Значительные нарушения земельных ресурсов, вплоть до полного уничтожения на отдельных территориях, наиболее часто наблюдаются в районах горнодобывающей промышленности. Существенное отчуждение земель из сельскохозяйственного и лесного фонда требует разработки комплекса мер по возвращению отработанных площадей в сельское и лесное хозяйство в пригодном для использования состоянии. Поэтому реабилитация таких земель является весьма актуальной задачей [4].
В конце ХХ столетия был ликвидирован старейший на Урале Кизеловский угольный бассейн. Длительная (более 200 лет) эксплуатация угольного бассейна привела к неизбежному изменению окружающей природной среды, нарушая при этом полностью или частично сложившиеся экологические связи. Эти изменения проявлялись в различных сочетаниях негативных явлений, важнейшими из которых являются деформация углевмещающих пород и земной поверхности, истощение и загрязнение подземных и поверхностных вод, затопление и заболачивание подработанных территорий, засоление почв, загрязнение воздуха, изъятие земельных площадей из народнохозяйственного оборота. Размеры и характер этих изменений определяется природными и технологическими особенностями разрабатываемых горных выработок. Ситуация усугублялась тем, что долгое время недостаточное внимание уделялась финансированию работ по охране окружающей среды в процессе производства в угольном бассейне.
По официальным данным общая площадь земель, нарушенных в результате добычи угля, составляет более 750 га земель, из которых более половины подлежат рекультивации. К нарушенным землям Кизеловского угольного бассейна относятся: породные отвалы, участки промплощадок. Для этих объектов имеются проекты рекультивации.
Анализ программ Государственного учреждения по вопросам реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов и Управления по охране окружающей среды Пермской области выявил, что имеются участки деградированных земель, на которых не планируется проведение природоохранных мероприятий. К ним относятся участки прежнего сброса кислых шахтных вод. Согласно ГОСТ 17.5.1.02-85 эти земли можно отнести к группе земель, где должно применяться природоохранное направление рекультивации.
Для грунтов этих участков характерно высокое содержание сульфатов, железа, алюминия, тяжелых металлов. Они имеют кислую реакцию среды и непригодны для развития растений. Протяженность этих участков может достигать 1-2 км, а ширина 100 м и более. Их общая площадь превышает 50 га. Вынос загрязнителей с этих участков приводит к деградации существующих экосистем, подвергает загрязнению поверхностные и подземные воды, прилегающие территории [1].
Ввиду этого, в рамках гранта РФФИ, в период с 2004 по 2007 г. велась разработка эффективного, но экономичного метода рекультивации таких участков. Несмотря на длительный период научно-исследовательских работ в этой области проблема рекультивации объектов угледобычи до сих пор остается открытой. Отраслевые проекты рекультивации ориентированы на способы, апробированные на объектах других отраслей, и не учитывают специфику угледобычи, поэтому малоэффективны [3].
В рамках работы по гранту «ЭкоЛогичные технологии» (2004 г.) детально был исследован участок прежнего водосброса шахты «Широковская». Это наибольший по площади участок нарушенных в результате водоотлива земель. Детальная съемка объекта показала, что он вытянут в северо-западном направлении от промплощадки шахты до р. Полуденный Кизел [2]. Протяженность участка составляет около 2 км, ширина - 100 м и более (рисунок 1). Особенностью этого участка является то, что на метаморфизованных суглинках залегает слой техногенных грунтов мощностью до 1 м, представленный тонкодисперсными гидроксидами железа со щебнем, дресвой и песком пород шахтных отвалов.
Основными критериями для разработки метода рекультивации были:
- доступность и экономичность используемых для рекультивации материалов;
- эффективность и экологичность разработки.
Поэтому в качестве реагентов и добавок были выбраны промышленные отходы местных предприятий. Для снижения кислотности грунтов участков прежнего шахтного водосброса в качестве реагента выбраны отходы ОАО «Березниковский содовый завод» (БСЗ), применение которых признано эффективным и экономичным при проведении опытно-промышленного опробования метода нейтрализации шахтных вод. В качестве органического удобрения, содержащего в доступных формах элементы, необходимые для развития растений, применялся активный ил ОАО «Метафракс».
Рисунок 1. а) Участок прежнего водосброса шахты «Широковская»; б) Схема участка исследования
Отходы БСЗ относятся к 5 классу опасности. Они более чем на 90 % состоят из тонкодисперсного карбоната кальция. Водородный показатель вытяжки рН составляет 9-12. Содержание водорастворимых хлоридов, сульфатов, натрия в отходе этого слоя имеют низкие значения. Содержание 38 определенных спектральным анализом микроэлементов не превышает ПДК для валового содержания в почвах. Вредных органических примесей в шламе не обнаружено. Объем шлама готового к использованию в качестве реагента для рекультивации нарушенных земель без какой-либо подготовки превышает 1 млн м3.
