аЭкологигеские технологии м инновации
УДК 631:418
ТЕХНОЛОГИЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТХОДОВ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО ОБОГАЩЕНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД
В. А. Андроханов, В. Г. Двуреченский, С. Ю. Клековкин, А. С. Водолеев, С. А. Кудашкина, А. А. Степнов
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, Кузбасская государственная педагогическая академия
В результате длительной и интенсивной разработки и минерализации ресурсов Кузбасса количество накопленных промышленных отходов исчисляется сотнями млн тонн. Они занимают территорию более 100 тыс. га [1]. Сформированные техногенные ландшафты в течение многих десятилетий по различным причинам сохраняют облик техногенной пустыни и оказывают негативное биогеохимическое воздействие на окружающую среду. В почвенно-экологическом плане это означает замедленное или полное отсутствие почвовосстановительных процессов, в геоботаническом — резкое замедление или прекращение процессов восстановления растительного покрова, в санитарно-гигиеническом — ухудшение качества окружающей человека среды. По этой причине рекультивация техногенных ландшафтов приобретает многоцелевую направленность, а технология рекультивации становится способом формирования местообитаний с заданным набором экологических параметров.
Наибольшую экологическую опасность при добыче полезных ископаемых представляют отвалы и хвостохранилища [2]. По некоторым данным
Представлены материалы по использованию сточных вод городских очистных сооружений для рекультивации хвостохранилищ, расположенных в селитебной зоне г. Новокузнецка.
The use of sewage data of municipal treating facilities which are located in built-up area of Novokuznetsk are presented in the article.
[3], ежегодно с каждого промышленного отвала сдувается около 400 т пыли и вымывается около 8 т солей. При хранении отходов в хвостохранилищах создается опасность возникновения техногенных аварий и повреждений, которые могут привести к катастрофическим последствиям регионального масштаба. Основными факторами, негативно влияющими на окружающую среду, являются следующие: нарушение и изъятие земель из хозяйственного пользования; загрязнение водных источников и нарушение гидробаланса в районах возведения хвостохранилищ; загрязнение атмосферы прилегающих к хвостохранилищам территорий пылевидными частицами.
В то же время во многих городах Кузбасса в результате дефицита площадей складывается неблагополучная обстановка по складированию и утилизации осадков сточных вод, приводящая к их аварийному выбросу в естественные водоемы. В связи с этим появляется необходимость срочно строить новые иловые карты или очищать старые.
Целью предстоящей работы являлось решение проблемы утилизации опасных в санитарно-гигиеническом отношении осадков сточных вод и рекультивация токсичных отходов железорудного обогащения, расположенных в селитебной зоне г. Новокузнецка.
Материал и методика проводимых исследований. Разработка технологии формирования техноземов с использованием осадков сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений проводилась на хвостохранилище Абагур-ской аглофабрики, входящей в состав Новокузнецкого металлургического комбината (НКМК). Отходы хвосто-хранилища характеризуется наличием фитотоксичных концентраций солей и неблагоприятными агрофизическими и агрохимическими свойствами (табл. 1).
В течение нескольких десятилетий поверхность хвостохранилища не зарастает, подвержена процессам водной и ветровой эрозии и представляет собой техногенную пустыню. В то же время эти складированные отходы содержат ряд сопутствующих ценных элементов, которые впоследствии, при разработке соответствующих технологий, могут быть использованы для получения ценной промышленной продукции. Поэтому данный промышленный объект является техногенным месторождением, в связи с чем применение дорогостоящих технологий, направленных на коренную долговременную рекультивацию [5], не эффективно и экономически не целесообразно.
Материал ОСВ обладает значительным содержанием органического вещества, основных элементов питания растений, некоторых микроэлементов и может быть отнесен к органо-минеральным удобрениям (см. табл. 1). Однако одной из основных проблем, возникающих при размещении ОСВ и использовании их в качестве почвоулучшителя в сельскохозяйственном производстве, является высокое содержание загрязняющих веществ, среди которых выделяются тяжелые металлы, патогенные микроорганизмы, хлорорганические соединения. Тем не менее, загрязнение ОСВ может быть эффективно снижено посредством предварительной их обработки. Наиболее универсальными в настоящее время являются способы обезвреживания ОСВ, основанные на использовании извести, которая обеспечивает перевод многих токсичных металлов в нерастворимое, недоступное для растений состояние, и обеззараживание патогенных микроорганизмов. Это достигается за счет высокой температуры (свыше 600 С) при гидратации негашеной извести и высокой щелочности среды. Одновременно идет разложение сложных органических
Таблица 1
Сравнительная характеристика осадков сточных вод и субстрата хвостохранилища
Субстрат Плотность, г/см3 Агрохимические свойства Токсичность**
Твёрдые фазы Сложения рн С ., % орг ' ' " N вал., % РА вал., % К2О вал., % по С1 по SO42-
Отходы* 3,04 1,86 7,51 1,67 0,025 1,873 5,892 3,2 3,0
ОСВ 2,28 0,78 7,15 12,62 3,041 3,305 0,188 3,1 0,2
* — отходы хвостохранилища; ** — по Н. И. Базилевич, Е. И. Панковой [4] 34 Экологические технологии и инновации
№5, 2006
соединений, в том числе полихлориро-ванных бифенилов и сильнопахнущих веществ.
