Джерела забруднення атмосфери

Забруднення атмосфери – складний природно-промисловий процес, пов'язаний з надходженням та розсіювання ЗР у приземному шарі атмосфери. Значну роль у цьому процесі відіграють метеорологічні умови в місці розташування джерела забруднення. При однакових параметрах викиду у приземному шарі атмосфери можуть виникати різні за величиною концентрації забруднювальних речовин. Їх величини будуть належати від швидкості та напрямку вітру, температурної стратифікації атмосфери, температури повітря в момент викиду, опадів та інших чинників.

Рядом досліджень встановлено, що забруднення повітря в районі геологічних умов розробки родовищ корисних копалин, параметрів гірничих виробок, відвалів та інших техногенних утворень.

Основними джерелами забруднення атмосферного повітря є антропогенні викиди. Їх кількість суттєво стала зростати з другої половини XX ст., що було обумовлено інтенсивним розвитком виробництва, сільського господарства, транспорту, великою концентрацією населення у містах та іншими соціально-економічними процесами. До основних антропогенних джерел забруднення атмосфери належать:

- теплове та енергетичне устаткування;

- промислові підприємства;

- сільське господарство;

всі види транспорту

Негативні наслідки антропогенного впливу на атмосферу характеризуються:

- підвищенням концентрації СО і С0₂;

- надходженням до атмосфери сполук сірки;

- надходженням малих газових сполук (фреонів, сполук азоту), сполук хлору і фтору;

-надходженням додаткового тепла і енергії в атмосферу.

Перш за все, при веденні гірничих робіт в повітряне середовище потрапляє значна кількість мінерального пилу. Цей процес відбувається вже при геологорозвідувальних роботах, коли пробурюється перша свердловина і продовжується по всій технологічній лінії гірничорудного виробництва. Наприклад, встановлено, що при бурінні свердловини шарошечним верстатом без пиловловлювання у повітря потрапляє до 2200 мг/с пилу. Підраховано, що в середньому в світі щорічно при здійсненні вибухів виділяється біля 8 млн. т газів, що значно менше природного газовиділення, тому що лише на вугільних родовищах в атмосферу потрапляє більше 90 млн. т метану. Враховуючи, що бурові верстати в кар’єрах, особливо рудних, постійно готують вибухові свердловини, їх роботу слід віднести до неперервних і інтенсивних джерел пиловиділення.

Особливо потужні викиди пилу до атмосфери потрапляють під час масових вибухів. Підраховано, що при середніх за розмірами вибухах на рудних кар’єрах у повітря одноразово викидається, причому на значну висоту, до 100-200 т пилу. При перфораторному бурінні шурфів без промивки, що проводиться в основному для вторинного дроблення негабаритів, інтенсивність пиловиділення становить до 190 мг/с. Фізико-хімічний склад промислового пилу залежить в основному від матеріалу з якого він утворився та механізму його утворення. Механізм утворення пилу визначає його дисперсний склад: крупно дисперсний (більше 10мкм) та мілко дисперсний (менше 10мкм), але існують та використовуються і більш детальні класифікації пилу за розміром та структурою. За структурою пил може бути аморфний, кристалічний, волокнистий та пластинчастий.

Слід також відмітити, що при вибухових роботах, особливо при масових вибухах, у повітря надходить значна кількість газоподібних продуктів, заряди яких нерідко сягають тисячі тонн. Шкідливі гази викидаються на значну - до 200-300 м - висоту і поширюються далеко за межі контуру кар’єра. Так, в залежності від місця взяття проб, концентрація забруднюючих речовин після масового вибуху становить: на уступі - 0,06% чадного газу (СО) і 0,65% двоокису вуглецю (СО₂), в траншеї відповідно 0,15 і 0,85, за бортом кар’єра - 0,065 і 0,40%. В усіх місцях виявлено сліди двоокису азоту (NО₂). При цьому тривалість зниження концентрації чадного газу до гранично допустимих норм становила від 2 до 14 днів.

Завантаження сухої гірської маси, транспортування її в кар’єрі і на зовнішні відвали автотранспортними засобами супроводжується значним пилоутворенням. Підраховано, що при навантажуванні сухої маси екскаватором (ЕКГ-4, ЕКГ-8) на транспортні засоби виділяється 500-600 мг/с пилу. До 70-90% всього пилу, що виділяється на кар’єрах та на відвалах, припадає на автомобільні шляхи зі щебенево графійним покриттям. Найбільш забруднені ділянки повітря при відкритій розробці родовищ корисних копалин часто називають “надкар’єрним повітрям”.

