Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
МУХИНА Наталья Евгеньевна
МИГРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И РЕМЕДИАЦИЯ ПОЧВ В ПОДМОСКОВНОМ УГОЛЬНОМ БАССЕЙНЕ
Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Тула 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тульский государственный университет
Научный консультант: доктор технических наук, доцент Левкин Николай Дмитриевич
Официальные оппоненты: Будюков Юрий Евдокимович доктор технических наук, главный научный сотрудник ОАО Тульское НИГП, г. Тула Гамов Максим Игоревич кандидат технических наук, начальник отдела логистики ООО Кирпичный завод БРАЕР, Тульская область, Ленинский район, пос. Обидимо
Ведущая организация: ФГБУН Горный институт Уральского отделения Российской академии наук (УрО РАН), г. Пермь
Защита диссертации состоится л24 декабря 2012 г. в 14 00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.271.09 при ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, д.90 (6-й учебный корпус, аудитория 220).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.
Автореферат разослан 23 ноября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного Леонид Элярдович совета Шейнкман
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В энергетической стратегии России на период до 2020 года определено, что целью энергетической политики является максимально эффективное использование природных топливноэнергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для роста экономики и повышения качества жизни населения страны. В то же время политика в области экологии состоит в последовательном ограничении нагрузки ТЭК на окружающую среду.
Достижение указанных целей сопряжено с рядом проблем, поскольку добыча и обогащение угля оказывают многофакторное воздействие на окружающую среду. Каждое предприятие горнодобывающего комплекса формирует вокруг себя зоны техногенного воздействия на все компоненты ландшафта: атмосферу, природные воды, грунты и почвы.
При этом отходы добычи, переработки и сжигания угля оказывают негативное влияние на состояние окружающей среды в течение многих десятилетий после прекращения указанной деятельности.
Вследствие того, что при подземной разработке месторождений технологические отходы, удаляемые в отвал, достигают 10-20 % от массы добываемого угля, за полуторавековой период разработки месторождений Подмосковного бассейна на поверхности земли скопилось более 300 млн. тонн горных пород с высоким содержанием ряда токсичных химических элементов.
Эти отходы сосредоточены в 200 породных отвалах, которые являются мощными рассредоточенными источниками аэрозольных и газовых выбросов. При этом окисление минералов, содержащих серу, под воздействием атмосферных осадков приводит к образованию серной кислоты, что обусловливает сильнокислотную реакцию выбросов.
Для отвалов характерно также значительное выделение в атмосферу пыли. Интенсивность этого процесса зависит от влажности горной массы, фракционного состава породной массы, а также от скорости ветра и других гидрометеорологических условий. Основное негативное влияние породной пыли заключается в воздействии на человека и природную среду содержащейся в ней серной кислоты и соединений таких опасных элементов, как мышьяк, свинец, хром и другие тяжелые металлы.
Поэтому тема работы, направленная на локализацию и ликвидацию негативных техногенных воздействий на окружающую среду является актуальной.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 г.г.) (Рег. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы Научные и научнопедагогические кадры инновационной России (проект 2012-1.2.2-12-0001013-017).
Целью работы являлось уточнение существующих и установление новых закономерностей загрязнения почв выбросами породных отвалов угольных шахт, а также ремедиации почв соединениями минерального железа и фитоэкстракции тяжелых металлов для разработки эффективных мер по локализации и ликвидации негативных техногенных воздействий на окружающую среду.
Идея работы заключается в том, что снижение деструкции окружающей среды в угледобывающем промышленном регионе достигается посредством ремедиации почв, основанной на оценке экологической ситуации, базирующейся на адекватных математических моделях загрязнения ландшафтов промышленными выбросами.
