Оценка антропогенной нагрузки в районе расположения хранилища отходов обогащения апатит-нефелиновых руд

УДК 504.064.36

М.А. Пашкевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, +7

ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ХРАНИЛИЩА ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ АПАТИТ-НЕФЕЛИНОВЫХ РУД

Приведены результаты экологического мониторинга компонентов природной среды, проведённого на территории хвостового хозяйства апатит-нефелиновой обогатительной фабрики. В работе представлены результаты проведённых натурных измерений, а также дана достоверная оценка техногенной нагрузки, оказываемой исследуемым объектом на экосистему данного региона.

Ключевые слова: мониторинг, пыление, хвостохранилище, экосистема, ореол загрязнения.

Интенсивное развитие промышленности, увеличение населения в городах и промагломерациях, высокие темпы роста технологического прогресса - всё это неизбежно приводит к образованию огромного количества отходов, значительная доля которых принадлежит горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслям промышленности.

Технологические процессы добычи и переработки полезных ископаемых неразрывно связаны с потреблением природных ресурсов и формированием отходов различных классов опасности. Накопление этих отходов на поверхности Земли и их воздействие на компоненты природной среды на сегодняшний день является одной из главных экологических проблем минерально-сырьевого комплекса России.

Ежегодно из недр Земли извлекается около 100 млрд тонн полезных ископаемых, в результате добычи и переработки которых в окружающей природной среде накапливается около 17,4 млрд т твердых и жидких отходов. Несмотря на их высокую экологическую опасность, преобладающим способом их утилизации в настоящее время остается наземное размещение с использованием площадок складирования в виде техногенных массивов.

Ежегодно в мире миллионы гектаров плодородных земель отчуждаются под временное размещение и складирование отходов горной промышленности. Только в России в 2011 году площадь земель, нарушенных в результате складирования этих отходов, составила более 4,5 миллионов гектаров, что привело к ухудшению санитарно-гигиенической обстановки на данных территориях, повышению заболеваемости и смертности населения, уменьшению видового разнообразия животных и растений, нарушению и видоизменению естественных ландшафтов, а также утрате природных ресурсов.

Особую значимость решение этой проблемы приобретает для территорий интенсивного техногенеза с локальной концентрацией производств горнодобывающих и горно-перерабатывающих отраслей промышленности, в частности, района расположения крупнейшей в России апатит-нефелиновой обогатительной фабрики.

Вторая апатит-нефелиновая обогатительная фабрика (АНОФ-2) расположена в центральной части Кольского полуострова в непосредственной близости от города Апатиты и является структурным подразделением ОАО «Апатит». Она пущена в эксплуатацию в 1963 году и на сегодняшний день является одной из крупнейших в мире по переработке апатит-нефелиновых руд и производству апатитового концентрата. За почти полувековую историю на АНОФ-2 выработано более 250 млн тонн апатитового и свыше 20 млн тонн нефелинового концентратов. Результатом такого длительного и масштабного производства стало формирование одного из крупнейших в России по площади и объёму техногенного массива - хвостохранилища АНОФ-2.

Хвостохранилище АНОФ-2 расположено в губе Белой озера Имандра на расстоянии 8,1 км от промплощадки обогатительной фабрики и в 9 км к северо-западу от города Апатиты. Его общая площадь составляет 7,8 км2, а периметр по дамбе обвалования - 11550 м. Территория хвосто-хранилища вытянута с юго-востока на северо-запад и ограничена с востока Хибинским горным массивом, а с запада - озером Имандра. Намывная дамба хвостохранилища на 2012 год достигла высоты 72,4 м и относится к сооружениям I класса капитальности. Ежегодно с обогатительной фабрики на хвостохранилище поступает более 6 млн м3 хвостов обогащения, а объём хвостов, уложенных с начала эксплуатации АНОФ-2, составляет 431,5 млн м . Помимо хвостов обогащения, в хвостохранилище также складируются тонкодисперсные золошлаковые отходы Апатитской теплоэлектростанции (АТЭЦ). Хвостохранилище АНОФ-2 является основным и самым крупным на предприятии, а также одним из крупнейших на Кольском полуострове источником загрязнения окружающей природной среды взвешенными веществами.

В ходе натурных наблюдений на исследуемой территории было установлено, что источниками загрязнения компонентов природной среды при эксплуатации сооружений хвостового хозяйства АНОФ-2 являются:

- пыление пляжной зоны хвостохранилища: в атмосферный воздух выделяется пыль хвостов;

- пыление бортов дамбы хвостохранилища: в атмосферный воздух выделяется пыль грунтов;

- пыление внутренних автомагистралей: в атмосферный воздух выделяется пыль грунтов;

- земляные работы при отсыпке дамб обвалования: в атмосферный воздух выделяется пыль грунтов;

- работа автотранспорта и дорожной техники: в атмосферный воздух выделяются продукты сгорания дизельного топлива;

- работы по перекладке трубопроводов: в атмосферный воздух выделяются сварочный аэрозоль и пыль металлическая.

