Загрязнение атмосферы при разработке полезных ископаемых

Антропогенное загрязнение воздушного бассейна. В последний период существенно увеличилось антропогенное загрязнение атмосферы, под которым понимается поступление в нее и насыщение ее веществами, обычно отсутст­вующими или содержащимися в ней в меньших количествах, что может привести:

· к ухудшению качества атмосферы;

· нарушению экологического баланса и естественных процессов в биосфере;

· ухудшению условий жизнедеятельности общества;

· причинить вред здоровью людей.

К антропогенным источникам загрязнения относятся:

· автомобильный и железнодорожный транспорт;

· тепловые и энергетические установки, работающие на твердом или жидком топливе;

· промышленные предприятия различного рода;

· пахотные земли;

· воздушный транспорт, космонавтика и пр.

Источники выбросов вредных веществ в атмосферу подразделяют на организованные и неорганизованные, стационарные и передвижные.

Организованные промышленные выбросы в атмосферу обусловлены деятельностью промышленных и коммунально-бытовых котельных; сушильных установок обогатительных, агломерационных и брикетных фабрик; системы аспираций обогатительных и брикетных фабрик, углесортировок и зданий промышленного комплекса, систем аспирации заводов.

Основными источниками неорганизованных промышленных выбросов в атмосферу являются открытые склады полезных ископаемых и продуктов обогащения; горящие породные отвалы; хвостохранилища обогатительных фабрик; технологическое и транспортное оборудование; взрывные работы на разрезах и карьерах.

К стационарным источникам загрязнения окружающей среды относят промышленные и коммунально-бытовые котельные, сушильные установки и аспирационные системы, горящие породные отвалы, вентиляторы главного проветривания.

К передвижным источникам загрязнения относят автотранспорт, экскаваторы, бульдозеры, работающие на бензине или дизельном топливе.

Основными вредными веществами, выбрасываемыми в атмосферу, являются твердые - угольная, рудничная и породная пыль, зола, сажа; газообразные - сернистый ангидрид, сероводород, оксиды азота и углерода, углеводороды.

Общая тенденция изменения показателей по охране атмосферы, например, в угольной отрасли, согласно данным МНИИЭКО (б. ВНИИОСуголь) показывает, что количество образующихся вредных веществ в 1980 г. составило 4,94 млн. т, в 1990 г. - 5,61 млн. т, в том числе твердых соответственно 3,91 и 4,54 млн. т, а газообразных 1,03 млн. т и 1,06 млн. т, количество улавливаемых и обезвреживаемых вредных веществ в 1978 г. составило 3,1 млн. т, в 1990 г.- 4,13 млн. т, из них твердых соответственно 3,09 и 4,12 млн. т, т.е. степень улавливания вредных веществ в 1990 г. составила 73,6, из них твердых - 90,8, а газообразных всего - 0,6.

Наиболее важными характеристиками выбросов являются качественный состав, определяемый видом производства и его технологией, концентрация загрязняющих веществ, мощность выброса - количество вещества, выбрасываемое за единицу времени.

При подземной разработке состав воздуха, поступающего в подземные горные выработки, изменяется в результате поступления газов, содержащихся в горном массиве; окислительных процессов; ведения взрывных работ; рудничных пожаров; пылеобразования при разрушении горных пород и полезного ископаемого; взрывов метана и пыли.

В результате перечисленных процессов в воздух выделяются вредные ядовитые примеси: углекислый газ, оксид углерода, сероводород, оксиды азота, сернистые газы, метан, водород, тяжелые углеводороды и др. В отдельных рудниках встречаются аммиак, пары мышьяка и ртути, цианистый водород и различные альдегиды.

Различаются естественные и производственные факторы, определяющие эмиссию вредных веществ в атмосферу. В качестве естественных факторов являются вмещающие горные породы и полезные ископаемые, окислительные процессы, шахтные и карьерные воды. Основным производственным фактором является использование взрывчатых веществ при ведении горных работ.

При разработке угольных месторождений преобладающими являются естественные факторы, а рудных - производственные, среди которых преобладающий объем приходится на выхлопные газы, применяемого самоходного оборудования и буровзрывные работы.

В шахтах основная масса углекислого газа (90-95%) образуется при окислении древесины и угля, разложении горных пород кислыми рудничными водами, выделении углекислого газа из угля и пород. Определяющим фактором является длина горных выработок и объем выработанного пространства. Состав и дебит газа, выделяющегося из горного массива, определяется газовой зональностью месторождения, глубиной разработки и объемом добычи.

Основным источником загрязнения оксидом углерода являются рудничные пожары, взрывы угольной пыли и метана, взрывные работы.

