Комплексный анализ влияния АО "Костанайские минералы" на состояние природного района

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Недропользование Республики Казахстан и его проблемные аспекты

1.1 Недропользование - его история и начинание

1.2 Окружающая среда и воздействия недропользования на нее

1.3 Предельно допустимые концентрации химических загрязняющих веществ в компонентах окружающей среды

1.4 Предельно допустимые концентрации химических загрязняющих веществ в водной среде

1.5 Предельно допустимые концентрации химических загрязняющих веществ в почве

2. Физико-географическая характеристика района исследования

2.1 Гидрогеологическая характеристика района исследований

2.2 Почвенный и растительный покров

3. Житикаринское месторождение. Добыча асбеста

3.1 Физико-химическая характеристика асбеста

4. Методика исследования

4.1 Определение запыленности воздуха по снегу также определение атмосферного воздуха

5. Результаты следования

5.1 Изучение механического состава отвалов от переработки асбестовой руды

5.2 Анализ содержания пыли в атмосферном воздухе г. Житикары

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Наиболее острая проблема в Казахстане непосредственно касающаяся ныне живущего и будущих поколений является истощение запасов минерально-сырьевых ресурсов. Существует острая необходимость пополнения запасов за счет открытия новых месторождений, так как темпы добычи минеральных ресурсов, в особенности углеводородов все нарастают. Однако за последние годы темпы геологоразведочных работ реально снизились, исключая, конечно казахстанский сектор Каспийского моря, по которому принята специальная государственная программа освоения с совершенно независимыми источниками финансирования.

Причина такого положения дел заключается в недостаточности средств, вкладываемых в геологоразведку. Специалисты в области геологоразведки, сопоставляющие размеры заложенных в программе солидных бюджетных ассигнований с реально необходимыми цифрами затрат на геологоразведку с использованием современных высокотехнологических методов, все таки говорят о заведомой недостаточности государственных средств выделяемых из республиканского бюджета. С частными средствами, инвестируемыми в геологию на сегодняшний день дело обстоит плохо. Причина такого положения кроется в первую очередь в рискованности вложения в геологоразведку. Вообще не всякий инвестор рискнет собственные денежные средства в поиск полезных ископаемых на неизученных территориях.

Расходы на геологическую разведку могут быть компенсированы подрядчику за счет добычи только в случае коммерческого обнаружения минеральных ресурсов на выделенной ему контрактной территории независимо от того произошло ли при осуществлении разведки коммерческое обнаружение. Подрядчик, безусловно обязан при поэтапном возрасте участков контрактной территории произвести за счет собственных средств экологическое восстановление земель до первоначального состояния. Для узкоспециализированных геологоразведочных организаций неориентируемых на последующую добычу полезных ископаемых основным результатом их работы является геологическая информация.

В любом случае, независимо от источника финансирования работ по геологоразведки, информация о недрах в обязательном порядке передается на хранение и систематизацию в уполномоченный орган по использованию и охране недр. Однако, фактически распоряжение подрядчика своей собственностью даже сроки действия контракта на недропользование, может быть ограничено государством, если подрядчик не договориться с ним при заключении «отдельного соглашения». Далее согласно п.5 ст. «69 закона» «О недрах и недропользовании» при прекращении действия контракта государства, при этом недропользователь обязан безвозмездно передать уполномоченному органу все документы и иные материальные носители информации о недрах.

Очевидно, что если геологическая информация станет «рыночным товаром» недропользователь будет заинтересован в заключение контракта на разведку не с целью коммерческого обнаружения и последующей добычей, т. е скорейшего опустошения найденного месторождения, а с целью получения основного продукта - геологической информации. По крайней мере, он будет знать, что, независимо от сделанного коммерческого обнаружения, он сможет получить при посредничестве государства какой-то доход от других недропользователей занимающихся исследованиями либо добычей полезных ископаемых.

Если основной продукт геологоразведки информация о недрах как таковая становится реально собственностью недропользователя который он волен распоряжаться под контролем государства и это его собственность может принести недропользователю колоссальную выгоду в случае удачной спекуляции на регулируемой государством рынке обращения геологической информации без вложения средств на добычу либо постоянный рентный доход до тех пор, пока информация о недрах не потеряет актуальность. В таком случае предусматривается некоторые правила геологоразведочных организаций:

а) стимулирование внедрения высокоточных современных методов геологоразведки;

б) развитие здоровой конкуренции между недропользователями, собственниками геологической информации.

Дело недропользователей - отстаивать свои интересы на переговорах при заключении конкретных контрактов на недропользования, лавировать, если это нужно в интересах дела, свои интересы у законодателя, защищать свои права, в том числе и права собственности, пользования которыми как определяет Конституция РК, должна служить общественному благу.

Цель изучить природные объекты района на примере АО «Костанайские минералы» и оценить воздействие на природу г. Житикары

Нами были поставлены следующие задачи:

- обзор литературы, посвящённой этой проблеме;

- провести анализ механического состава пород хвостохранилища, для выявления приблизительного объема пылевых частиц.

- провести анализ уровня запыленности воздуха, при этом использовать анализ снега и анализ липких лент.

недропользование запыленность руда химический

1. Недропользование республики Казахстан и аспекты развития

1.1 Недропользование - история и начинание

Казахстан - один из крупнейших регионов мира, обладающий значительными запасами и перспективами расширения минерально-сырьевой базы редких и редкоземельных металлов. Он занимает первое место в мире по разведанным запасам хромовых, четвертое - марганцевых, медных, свинцовых, молибденовых, фосфоритовых руд.

