Бесплатно скачать, заказать диплом, курсовую, диссертацию Совершенствование технологии рекультивации отработанных карьеров с использованием коммунальных и промышленных отходов

У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ

Сделать закладку на сайт

Заказать диплом, курсовую, диссертацию

Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Книга жалоб
и предложений

Название	Совершенствование технологии рекультивации отработанных карьеров с использованием коммунальных и промышленных отходов

Количество страниц	118

ВУЗ	МГИУ

Год сдачи	2010

Бесплатно Скачать	24482.doc

Содержание	Введение... 4 Глава 1. Анализ направлений рекультивации отработанных карьеров... 10 1.1. Характеристика негативных воздействий горных выработок на окружающую природную среду... 10 1.2. Характеристика рекультивационных работ на отработанных, карьерах... 16 1.3. Использование отходов в качестве рекультивационных материалов для заполнения выработанного пространства карьеров... 22 Глава 2. Разработка системы эколого-технического отбора отработанных карьеров для строительства на их основе полигонов размещения отходов... 30 2.1. Экологические критерии отбора отработанных карьеров... 31 2.2 Технические критерии отбора отработанных карьеров... 41 2.3. Ресурсные критерии отбора отработанных карьеров... 45 Глава 3. Разработка системы дифференцирования пространства карьера на структурные элементы... 52 3.1. Структурные элементы отработанного карьера... 52 3.2. Соответствие коммунальных и промышленных структурным элементам карьера... 55 Глава 4. Исследование процесса осадки массива твердых бытовых отходов на полигона карьерного типа... 73 4.1. Математическое описание осадки массива твердых бытовых отходов в присутствии биодобавок на основе смеси органосодержащих отходов... 74 4.2. Изучение процесса уплотнения твердых бытовых отходов на полигонах карьерного типа... 79 Глава 5. Практическое применение усовершенствованной технологии рекультивации отработанных карьеров с использованием коммунальных и промышленных отходов... 89 5.1. Совершенствование процесса организации объектов размещения отходов... 89 5.2. Экономический эффект от использования усовершенствованной технологии рекультивации отработанных карьеров... 95 Выводы... 102 Литература... 103 Приложения... 118 Введение 4 ВВЕДЕНИЕ Промышленное и гражданское строительство основано на использовании нерудных полезных ископаемых. Увеличение объемов строительства неизбежно приводит к росту добычи сырья. В соответствии с фондовыми материалами Территориального органа Агентства по недропользованию на территории Самарской области разведано и эксплуатируется более 200 месторождений нерудных полезных ископаемых [1]. Наибольшие объемы добычи характерны для строительного камня, суглинков, глины, доломита, мергелей, самородной серы и т.д. Большинство карьеров на территории Самарской области разрабатывалось во второй половине XX века в соответствии с оформленными земельными, горными отводами и проектами, выполненными в специализированных организациях. Карьеры имеют глубины от 10 до 30 м при площадях отдельных выемок более 100 га. Кроме того, значительное количество карьеров и копаней было разработано несанкционировано. Часть объектов расположено в водоохранных зонах и на особо охраняемых природных территориях. На сегодняшний день только в Самарском регионе авторами настоящей работы обследовано около 600 заброшенных карьеров, которые наносят существенный ущерб окружающей природной среде. Как правило, на участке расположения отработанного карьера наблюдаются ландшафтные изменения, нарушается геоморфология, меняются гидрологический и гидрогеологический режимы, происходит загрязнение подземных горизонтов. Районы, в которых имеются крупные залежи щебня, доломита, суглинков, глин, самородной серы, при разработке месторождений пострадали настолько, что восстановить природный ландшафт на площадях в тысячи гектаров уже практически не возможно. Частичный возврат территории во внутрихозяйственное использование и приведение карьера в технически безопасное состояние достигаются за счет проведения горнотехнической рекультивации, заключающейся в выполаживании откосов, планировке основания, фитомилиорации и т.д. [2] Однако, горнотехническая рекультивация не решает всех экологических проблем, возникающих после завершения разработки полезных ископаемых. Поэтому, в мировой практике существует несколько пострекультивационных направлений освоения отработанных карьеров: биологическое, строительное и комбинированное [2]. Выделяются различные виды использования деградированных территорий: сельско-, лесо-, и водохозяйственное использование, эксплуатация внутрикарьерных площадок для промышленного, гражданского, рекреационного строительства [3]. Несмотря на то, что концептуально и технически вышеуказанные направления разработаны, в России имеются лишь единичные примеры подобного использования горных выработок, в то время как остро стоит необходимость