Особую опасность представляют пожары от самовозгорания углей, так как затруднено их обнаружение.

Сероводород в шахтах выделяется при гниении органических веществ, разложении водой сернистого колчедана и гипса, а также при пожарах и взрывных работах.

Сернистый газ выделяется в небольших количествах из пород и угля вместе с другими газами.

Основным газом, выделяющимся из угля и вмещающих пород, является метан, в незначительных количествах могут содержаться тяжелые углеводороды. Если угольные пласты подвергались термометаморфизму (Норильское месторождение), содержание тяжелых углеводородов значительно увеличивается. Основная часть метана в угольных пластах находится в связанном состоянии, в свободном не более 10-15%. При разрушении угля в первую очередь интенсивно выделяется свободный газ, а затем десорбируется связанный. Различают обыкновенное, суфлярное и внезапное выделение метана.

Основным источником загрязнения атмосферы пылью при подземной разработке является поверхностный комплекс шахт и рудников. Наибольшее пылевыделение приходится на процессы, связанные с транспортированием, сортировкой, дроблением, складированием и отгрузкой полезного ископаемого. Максимальная запыленность наблюдается в местах перегрузки. Так, например, над поверхностью угольного склада запыленность воздуха достигает 70 мг/м³, а в местах пересыпки колеблется от 125 до 160 мг/м³. При отсутствии мер пылеподавления в местах выгрузки угля из бункера она может достигать нескольких тысяч миллиграмм в одном кубическом метре. На интенсивность пылеобразования значительное влияние оказывают фракционный состав, физико-механические свойства, влажность, скорость воздушного потока и ряд других факторов.

При разработке месторождений полезных ископаемых на поверхность извлекается и порода. Технологическая цепочка, обеспечивающая ее выдачу, прием, погрузку, транспортирование и отвалообразование, формирует породный комплекс, являющийся весомым источником загрязнения атмосферы не только пылью но и газами.

При разработке угольных месторождений выдаваемая на поверхность порода содержит горючие вещества (уголь, углистые сланцы, пирит), доля которых колеблется от 5 до 30%. В благоприятных термодинамических условиях (доступ кислорода и аккумулирование тепла) процесс окисления горючих компонент переходит в самовозгорание.

При открытой добыче полезных ископаемых по характеру действия источники загрязнения подразделяются на периодические (взрывные работы) и непрерывно действующие. По геометрическим параметрам выделяют точечные, линейные и равномерно распределенные источники.

Одним из наиболее интенсивных источников загрязнения атмосферы являются массовые взрывы на карьерах, в результате которых образуется пылегазовое облако объемом 15-20 млн.м³. В радиусе 2-4 км рассеивается от 200 до 500 т мелкодисперсной пыли, содержащей 93,6-99,6% частиц размером менее 5 мкм. Значительное количество мелкодисперсной пыли образуется при бурении скважин и погрузке горной массы.

Буровые станки шарошечного бурения без пылеулавливания выделяют в атмосферу до 2200 мг/с, с водяной промывкой - 3-5 мг/с, пневмоударного с пылеулавливанием - до 30 мг/с. При выемке угля роторным экскаватором - 8000 мг/с, при погрузке экскаватором - 6000 мг/с.

Одним из основных источников запыления атмосферы при производстве горных работ являются внутрикарьерные дороги, запыленность воздуха в районе которых в среднем составляет 100 мг/м3. Загрязняют воздух отработанными газами также технологические машины и механизмы: бульдозеры, скреперы, погрузчики, тракторы и пр. Около половины выбрасываемых в атмосферу вредных веществ приходится на промышленные и коммунально-бытовые котельные.

В атмосферу поступает значительное количество других газообразных и аэрозольных веществ из антропогенных источников, например в млн.т/год:

· аммиака – 4;

· оксида углерода - 300;

· метана - 100;

· соединений серы – 70;

· углеводородов - 50

Длительность пребывания в атмосфере этих веществ и соединений относительно невелика - от нескольких дней до нескольких лет. Суммарное количество веществ, поступающих ежегодно с поверхности Земли от естественных источников и образующих аэрозоли * в атмосфере, составляет 800 –2200 млн. тонн. В результате антропогенной деятельности добавля­ется еще от 200 до 400 млн. тонн частиц. Средняя продолжительность пребывания аэрозольных частиц в атмосфере составляет около 10 дней. По расчетам специалистов в ат­мосфере постоянно содержится 30-70 млн. тонн аэрозолей.

Аэрозоль - дисперсная система, состоящая из частиц твердого тела или капель жидкости, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде обычно в воздухе.