Среди азиатских стран наша республика занимает первое место по объемам добычи хромитов, медных полиметаллических, молибденовых, танталовых руд, второе - железа, марганца, бокситов, никеля, угля. Все это сырье содержит повышенное количество таких элементов как рений, индий, таллий, теллур, галлий, германий, иттрий, лантан, металлы платиновой группы.

В настоящее время в Казахстане функционирует промышленность, добывающая и перерабатывающая вольфрам, молибден, тантал, бериллий. Однако вся гамма редких рассеянных, редкоземельных элементов из этих руд не извлекается. Хотя это направление весьма перспективно для экономики страны. Редкометальная промышленность Казахстана начала развиваться в 40-х годах на базе полиметаллических медных, молибденовых концентратов. В ее становлении принимали участие ученые из ряда научно-исследовательских учреждений бывшего союза - Гинцветмет, Тредмет, институт имени Байтурсынова. Исследования были направлены на изучения поведения редких рассеянных элементов при переработке концентратов и на разработку технологий их извлечения. В сотрудничестве с Тредметом разработан способ извлечения рения, из пылей, образующихся при обжиге некондиционных медно-молибденовых концентратов Коунрадского месторождения. Он был внедрен в производство на Балхашском горнометаллургическом комбинате в 1947 г. Так впервые стали получать рениевую сталь. О значимости этого события говорит тот факт, что руководитель работ, сотрудник О.Суворова была удостоена звания лауреата Государственной премии СССР.

Проводились теоретические исследования позволившие разработать адсорбционно-ионнообменную технологию извлечения рения из промывной серной кислоты «Медного производства» и растворов «мокрой очистки» молибденового производства.

С 1962 г. благодаря технологиям наших ученых на Шымкентском СЦЗ стали извлекать цинк, кадмий, индий, таллий, селен из агломерационной пыли. Здесь же впервые в практике свинцового производства позднее были внедрены ионообменная и экстракционная технологии для извлечения рения.

Внедренный на Шымкентском свинцовом заводе и в редкоземельном цехе Жезказганского горно-металлургического комбината промышленный многокамерный электролизер позволил перерабатывать рений содержащие некондиционные продукты и получать перрерат аммония марки АР-0, в котором очень нуждалась отечественная горно-металлургическая промышленность. Сейчас процент извлечения рения и других редких металлов доведен до 90-95%. Разработан и внедрен в производство способ получения радиогенного осмия из медных концентратов.

16-17 октября 2002 года в Алматы в рамках республиканского семинара-совещания «Проблемы совершенствования технологий на обогатительных предприятиях Казахстана наука и практика организованного РГП, национальный центр по комплексной переработке минерального сырья РК» производственники обсудили пути дальнейшего развития отрасли в виду ухудшения качества руд и несовершенства методов подготовки их к обогащению.

В Казахстане все ныне отрабатываемые месторождения представлены многокомплексными рудами. В настоящее время на предприятиях горно-металлургического комплекса, переданных в управление иностранным фирмам организационно-технологическая политика строится таким образом, повышенное внимание уделяется неполному извлечению полезных составляющих добываемого многокомпонентного минерального сырья. Комментирую ситуацию в производстве меди отмечено, что в целом долевое участие попутных металлов в добываемой в настоящее время Жезказганской руде составляет около 42%. Из них на редкие и благородные металлы (рений, кобальт, галлий серебра) приходится 35%. В технологии переработки добываемой на рудниках руды лишь меди и серебру уделяется должное внимание. Рений извлекается в перренат аммония до 23%, остальные компоненты теряются при переработки. Причина такого использования - незаинтересованность недропользователей в повышение извлечения попутных компонентов. К примеру, ЗАО «Южполиметалл» в настоящее время выпускает 15 наименований продукции и извлекает из сырья 9 элементов. До 1991 года Шымкентский завод производил 25 наименований промышленной продукции и извлекал из сырья 14 элементов.

На сегодняшний день НЦ КПМС сталкивается с проблемой использования отходов производственных процессов, которая связана с непредсказуемостью ситуации в виде возможного резкого скачка цен на отходы после начала их переработки.

В советское время серная кислота доставлялась на урановые и фосфорные заводы для переработчиков этих руд бесплатно. Казахстан в общей сложности сбрасывает в окружающую среду 300-400 тонн серной кислоты нейтрализуя ее пушонкой. Для таких предприятий как «Казахмыс» и «Казцинк» это является отходами. Примерно похожая ситуация складывается с Экибастузским углем который из-за высокой зольности более 35% непригоден для энергического использования. Сейчас разработали технологию переработки углистой породы зольностью 50-55% и организовали производство ферросиликоаллюминия. Испытывается технология производства серобетона из отходов серы накопленной на нефтяных месторождениях Западного Казахстана. Отмечено, что если эту серу действительно можно будет использовать для получения серобетона, то есть для строительства автомобильных дорог, то завтра эту же серу придется покупать, подчеркивается, что положение закона или контракта, когда отходы являются собственностью инвестора, необходимо пересмотреть в том плане, что отходы содержащие металлы на производство которых установлено государственная монополия, не могут быть собственностью частного предприятия. То, что интересы недропользователей и государства очень далекие стратегические интересы, а интересы предприятия могут быть краткосрочными.