Основные научные положения, защищаемые автором:
одним из вредных факторов, оказывающих влияние на загрязнение прилегающих к отвалам угольных шахт территорий, является подкисленная породная пыль, содержащая загрязняющие вещества первого класса опасности;
поступление подкисленной породной пыли в почвы с нейтральной или щелочной реакцией приводит к десорбции содержащихся в пыли опасных загрязняющих веществ и миграции их по трофическим цепям;
снижение деструкции ОС в горно-промышленном регионе возможно обеспечить посредством ремедиации почв на основе прогноза экологической ситуации;
улучшение экологической ситуации в Подмосковном угольном бассейне можно достичь посредством рационального размещения промышленных предприятий и обоснованным выбором видов выращиваемых сельскохозяйственных культур;
на территориях, загрязненных выбросами объектов горноперерабатывающей промышленности, рациональное размещение посевов зернобобовых культур способствует снижению загрязнения тяжелыми металлами, как почв, так и сельскохозяйственной продукции.
Новизна основных научных и практических результатов заключается в следующем:
разработана усовершенствованная математическая модель рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере с учетом сухих выпадений;
установлены зависимости содержания свинца, хрома и мышьяка в породной массе от уровня её рН и концентрации минералов железа;
выявлено, что валовое содержание таких опасных элементов как свинец, хром и мышьяк в некоторых отвалах угольных шахт в 2 - 7 раз превышает их максимальную концентрацию в ювенильной породной массе;
установлено, что концентрирование в породной массе свинца, хрома и мышьяка прямо пропорционально кислотности среды;
поступление вынесенной с отвала породной пыли в нейтральную или щелочную среду приводит к десорбции из неё опасных загрязняющих веществ и миграции их по трофическим цепям;
выявлено распределение ТМ в различных частях зернобобовых растений в зависимости от типа почвы и уровня её загрязнения;
разработана методика оценки и обоснования способов нейтрализации атмосферных выпадений.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием классических методов аналитической химии, математической физики и современных достижений вычислительной техники;
достаточным объемом натурных, лабораторных и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей, эффективности технических решений, обоснованности выводов и рекомендаций.
Практическая значимость работы заключается в том, что мероприятия по ремедиации почв на основе фитоэкстракции поллютантов снижают уровень загрязнения окружающей среды выбросами предприятий горно-перерабатывающей промышленности, а также создают предпосылки для выращивания экологически чистой сельскохозяйственной продукции.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы обсуждены в процессе докладов и дискуссий на региональных, республиканских и международных конференциях: на научно-практической конференции с международным участием Демидовские чтения (Тула, 2008), на IV Всероссийской научнотехнической конференции Информационные системы и модели в научных исследованиях промышленности и экологии (Тула, 2008), на 3-й Международной конференции по проблемам рационального природопользования Проблемы создания экологически Рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства (Тула, 2010), на IV-й молодежной научно-практической конференции студентов ТуГУ Молодежные инновации (Тула, 2010) на 4-ой международной научно-практической конференции: Современные проблемы науки (Тамбов, 2011),на научных семинарах кафедры Аэрология, охрана труда и окружающей среды ТуГУ (Тула, 2008-2012 гг.).
Публикации. Основное содержание работы
отражено в 15 статьях, из них 1- в издании, рекомендованном ВАК.
Объем работы. Диссертация изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит таблиц, 56 иллюстраций, список литературы из 161 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Вопросы запылённости атмосферного воздуха поверхностными технологическими комплексами и способы борьбы с их пылением нашли отражение в работах В.И. Саранчука, М.И. Волохова, В.И. Ускова, И.Е. Билана, Ф.И. Маковей. Эти вопросы изучали А.А. Скочинский, А.П.Стельмах, П.А.Леонов и Б.А.Сурначев, В.Б.Комаров, А.С. Бурчаков, А.Т. Айруни, И.И.Медведев, П.В. Бересневич и др.
Анализ указанных работ показал, что, несмотря на масштабы проведенных исследований, пыление породных отвалов продолжает оказывать негативное влияние на окружающую среду.
Поэтому обоснование мероприятий по снижению деструкции окружающей среды в горно-перерабатывающей промышленности является актуальной задачей.