Исследования активного ила показали высокие качества при его использовании для целей рекультивации. Он представляет собой гигроскопичную (влажность 49-54 %) смесь минерального (53-78 %) и органического (22-47 %) вещества с достаточно высоким содержанием общего азота - до 3,6 % и фосфора - до 4,8 %. Водородный показатель вытяжки составляет 4,5-6,0. Концентрация тяжелых металлов не превышает предельных концентраций для почв в жилых районах и экосистем неаграрного назначения (СП 11‑102‑97). Содержание радионуклидов в норме. Его один раз в полгода выгребают и складируют на специальных площадках в количестве около 600 т в год. Была достигнута договоренность с предприятиями о бесплатной отгрузке отходов для проведения природоохранных мероприятий на территории Кизеловского угольного бассейна.
Лабораторные исследования проводились с целью определения оптимального количества реагента и условий проведения натурных экспериментов. В июне 2004 г. на участке водоотлива шахты «Широковская» на площади 150 м2 были заложены опытные площадки с тремя вариантами количества вносимого реагента. Для создания устойчивого задернения поверхности техногенных грунтов был выполнен подбор травосмеси с учетом эдафических условий и биофизиологических особенностей растений. В состав травосмеси включены дерновинообразующие виды (злаки) в сочетании с почвоулучшающими сидерофильными (бобовыми) видами [3].
В результате натурного эксперимента образовался устойчивый растительный покров с фитопродуктивностью 10 ц/га сухой массы, что соответствует фоновой продуктивности зональных суходольных пастбищ. Оценка состояния растительного покрова дана как наиболее благополучная, поскольку в составе растительности в оптимальной для формирования дернины пропорции представлены бобовые виды и злаки.
В период 2004-2005 гг. проводились наблюдения за изменением состава и свойств рекультивированных грунтов участка прежнего водоотлива шахты «Широковская» и развитием растений. Показатель фитопродуктивности в первый год исследований составил от 3,5 до 9,7 ц/га сухой массы в зависимости от опыта. Наблюдения за развитием растительности на опытных площадках в 2005 г. показали увеличение показателя фитопродуктивности от 4,2 до 14 ц/га сухой массы. Таким образом, зафиксирован положительный результат от использования отходов БСЗ и активного ила в рассмотренных вариантах опыта, однако прямой зависимости продуктивности фитомассы от рассмотренных компонентов опыта (количества отхода БСЗ) не было установлено.
Наблюдалось улучшение агрохимических свойств почвогрунтов. Удалось создать стабильный почвенно-растительный покров, отвечающий требованиям биологической рекультивации, что подтверждено данными общего химического и микроэлементного анализа водной вытяжки, валового атомно-адсорбционного, рентгеноструктурного анализа грунтов. Содержания загрязнителей соответствуют критериям для почв в жилых районах.
В 2004-2005 гг. была проведена оценка условий по уровню загрязняющей нагрузки. Для этого выполнен спектральный микроэлементный анализ фитомассы фоновых и опытных участков (таблица 1). Для оценки уровня нагрузки использован рекомендуемый «Критериями оценки экологической обстановки территорий...» (1992) показатель максимально допустимого уровня (МДУ) насыщенности.