1.2 Окружающая среда и методы воздействия недропользования

В процессе разработки нефтегазовых месторождений, почва загрязняется нефтью, нефтепродуктами высокоминеральными сточными водами. За счет загрязнения нефтью в почве резко возрастает соотношение между углеродом и разрушает корневое питание растений. Кроме этого, нефть, попадая на поверхность земли и впитываясь, сильно загрязняет подземные воды и почву, из грунта вытесняется кислород необходимый для жизнедеятельности растений и микроорганизмов, в результате чего плодородный слой земли не восстанавливается в течение длительного периода времени.

Вредное действие нефти на почву и растительность усиливается наличием в ней высокоминерализованных пластовых вод. Пластовые и сточные воды нефтяных промыслов, содержащие различные вредные вещества (газ, нефть, соли) из-за своей токсичности крайне отрицательно воздействуют на живые организмы и растительный мир.

При разработке и эксплуатации нефтегазовых месторождений предотвратить загрязнение почвы и сохранить растительность можно в результате следующих мероприятий:

a) Разработка и внедрение эффективных методов и средств отделения выбуренной породы (шлапа) от буровых сточных вод.

b) Уменьшение объемов использования промывочных растворов за счет повторного использования буровых сточных вод.

c) Улучшение техники и технологии их очисткам.

d) Регламентирование передвижения и транспортных средств в зонах промышленных и сельскохозяйственных земель.

По результатам исследования установлено, что в процессе бурения и эксплуатации нефтяных месторождений создаются условия для нарушения экологического равновесия недр. Длительная практика заводнения продуктивных пластов на некоторых нефтяных месторождениях показывают, что с ростом объемов закачки существенно уменьшаются минерализация пластовой воды и концентрация сульфатов.

На современном этапе развития цивилизации перед человечеством возник целый ряд проблем глобального характера, связанный с постоянно растущим антропогенным воздействием на природу. В атмосферу, водоемы и почву в мире ежегодно выбрасывается более 3 млрд. твердых промышленных отходов, 500 км³ опасных сточных вод и около 1 млрд. аэрозолей разных по крупности и химическому составу.

Начиная от разведки и добычи нефти и кончая использования нефтепродуктов, все эти стадии приводят к сильному загрязнению окружающей среды и к отрицательному воздействию на почву и растительный мир.

Предприятие нефтяной и нефтеперерабатывающей отрасли промышленности на 40 % определяют уровень загрязнения атмосферы земли сернистым ангидридом. Он насыщает воздух этих предприятий в радиусе 8-12км. Нефть и нефтяные продукты являются основными загрязняющими компонентами сточных вод. Ежегодно в океан сбрасывается более 4 млн. тонн нефти и около 9 млн. тонн углеводородов выпадает с осадками из атмосферы. Пятая часть поверхности океана постоянно покрыта нефтяной пленкой. Это пагубно отражается на условиях жизни, и загрязняют окружающую среду множеством опасных вредных веществ разной экологической значимости.

В настоящее время от 1 до 16% нефти и продуктов и переработки теряются в процессе добычи, подготовки, переработки и транспортировки. Все технологические процессы в нефтегазовой промышленности (разведка, бурение, добыча, транспорт, переработка) при соответствующих условиях могут нарушить естественную экологическую обстановку.

Рассматриваются некоторые экологические аспекты нефтяных загрязнений и пути их предотвращения. Атмосфера в районах добычи нефти загрязняется сернистыми соединениями в результате сжигания минерального топлива в стационарных установках. Сера содержится в виде соединения в нефти, природном и нефтяном газе некоторых месторождений. При сжигании газа в факелах сернистые соединения улетучиваются в атмосферу.

В ближайшие 2 десятилетия по оценкам экспертов Казахстан вполне может стать одним из крупнейших нефтяных экспортеров прогнозы базируются, прежде всего, на планах разработки морских нефтеносных блоков на Каспии. Одна разведка и разработка этих труднодоступных нефтегазовых залежей потребует многомиллиардных инвестиций.

Взаимоотношения с иностранными инвесторами, работающим в нефтегазовом секторе очень тонкое дело. Правительству приходится быть гибким, чтобы сохранить привлекательный инвестиционный климат, с другой стороны обеспечить интересы государства в крупных контрактах с зарубежными компаниями. Условия всех прежде подписанных договоров остаются в силе, но в новых проектах, особенно на северном Каспии. Ведь энергетический потенциал Казахстанской части шельфа составляет 8 млрд. тонн углеводородов. Однако регион считается малоизученным, а поиск и разработка сложных месторождений в водных акваториях требуют времени и солидных затрат. Государство на тендере выбирает партнера и заключает с ним специальное соглашение о разделе продукции - своего рода концессионный договор. Суть его продукции заключается в определении фиксированного госдохода от нефтяных, получает налоговые льготы, определяемые в индивидуальном соглашении, которое может существенно отличаться от общего налогового режима. Такие соглашения позволяют компаниям прежде всего закрыть свои затраты на разработку «рисковых» месторождений и экспорт нефти, а потом при достижении рентабельности, начать отчислять долю прибыли в госказну.

Из 55 государств добывающих нефть Казахстан занимает 12-е место в мире. Запасы нефти промышленных категорий составляют более 2 млрд. тонн, при этом более 70 нефтяных месторождений находятся в разработке. Вместе с тем, доказанными ресурсами нефтяные запасы Казахстана не ограничиваются. По предварительным данным, общие запасы Казахстанского сектора Каспийского моря, так называемого Кашаганского месторождения составляют 8 млрд. тонн. Это крупнейшее месторождение, которое было разведано в мире за последние 30 лет. Увеличение добычи достигается за счет бурения новых и ремонте действующих скважин, применение современных технологий, повышения нефтеотдачи, разработки новых месторождений нефти и газа. Растет и экспорт казахстанской нефти, причем более динамично, чем добыча. Для улучшения инвестиционного режима в республике большое внимание уделяется созданию законодательной базы.