Оценка качества атмосферного воздуха по содержанию газовых выбросов (СО, КОх, 802 и др.) проводилась методом биоиндикации. В качестве биоиндикатора была принята сосна обыкновенная, широко распространённая в данном регионе. Методы дендроиндикации наиболее распространены среди методов фитоиндикации, так как древесные формы растений широко распространены практически на любой территории и являются наглядным биоиндикатором, а также данный метод достаточно простой и не требует высокой квалификации сотрудника, проводящего эксперимент [4]. В ходе данного эксперимента проводилась оценка состояния хвои сосны - степень её повреждения и усыхания. Была проанализирована выборка из 200 молодых побегов сосны, отобранных на высоте 1,5...2 м с деревьев, произрастающих на незначительном удалении от изучаемого производственного объекта (представительной считается выборка из 300.400 хвоинок). Были отмечены практически полное отсутствие хлороза хвои и незначительный некроз на 70 % хвоинок в анализируемой выборке. Таким образом, воздух в исследуемом регионе можно с достаточной степенью точности считать чистым, а газовые выбросы от производственных объектов хвостового хозяйства АНОФ-2 - в пределах допустимых нормативов.

Однако наибольшую опасность для окружающей среды и здоровья населения представляет ветровое пыление открытых пляжей и бортов дамбы хвостохранилища, в результате чего в атмосферный воздух региона ежегодно поступают сотни тонн неорганической пыли с содержанием 8Ю2 от 20 до 70 %. Рассеивание техногенных выбросов в атмосфере и последующее выпадение их путём гравитационного осаждения или с осадками приводят к формированию в почвенном покрове и поверхностных водоёмах и водотоках техногенных аномалий на территориях общей площадью более 100 км . Полный анализ химического состава отвальных хвостов представлен в таблице. Неорганическая пыль с таким составом оказывает существенное влияние не только на химический состав атмосферы и гидросферы, но и на растительные сообщества, существующие на данной территории. Кроме этого, значительной техногенной нагрузке подвергается воздух города Апатиты: при интенсивной ветровой нагрузке атмохимиче-ский ореол загрязнения пылью хвостов достигает города, что негативно сказывается как на санитарно-гигиенической обстановке в городе, так и на здоровье граждан в целом [2].

Фактически пыление пляжной зоны хвостохранилища возможно только на тех ее участках, на которых не производится намыва хвостов и не проведена рекультивация. На участках активного намыва пляжная зона находится в сильно увлажненном состоянии, что исключает возможность пылеобразования с этой поверхности [3]. В соответствии с данными натурных наблюдений за пылением хвостохранилища АНОФ-2 средняя площадь пыления равна 8,2 га. При этом пыление отсутствует в период года с устойчивым снежным покровом и в дни "теплого" периода года с атмосферными осадками (таблица).

Полный анализ химического состава пыли хвостов АНОФ-2

Химический состав Содержание, %

Влага 0,11

Потери при прокаливании 1,07

БЮ2 42,14

ТЮ2 3,84

А1203 36,32

Бе203 5,35

БеО 3,22

Р2О5 1,45

СаО 5,58

БгО 0,22

М§О 1,43

МпО 0,22

№20 10,39

К2О 5,28

Б2 0,35

Проведённый на территории АНОФ-2 мониторинг показал, что незначительный пылеунос с пляжей и бортов хвостохранилища наблюдается даже при минимальной ветровой нагрузке. Мониторинг проводился при помощи портативного пылемера Бш^Ггак Т81-8520. В данном анализаторе пыли реализован принцип лазерной нефелометрии, что определяет возможность измерений в широком динамическом диапазоне концентраций (0...100 мг/м ). Для определения скорости ветра использовался метеометр МЭС-200. Измерение концентрации взвешенных веществ в приземной атмосфере проводились 3 раза в день (8, 14 и 20 часов) по всему периметру СЗЗ хвостохранилища на высоте 1,5.2 м [2]. В процессе проведения натурных наблюдений скорость ветра изменялась от 2.3 до 16 м/с, что позволило получить достоверные данные о запылённости атмосферного воздуха на территории хвостового хозяйства АНОФ-2 и с высокой степенью точности утверждать о существенной техногенной нагрузке, оказываемой рассматриваемым производственным объектом на атмосферный воздух региона.

На основании усреднённых значений концентрации взвешенных веществ и скорости ветра, полученных по результатам проведённых измерений, был построен график зависимости концентрации взвешенных веществ в атмосферном воздухе на границе С33 от скорости ветра, представленный на рисунке. На графике видно, что уже при скорости ветра порядка 5...6 м/с концентрация взвешенных веществ в атмосферном воздухе на границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ) превышает среднесуточную пре-дельно-допустимую концентрацию (ПДК). При большей ветровой нагрузке концентрация пыли будет превышать и максимально-разовую ПДК, которая для неорганической пыли с содержанием 20...70 % 8Ю2 составляет 0,3 мг/м3 [4].