В 1998 году на поверхности хвосто-хранилища была заложена серия опытов по использованию ОСВ в технологии рекультивации. При расчете доз ОСВ и мощности корнеобитаемого слоя исходили из того, что мощность этого горизонта зависит от региональной специфики биоклиматических условий, положения в рельефе, состава и свойств отходов и т. д. Расчеты и прямые наблюдения в естественных условиях показали, что мощность корнеобитаемого слоя с удовлетворительными физическими и агрохимическими параметрами, в котором сосредоточено более 90% корневой массы травянистых растений, составляет 30 см и при формировании рекультивированного слоя с использованием ОСВ объем вносимого почвоулучшителя равен вышеназванной толщине. Такая доза названа нами корреляционной. В связи с тем, что ОСВ характеризуются высоким содержанием биогенных элементов, в опытах испы-тывались 1/3, 2/3 и 1 дозы, соответствующие 10-, 20- и 30-сантиметровому слою ОСВ. В данном сообщении будут приведены данные только с применением 2/3 корреляционной дозы.
Поскольку процедура закладки полевого эксперимента моделирует набор определённых приёмов, из которых конструируется технология рекультивации, варианты опытов различаются между собою не только по дозам ОСВ, но и по способам их размещения и предварительной обработке. В частности, использовались два способа размещения ОСВ: поверхностный — вариант А и внутрипочвенный (ОСВ + отходы) — варианты Б и В.
В варианте А вносились ОСВ в чистом виде, без смешения с субстратом хвостохранилища. При внутрипочвен-ном внесении материал ОСВ перемешивается с субстратом хвостохранилища. Смешение ОСВ с хвостами представлено в варианте Б, где ОСВ используется без предварительной обработки, и варианте В — ОСВ перед внесением обрабатываются известью. За контроль принимался перепаханный участок хво-стохранилища.
Идея опытов заключалась в том, что материал ОСВ, несмотря на некоторые
его недостатки, по комплексу свойственных ему положительных агрохимических и агрофизических свойств рассматривается как почвоулучшитель, способный нейтрализовать или уменьшить неблагоприятные для развития культурфитоценозов свойства отходов хвостохранилища. В свою очередь, их формирование обеспечит активность восстановления почвы со свойственным ей набором почвенно-экологических функций. В опытах использовались три главных преимущества ОСВ по сравнению с отходами хвостохранилища, а именно: более тяжелый гранулометрический состав, высокое содержание элементов зольного питания и меньшая степень их засоления и фитотоксичности.
Тем не менее, главными естественными механизмами, формирующими развитие почвенно-экологических функций, всегда являются биологические. Поэтому в эксперименте для ускорения развития биологических процессов на всех опытных площадках произведен посев люцерны синегибридной с нормой высева — 15 кг/га.
Результаты и их обсуждение. В соответствии с принципами классификации почв техногенных ландшафтов почво-подобные тела, сформированные техногенным путем, называются технозёмами [6, 7]. Всякий технозём еще на стадии техногенеза приобретает определенный набор свойств и режимов, обусловленный исходными свойствами субстрата и технологией рекультивации, создающей тот или иной уровень жизнедеятельности педобионтов.
В почвенно-экологическом отношении материал хвостохранилища характеризуется высокой неоднородностью основных агрохимических и агрофизических параметров. Эта неоднородность определяется спецификой технологии их формирования, которая дифференцирует материал как по площади, так и по толще.
Использованная технология закладки опытных площадок привела к дифференциации сформированных технозёмов: корнеобитаемый слой опытных растений во всех случаях имеет более тяжелый гранулометрический состав по сравнению с контрольным вариантом (табл. 2).
Содержание физической глины в верхней части технозёмов выше по сравнению
Гранулометрический состав технозёмов по вариантам опыта
Вариант Количество частиц в %, диаметром (мм)
1—0,25 0,25—0,05 0,05—0,01 0,01—0,005 0,005—0,001 <0,001 <0,01
А 23,66 13,60 42,05 3,29 6,56 9,27 20,69
Б 27,49 30,82 17,54 6,11 10,89 7,15 24,15
В 21,45 21,86 25,49 12,64 11,08 7,48 31,20
ОСВ 21,12 12,75 41,23 5,01 9,16 10,73 24,90
Контроль 8,06 16,58 62,15 9,82 2,82 0,57 13,21
с контролем примерно в 1,5 — 2,0 раза. Одним из основных лимитирующих факторов, препятствующих зарастанию хвосто-хранилища естественной растительностью, является его очень высокая плотность (до 1,90 г/см3), обусловленная бесструктурностью субстрата, в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.