Проблема рационального использования нефтяных доходов столь универсальна. Международные эксперты и зарубежные СМИ высоко оценивают усилия Нурсултана Назарбаева и Правительства по эффективному и рачительному использованию нефтяных ресурсов, отмечая важность ориентации властей при этом на долгосрочные перспективы. Если говорить о добыче нефти, то в прошедшем году в Казахстане этот показатель составил 50,5 млн. тонн, добыча газового конденсата -8,8 млн. тонн.

В настоящее время объем добываемой нефти составляет 17-ю часть всей добываемой нефти в СНГ. Ресурсные возможности Казахстана позволяют к 2015 году поднять уровень добычи нефти до 120-150 млн. тонн, а газа до 30 млрд. куб.м. При условии достижения намеченного Казахстан может войти в пятерку крупнейших экспортеров нефти в мире. Казахстан рассматривает нефтегазовый сектор как локомотив всей национальной экономики и использует свой растущий нефтяной потенциал в целях экономического развития, направляя свои ресурсы на программы развития. По некоторым прогнозам легкодоступной и дешевой нефти подойдут к критической отметке, после чего на нефть поднимутся. Развитие мировой экономики, как утверждают эксперты, будет тормозиться и другими факторами - прямые и косвенные затраты на обеспечение нефтеснабжения, увеличивается больше экологических и экономических рисков.

На сегодняшний день самая большая проблема в регионе Мангистауской области на шельфе Каспийского моря - наличие нефтегазовых скважин, находящихся на консервации в зоне затопления и подтопления. В море, в административных границах Мангистауской области, сосредоточено свыше 2-х десятков скважин, находящихся в аварийном состоянии. А всего на Северном шельфе Каспия их 177. К примеру, в Атырауской области в течение 3 лет несколько таких скважин дали течь. Для того, чтобы ликвидировать эту ситуацию потребуются финансовые затраты около 10 млрд. тенге. Мало того, никто не может гарантировать, что при добыче нефти на шельфе Каспия с применением суперсовременных технологий, море не будет загрязняться углеводородным сырьем.

Казахстан принадлежит к числу ведущих стран мира по производству медной продукции, и в первую очередь катодной меди, ежегодный объем производства, которой составляет 370-400 тыс. тонн. Попутно с медью из руд крупнейшего в стране Жезказганского месторождения извлекаются золота, серебро, свинцовый и цинковый концентраты. Одним из главных металлов стратегической ценности получаемых из Жезказганской руды является рений. В год его добывается 10-12 тонн.

Становление и бурное развитие медной промышленности в Казахстане связано с открытием и освоением огромных запасов богатых руд Жезказганского месторождения. Возникают проблемы.

Настоящее казахстанской меди вызывает большую озабоченность. Во-первых, сокращаются запасы медных руд с уникальными промышленными концентрациями рения и радиогенного осмия. Они не восполняются, и большая их часть оседают в отходах производства. Во-вторых, при современных темпах добычи руд Жезказганского месторождение обеспечено запасами не более чем на 10-12 лет, по истечении которых оно перестанет существовать. Это приведет к резкому сокращению медной промышленности.

Возникшие проблемы в развитие медно-сырьевой базы требует ускоренных теска и прогноза медных месторождений разной промышленно- технических типов в известных и новых рудных районах и регионах. Необходимо выявления локальных рудоперспективных участков и их последующее исследование до инновационного уровня, когда становится реальным привлечение зарубежных и отечественных инвесторов. Локальные рудоперспективные участки могут прогнозироваться на основе новых металлогенических идей и наукоемких прогнозных технологий. Они сами по себе не появляются, их создание возможно на основе интенсивного развития фундаментальной геологической науки, а это требует усиление ее кадрового финансового и материального технического обеспечения.

Республика, которая претендует в будущем стать крупной нефтяной державой, в последнее время стабильно увеличивает объемы добычи сырой нефти. Согласно данным агентства РК, только за январь-сентябрь 2002 год было добыто 30 млн. 684,3 тыс. тонн сырой нефти, что на 16%, превысило показатель. Увеличилась и добыча газового конденсата до 3642, 4 тыс. тонн на 17%нефтяного попутного газа- до 438 тыс. тонн на 16%, природного газа в газообразном состоянии до 9465,7 млн. кубометров на 7%.

За отчетный период в республике было произведено 1217,5 тыс. тонн бензина( 99,4%) 168,5 тыс. тонн керосина (231%), 1690 тыс. тонн дизельного топлива (99%), 2030,2 тыс. тонн мазута 97%, 113,2 тыс. тонн углеводородных сжиженных газов (97%), что указано на рисунке 1.



Рисунок 1. Производство топлива

Предприятия Евразийской промышленной ассоциации от общих объемов республики добывают 100% хромитов и бокситов, более 80% руд черных металлов и 20% угля на металлургических заводах производится 100% глинозема, галлия, хромистых ферросплавов. Сырьевая база железных, хромовых, марганцевых руд и бокситов была создана в советское время. Однако из-за сложных горно-геологических условий, отсутствие эффективных технологий переработки руд, низкого содержания полезных компонентов ряд месторождений не мог полномасштабно осваиваться. Уже в это время ставились вопросы по ликвидации этих проблем, но решения найдены не были. И наконец, появились новые системы разработок.