Современное состояние изучаемой проблемы, а также цель и идея работы определили необходимость решения следующих задач:
1. Установить закономерности распределения поллютантов в отвалах шахт Подмосковного угольного бассейна с учетом динамики подкисления породной массы.
2. На основе теоретических и экспериментальных исследований закономерностей рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере разработать математическую модель загрязнения ландшафтов антропогенными выбросами.
3. Исследовать эффективность биоремидиации почв в угледобывающем регионе посредством фитоэкстракции поллютантов.
4. Разработать методику оценки загрязнения подстилающей поверхности в зоне влияния выбросов объектов горно-перерабатывающей отрасли.
5. Разработать геоинформационную систему для обоснования решений по ремедиации почв в Подмосковном угольном бассейне.
Тульская область характеризуется высоким уровнем промышленного производства и сельского хозяйства. Практически все земли используются и, следовательно, подвержены антропогенному воздействию.
Однако, распределение техногенной нагрузки неоднородно. Наиболее интенсивна она в исторически сложившихся промышленных районах - Тульском, Новомосковском, Щёкинском, где сконцентрировано большинство промышленных предприятий и проживает подавляющая часть населения. По величине воздействия на ландшафты техногенные объекты и комплексы выстраиваются в определённый ряд: горнодобывающий, электроэнергетический, металлургический, машиностроительный, химический, транспортный, сельскохозяйственный, селитебный.
В Тульской области добывается основная часть разрабатываемых бурых углей Подмосковного угольного бассейна, запасы которого оцениваются в 17,5 млрд. т.
Ежегодно из извлекаемых горных масс около 2/3 объема идут в отходы в виде отвалов и хвостохранилищ обогатительных фабрик, большая часть которых в последующем не используется. Они выбрасывают ежегодно миллионы тонн вредных пылегазообразных отходов, загрязняя атмосферный воздух, земельные и водные ресурсы, что составляет, по некоторым оценкам, более трети всех выбросов вредных веществ.
Большая концентрация предприятий угледобычи и углепереработки, металлургии, химии и углехимии, строительной индустрии и машиностроения, объектов теплоэнергетики, железнодорожного и автомобильного транспорта обусловливают высокие техногенные нагрузки на окружающую среду, что приводит к загрязнению атмосферы, почв, поверхностных и подземных вод, нарушению ландшафта, скоплению большого количества промышленных, в том числе и токсичных отходов, истреблению на больших площадях лесов, деградации фауны и флоры.
Среди всех загрязняющих окружающую среду веществ выделяется группа тяжелых металлов, выбросы которых в виде аэрозолей приводят к глобальному загрязнению атмосферы. Основными источниками выбросов тяжелых металлов являются:
сжигание органического топлива, автотранспорт обработка черных и цветных металлов, равно как химическая, цементная и горнодобывающая промышленность.
В результате этих процессов происходит локальное, региональное и глобальное загрязнение биосферы химическими элементами и образование техногенных аномалий, в которых содержание поллютантов в десятки и сотни раз превышает допустимые значения.
Большинство реализуемых в горном деле технологических процессов сопровождается крупномасштабными выбросами в атмосферу разнообразной по физико-химическим свойствам пыли, которая распространяясь в окружающей среде, ухудшает состояние атмосферы, поверхностных вод и почв на значительных расстояниях от источников выбросов.
Одним из постоянных источников загрязнения окружающей среды, действующим в течение многих лет являются породные отвалы, на которых скопилось более 300 млн. тонн горных пород с высоким содержанием ряда токсичных химических элементов. Отвал вмещающих пород и некондиционных полезных ископаемых является рассредоточенным источником аэрозольных и газовых выбросов.
Наиболее интенсивное загрязнение атмосферы производят горящие породные отвалы. Горючим материалом в отвалах является уголь в виде мелочи, кусков и прослоев в углесодержащих породах.
Результатом посттехногенной трансформации породных отвалов является образование значительного числа химически активных воднорастворимых соединений. В результате окисления минералов, содержащих серу, под воздействием атмосферных осадков образуются растворы серной кислоты.