Таблица 1. Содержание микроэлементов в сухой массе растительности на участке прежнего водоотлива шахты Широковская
|
Вид раститель- ности (год) |
Содержание микроэлементов, мг/кг сухой массы |
||||||||||||||
|
Ni |
Co |
Cr |
Mn |
V |
Ti |
Cu |
Zn |
Pb |
Mo |
Ba |
Sr |
Zr |
Nb |
Li |
|
|
Участок относительного фона |
|||||||||||||||
|
Злаковая (2004) |
2,9 |
0,3 |
0,0 |
286,2 |
1,0 |
9,5 |
8,6 |
28,6 |
1,4 |
0,9 |
47,7 |
28,6 |
4,8 |
0,9 |
1,0 |
|
Бобовая (2004) |
2,4 |
0,0 |
0,0 |
308,0 |
0,8 |
8,0 |
5,6 |
8,0 |
0,8 |
0,2 |
47,8 |
15,9 |
3,2 |
0,7 |
0,0 |
|
Участок с внесением недостаточного количества реагента |
|||||||||||||||
|
Злаковая (2004/2005) |
2,1 0,6 |
0,3 0,6 |
1,2 0 |
104,4 156 |
1,2 1,9 |
17,4 16 |
8,1 7,3 |
23,2 7,3 |
1,2 1,0 |
0,3 0,7 |
17,4 52 |
46,4 21 |
4,6 3,1 |
1,0 0,9 |
0,0 0 |
|
Бобовая (2004/2005) |
2,0 0,8 |
0,7 0,7 |
1,0 0 |
99,9 209 |
1,0 2,1 |
10,0 21 |
9,0 8,3 |
30,0 9,7 |
0,7 2,1 |
0,4 0,8 |
20,0 70 |
50,0 28 |
3,0 4,2 |
0,7 1,0 |
1,5 0 |
|
Участок с внесением оптимального количества реагента |
|||||||||||||||
|
Злаковая (2004/2005)
|
3,3 1,4 |
0,3 0,5 |
1,1 0,7 |
110,0 270 |
1,7 1,0 |
16,5 14 |
11,0 6,1 |
22,0 4,7 |
2,2 0,7 |
0,6 0,1 |
16,5 34 |
44,0 20 |
5,5 1,4 |
1,0 0,6 |
0,0 0,7 |
|
Бобовая(2004/2005) |
7,4 4,3 |
0,6 0,8 |
1,8 1,1 |
122,6 217 |
1,2 1,1 |
18,4 16 |
11,0 9,8 |
49,0 9,8 |
2,5 0,5 |
0,9 0,5 |
18,4 43 |
61,3 33 |
4,9 2,2 |
0,9 0,0 |
0,0 2,2 |
|
Участок с внесением избыточного количества реагента |
|||||||||||||||
|
Злаковая (2004/2005) |
1,1 2,1 |
0,0 0,6 |
0,0 0,7 |
82,6 206 |
1,2 1,0 |
11,8 12 |
7,1 4,1 |
10,6 6,2 |
1,1 0,4 |
0,4 0,3 |
17,7 28 |
47,2 14 |
5,9 1,4 |
1,1 0,5 |
0,0 0,0 |
|
Бобовая (2004/2005) |
1,9 5,0 |
0,3 0,5 |
1,1 1,0 |
106,2 149 |
1,1 2,0 |
10,6 15 |
10,6 7,0 |
21,2 10,0 |
1,1 0,6 |
1,1 0,6 |
19,1 50 |
74,3 40 |
2,1 2,0 |
0,7 0,0 |
0,0 0,0 |
|
Максимально допустимый уровень (МДУ)* |
5.0 |
1.0 |
1.0 |
300.0 |
1.5 |
10.0 |
30.0 |
60.0 |
10.0 |
1.0 |
190.0 |
37.0 |
10.0 |
1.0 |
0.5 |
Примечание: * МДУ по Кабата-Пендиас и др. (1989).
Концентрации химических элементов в фитомассе, выращенной в опытах не представляют экологической опасности, поскольку их содержания в большинстве случаев не выходят за рамки природно-фоновых и не превышают МДУ. Незначительное превышение над МДУ содержания Cr, V, Ti и Sr имеет тенденцию к снижению на 2 год наблюдений.
Эффективность и экономичность предлагаемого метода подтверждена независимой экспертизой с участием представителей ГУРШа, Управления по охране окружающей среды Пермского края и Межотраслевого НИИ экологии топливно-энергетического комплекса. За счет того, что в качестве реагентов применяются только производственные отходы [1] стоимость проведения природоохранных мероприятий снижается в 4 раза. Ориентировочная удельная стоимость рекультивации составляет 150-200 тыс. руб за 1 га в зависимости от характера участка.
В 2007 г. в рамках выполнения работ по гранту РФФИ проведены масштабные опытно-промышленные испытания метода. В 2008 г. авторами получен патент на изобретение «Способ рекультивации нарушенных земель». Дальнейшее внедрение метода обеспечит эффективное восстановление биологической продуктивности нарушенных земель и устранит негативные последствия производственной деятельности ликвидированных шахт на земельные ресурсы.
При определенной адаптации метод может быть применен для рекультивации нарушенных земель, шахтных отвалов и шламохранилищ на предприятиях, добывающих и перерабатывающих полезные ископаемые, содержащие сульфидную серу, а также промплощадок предприятий по производству серной кислоты.
Новизна и актуальность разработки не вызывают сомнения, т.к. отходы производства соды и производства метанола для целей рекультивации используются впервые. Они внесут определенный вклад в методологию их использования для охраны окружающей среды, а с точки зрения удешевления природоохранных проектов и возможности вторичного использования отходов будут интересны и на мировом уровне.
Рецензенты:
- Наумова О.Б., д.г.-м.н., главный научный сотрудник отдела геологии ЕНИ ПГУ. 614000, г. Пермь.
- Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, ген. директор ООО НИППППД «Недра», г. Пермь.
Библиографическая ссылка
Красильникова С.А. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=5210 (дата обращения: 26.03.2023).