Внедрение принципиально новых систем разработки, оригинальных взрывчатых веществ, новых обогатительных и металлургических технологий позволило начать эксплуатацию новых месторождений. Были значительно увеличены мощности действующих карьеров и подземных рудников, коренным образом улучшены технико-экономические показатели работы предприятий. С 2003 по 2009 год на подземных рудниках, карьерах, обогатительных фабриках и заводах ассоциации разработаны, внедрены высокоэффективные технологии, обеспечившие заметный рост технико-экономических показателей производства, улучшение условий труда и экологического состояния окружающей среды. На подземных рудниках освоены новые системы разработки этажного самообрушения и принудительного обрушения с отбойкой руды в зажатой среде.

Внедрение этих технологий позволило увеличить годовые объемы добычи руды в 3,6 раза при снижении себестоимости 1 тонны руды в 2-2,5 раза. Произошло коренное преобразование ее буровзрывных работ, которые определяют эффективность всех последующих процессов - усреднения, погрузки, транспортировки, дробления и переработки минерального сырья, производства и реализации товарной продукции. Результатом теоретических и экспериментальных исследований стали конкретные изобретения: За счет разработки и внедрения новых технологий Павлодарский алюминиевый завод, первоначально ориентированный на переработку высококачественных бокситов Амангельдинской группы месторождений, которые уже полностью отработаны, начиная с 1995 года перешел на переработку бокситов Западного Торгая более низкого качества, которые считались труднообогатимыми. Значительно укреплена минерально-сырьевая база на горнодобывающих предприятиях.

При достигнутой производительности обеспеченность запасами железных руд составляет 90-100 лет, бокситов и марганцевых руд 50-60 лет. Резко возросли объемы производства: вскрыши на карьерах в 2,3 раза, добыча руды на рудниках - в 2,7 железорудных окатышей - в 3,3 и ферросилиция - в 2,7 раза. В 2003 г по сравнению с 1997 годом на ведущих предприятиях ассоциации объем товарной продукции увеличен в 3,14 раза. Рост объемов производства сопровождается увеличением количества производственных отходов, выбросов в атмосферу и других загрязняющих веществ. В связи с этим найдены и внедрены новые решения в области охраны окружающей среды. Эти решения помимо снижения вредного воздействия на окружающую среду, подразумевают и значительное ресурсосбережение. Расход сырья в ферросплавном производстве снизился при производстве железорудных окатышей на 16% и ферросплавов на 56%, а удельное потребление воды на производственные нужды уменьшилось в 1,5-2,2 раза.

Значительно снижены сбросы в водные объекты и выбросы в атмосферу: при производстве ферросплавов и железорудных окатышей-В 1,5-1,6 раза, электроэнергии в 1,1-1,3 раза. Ведущими предприятиями ЕПА получены международные сертификаты по охране окружающей среды, на системы менеджмента, охраны труда и здоровья работников в соответствии с международной спецификацией. Благодаря выполненной широкомасштабной научной и инженерной работе сегодня вовлечены в эксплуатацию месторождения с бедным содержанием полезных компонентов, в результате чего не истощается, а наращивается сырьевая база. Без этих разработок многие месторождения оказались бы не востребованы, а для пополнения выбывающих запасов потребовалось бы проведение дорогостоящих работ по поискам новых месторождений, их разведке, строительству новых рудников. Разработка и внедрение в практику новейших технологий, зачастую не имеющих налогов в мире позволила авторам достичь высоких производственных и экономических результатов.

1.3 Предельно допустимые концентрации химических загрязняющих веществ в компонентах окружающей среды

В числе мероприятий по охране природы важное место принадлежит проблеме предупреждения повышения содержания загрязняющих веществ в природных средах. Контрольными показателями при этом являются предельно допустимые концентрации (количества) -- ПДК.

Обеспечение регламентируемых значений ПДК может быть достигнуто двумя путями -- рассеиванием химических веществ в воздушной или водной среде или строгим контролем за их выбросами. Первый путь упрощает задачи производственников, так как не требует совершенствования технологии производства и строительства дорогостоящих очистных сооружений, а сводится к строительству высотных труб и разбавлению сбрасываемых стоков поверхностными водами. Современное состояние окружающей среды требует полностью отказаться от подобных методов «защиты» биосферы от химических загрязнений и перейти к ограничению выбросов, а в дальнейшем для многих объектов -- к их полному прекращению [8].

Проблема сохранения окружающей среды в каждой стране решается в соответствии с особенностями ее социального устройства и уровня развития производства. Даже в экономически развитых странах в подавляющем большинстве современных производственных процессов пока еще используют открытые технологические циклы, которые не исключают выбросов вредных веществ в окружающую среду. Если в стратегическом плане максимальное внимание отраслевой науки должно быть уделено разработке безотходных технологий с комплексной переработкой сырья в замкнутых производственных циклах, то сохранение качества окружающей среды при использовании технологий сегодняшнего дня требует разработки эффективных сооружений для очистки и обезвреживания промышленных стоков, выбросов и отходов и строгого нормирования поступления в биосферу тех или иных токсикантов [9,10,11] .

Нижние слои атмосферы состоят из смеси газов (табл.1). Кроме приведенных в таблице, в виде небольших примесей в воздухе присутствуют и другие газы: озон, метан, такие вещества, как оксид углерода (СО), оксиды азота и серы, аммиак.