Образующаяся серная кислота, способствует вымыванию атмосферными осадками из породной массы кислоторастворимых соединений тяжелых металлов.
Рентгенофлуоресцентный анализ состава породной массы показывает, что в породных отвалах угольных шахт Подмосковного бассейна текущее валовое содержание ряда металлов кратно превышает их мак симальную концентрацию в ювенильной породной массе. Следовательно, в процессе хранения на отвалах породной массы наряду с вымыванием из неё ряда компонентов происходит концентрирование других веществ.
Полученные зависимости содержания металлов от уровня рН свидетельствуют об увеличении концентрации рассматриваемых элементов с ростом подкисления породы (рисунок 1), что не соответствует закономерностям вымывания тяжелых металлов из породной массы атмосферными осадками.
Рисунок 1 - Распределение концентраций ТМ и уровня рН в породной массе отвалов Объяснить это противоречие можно на основе заключения о том, что при повышении уровня подкисления породной массы происходит иммобилизация рассматриваемых элементов, сорбционными барьерами, образующимися на основе соединений железа. Поскольку ввиду специфичного состава породной массы и незначительным содержанием гумуса, это единственно возможная из всех известных схем адсорбционного депонирования металлов.
Результаты исследований показывают, что сорбционная способность этих барьеров при прочих равных условиях для различных химических элементов варьируется в широких пределах и зависит от уровня рН среды. Причем, при низких значениях показателя рН распределение концентраций Pb, As и тесно коррелирует с содержанием в породной массе железа (рисунок 2).
А при нейтральной кислотности породной массы эта связь в одних случаях малозаметна, а в других - практически отсутствует.
1Pb, мг/кг 1As, мг/кг 1100 Fe, % y = 4,525x3 - 47,23x2 + 139,4x - 67,R = 0,924 Полиномиальная 60 (Pb, мг/кг) Полиномиальная (As, мг/кг) y = 2,388x3 - 23,74x2 + 66,89x - 37,20 Полиномиальная R = 0,9(As, мг/кг) y = 0,862x3 - 8,602x2 + 25,61x - 17,48 Номер пробы -R = 0,91 2 3 4 5 6 Рисунок 2 - Зависимости концентраций металлов от подкисления породной массы при рН = Таким образом, удерживание в породной массе таких поллютантов, как мышьяк и свинец, обусловлено высокой степенью подкисления породной массы, способствующей образованию соединений железа обладающих высокой сорбционной способностью к этим поллютантам.
Для отвалов характерно значительное выделение в атмосферу пыли.
Образовавшаяся пыль сдувается с верхней части отвала и уносится на значительные расстояния, загрязняя атмосферу и почвенный слой, что приводит к ухудшению качества почвы.
Независимо от путей миграции пыли, её распространение вызывает изменение кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий в почвах, обусловливающих протекание химических реакций приводящих к увеличению лабильности токсичных веществ.
Таким образом, для обеспечения безопасности населения, проживающего в зоне влияния отвалов, и предотвращения деградации почв необходим системный анализ масштабов и интенсивности загрязнения окружающей среды токсичными веществами.
Существующие модели переноса пыли а атмосфере позволяют решать многие актуальные задачи. Однако, ни одна модель не учитывает таких параметров, как сухое и влажное вымывание примеси из атмосферы, а также влияние на перенос пыли растительного покрова. Это вносит существенные погрешности при моделировании распространения выбросов в ОС.
Универсальная Гауссовская модель расчета поля концентраций примеси дает удовлетворительные результаты для идеальной атмосферы. В то же время результаты исследований показывают, что при атмосферных осадках интенсивность процесса осаждения примесей суще ственно увеличивается (до 30%). Вымывание примеси может происходить за счёт поглощения её каплями тумана или частицами осадков.
Экспериментальные исследования показали, что растительный покров так же заметно влияет на миграцию загрязняющих веществ.