Значні обсяги пилу при відкритих розробках надходять у повітря при розвантажуванні гірської породи з транспортних засобів, особливо самоскидів, при транспортуванні її конвеєрами, дробленні у дробильних установках, при роботі техніки на уступах і відвалах. Наприклад, при роботі каменерізальних машин у кар’єрах будматеріалів запиленість повітря в робочій зоні сягає 1500мг/куб. м. [6]

Разом з тим слід зауважити, що не кожна відкрита розробка корисних копалин виступає активним забруднювачем повітря пилом. Наприклад, гідравлічна і дражна розробки за інших рівних умов належать до порівняно “чистих”. На інтенсивність забруднення атмосфери пилом гірничорудного виробництва впливають також геологічна будова місцевості. Враховуючи технологічні особливості виробництва, важлива роль належить організаційним заходам по зменшенню надходжень мінерального пилу у повітря (встановлення, де можна, пиловловлювачів, зволоження щебенево-гравійного покриття доріг тощо).

Другим фактором забруднення атмосфери при розробках родовищ корисних копалин є так зване рудничне (шахтне) повітря. Воно являє собою суміш звичайного повітря з різними газоподібними домішками, що виділяються з надр корисних копалин і шахтних вод (СН₄, СО₂, Н₂, Н₂S). Таке повітря містить менше кисню внаслідок окислення і горіння порід та деревини, вибухових робіт, внаслідок роботи двигунів внутрішнього згоряння. Воно також характеризується підвищеним запиленням. Газопилові викиди надходять як з підземних гірничих виробок, так і з порідних відвалів і складів корисних копалин. Певна кількість шкідливих речовин, зокрема метану і двоокису вуглецю, при дегазації пластів вугільних порід самостійно мігрує до земної поверхні і повітря по тріщинах. Кількість пилу й газів, яка викидається в атмосферу, залежить від об'єму вибухових порід та кількості вибухових речовин. При масових вибухах утворюється пилогазова хмаринка об'ємом 15-20 млн. м³, яка розповсюджується на значні відстані від місця вибуху. При масових вибухах в кар'єрах Криворізького залізорудного басейну концентрація пилу в повітрі на відстані 1-1,5 км на протязі години після вибуху складає 6-10 мг/м³, що в 25-20 разів перевищує максимально допустимі концентрації для населених пунктів. Дослідженнями стану повітря в районах кар'єрів на різних родовищах корисних копалин встановлено, що з пилогазової хмаринки, утвореної при масових вибухах, протягом 1-4 годин у радіусі 2-4 км розсіюється від 200 до 500 т дрібнодисперсійного пилу, який вміщує 93,6-99,6 % частинок розміром менше 5 мкм.

Суттєвим джерелом пилогазових забруднень повітря є відвали порід, де відбуваються процеси ерозії, окислення та горіння. Наприклад, у порідних відвалах вугільних шахт міститься 5-20% вугілля, до 10 % піриту, 5% і більше сірки. Внаслідок самозаймання відвалів об'єм “пожежних” газів сягає 180 куб. м/год. з 1 кв. м поверхні відвалу, що горить. При цьому, якщо поверхневі вогнища швидко зникають після припинення експлуатації відвалів, то горіння всередині відвалів триває протягом 7-12 років. Навантажування сухої гірської маси екскаватором (ЕКГ-4, ЕКГ-8) супроводжується виділенням 5000-6000 мг/с пилу, а при вийманні вугілля роторним екскаватором воно перевищує 8000 мг/с.

Транспортування гірничої маси в кар'єрі та на зовнішні відвали супроводжується неабияким пиловиділенням. найбільша інтенсивність якого спостерігається при використанні як транспортні засоби автосамоскидів. Автомобільні дороги із щебенево-гравійним покриттям у кар'єрах та особливо на відвалах - основні, постійно діючі джерела пилоутворення. У деяких кар'єрах на їх частку припадає 70-90% всього пилу, що викидається в повітря. Так, інтенсивність пиловиділення доріг при використанні автотранспорту у Криворізькому басейні на кар'єрах складає 7000 мг/с, а на один самоскид припадає більше 10 кг зметеного пилу за добу. Значне пиловиділення присутнє при розвантаженні самоскидів та думпкарів, транспортуванні гірничої маси конвеєрами, подрібненні її у дробарних установках. При роботі бульдозерів на відвалах виділяється 1500-2500 мг/с, а на кар'єрах будматеріалів при роботі каменерізальних машин 140-1200 мг/с пилу. [5]

Забруднюється атмосфера у процесі відкритої розробки родовищ пилом та газоподібними продуктами в результаті експлуатації транспортних і технологічних машин з двигунами внутрішнього згоряння, при проведенні вибухових робот та при виділенні газів із гірських порід. Об'єми виділених двигунами шкідливих компонентів залежить від режиму роботи, регулювання паливної апаратури та якості палива. Склад викиду досить суттєво змінюється залежно від навантаження, із збільшенням його значно збільшуються концентрація сажі, оксидів азоту та оксиди вуглецю. Забруднюють повітря відпрацьованими газами також технологічні машини та механізми: бульдозери, пересувні компресори. Вміст шкідливих компонентів у вихлопних газах дизельних Двигунів європейського виробництва наведений в табл. 2.3.