Таблица 1. Состав воздуха (основные компоненты), %

Высота (км)	Кислород	Азот	Аргон	Гелий	Водород	Давление (мм рт.ст)
0	20,94	78,09	0,93	-	0,01	760
5	20,94	77,89	0,94	-	0,01	450
10	20,99	78,02	0,94	-	0,01	168
20	18,10	81,24	0,59	-	0,04	41
100	0,11	2,97	-	0,56	96,31	0,0067

В высоких слоях атмосферы состав воздуха меняется под воздействием жесткого излучения Солнца, которое приводит к распаду молекул кислорода на атомы. Атомарный кислород является основным компонентом высоких слоев атмосферы. Наконец, в наиболее удаленных от поверхности Земли слоях атмосферы главными компонентами становятся самые легкие газы - водород и гелий. Поскольку основная масса вещества сосредоточена в нижних слоях (до 30 км), то изменения состава воздуха на высотах более 100 км не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы. [5,6]

Воздушная оболочка Земли содержит значительное количество различных примесей. По происхождению их разделяют на естественные и искусственные (антропогенные). Основные вещества, загрязняющие атмосферу, делят на две группы - газообразные и твердые частицы (табл. 2). Газы составляют примерно 90 %. Основную роль в загрязнении атмосферы играет сжигание ископаемого топлива - угля и нефти [7].

Загрязняющих веществ в атмосферный воздух от станционных и передвижных источников загрязнения в Костанайской области за 2006 год составили 367,231 тыс. тонн, в том числе:

Твердые вещества - 95,48 тыс. тонн

Диоксид серы - 53,87 тыс. тонн

Оксид углерода - 157,831 тыс. тонн

Диоксид азота - 23,98 тыс. тонн

Углеводороды - 19,68 тыс. тонн

Прочие - 16,39 тыс. тонн

Более чем 49% от общего объема составляют выбросы от автотранспорта. В 2009 году автотранспортом области выброшено 179,944 тыс. тонн загрязняющих веществ.

Рассмотрим основные загрязнители атмосферы и их соединения [7,8].

Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серо содержащего топлива или переработки сернистых руд. Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах.

Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты

По данным областного управления охраны окружающей среды выбросы в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты.

Таблица 2. Основные загрязняющие вещества и источники загрязнения атмосферы

Загрязняющие веществ	Источник загрязнения
Газы
Углекислый газ	Вулканическая деятельность
	Дыхание живых организмов
	Сжигание ископаемого топлива
Оксид углерода	Вулканическая деятельность
	Работа двигателей внутреннего сгорания
Органические соединения	Химическая промышленность
	Сжигание отходов
	Сжигание топлива
Сернистый газ и другие производные серы	Вулканическая деятельность
	Морские бризы
	Бактерии
	Сжигание ископаемого топлива
Производные азота	Бактерии
	Горение
Радиоактивные вещества	Атомные электростанции
	Ядерные взрывы
Частицы
Тяжелые металлы Минеральные соединения	Вулканическая деятельность
	Космическая пыль
	Ветровая эрозия
	Водная пыль
	Промышленное производство
	Работа двигателей внутреннего сгорания
Органические вещества, естественные и синтетические	Лесные пожары
	Химическая промышленность
	Сжигание топлива
	Сжигание отходов
	Сельское хозяйство (пестициды)

Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид.

Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектам. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

Частицы, взвешенные в воздухе, еще одно загрязнение атмосферы. Они о разнородны по своему химическому составу. В воздухе могут находиться в виде взвеси, твердых и жидких компонентов, весьма различные по происхождению. Движение транспорта, сжигание топлива, промышленные процессы и выбросы твердых отходов - все эти источники дают вклад в загрязнение атмосферы твердыми частицами. При сгорании угля образуются твердые частицы, диспергированные в воздухе, причем не только частицы золы (силиката кальция) и частицы углерода (сажа), но также частицы окислов металлов, таких, как окислы кальция и железа. Частицы окислов металлов могут реагировать с частицами кислотных туманов, состоящих из капелек серной кислоты. В результате образуются частицы сульфатов металлов. Капли серной кислоты сами по себе - продукт реакции трехокиси серы с парами воды. Таким образом, значительную долю загрязнений, образующихся при сгорании угля, составляют капельки кислоты и частицы сульфатов металлов.

Для предотвращения негативных последствий воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды необходимо знать их предельные уровни, при которых возможна нормальная жизнедеятельность и функционирование организмов. Основной величиной экологического нормирования содержания вредных химических соединений в компонентах природной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК). ПДК -- это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. При определении ПДК учитывается не только влияние загрязняющего вещества на здоровье человека, но и его воздействие на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом [8,12,13].

ПДК загрязняющих веществ для воздуха, воды, почвы, для пищевых продуктов и кормов устанавливаются в законодательном порядке или рекомендуются компетентными учреждениями. В настоящее время установлены ПДК большого количества вредных веществ для воздушной и водной среды и сравнительно недавно начаты исследования по разработке ПДК загрязняющих веществ для почвы.

Для санитарной оценки воздушной среды используется несколько видов предельно допустимых концентраций вредных веществ, в том числе ПДК для рабочей зоны (р. з.), максимальная разовая (м. р.) и среднесуточная (с. с.) ПДК, которые установлены на основе рефлекторных реакций организма человека на присутствие в воздухе токсикантов [14].

ПДК _р.з. -- предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м³. Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в течение 8 ч за все время рабочего стажа каких-либо заболеваний или отклонений от нормы в состоянии здоровья, которые могли бы быть обнаружены современными методами исследования непосредственно во время работы или в отдаленные сроки. При этом рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой расположены места постоянного или временного пребывания работающих [15,16].