рекультивации десятков тысяч гектаров деградированных земель. С другой стороны, функциональной потребностью различных сфер производства и коммунального хозяйства на современном этапе развития общества является размещение в природной среде неутилизируемых отходов. Очевидно, что использование ненарушенных земельных территорий для строительства полигонов не целесообразно с экологической точки зрения. Поэтому, размещение отходов в выработанном пространстве карьеров является альтернативным направлением рекультивации горных выработок. Одновременно решаются две важнейшие задачи - восстановление природного ландшафта и безопасное размещение отходов. Поскольку, объем горных выработок велик, коммунальные и промышленные отходы выступают единственным потенциально значимым материальным ресурсом для их рекультивации. Следует отметить, что отходы несут в себе существенную потенциальную экологическую опасность. В связи с этим, использование отходов в качестве рекультивационных материалов требует выполнения особых условий их размещения в окружающей среде. Это и обеспечение высокой степени инженерной защиты геологической среды от проникновения загрязняющих веществ, использование технологий предварительной подготовки перед размещением, применение современных методов складирования и воздействия на массу отходов с целью их скорейшего биохимического разложения. Целью настоящей работы является разработка научно-обоснованного метода рекультивации отработанных карьеров путем размещения в их пространстве коммунальных и промышленных отходов для минимизации негативного воздействия карьеров и отходов на окружающую среду. Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи: создать научное и техническое обеспечение для строительства полигонов коммунальных и промышленных отходов в отработанных карьерных выемках; создать систему дифференцирования отработанного карьера на структурные элементы; определить соответствие используемых в качестве рекультивационных материалов коммунальных и промышленных отходов заданным структурным элементам выработанного пространства карьера; определить возможность интенсификации процесса осадки техногенного массива в теле полигона карьерного типа; определить оптимальную концентрацию интенсифицирующей биодобавки; - разработать математическое описание процесса осадки техногенного массива в присутствии интенсифицирующей биодобавки. Научная новизна. 1. Предложена система дифференцирования выработанного пространства карьеров на плоскостные и объемные структурные элементы, которая является основой совершенствования технологии рекультивации. 2. Предложен метод рекультивации отработанных карьеров, основанный на направленном размещении различных видов коммунальных и промышленных отходов в заданных структурных элементах горной выработки. На основе анализа механических и физико-химических свойств установлено соответствие между различными видами размещаемых отходов и заполняемыми структурными элементами рекультивируемого карьера. 3. В качестве интенсифицирующей добавки для ускорения стабилизации заполненного твердыми бытовыми отходами (ТБО) пространства карьера предложена смесь компоста (продукта биотермической обработки ТБО) и осадков сточных вод биологических очистных сооружений. Показано, что при введении интенсифицирующей добавки в количестве 6±1% мае. скорость осадки техногенного массива в теле полигона ТБО увеличивается в 2,5-3,0 раза. 4. Разработана математическая модель для описания процессов осадки техногенного массива ТБО в присутствии биодобавки. Практическая'значимость и реализация работы. 1. На основе системы дифференцирования выработанного пространства карьерной выемки усовершенствована технология рекультивации карьеров отходами, позволяющая минимизировать экологический ущерб от их размещения в окружающей природной среде. 2. Усовершенствованная технология использована на полигоне размещения отходов в отработанном карьере "Тимофеевский" (г. Тольятти). 8 3. Разработан способ интенсификации биохимического разложения массы ТБО путем введения биодобавки, позволяющий рационально использовать полезный объем полигона. 4. Крупнотоннажные отходы - компост завода по переработке бытовых отходов и осадки сточных вод использованы для получения интенсифицирующей биодобавки. Автор выносит на защиту: систему отбора отработанных карьеров для строительства полигонов, включающую экологические, технические и ресурсные критерии; систему дифференцирования выработанного пространства карьера на структурные элементы; систему соответствий коммунальных и промышленных отходов структурным элементам отработанного карьера при рекультивации; метод интенсификации осадки техногенного массива ТБО путем введения биодобавки; математическую модель процесса осадки техногенного массива в теле полигона в присутствии интенсифицирующей биодобавки. Научные разработки построены на результатах обследования и анализа большого числа отработанных карьеров на территории Самарской