Размеры твердых частиц, выбрасываемых в атмосфе­ру, могут быть различными. Тяжелые крупные частицы, как правило, недолго остаются в атмосфере и выпадают вблизи источника их образования. Мелкие частицы образуют пыль, способную в течение длительного периода находиться в атмосферном воздухе во взвешенном состоянии. Характеризуя дисперсность пыли, выделяют по крупности частиц грубую (d>10 мкм),мелкую пыль (d = 1-10 мкм) и дым (d < 1 мкм), где d - диаметр частицы.

Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу наиболее опасны для всего живого на Земле, они попадают в воздушный бассейн с дымовыми газами тепловых электростанций, газопылевыми выбросами некоторых производств, при авариях на атомных электростанциях. Находясь в атмосфере от нескольких месяцев до нескольких лет, радиоактивные вещества переносятся на большие расстояния. Выпадая с атмосферными осадками в виде радиоактивных дождей, они воздействуют на человека, животные организмы и растительность. Известны случаи заболевания людей и их гибели в результате такого воздействия.

Установлено, что основными антропогенным и источниками загрязнения воздушной среды являются:

· тепловые электростанции, выбросы которых составляют 43 % всего количества выбросов, поступающих в атмосферу;

· Выбросы предприятий черной металлургии составляют 14,7%;

· нефтяной промышленности - 10,8 %;

· предприятий цветной металлургии - 8,4 %;

· прочих промышленных предприятий и транспорта - 23,1 %.

Загрязнение почв и воды свинцом, содержащимся в выхлопных газах автомобилей, происходит в непосредственной близости от дорог.

Нарушение или даже полная деградация растительного покрова наблюдается в радиусе 4-15 км от теплоэлектростанций и металлургических предприятий.

В последний период проявился так называемый " феномен высокой трубы", характерный для промышленно развитых стран Северной Америки и Западной Европы. При выбросах загрязняющих веществ через очень высокие трубы (300-350 м) на территории, прилегающей непосредственно к предприятию, содержание вредных веществ в воздушной среде может и не превышать допустимых пре­делов. Однако общее количество загрязняющих веществ в атмосфере от этого не уменьшается, они только рассеиваются на большие расстояния, что приводит к ухудшению экологической обстановки в отдаленных районах. Так, выбросы промышленных предприятий США приводят к за­грязнению воздушной среды в Канаде, загрязняющие вещества от промышленных предприятий ФРГ и Англии переносятся в Швецию и Норвегию.

Загрязнение атмосферы наносит огромный вред здоровью людей. Подсчитано, что в США вследствие загрязненности воздуха только за пять лет возможно:

· не менее 25 тыс. случаев преждевременной смерти;

· 160 млн. чел-дней, потерянных на производстве из-за легочных и сердечных заболеваний;

· около 50 млн. приступов астмы;

· 2-4 млн. острых респираторных заболеваний и т.д.

Охрану атмосферного воздуха осуществляют по различным направлениям:

· биологическому (проведение работ по воспроизводству природных ресурсов, охрана их от истощения),

· технологическому (совершенствование технологических процессов, систем очистки, организация безотходных производств),

· экономическому (планирование охраны, ее материально-техническое обеспечение, повышение материального стимулирования за выполнение природоохранных мероприятий);

· санитарному (применение мер по оздоровлению окружающей среды

· организационному (организация рационального использования воздушного бассейна и контроля за его состоянием и охраной);

· идеологическому (проведение эколого-воспитательной работы, улучшение экологической подготовки кадров);

· правовому (осуществление системы предупредительных, запретительных, восстановительных, контрольных, карательных и поощрительных законодательных мер, направленных на сохранение оптимального качества воздушной среды).

Все эти направления взаимосвязаны между собой и дополняют друг друга.

Рассматривая мероприятия, относящиеся к наиболее важному технологическому направлению, необходимо выделить следующиеих группы:

• снижение валового количества загрязнителей, поступающих в атмосферу, что достигается посредством перевода технологических процессов на замкнутые циклы (без выделения вредных веществ в атмосферу), улучшение качества топлива, совер­шенствование топливного баланса и т.д.;

• рассеивание, обработка и нейтрализация вредных выбросов, что обеспечивается сооружением на промышленных предприятиях и тепловых электростанциях сверхвысоких труб (300 м и более), очистных сооружений (фильтров и пылеуловителей), бактериальным разложением и растительным по­глощением загрязнителей;

• рациональное размещение предприятий - источников вредных выбросов с учетом природной обстановки и потенциальной возможности загрязнения воздуха.