Поэтому базовая модель была усовершенствована посредством введения в неё элементов, учитывающих влияние на распределение потока поллютантов растительного покрова, сухого и мокрого осаждения пыли на исследуемой территории.
При этом уравнение поля концентраций примеси принимает вид:
Q y2 с(x, y,t) exp 4t 22 (x x0 ut)2 (y y0 t) exp ( ) (2) g 4t где - постоянная вымывания (1/с), - коэффициент, учитывающий влияние растительного покрова, - константа, характеризующая взаимодействие примеси с подстилающей поверхностью; - скорость g опускания сферических частиц под действием силы тяжести, см/с; - коэффициент горизонтальной диффузии примеси; - коэффициент вертикальной диффузии примеси.
Постоянная вымывания, (1/с), определяется по формуле:
k yk0I где I- интенсивность осадков, мм/ч; ky- величина абсолютной вымывающей способности дождя (для тяжелых металлов, ky=10-5ч/(ммс)), характерная для дождя интенсивностью I= 1 мм/ч), k0- относительная вымывающая способность осадков других типов.
Тогда выражение для потока примеси на подстилающую поверхность примет вид:
T Пi ( ) dt qgdS (3) g 0 Si Для расчета поверхностной плотности примеси, осевшей на почвенный покров, можно использовать частный случай модели гауссова факела для условия z=0.
Поверхностная плотность вещества, осевшего на почву, рассчитывается по формуле:
Q H y2 qg exp 2 2 (4) u 2 2 y z z y y, z- стандартные отклонения размеров факела в направлении осей у и z, принимаемые по справочным данным.
Коэффициент влияния растительного покрова имеет вид:
(Re)MU U где M - масса кроны в единице объема, кг, (для ели найдено, что в одном кубическом метре содержится 0,542 кг хвои и ветвей), (Re) - коэффициент сопротивления крон;U - вектор скорости воздуха, м/с, U - скорость воздуха, м/с.
Количество, выпавшего на землю аэрозоля на площади Si в момент времени t с учетом сопротивления растительного покрова местности примет вид:
Re M T Пi ( ) qgdS (5) u g 0 Si Для использования разработанных моделей в инженерных расчетах, разработан пакет программ, позволивший посредством проведения вычислительных экспериментов оценить адекватность моделей.
На основе выполненных исследований разработана методика оценки загрязнения территории породной пылью.
Существует несколько способов очистки территорий от загрязнения тяжелыми металлами. Для ликвидации уже существующего загрязнения применяют материалы, переводящие тяжелые металлы в недоступные для растений формы: органические и минеральные удобрения, известь, цеолиты, синтетические смолы и др.
В настоящее время имеется большая потребность в экономичных и "мягких" технологиях ремедиации почв. К числу последних можно отнести фитоэкстракцию тяжелых металлов, путем выращивания на них специально подобранных высших наземных растений. Простота и дешевизна фитоэкстракции заключается в использовании обычных агротехнических приемов для выращивания растений на загрязненных участках.
Выполненные исследования позволили создать концептуальную модель технологии фитоэкстракции тяжелых металлов из загрязненных почв, ключевыми моментами которой являются:
1) подбор среди культурных или местных дикорастущих видов растений, производящих большую биомассу и максимально аккумулирующих тяжелые металлы в надземной биомассе без выраженных признаков фитотоксичности, т.е. при умеренных концентрациях загрязнителей;
2) сокращение времени очистки почвы от тяжелых металлов достигается путем внесения в нее, по достижении оптимальной биомассы выращиваемых сельскохозяйственных культур, так называемых эффек торов фитоэкстракции, главным образом хелатообразующих агентов, способствующих многократному увеличению накопления загрязнителей в пожинаемой надземной биомассе;
3) утилизации загрязненной биомассы с рекуперацией из неё ценных цветных металлов и использования её для производства биотоплива.