области, на анализе свойств отходов, включенных в банк данных по отходам, созданного в Научно-аналитическом центре промышленной экологии Самарского государственного технического университета по заказу Управления по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Самарской области в 2002 - 2003 гг. Автор настоящей работы принимал непосредственное участие в создании вышеуказанных разработок. Выводы о возможности использования добавки, интенсифицирующей скорость осадки техногенного массива отходов в теле полигона, основаны на результатах опытно-промышленного эксперимента. Работа выполнена в Самарском государственном техническом университете и Самарском государственном архитектурно-строительном университете в рамках Федеральных программам «Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала» и «Интеграция науки и высшего образования России». Автор выражает благодарность за научные консультации при подготовке работы к.т.н. К.Л. Чертесу. 10 Глава 1. АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ КАРЬЕРОВ 1.1. Характеристика негативных воздействий горных выработок на окружающую природную среду Постоянно растущие потребности в строительных материалах вызывают необходимость интенсивного развития горной промышленности. Наблюдается отторжение значительных территорий для разработки полезных ископаемых открытым и закрытым способом [1]. На сегодняшний день общая площадь нарушенных земель на земном шаре составляет порядка 20 млн. км2 [2, 3]. Причинами деградации являются как сама добыча полезных ископаемых, так и застройка, размещение отходов производства и потребления в окружающей природной среде [2]. На горные выработки приходится более 80% от общего количества нарушенных земель [2, 4]. При этом, разработка открытым способом вызывает существенные изменения структуры природных ландшафтов за счет увеличения или уменьшения абсолютных отметок поверхности земли [5]. Наблюдаются изменения компонентов окружающей природной среды в результате прямого или косвенного влияния деятельности горнорудных предприятий. Прямое влияние на качество.окружающей природной среды проявляется при [6]: изъятии значительных территорий сельских и лесных земель для проведения горных работ; загрязнении территории проведения горных работ отходами горно-обогатительных производств; нарушении гидрологического режима местности и, как следствие, уменьшение биологической продуктивности земель. Как показывает практика, один гектар нарушенной разработками территории ориентировочно оказывает вредное влияние на гектар прилегающей территории [5, 7]. Это объясняется наличием земель, занятых отвалами пустой породы, хвостохранилищами, промышленными площадками, транспортными коммуникациями и др. Подсчитано, что в карьере площадью до 8 га и глубиной менее 10 м на 1 т добываемого сырья приходится до 1,5 т вскрышных пород [5]. В табл. 1.1 представлены данные, характеризующие площадь земельного отвода по карьерам стран бывшего СНГ [8]. Таблица 1.1. Характеристика земельных отводов для разработки полезных ископаемых открытым способом на территории стран бывшего СНГ Экономические районы Площадь земельного отвода, тыс. га общая под карьеры под отвалы Северо-западный район РФ 15,8 6,1 8,7 Центральный район РФ 29,6 п,о 18,6 Урал 16,8 7,2 9,6 Сибирь 15,8 6,0 9,8 Украина 61,0 28,0 33,0 Казахстан 25,1 7,7 17,4 Выделяют четыре вида нарушенных территорий [9]: внутренние отвалы при бестранспортной системе разработки; внутренние отвалы при транспортной системе разработки; внутренние отвалы и карьеры, располагающиеся выше уровня земной поверхности; глубокие карьеры. При разработке полезных ископаемых открытым способом можно выделить два вида нарушений: ландшафтные и экологические [2, 4, 10-13]. Под ландшафтными нарушениями понимают нарушения земной поверхности. Под экологическими - изменение условий жизнеобитания на землях горного отвода и прилегающих к ним территорий с падением их биологической продуктивности и резким снижением качества окружающей 12 среды, что оказывает угнетающее действие на флору, фауну и здоровье человека [2, 14]. Так, при добыче полезных ископаемых открытым способом, формируется техногенный пересеченный рельеф, состоящий из высоких насыпей и глубоких впадин. При изменении отметок местности образуются положительные формы техногенного рельефа (искусственные возвышенности) и отрицательные формы (овраги, балки, лощины, котлованы и др.). Разность отметок может достигать до 100 - 200 м [5]. Усиление контрастности среды существенно влияет на повышение активизации обмена веществом и энергией как внутри нового ландшафта, так и. между ним и смежными природными комплексами. По этой же причине происходит интенсификация овраго- и оползнеообразования. Кроме этого, нарушение значительных территорий земель происходит, зачастую, в результате неполного извлечения сырья. Так, например, разработка Водинского месторождения самородной серы и доломитов при рабочей площади карьеров около 100 