Таблиця 2.3.

Вміст шкідливих компонентів в вихлопних газах дизельних двигунів європейського виробництва

Таблиця 2.4.

Інтенсивність виділення основних шкідливих компонентів вихлопних газів двигунів деяких автосамозвалів

Вибухи зарядів ВВ, особливо масові, пов′язані з надходженням в повітряне середовище не тільки пилу, але і значної кількості газоподібних продуктів. Заряди масових вибухів нерідко досягають тисячі тон, при цьому в атмосферу викидається від сотень до тисяч кубометрів шкідливих газів. Основна маса газових продуктів викидається на значну висоту (до 200-300 м'ясо) і розповсюджується за межі контуру кар’єра. Деякі уявлення про концентрації газоподібних продуктів після масового вибуху дають данні, що наведені в табл. 2.5.

Таблиця 2.5.

Концентрація газоподібних продуктів в атмосферу після проведення масового вибуху

Розповсюдження газоподібних продуктів і їх розсіювання до ГДК відбувається на досить великі відстані.

Основні властивості виділяються при розробці родовища і подачі гірської маси із кар'єру:

-пиловиділення з відвалів кар'єрів;

- токсичні гази й пил при роботі машин і обладнання;

-залпові викиди пилу і газу при БВР

Класифікація джерел забруднення атмосфери (ЄС)

1. забруднення атмосфери газоподібними продуктами

1.1. масові вибухи при відбиванні порід та корисних копалин

1.2. експлуатація транспортних і технологічних машин, енергетичного обладнання

1.3. газовиділення із породних відвалів та масиву гірських порід

1.4. пожежі на кар’єрах та відвалах

2. Забруднення атмосфери мінеральним пилом

2.1. експлуатація на кар’єрах та відвалах доріг, що не мають твердого покриття

2.2. масові вибухи при відбиванні порід та корисних копалин

2.3. буріння свердловин, шпурів, машинне навантаження порід, їх подрібнення та транспортування

2.4. пиловидалення із породних відвалів

Заходи по охороні повітряного басейну поділяють на 2 класи

1. Заходи загального характеру

1.1. територіально-планувальні заходи, які передбачають розміщення об’єктів гірничого виробництва;

1.2. заходи по зменшенню площ порушених техногенних поверхонь шляхом оптимізації параметрів техногенних утворень

1.3. рекультивація порушених земель для подальшого їх використання в народному господарстві;

1.4. утилізація відходів гірничого виробництва, комплексне використання мінеральних ресурсів, що сприяє зменшенню площ порушених земель та об’ємів пило газових виділень

2. Спеціальні заходи:

2.1.заходи по покращенню якості повітря безпосередньо в зоні ведення гірничих робіт шляхом запобігання або зниження пило газових викидів технологічними об’єктами в схемі виробництва.

Заходи протипожежної безпеки на кар’єрах:

1. Попереднє зволоження пластів, що мають здатність до самозаймання шляхом примусового нагнітання в них води.

2. Повне вилучення із надр корисних копалин, що мають здатність до самозаймання.

3. Відпрацювання вже розкритих корисних копалин зі швидкістю яка попереджає небезпеку акумуляції тепла в порушеному масиві.

4. Підривання свердловин пробурених в породах, що мають здатність до самозаймання ще до моменту розвитку в них інтенсивного пірог енного процесу.

5. Застосування пожежобезпечних систем розробки родовищ корисних копалин.

Заходи щодо зниження викидів забруднюючих речовин в атмосферу поділяють на три режими:

І режим

1.1. Виключення роботи технологічного обладнання та устаткування на форсованих режимах

1.2. Проведення вологого прибирання виробничих приміщень та зволоження території підприємств

1.3. Обмеження навантажувально-розвантажувальних робіт, що супроводжується виділенням мінерального пилу на території підприємства

1.4. Заборона переливання летких сировинних матеріалів на території підприємства

1.5. Заборона роботи автотранспорту на холостому ході

1.6. Використання раціональних режимів спалювання пального

1.7. Зупинка технологічного обладнання на планово-попереджувальний ремонт, якщо це відповідає плану проведення таких ремонтів

1.8. Заборона спалювання на території підприємства всіх видів відходів

1.9. Створення СЗЗ

ІІ режим

Сюди відносять заходи першого режиму та комплекс заходів на базі раціональної оптимізації технологічних процесів

ІІІ режим

Це заходи першого та другого режимів та заходи, що розробляються на базі технологічних процесів за рахунок скорочення виробничої потужності