п-1-г

4 6 8 10 Скорость ветра, м/с

12

14

16

График зависимости концентрации взвешенных веществ в приземной атмосфере от интенсивности ветровой нагрузки

Такой интенсивный пылевынос объясняется большим процентным содержанием мелкой фракции в пульпе, поступающей на хвостохранилище с АНОФ-2. В учебно-научной лаборатории Экологического мониторинга Национального минерально-сырьевого университета «Горный» был определён гранулометрический состав отобранных проб, который показал содержание тонких песков в хвостах АНОФ-2 (<0,1 мм) более 40 %. Таким образом, можно утверждать, что даже при незначительной ветровой нагрузке будет иметь место пыление пляжей хвостохранилища, что достоверно было подтверждено натурными наблюдениями и измерениями.

На сегодняшний день на предприятии внедрён ряд природоохранных мероприятий для снижения негативного воздействия хвостохранилища на компоненты окружающей природной среды. Основные из них - это закрепление пляжей хвостохранилища анионной битумной эмульсией, закрепление бортов дамбы путём посева многолетней травы «волосенец пес-

чаный» и орошение внутренних производственных дорог лигносульфана-том. Эти мероприятия дают положительные результаты, о чём достоверно свидетельствуют натурные измерения.

Однако следует отметить, что у данных средозащитных мероприятий существует ряд недостатков, проявляющихся себя в основном в периоды реализации неблагоприятных метеорологических условий. Так, например, при скорости ветра выше 15 м/с любое нарушение целостности структуры битумной плёнки приводит к её разрушению, и интенсивность пыления пляжей хвостохранилища многократно увеличивается (данная тенденция хорошо прослеживается на графике, представленном на рисунке). Битумной эмульсией не могут быть закреплены свеженамытые хвосты, так как техника, которая осуществляет закрепление, не может перемещаться по свеженамытым пляжам. При этом период полного высыхания и усадки свеженамытого пляжа хвостохранилища составляет 1.2 месяца, а период высыхания верхнего слоя пульпы (тонкодисперсные хвосты) -несколько дней, следовательно, интенсивное пыление будет наблюдаться в течение всего периода усадки пляжа [3]. Так же создаваемая при помощи лигносульфаната плёнка легко разрушается под действием тяжёлой техники, в результате чего эффективность данного средозащитного мероприятия снижается.

Таким образом, результаты натурных наблюдений и лабораторных исследований, проведённых в ходе выполнения научно-исследовательской работы, позволяют сделать вывод, что применяемые на предприятии природоохранные мероприятия обладают высокой эффективностью при нормальных метеорологических условиях (скорость ветра до 8 м/с). Однако в случае неблагоприятных метеорологических условий (скорость ветра превышает 12.15 м/с), реализующихся на данной территории 4 - 6 раз в год, эффективность данных мероприятий существенно снижается. Результатом этого становится почти трёхкратное превышение предельно допустимого выброса (ПДВ) неорганической пыли с содержанием 8Ю2 от 20 до 70 % на производственном объекте (246,57 т/год при установленном ПДВ 86,13 т/год), а также значительное ухудшение санитарно-гигиенических условий на обширных территориях, в том числе в городе Апатиты, население которого составляет более 60 тыс. человек.

В заключение необходимо отметить, что целью проведённых исследований являлись экологический мониторинг и оценка ландшафтно-геохимической обстановки в районе размещения хвостового хозяйства АНОФ-2, а также выявление нарушений в зоне воздействия изучаемого производственного объекта. В условиях сложившейся на рассматриваемой территории тяжёлой экологической обстановки и необходимости снижения антропогенной нагрузки особую актуальность приобретает вопрос о возможности разработки сбалансированной стратегии управления эколо-

гической безопасностью функционирования хвостового хозяйства АНОФ-2.

Разработка данного проекта уже ведётся авторами и станет следующим этапом представленной научно-исследовательской работы, что позволит уменьшить пылевыделение с поверхности рассматриваемого техногенного массива, тем самым существенно снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду региона и атмосферный воздух города Апатиты.

Список литературы

1. Пашкевич М. А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду. СПб.: СППГИ (ТУ), 2000. 230с.

2. Пашкевич М.А. Экологический мониторинг: учебное пособие. СПб.: СПГГИ (ТУ), 2002. 90с.

3. Пашкевич М.А., Стриженок А.В. Мониторинг и оценка пылевы-деления с поверхности хвостохранилища АНОФ-2 ОАО «Апатит» // Материалы XVI Международной экологической конференции студентов и молодых учёных «Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века».2012. С. 106-113.

4. ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

5. Приказ Росрыболовства от 18.01.2010 № 20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения».

M.A. Pashkevich, A. V. Strizhenok

ASSESSMENT OF ANTHROPOGENIC IMPACT IN THE TERRITORY OF THE APATITE-NEPHELINE 'S CONCENTRATION WASTE STORAGE

The results of environmental monitoring of components of the environment of the tailing dump of the apatite-nepheline concentrating factory are presented. The results of the natural measurements and the estimation of technogenic influence, rendered by experimental object on an ecosystem of the considered region are given.

Key words: monitoring, dusting, tailing dump, ecosystem, polluted area.

Получено 12.11.12