га привела к деградации территории площадью до 2000 га. При отсутствии рекультивационных работ по восстановлению нарушенных земель, наблюдаются изменения микрорельефа [2, 10, 15-18]. При неоднородности уклонов поверхности горной выработки, на ее территории происходит микроклиматическая дифференциация [15-17]. Интенсивность солнечного излучения при уклоне не менее 6° уменьшается более чем на половину [10]. Вогнутые части карьера нагреваются в дневные часы на 4-6°С больше, чем выпуклые и получают разное количество влаги, что приводит к неоднородности температурного выветривания и постепенному обрушению склонов [17]. Кроме этого, наличие выемок отработанных карьеров вызывает экологические нарушения [5, 10]. Выработанное пространство карьера оказывает негативное воздействие на атмосферу, литосферу, гидросферу. 13 Наиболее негативно горная выработка открытого типа сказывается на состоянии гидросферы. Это относится не только к водным пространствам в непосредственной близости от карьерной выемки, но и удаленным на расстояния до нескольких десятков километров [10]. К причинам подобного отрицательного воздействия относятся: перераспределение гидростатического и гидродинамического давления подземных вод, их дренаж из верхних горизонтов в нижние; усиление поступления в открытую горную выработку вод из открытых водоемов и водостоков; фильтрация вод атмосферных осадков вследствие нарушения поверхности. Следует отметить, что гидрогеологическая обстановка может изменяться даже при отсутствии специальных осушительных мероприятий (откачки подземных вод), предусматривающихся при разработке сырья [10]. Причиной этому является естественный дренажный эффект горной выработки [5, 10, 19]. Основными факторами, вызывающими изменения гидрогеологических условий в ареале заброшенного карьера, является обнажение массивов горных пород, вскрытие водоносных горизонтов, предварительное осушение месторождения, карьерный водоотлив, искусственное изменение поверхностного стока, сброс карьерных и технических вод [10, 20, 21]. Это вызывает изменения условий питания, движения и разгрузки подземных вод, ведет к широкому взаимодействию водо-понизительных систем с водозаборами подземных вод, наблюдается нарушение режима малых рек. Изменения условий питания подземных вод приводит к формированию глубоких и достаточно больших по площади депрессионных воронок и изменению качества грунтовых вод. Так же, наблюдается деформация поверхности земли под действием процессов суффозии, а зачастую, из-за выщелачивания легкорастворимых пород [10]. 14 Изменение качества подземных вод также происходит из-за дополнительного подтока минерализованных вод снизу или со стороны. Производство открытых горных работ приводит к снижению уровня грунтовых вод. Как правило, понижение их уровня в ареале заброшенной карьерной выработки влияет на зону почвогрунтов. Это происходит при их неглубоком залегании. Неблагоприятные гидрогеологические условия в ареале отработанных карьеров вызывают снижение урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшение прироста древесины, высыхание и гибель насаждений. Гидрологические изменения условий района добычи полезных ископаемых определяются масштабом работ, их горнотехническими особенностями, положением грунтовых вод и др. [10, 22]. Обезвоживание земель, зачастую, приводит к снижению их продуктивности или к полному ее уничтожению в связи с эрозионными процессами, развитием суффозии и проседанием поверхности [20, 21, 23, 24]. В различных районах влияние горных разработок на гидрогеологические условия прилегающих территорий различное. Это влияние определяется особенностями литологического разреза и тектоники района, обводненности, условий питания и разгрузки водоносных горизонтов, интенсивности проведения работ по добычи ископаемых, способов осушения горных выработок и др. [10]. Большинство воздействий на атмосферу со стороны открытой карьерной выработки происходит на стадии разработки (проведение взрывных работ, экскавации и перемещения транспортных потоков) [10]. Однако и после завершения работ без осуществления соответствующих рекультивационных работ в его ареале будут иметь место такие явления, как сдувание пыли и возникновение застойных аэродинамических зон [10, 22, 25]. В ареале расположения отработанного карьера из-за выветривания пород откосов и основания в радиусе 2 км наблюдается превышение санитарных норм по запыленности. Одним из мощных источников пылевыделений на карьере являются пылящие поверхности откосов и 15 уступов, сухие пляжи хвостохранилищ. При ветреной сухой погоде пыль с этих поверхностей поднимается в воздух и разносится на значительные расстояния от карьера. По данным предприятия "Алюмиз", только на прилегающих к карьеру добычи известняка и самородной серы "Западный" Красноярского района территориях на расстоянии более 1 км от бровки карьера, концентрации доломитовой пыли в воздухе приземных слоев атмосферы составляли от 4 до 10 