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.
Источник
Минеральное сырье добывается в шахтах, рудниках или открытых разработках. Выбросы в атмосферу широко варьируются в зависимости от типа рудника и методов добычи сырья, от содержания влаги в материале и его рыхлости.
Загрязнение атмосферы при подземных работах
Подземная разработка месторождений сопровождается значительным загрязнением атмосферного воздуха. Основными источниками загрязнения являются газопылевые «выбросы» из подземных горных выработок, газопылевые выделения из породных отвалов и складов полезных ископаемых.
В данном случае под выбросом понимается поступление в атмосферу из подземных горных выработок рудничного (шахтного) воздуха; масса этого воздуха может быть весьма значительной, а концентрации в нем загрязняющих веществ обычно не столь велики. Рудничный воздух представляет собой смесь атмосферного воздуха с различными газообразными примесями, выделяемыми из пород, полезных ископаемых или шахтных вод (например, СН4, СО2, Н2, N2, Н2S и др.), а также образуемыми при взрывных работах и в ряде других процессов (СО2, СО, SО2, Н2S, NО2 и др.).
Состав воздуха, поступающего в подземные горные выработки, по мере продвижения изменяется в результате:
1) действия окислительных процессов (СО2, СО, SО2, NО2 и др);
2) выделения газов из разрушаемых пород (СН4, при разработке угольных месторождений в атмосферу попадает до 90 млн т);
3) ведения взрывных работ (СО2, СО, SО2, Н2S, NОх и др.);
4) процессов дробления горных пород (пыль, в атмосферу Земли из подземных горных выработок шахт и рудников ежегодно поступает около
0,2 млн. т. пыли);
5) пожаров, взрывов метана и пыли (СО2, СО, SО2, Н2S, NО2);
6) гниения органических веществ, разложения водой сернистого колчедана (Н2S и др.).
При подземной разработке рудных и нерудных месторождений по сравнению с угольными газовая составляющая выбросов значительно меньше. Она преимущественно представлена газообразными продуктами, выделяющимися при взрывах, производимых при массовой отбойке полезных ископаемых. После массовых взрывов резко увеличивается и содержание пыли в выдаваемом на поверхность рудничном воздухе.
К существенным по своему значению «неорганизованным» источникам пылегазовых загрязнителей атмосферного воздуха относятся также отвалы пород. При подземной разработке месторождений на поверхности земельного отвода располагаются породные отвалы, форма которых зависит от вида транспорта, применяемого для транспортировки породы: конические, так называемые терриконы (узкоколейный транспорт), хребтовые (транспортировка канатными дорогами) и плоские (автотранспорт).
Загрязнение воздушной среды происходит при эрозии, окислении и горении породы, особенно интенсивно протекающих в терриконах; в результате с поверхности отвалов выделяется значительное количество пыли, газообразных (в том числе ядовитых) продуктов и дыма.
В породных отвалах угольных шахт содержится значительное количество угля (от 5 до 20 %), пирита (до 10 %) и серы (от 5 % и более). Внутри отвалов длительное время происходят процессы низкотемпературного окисления горючего материала кислородом воздуха, чаще всего заканчивающиеся самовозгоранием отвала. Самовозгорание отвалов часто происходит на шахтах, где ведется разработка угольных пластов с выходом летучих веществ свыше 20 % и содержащих более 3 % серы. Температура горения породного отвала 800-1200 оС. Интересно отметить парадоксальный, на первый взгляд, факт ‑ наиболее интенсивное горение терриконов наблюдается в дождливые весенние и осенние сезоны. Это объясняется тем, что при обильном поступлении воды в породу в ней интенсифицируются процессы окисления пирита (при этом в качестве катализатора выступают теоновые бактерии, живущие в кислой среде).
После прекращения эксплуатации отвалов поверхностные очаги горения породы довольно быстро исчезают, однако внутри отвалов горение продолжается в течение 7-12 лет.
Загрязнение атмосферы при открытой разработке месторождений
Открытая разработка месторождений полезных ископаемых обычно характеризуется более интенсивным загрязнением атмосферы минеральной пылью и газообразными продуктами.
Выделение минеральной пыли происходит в процессе машинного разрушения пород, бурения скважин, взрывной отбойки, вторичного дробления, резки горных пород, погрузки, транспортировки и выгрузки их на приемных пунктах или отвалах, разрушения дорожного полотна при движении по нему транспортных машин (в некоторых карьерах на долю автомобильных дорог со щебеночно-гравийным покрытием приходится 70-90 % всей выделяемой пыли), эрозии поверхности отвалов и откосов карьеров. Практически всем производственным операциям горных работ сопутствует пылеобразование.
Периодические исключительно мощные выбросы пыли в атмосферу происходят в процессе массовых взрывов. При средних взрывах на рудных карьерах в воздух единовременно выбрасывается на значительную высоту до 100-200 т пыли. Установлено, что на некоторых железорудных карьерах при массовых взрывах в атмосферу поступает больше пыли, чем выделяется при различных производственных процессах, осуществляемых за двухнедельный период времени между массовыми взрывами.
Загрязнение атмосферы газообразными продуктами происходит в результате эксплуатации транспортных и технологических машин с двигателями внутреннего сгорания, при производстве взрывных работ, при выделениях газов из горных пород, при пожарах в карьерах.
К технологическим машинам, эксплуатируемым при открытой разработке месторождений, относятся бульдозеры, буровые установки, тракторы, самоходные скреперы, небольшие драги, экскаваторы, краны, передвижные компрессоры и т. п. Используемые в карьерах автомобили с бензиновыми двигателями загрязняют воздушную среду оксидами углерода, азота и серы, углеводородами, альдегидами, а также свинцом, хлором и другими вредными веществами. В выхлопных газах дизельных двигателей содержится значительное количество сажи и дыма. Следует отметить, что неблагоприятные дорожные условия и резко меняемые режимы работы транспортных и технологических машин приводят к увеличению количества вредных компонентов в выхлопных газах их двигателей.
Массовые взрывы связаны с поступлением в воздушную среду не только пыли, но и значительного количества газообразных продуктов. Заряды массовых взрывов нередко достигают тысячи тонн, при этом в атмосферу выбрасывается от сотен до тысяч кубометров вредных газов. Основная масса газовых продуктов выбрасывается на значительную высоту (до 200-300 м) и распространяется за пределы контура карьера.
Значительные загрязнения атмосферного воздуха наблюдаются при пожарах в угольных и серных карьерах, при этом выделяющиеся газы характеризуются высокой концентрацией вредных и ядовитых веществ (СО, Н2S, SО2, NОx и др.).
Источник