Для оценки эффективности фитоэкстракции в течение ряда лет проводились исследования содержания тяжелых металлов в биомассе наиболее распространенных в регионе видов растений. Для этого на протяжении всего вегетационного периода отбирались пробы листьев липы и зелёной массы одуванчиков.
Выполненные исследования позволяют нам предложить для повышения эффективности фитоэкстракции тяжелых металлов и достижения максимального общего защитного эффекта зеленых насаждений на примагистральной территории высаживание липы, опад которой следует утилизировать.
На основе результатов экспериментальных исследований установлены закономерности накопления и распределения тяжелых металлов в различных органах сельскохозяйственных культур.
Исследования проводились на доминирующих в регионе серой лесной и дерново-подзолистая почвах.
Суть исследований состояла в выращивании на образцах этих почв, содержащих заданные концентрации тяжелых металлов, тесткультур и последующем определением состава минеральной части растений.
В результате исследований:
установлены зависимости динамики роста гороха и ячменя на серых лесных и дерново-подзолистых почвах от степени загрязнения почв ТМ;
выявлено распределение ТМ в различных частях растений в зависимости от типа почвы и уровня её загрязнения;
определено влияние загрязнения почв на их основные агрохимические показатели;
установлено, что более интенсивное накопление свинца и цинка происходит в семенах гороха и ячменя, выращенных на дерновоподзолистой почве, в то же время в процессе эксперимента превышение ПДК для зерновых и зернобобовых культур по цинку и свинцу не наблюдалось.
В последние годы в качестве активного сорбента используют нанометровые частицы Fe(0), которые в отличие от микронных, имеют более высокую эффективность. Так, наночастицы металлического железа с удельной поверхностью 24 м2/г при исходной концентрации As(V)в 1 мг/л сорбировали весь мышьяк всего за 10 мин, тогда как сорбция мышьяка микрочастицами железа с удельной поверхностью 1Ц2м2/г полностью заканчивалась только через 4 сут. При этом, благодаря уль травысокой дисперсности частиц, водопроницаемость барьера снижается, и он представляет собой уже не проницаемый, а коллоидный реакционный барьер. Хотя в ходе его эксплуатации частицы Fe(0) корродируют, но это не сказывается на его долговечности, так как новообразованные минералы железа обладают высокой реакционной способностью.
В ходе работы над диссертацией были изучены механизмы взаимодействия тяжёлых металлов и металлоидов с первичными, железистыми и глинистыми минералами в присутствии микроорганизмов с использованием модельных трёхкомпонентных биоминеральных и органоминеральных систем. Выявлены ведущие факторы, определяющие особенности адсорбции и трансформации соединений тяжёлых металлов биотическими и минеральными компонентами почв.
В ходе выполнения работы изучены особенности адсорбции, десорбции и трансформации металлоидов (на примере мышьяка) в модельных биоминеральных системах. Результаты показали высокую ёмкость и отсутствие селективности поглощения арсенитов и арсенатов минералами железа.
Высокая плотность заряда и значительная площадь поверхности, зачастую разупорядоченность и слабая окристаллизованность частиц делает минералы железа важнейшими сорбентами тяжёлых металлов и металлоидов в окружающей среде. Обладая переменным зарядом поверхности зависящим от рН, они способны поглощать элементы как в катионной, так и в анионной форме, причём адсорбция поливалентных катионов может происходить даже при рН раствора ниже точки нулевого заряда, когда поверхность минерала в целом имеет положительный заряд. Подобные свойства делают минералы железа весьма перспективными при их использовании в качестве мелиорантов в почвах и грунтах, загрязнённых тяжёлыми металлами и металлоидами, а также при очистке сточных вод. Кроме этого, минералы железа обладают окислительновосстановительными свойствами, что делает их эффективными при деградации органических загрязнителей.
Особенно перспективными являются наноматериалы на основе синтетических минералов железа, обладающие уникальными сорбционнымии окислительно-восстановительными свойствами. Получение наноминералов железа является несложным и недорогим процессом, а фоновое высокое содержание соединений железа в окружающей среде и достаточно быстрая агрегируемость делает их использование совершенно безопасным для окружающей среды.
