Миграция тяжелых металлов и ремедиация почв в Подмосковном угольном бассейне

• Автор: Мухина, Наталья Евгеньевна
• Шифр специальности: 25.00.36
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИС
СЛЕДОВАНИЯ
1.1 Природно-географическая характеристика Тульской области
1.2 Санитарно-эпидемиологическая обстановка
1.3 Горно-перерабатывающая промышленность как источник экологического неблагополучия в Тульской области
1.4 Современные методы геоэкологических исследований горнопромышленных регионов
Выводы
Идея работы. Постановка задач исследования
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПОРОДНЫМИ ОТВАЛАМИ ШАХТ ПОДМОСКОВНОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА
2.1 Физико-химические процессы, протекающие в породном отвале
2.2 Экспериментальные исследования кислотности породной массы
и содержания в ней тяжелых металлов
2.3 Экспериментальные исследования загрязнения окружающей
среды выносимой с породных отвалов пылью
2.4 Концентрирование ТМ в породной массе
2.5 Соединения железа как иммобилизатор поллютантов в пород
ной массе
2.6 Влияние кислотности породной массы на закрепление тяжелых 66 металлов и металлоидов минералами железа
Выводы
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
3.1 Математическое описание распространения загрязняющих веществ в окружающей среде
3.1.1 Поведение потока, выбрасываемого в атмосферу
3.1.2 Факторы, влияющие на распространение и время сохранения примеси в атмосфере
3.1.3 Основные модели, используемые для оценки загрязнения атмосферы
3.2 Разработка методики оценки выпадения загрязняющих веществ
на подстилающий покров
3.2.1 Разработка математической модели распространения загрязняющих веществ с учетом влажного вымывания из атмосферы
3.2.2 Разработка математической модели распространения загрязняющих веществ с учетом влияния растительного покрова

3.3 Разработка методик оценки распространения загрязняющих веществ в окружающей среде с учетом влажного вымывания из атмосферы и влияния растительного покрова
3.3.1 Разработка методики оценки выпадения загрязняющих веществ с учетом влажного вымывания из атмосферы и влияния растительного покрова
3.3.2 Разработка методики оценки распространения загрязняющих веществ в атмосфере с учетом влажного вымывания и влияния растительного покрова
3.4 Вычислительный эксперимент
Выводы
4 МЕТОДЫ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ
4.1 Физико-химические методы
4.2 Биоремедиация почв
4.3 Натурные наблюдения
4.3.1 Общие сведения
4.4 Экспериментальные исследования
4.4.1 Распределение тяжёлых металлов в почвенном покрове и
их миграция в растительных культурах
4.5 Экспериментальное исследование взаимодействия металлов с почвенными компонентами
Выводы
5 РАЗРАБОТКА ГЕОИФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ РЕШЕНИЙ ПО РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ
5.1 Методика оценки рассеяния выбросов
5.2 Расчет рассеяния и выпадения выбросов
5.3 Оценка экологической ситуации и обоснование защитных мероприятий
5.3.1 Целевое назначение земель
5.3.2 Обоснование и разработка средств отображения пространственно распределенных данных
5.4 Система управления ситуацией по ремедиации почв
5.5 Алгоритм и структура ГИС поддержки принятия управленческих решений
Выводы
Заключение
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В энергетической стратегии России на период до 2020 года определено, что целью энергетической политики является максимально эффективное использование природных топливно-энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для роста экономики и повышения качества жизни населения страны. В то же время политика в области экологии состоит в последовательном ограничении нагрузки ТЭК на окружающую среду.
Достижение указанных целей сопряжено с рядом проблем, поскольку добыча и обогащение угля оказывают многофакторное воздействие на окружающую среду. Каждое предприятие горнодобывающего комплекса формирует вокруг себя зоны техногенного воздействия на все компоненты ландшафта: атмосферу, природные воды, грунты и почвы.
При этом отходы добычи, переработки и сжигания угля оказывают негативное влияние на состояние окружающей среды в течение многих десятилетий после прекращения указанной деятельности.
Вследствие того, что при подземной разработке месторождений технологические отходы, удаляемые в отвал, достигают 10-20 % от массы добываемого угля, за полуторавековой период разработки месторождений Подмосковного бассейна на поверхности земли скопилось более 300 млн. тонн горных пород с высоким содержанием ряда токсичных химических элементов.
Эти отходы сосредоточены в 200 породных отвалах, которые являются мощными рассредоточенными источниками аэрозольных и газовых выбросов. При этом окисление минералов, содержащих серу, под воздействием атмосферных осадков приводит к образованию серной кислоты, что обусловливает сильнокислотную реакцию выбросов.

ла в свою очередь определяются его типом, размерами, формой и проницаемостью слагающих пород.
В зависимости от способа транспортирования породной массы образуются конические (терриконы), хребтовые (штабельные) и плоские породные отвалы шахт и обогатительных фабрик. На шахтах Подмосковного угольного бассейна для транспортирования породы на отвал преимущественно использовались канатная откатка по рельсовым путям, или канатно-подвесные дороги. При отсыпке породы в конические и хребтовые отвалы происходит сегрегация ее по крупности и по составу. Физическая сущность этого процесса состоит в следующем. Кусок породы движется по наклонной плоскости, образованной другими кусками породы. Эта плоскость не ровная, а имеет углубления и выступы, размеры которых зависят от размеров кусков, слагающих эту плоскость. Катящийся по такой плоскости кусок многократно сталкивается с этими неровностями, теряя часть своей энергии. Вероятность того, что кусок задержится в какой-либо точке плоскости, зависит от соотношения его размеров с размерами неровностей наклонной плоскости, а также от кинетической энергии, которой он обладает. Это приводит к тому, что крупные куски катятся дальше мелких фракций, скапливаясь в нижней части отвала. Результаты моделирования отвалов различной формы, гранулометрических и фракционных анализов породы, поступающей в отвалы и отбираемой с их склонов, а также натурные наблюдения при отсыпке породы показывают, что каждая технологическая схема складирования пород обусловливает присущую ей структуру отвала, которая также оказывает существенное влияние на физико-химические процессы, протекающие в отвале, активность которых в частности зависит от измельчения и перемешивания разнородной горной массы в присутствии кислорода воздуха.
Независимо от путей миграции пыли, её распространение вызывает изменение кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий в почвах (в значительной степени определяемых их буферной емкостью), обу-