ПДКм.р.-- максимальная разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м³, которая не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК_с.с. -- среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м³. Эта концентрация вредного вещества не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания.

В настоящее время действуют нормативные документы: «ПДК вредных газов, паров и аэрозолей в воздухе рабочей зоны», установленные для 445 загрязняющих веществ, и «ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест», включающие 109 загрязняющих веществ [14].

Многие токсичные вещества обладают эффектом суммированного действия, т. е. их смеси оказывают более токсичное воздействие на живые организмы, чем отдельные компоненты. Это можно сказать о смесях ацетона и ацетофенона; триоксида и диоксида серы и оксидов азота; сильных минеральных кислот (НС₁, HNO₃, H₂SO₄); валериановой, капроновой и масляной кислот; диоксида серы и фтороводорода; диоксида серы и фенола и многих других [17].

В последнее время многие ученые пришли к выводу, что для канцерогенных веществ и ионизирующей радиации не существует нижних пределов безопасности и любые их количества, превышающие природный фон, опасны для живых организмов, если не непосредственно, то генетически, в цепи последующих поколений.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе устанавливают, как правило, экспериментально, с использованием подопытных животных. Для оценки действия токсикантов на живые организмы приняты следующие величины:

ЛК₅₀ -- летальная концентрация вещества, вызывающая при вдыхании гибель 50 % подопытных животных, мг/л. Значения ЛК₅₀ выражают также в миллиграмм-молях на литр (ммоль/л);

ПКост -- пороговая концентрация острого действия, установленная на лабораторных животных при однократном ингаляционном воздействии, мг/л;

ПК_хр -- пороговая концентрация хронического действия, установленная на лабораторных животных при длительном ингаляционном воздействии по 6 ч ежедневно, мг/л.

Установление ПДК каждого отдельного вещества требует продолжительных экспериментальных исследований, тогда как новые химические соединения и их комбинации получают, синтезируют и внедряют в производство значительно быстрее. Для устранения этого разрыва во времени используют расчетные методы определения ПДК, которые позволяют прогнозировать токсическое действие химических соединений, исходя из их физико-химических характеристик и результатов простейших токсикологических исследований. Для многих веществ, загрязняющих воздух, ориентировочные значения ПДК, рассчитанные с помощью регрессионного анализа, оказались весьма близки к нормативным, определенным экспериментально.

Для расчета ПДК вредных веществ в воздухе производственных помещений рекомендованы формулы, выведенные на основании регрессионного анализа с использованием показателей их токсичности и некоторых физико-химических констант этих веществ [18]. Для обеспечения охраны воздушной среды установлена еще одна нормативная величина, характеризующая объем вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу отдельными источниками загрязнения -- предельно допустимый выброс (ПДВ). Предельно допустимый выброс -- это объем (количество) загрязняющего вещества, выбрасываемого отдельным источником за единицу времени, превышение которого ведет к превышению ПДК в среде, окружающей источник загрязнения, и, как следствие, к неблагоприятным последствиям в окружающей среде и риску для здоровья людей.

При установлении ПДВ для каждого предприятия принимается во внимание перспектива развития промышленного производства в этом районе, расположение уже действующих предприятий и жилой застройки, географические и климатические условия местности, расположение санитарно-защитных и рекреационных зон [19].

Если в воздухе города концентрации вредных веществ превышают ПДК, а их выбросы по причинам объективного характера не могут быть в данный момент снижены до уровня ПДВ, в городе может быть введено поэтапное снижение выбросов вредных веществ действующими предприятиями до значений, обеспечивающих ПДК вредных веществ, или до полного прекращения выбросов. На каждом этапе до обеспечения величин ПДВ устанавливают так называемые временно согласованные выбросы (ВСВ) по аналогии с предприятиями, близкими по мощности и типу производства, с наиболее прогрессивной технологией [20,21,22].

Наряду с ПДК для контроля за промышленными выбросами пользуются рядом дополнительных характеристик, в том числе ДОК (допустимое остаточное количество), ОБУВ (ориентировочный безопасный уровень воздействия), ОДК (ориентировочная допустимая концентрация) [23].

1.4 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в водной среде

В нашей стране нет единых общегосударственных норм качества воды, поскольку ее пригодность определяется конкретными требованиям отдельных видов водопользования.

Качество поверхностных вод нормировано для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Для воды установлены предельно допустимые концентрации более чем 960 химических соединений, которые объединены в три группы по следующим показателям вредности (ЛПВ -- лимитирующий показатель вредности): санитарно-токсикологическому (с.-т.); общесанитарному (общ.); органолептическому (орг.) [24].

Самые высокие требования предъявляются к питьевой воде. Государственный стандарт на воду, используемую для питья и в пищевой промышленности определяет благоприятные для человека органолептические показатели воды: вкус, запах, цвет, прозрачность, а также безвредность ее химического состава и эпидемиологическую безопасность. Одни и те же требования предъявляются к воде из любого источника водоснабжения независимо от способа ее обработки и конструкции водозабора и водопровода. Вкус воды обусловлен растворимыми в ней веществами. Нередко неприятный привкус и запах сообщают воде продукты разложения животных и растительных организмов, например сероводород. Напротив, кислород, диоксид углерода, небольшое количество гидрокарбоната кальция, растворенные в воде, придают ей приятный, освежающий вкус.

Очень малая минерализованность воды (ниже 100 мг/л тоже ухудшает ее вкус, а вода, вообще лишенная солей (дистиллированная), вредна для здоровья, так как ее употребление нарушает пищеварение и деятельность желез внутренней секреции. Иногда по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы допускается содержание сухого остатка до 1500 мг/л.

