Взаимодействие производства и окружающей среды

Развитие производства с целью удовлетворения потребностей человека немыслимо без использования природы и ее разнообразных ресурсов. При этом проявляется и отрицательное воздействие производства на окружающую природную среду ‑ это ее загрязнение, которое во многих районах мира достигло критического для устойчивости экологических систем и здоровья людей уровня.

В процессе взаимодействия производства и окружающей среды осуществляется обмен веществ между производственной и природными сферами. Он называется антропогенным метаболизмом.

Антропогенный метаболизм складывается из двух составляющих: суммы индивидуальных обменов веществ всех людей на Земле (биологическая часть) и суммы техногенных обменов веществ от технологических процессов (технологическая часть). Последняя трактуется как обмен веществ и энергии между техносферой и биосферой.

Технологический обмен ‑ явление на Земле принципиально новое и потому порождает немало проблем и противоречий в системе «общество – природа».

Любой технологический процесс начинается вводом исходных веществ (сырья) и завершается в конечном итоге выводом разнообразных готовых изделий и отходов. Иными словами, система антропогенного обмена в целом включает ввод природных ресурсов, их переработку с использованием энергии и вывод в окружающую среду отработанных веществ (производственных и бытовых отходов) и отслуживших свой срок готовых изделий. Процесс этот носит линейный, незамкнутый и, следовательно, конечный характер, поскольку возвращение отходов и отработанных изделий в качестве исходного сырья все еще скорее исключение, чем правило.

Обмен веществ в биосфере основан на других принципах. Суммарный процесс движения веществ в биосфере носит замкнутый, цикличный характер, т. е. теоретически бесконечный при постоянном потоке энергии от Солнца.

Современный объем и скорости антропогенного обмена, особенно в его технологической части, достигли уровня, при котором все отчетливее проявляется напряженность и на вводе (сырьевые ресурсы), и на выводе из системы (отходы).

Масштабы воздействия человека на окружающую среду огромны. Интенсивному воздействию подвергаются все компоненты окружающей среды, из которых наиболее важны для человека атмосферный воздух, пресная вода и почва.

 

Загрязнение окружающей среды ‑ вывод из системы антропогенного обмена в природу всевозможных отходов, отбросов и использованных (амортизированных) изделий.

Все это ставит перед всеми людьми объективное требование ‑ учитывать воздействие производства на окружающую среду, не допускать превышения порогов устойчивости экологических систем, чтобы не вызвать необратимых процессов в природе, способных привести к ее деградации и гибели всего живого на Земле.

Глава 2
Горно - добывающая промышленность

Еще не так давно понятие охраны природы было синонимом консервации, сохранения природной среды в нетронутом виде. Для экономического развития общества преобразование природы необходимо, но оно должно быть рациональным, т.е. ни в ближайшем будущем, ни в отдаленной перспективе не приводить к экологической разрухе.

Добыча полезных ископаемых ведет к исчерпанию невозобновляемых ресурсов.

Продукция горно-добывающей промышленности включает следующие сырьевые ресурсы:

– энергетическое сырье (каменный уголь, бурый уголь, сланцы, торф, уран) – 85 % от общего объема;

– металлические руды (медные, железные, золотосодержащие, оловянные, никелевые, свинцовые и др.) - 12 %;

– неметаллические полезные ископаемые (фосфатное сырье, калийные соли, каменная соль) - 3 %.

 

Из общего объема неметаллических полезных ископаемых подавляющая часть добычи приходится на щебень (48, 9 %) и песчано-гравийный материал (43, 8 %), на глины, фосфаты, гипс, известь - 6, 9 %, а на остальные 15 наименований неметаллического сырья остается 0, 4 % их общего количества.

 

Добыча предполагает извлечение огромных количеств пустой породы (вскрыши). В среднем за год в мире извлекается из недр 30-32 млрд т горной массы, мировая промышленность перерабатывает 10-11 млрд т вещества, включая руду, растительную и животную массу (свыше 80 % приходится на минеральное сырье). Таким образом, более 20 млрд т горных пород поступает в отвалы. Конечная продукция мировой промышленности (металлы, цемент) составляет примерно 2 млрд т, а 9 млрд т образуют отходы, в массу которых входят и продукты сжигания 6 млрд т топливно-энергетического сырья. Годовая масса отвалов и отходов (29 млрд т) в основном складируется на поверхности земли, вызывая изменение ландшафтов, разнообразные загрязнения биосферы.

Невозможно разрабатывать подземные богатства, не воздействуя при этом на земную поверхность, растительность, водный и воздушный бассейны. Одна из особенностей охраны природы в горно-рудных районах - сложный комплекс воздействий, многофакторное загрязнение окружающей среды, требующее комплексных мер защиты.

 

2.1. Загрязнение атмосферного воздуха
при разработке месторождений

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, NО_х 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.