту [2].

При работе шахты интенсивное горение отвала происходит в весенний и осенний периоды, а после закрытия предприятия горение отвала продолжается в течение 5 - 7 лет, но и после окончания горения образование серной кислоты не прекращается. Холодное окисление содержащегося в отвале пирита также способствует образованию 802, а в дальнейшем и

^04.

Образующаяся таким образом серная кислота, вступая в химические реакции с породной массой, приводит к образованию значительного числа химически активных водорастворимых соединений. А атмосферные осадки, проникая в породный отвал, обогащаются этими соединениями, поэтому стоки с отвалов характеризуются сильнокислотной реакцией (рН =1.3), высокой концентрацией сульфат иона (до 30 г/л), железа (до 6 г/л) и минерализацией (до 50 г/л).

В зависимости от возраста отвалов степень выноса элементов из породной массы может изменяться в широких пределах.

В тех случаях, когда сорбционные свойства природных ландшафтов резко снижены, могут наблюдаться процессы поступления токсичных веществ, в число которых входят тяжелые металлы, в грунтовые и подземные воды, являющиеся основным источником питьевого водоснабжения населения.

Загрязнение окружающей среды породными отвалами настолько интенсивно, что вокруг каждого из них под влиянием стоков формируется

техногенная пустыня площадью в 2.5 га, основной причиной образования которой является пагубное для биоты подкисление почв.

Серная кислота, содержащаяся в стоках с отвалов, активизирует процессы, приводящие к увеличению подвижности и, как следствие, к миграции по трофическим цепям находящегося в почвах ряда химических элементов, включая тяжелые металлы. Наибольшей лабильностью при повышении кислотности почвенного раствора обладают кальций, магний и марганец.

В результате подкисления почв происходят изменения их агрохимических показателей. Кроме того, изменение уровня водородного показателя почвы существенно отражается на её буферности - способности противостоять изменению реакции почвенного раствора в кислую или щелочную сторону [3, 4].

Для количественного анализа стоков с породных отвалов разработана методика, позволяющая прогнозировать критические ситуации и определять рациональные способы защиты ОС от опасного загрязнения.

Согласно методике для оценки влияния породных отвалов угольных шахт на состояние окружающей среды необходимо на основе топографических данных определить площадь бассейна стока и основные пути поступления поллютантов на прилегающие к отвалу территории.

С целью получения данных о составе стока выбирают участок, не имеющий боковых притоков, поворотов и перепадов. На входе контрольного участка измеряют расход потока и отбирают пропорциональную пробу при помощи насоса постоянного расхода. Пробу направляют в общий сосуд (интегральная проба) либо в индивидуальный сосуд (дифференциальная проба). Отбор проб производится ёмкостным пробоотборником, погруженным под уровень воды в стоке [5].

Информация по выборочным отборам проб представляет качественную характеристику бассейна водосбора. Для получения средних многолетних данных о количественной характеристике загрязнений поверхностного стока лабораторный контроль необходимо проводить каждый год.

Контроль только по одному параметру - составу сточных вод (без привязки к расходу и характеру выпадения дождя) - не дает возможности составить точную характеристику сброса загрязнений. Поэтому величина мгновенного сброса высчитывается как произведение расхода ф на величину концентрации С;, т.е. О; = фС;.

Суммируя мгновенные сбросы О;, составляют интегральный график сброса загрязнителей.

Общее количество поллютантов в сбросе

° = = (1) ¿=1 ¿=1

Средняя величина сброса

Оср- о^ ст?

где продолжительность стока.

Условная средняя квадратичная концентрация примесей в сбросе

Сер- °ср/ОсТ,

где Ост - объём стока.

Данный метод расчета позволяет определять среднюю концентрацию поллютантов за период прохода основной части стока. При расчетах загрязнения по данным лабораторного анализа проб необходимо учесть координаты времени от начала до конца стока, междождевой период (продолжительность накопления загрязнителей на поверхности бассейна стока за предшествующий период сухой погоды), отличие данного дождя от расчетного. Расчетный дождь является предельным дождём, как правило, с повторяемостью 10 - 20 раз в году.

Загрязненность дождевого стока изменяется в течение одного дождя в различных точках дождевой сети. Загрязненность дождевых вод складывается из двух составляющих: основной загрязненности, определяемой смывом накопленных загрязнителей, и фоновой, возникающей из-за размыва (эрозии) самих поверхностей.

В течение времени Тсух, предшествующего выпадению осадка, происходит накопление загрязнителей на поверхности водосбора. Количество этих загрязнителей зависит от благоустройства территории, ее санитарного состояния, интенсивности транспортной нагрузки, степени загрязненности атмосферы осаждающимися частицами. Для каждой конкретной территории можно выявить максимальную (предельную) загрязненность, рассчитать количество поллютантов, накопленных за время Т, на единице площади, количество смываемых вредных веществ Мсм, концентрацию взвешенных веществ в стоках, формирующихся на территории соответствующих водосборов.