Запах воды также зависит от химического состава примесей и от растворенных в ней газов. Различают запахи естественного происхождения (от живущих и отмирающих в воде организмов, воздействия почв и фунтов, срубов колодцев) и искусственного происхождения (от случайного попадания сточных вод, от реагентов, используемых для обработки воды). Запах воды, подвергнутой хлорированию, определяют через 30 мин после введения хлора. Государственный стандарт устанавливает также цвет и прозрачность питьевой воды. Цветность воды определяют колориметрически, сравнивая ее с эталонной шкалой (платинокобальтовой или кобальтодихроматной), имитирующей эту цветность. Окраска питьевой воды по этим шкалам не должна превышать 20 условных градусов.

Степень прозрачности (или, напротив, мутности) воды зависит от количества содержащихся в ней взвешенных частиц. Взвеси, содержащиеся в воде, не только портят ее вкус, но и служат благоприятной средой для развития болезнетворных бактерий. Поэтому стандарт строго ограничивает их содержание: в водопроводной воде концентрация взвешенных веществ не должна превышать 1,5 мг/л.

Разумеется, питьевая вода не должна содержать токсических химических веществ в концентрациях, вредных для человеческого организма. Строго регламентированы реакция среды, которая в питьевой воде должна быть близка к нейтральной (рН 6,5--8,5), и температура питьевой воды в водопроводных сетях. Содержание в питьевой воде большого количества растворимых солей магния и кальция не только ухудшает ее вкус, но и обусловливает жесткость воды. Жесткая вода неприменима в ряде отраслей промышленности, в теплотехнике и неблагоприятна при ее бытовом использовании. В ней труднее развариваются многие продукты и их питательная ценность уменьшается, резко ухудшается моющая способность и возрастает расход мыла. Употребление жесткой воды способствует развитию ряда заболеваний. Допускается жесткость питьевой воды не выше 7 ммоль и лишь в отдельных случаях по согласованию с санитарно-эпидемиологической службой допускается использование в водопроводных сетях воды с жесткостью до 10 ммоль.

Вопрос доброкачественности питьевой воды решают путем определения количества кишечной палочки в 1 л воды. Кишечная палочка -- это микроб, постоянно обитающий в кишечнике человека и животных и, следовательно, безвредный. Однако ее присутствие в воде свидетельствует о наличии в ней выделений людей или животных и о возможности загрязнения воды болезнетворными бактериями. Согласно нормам, в 1 л питьевой воды может содержаться не более трех бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Это число называется коли-индексом воды; обратная величина, т. е, количество миллилитров воды, в котором находится одна кишечная палочка, называется коли-титром. Питьевая вода, безупречная в бактериальном отношении, должна иметь коли-титр не менее 333.

Угроза поступления болезнетворных бактерий может исходить не только от питьевой воды, но и от воды, используемой для купания, занятий спортом и т. п. Пригодность водных объектов для этих целей регламентирует группа Государственных стандартов [25,26].

Для водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, также установлены нормативы качества воды применительно к двум категориям:

I-- использование водных объектов для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;

II-- использование водных объектов для других рыбохозяйственных целей.

ПДК вредных веществ для рыбохозяйственных водоемов и водотоков установлены для 521 ингредиента, объединенных в группы по следующим показателям: токсикологическому, органолептическому, рыбохозяйственному и общесанитарному.

Необходимо отметить, что используемые в настоящее время методы оценки качества воды с помощью системы ПДК загрязняющих веществ не дают полного представления о состоянии природных вод и не являются достаточной гарантией их охраны от загрязнения.

Сами Правила рассчитаны на обеспечение чистоты реки или водоема лишь в створах пунктов питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного водопользования. Такой подход уже привел к тому, что многие реки нашей страны загрязнены локально или непрерывно почти на всем протяжении. В непроточных и слабопроточных водоемах процессы самоочищения протекают еще медленнее и нередко возникают аварийные ситуации. Все современные очистные сооружения построены с использованием деструктивных методов очистки, которые сводятся к разрушению загрязняющих воду веществ путем их окисления, восстановления, гидролиза, разложения и т. п., причем продукты распада частично удаляются из воды в виде газов или осадков, а частично остаются в ней в виде растворимых минеральных солей. В результате так называемые нетоксичные минеральные соли поступают в природные воды в количествах, соответствующих ПДК, но во много раз превышающих их естественные концентрации в водной среде. Поэтому сброс в реки и водоемы сточных вод, прошедших глубокую очистку от органических соединений азота, фосфора, серы и других элементов, тем не менее, повышает содержание в воде растворимых сульфатов, нитратов, фосфатов и других минеральных солей, вызывающих эвтрофикацию водоемов, их «цветение» за счет бурного развития синезеленых водорослей; последние, отмирая, поглощают массу кислорода и лишают воду способности к самоочищению.

Современная промышленность ежегодно синтезирует много новых веществ; установление их ПДК неизбежно запаздывает, тем более что, попадая в воду, эти вещества могут создавать новые, неисследованные комбинации соединений с неизвестными свойствами.

Таким образом, существующие ПДК, разработанные санитарно-гигиенической службой, далеко не полностью отражают влияние чужеродных веществ на водные экосистемы. Необходима разработка экологических ПДК и оценка состояния природных вод не только по общесанитарным, органолептическим и химическим показателям, но и по биохимическим и микробиологическим характеристикам, отражающим уровень жизни гидробионтов [17,19].