ПДК. Исследования проблемы запыленности прикарьерной территории показывают, что запыленность воздуха на расстоянии 500 м от хвостохранилища составляет 1,5 - 3,3 кг/м3 при скорости ветра 4-6 м/с и 11,7 - 32,4 кг/м3 при скорости ветра 6-8 м/с [25]. С 1 га сухой поверхности хвостохранилищ может уноситься до 2-5 т в сутки мелкодисперсной пыли [10," 25]. Повышенная запыленность атмосферного воздуха в ареале горной выработки оказывает существенное влияние на флору района. Так, в районе расположения отработанных карьеров открытой разработки Агаповского доломитового и Смеловского известкового месторождений (район г. Магнитогорска) наблюдается деградация хвойных пород деревьев [14]. Результаты исследования более 500 сосен и елей показали, что основной причиной деградации является превышение концентрации в атмосферном воздухе известково-доломитовой пыли. В качестве явного признака деградации определенно выраженное апикальное опущение веток хвойных деревьев. В случае же глубоких карьеров, при глубине выработки более 100 м происходят изменения компонентного состава атмосферного воздуха внутри отработанного карьера [5]. В этой связи, следует отметить, что влияние карьерных выработок Самарской области на состояние воздушного бассейна менее существенно, чем загрязнение гидросферы и деградация земель. Это объясняется относительно небольшими объемами добычи сырья для удовлетворения нужд местной промышленности стройматериалов по сравнению, например, с горными выработками каменного угля на Кузбассе. 16 Еще одним существенным негативным воздействием на окружающую среду является образование стихийных неорганизованных свалок твердых бытовых и промышленных отходов в выработанном пространстве карьеров, сопровождающихся изменением качества атмосферного воздуха, грунтовых вод и почв в ареале горной выработки [3, 12, 26]. Анализ литературных источников и результаты наблюдений за состоянием горных разработок на территории Самарской области позволили выделить основные виды негативных воздействий отработанных карьеров на окружающую природную среду (табл. 1.2). Оказываемое влияние настолько существенно, что это может привести к деградации целых районов. Поэтому рекультивация отработанных карьеров является крайне необходимой для сохранения целостности экосистем в горнодобывающих районах. 1.2. Характеристика рекультивационных работ на отработанных карьерах Рекультивация нарушенных земель на карьерах является частью проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды при проведении горных работ открытым способом. Под рекультивацией понимается восстановление нарушенных промышленностью земельных территорией с целью вовлечения в повторное использование в других отраслях производства. Проведение рекультивационных работ по восстановлению земельных территорий, нарушенных при разработке полезных ископаемых открытым способом, подразумевает участие специалистов различного профиля, которые по-разному подходят к решению поставленных задач. Этим и объясняется отсутствие на сегодняшний день единого подхода к пониманию проблемы рекультивации земель. 17 Таблица 1.1. Перечень негативных воздействий отработанных карьеров на окружающую природную среду № п/п Воздействие Проявление негативного воздействия 1 Воздействие на литосферу Инициирование негативных геологических процессов: оползней, оплываний, эрозий склонов и основания горной выработки, интенсификация процесса карстообразования, дополнительная просадочность лессовых пород Истощение плодородного слоя Изменения микрорельефа Неоднородное температурное выветривание и постепенное обрушение склонов Ландшафтные изменения: усиление контрастности рельефа, понижение интенсивности плоскостного смыва, овраго- и оползнеобразование, гравитационное смещение пород на склонах, понижение поверхности в прикарьерном пространстве 2 Воздействие на гидросферу Изменение условий питания, движения и разгрузки подземных вод Нарушение режима движения малых рек Образование мульд оседания и провалов на поверхности земли в результате суффозии. Загрязнение подземных вод Заболачивание почвогрунтов в прикарьерной территории Подтопление территории и, как следствие, угнетение растительности 3 Воздействие на;,,, атмосферу Загрязнение атмосферного воздуха пылью карьерной выемки Возникновение застойных аэродинамических зон Глобальные изменения состава атмосферы в ареале карьерной выработки (для глубоких карьеров)

Список литературы

Цена, в рублях: (при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)	1425

Скачать бесплатно	24482.doc

Найти готовую работу

ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:

Связаться

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ

15.04.24 Задачи, условия и этапы организации экспериментальной работы

15.04.24 Критерии качества преподавания

15.04.24 Категория нормы в обучающей деятельности

Архив материала для курсовых и дипломных работ

Ссылки:

Счетчики:

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.