При расчетах дождевых водостоков расход оценивается по формуле [6]

О - ЩР,

где О - расход дождевого стока,л; у - коэффициент стока; Б - площадь бассейна стока, га; q - интенсивность дождя (л/с) на 1 га; при выражении интенсивности в мм/мин через I

q = 0,001 . 10000 . 1000 V 60 - 166,7 I.

Таким образом, наибольший расход в рассматриваемом сечении получаем посредством умножения всей площади стока на интенсивность выпадения дождя, отвечающую его продолжительности, равной времени добегания воды от наиболее удаленных участков бассейна.

Годовой расход дождевых Од и талых От вод рассматриваемой площади водосбора определяется по формулам

Од - 10 ддУдБ,

От - 10

где Q^ QT - годовой расход дождевых и талых вод, л; q^ qT - интенсивность осадков по объёму, л /(с га); q^ = 166,7 ,

= h^/t, мм/мин,

где - высота слоя выпавших осадков соответственно за теплый период года и за холодный период года; t - продолжительность выпадения осадков, мин; i д т- интенсивность по слою, мм/мин; уд, ут - общий коэффициент стока дождевых и талых вод соответственно; F - площадь бассейна водосбора, га.

Коэффициент стока [7]:

- для горевшего породного отвала

¥терр,ор = 4,3-10-2 -8-10-W8-10-41 + 2,4-10-5Re ,

- для негоревшего породного отвала

¥терр.неоор =-3,5 +1,3-10-3a + 8,5-10-31 + 2,2-10-4 aI -

- 1,2 -10 -6 a Re + 6,5 -10 -5 Re ,

где а - гидравлический уклон поверхности террикона; I - интенсивность дождя, мм/мин.

Таким образом, приведенная методика оценки кислотных стоков с породных отвалов позволяет получить необходимую информацию для прогнозирования критических ситуаций и определения рациональных способов защиты природной среды от опасного загрязнения.

Список литературы

1. Подмосковный угольный бассейн / под общ. ред. д-ра техн. наук В.А. Потапенко. Тула: «Гриф и К0», 2000. 276 с.

2. Леонов П.А., Сурначев Б.А. Породные отвалы угольных шахт. М.: Недра, 1970. 112 с.

3. Глазовская М. А. Теория геохимии ландшафтов в приложении к изучению техногенных потоков рассеивания и анализу способности природных систем к самоочищению // Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояние экосистем. М.: Наука, 1981. С. 7-41.

4. Физико-химические основы и экологические проблемы использования отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых: тез. докл. всесоюз. со-вещ. М.: Ин-т горючих ископаемых Минуглепрома СССР, 1980. 133 с.

5. Алексеев М.И., Курганов А.М. Организация отведения поверхностного стока с урбанизированных территорий: М.: Изд-во АСВ. 2000. 352 с.

6. Алибегова Ж.Д. Пространственно-временная структура полей жидких осадков. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 228 с.

7. Трушкова Е.А. Гидравлические характеристики потока дождевых вод, стекающих с терриконов//Строительство 2003: материалы международ-

ной научно-практической конференции. Ростов на Дону: Рост. гос. ун-т, 2003. С 142-143.

N.D. Levkin, N.E. Muhina

POLLUTANT EMISSION OF COAL MINES WASTE DUMPS Basic processes of negative influencing coal mines rock dumps upon environment and population during all time their existence are considered. Necessity of protection from acidification soils of adjoining rock dumps territories was substantiated and method of evaluating atmospheric flows from waste dumps for forecasting critical situations and defining rational methods ofprotecting environment from dangerous pollutants was discussed.

Key words: waste dump, acidification soils, heavy metals, acid flows, anthropogenic desert, agrochemical characteristics, overflow face, runoff coefficient.

Получено 10.05.12

УДК 574: 622.23:502.55

Н.Д. Левкин, канд. техн. наук, доц., (4872) 36-79-48, ecmon@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Н.Е. Мухина, асп.,

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИЙ СТОКАМИ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований загрязнения прилегающих к полигонам ТБО территорий тяжелыми металлами и способов снижения деструкции окружающей среды фильтратом полигонов ТБО.

Ключевые слова: полигоны ТБО, фильтрат, тяжелые металлы, математическая модель, вычислительный эксперимент, кинетика сорбции, поверхностные и грунтовые воды, технологическая схема.

При организации мест захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) большое практическое значение имеет оценка вероятности загрязнения подземных вод тяжелыми металлами. Поступление тяжелых металлов в водоносные горизонты при эксплуатации подобных объектов происходит преимущественно путем вертикальной миграции фильтрата свалок и полигонов твердых бытовых отходов.

В промышленных регионах крупными источниками дестабилизирующего воздействия на окружающую среду являются полигоны твердых бытовых отходов [1]. Основным источником загрязнения гидросферы здесь является мигрирующий с полигона на прилегающие территории фильтрат, в котором содержится ряд веществ, вызывающих мутагенные и канцерогенные эффекты.