Для прогнозирования и управления экологической ситуацией разработана геоинформационная система на основе ГИС MapInfo в виде набора модулей, реализующих: ввод и хранение пространственно распределенных данных; обработку данных протоколов измерений и подго товку информации для занесения в базу данных; получение оперативных данных по ситуации в заданном районе; подготовку отчетной документации; моделирование и управление ситуацией в автоматическом режиме посредством выдачи управляющих сигналов.
Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований вошли в учебные дисциплины, читаемые для студентов и магистрантов специальностей Промышленная экология и рациональное использование природных ресурсов, Охрана окружающей природной среды и рациональное использование природных ресурсов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности накопления в породной массе поллютантов, распространения и выпадения их из атмосферы с пылевыми выбросами породных отвалов, интенсивности поступления и распределения опасных ЗВ в растениях, позволившие обосновать мероприятия по защите окружающей среды и сельскохозяйственной продукции от негативного воздействия объектов горно-перерабатывающей промышленности в Подмосковном угольном бассейне. Это имеет большое значение для развития горной промышленности в России и сохранения продуктивной природной среды.
Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
установлено, что одним из основных вредных факторов, оказывающих влияние на загрязнение прилегающих территорий, являются выбросы в атмосферу породной пыли, содержащей загрязняющие вещества первого класса опасности;
определены закономерности распределения поллютантов в отвалах шахт Подмосковного угольного бассейна;
выявлено влияние кислотности породной массы на закрепление в ней тяжелых металлов и металлоидов минералами железа;
определена эффективность ремидиации почв в угледобывающем регионе посредством фитоэкстракции поллютантов;
установлены зависимости содержания поллютантов в сельскохозяйственной продукции от загрязнения почв тяжелыми металлами;
разработана усовершенствованная математическая модель рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере;
на основе теоретических и экспериментальных исследований закономерностей рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере разработана математическая модель загрязнения ландшафтов антропогенными выбросами;
составлены программные средства, позволяющие автоматизировать инженерные расчеты;
разработана методика оценки загрязнения подстилающей поверхности в зоне влияния выбросов объектов горно-перерабатывающей отрасли;
разработана геоинформационная система для обоснования решений по защите окружающей среды от негативного воздействия выбросов породной пыли;
разработаны мероприятия по снижению содержания поллютантов в почвах и сельскохозяйственной продукции.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1 Мухина Н.Е. Один из подходов к оценке загрязненности атмосферного воздуха // Тульский экологический бюллетень - 2008. Выпуск 2.
- Тула: Гриф и К, 2008. - 162 с.
2 Мухина Н.Е. Снижение загрязнения почв тяжелыми металлами в горнопромышленном регионе / Н.Д. Левкин, М.С. Комиссаров, Н.Е.
Мухина // Проблемы создания экологически Рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства 3-я Международная Конференция по проблемам рационального природопользования. Материалы конференции ТуГУ, Тула, 2010. - С. 225-228.
3 Мухина Н.Е. Математическая модель загрязнения территории атмосферными осадками с учетом влияния растительного покрова / Н.Д.
евкин, М.С. Комиссаров, Н.Е. Мухина // Проблемы создания экологически Рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства 3-я Международная Конференция по проблемам рационального природопользования. Материалы конференции ТуГУ, Тула, 2010. - С. 234-238.
4 Мухина Н.Е. Динамика распределения поллютантов в почве / Н.Д. Левкин, М.С. Комиссаров, Н.Е. Мухина. // Проблемы создания экологически Рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства 3-я Международная Конференция по проблемам рационального природопользования. Материалы конференции ТуГУ, Тула, 2010. - С. 228-231.
5 Мухина Н.Е. Исследование влияния растительного покрова на загрязнение территории // IV-я молодежная научно-практическая конференция студентов Тульского государственного университета Молодежные инновации: сборник докладов. Часть 1 / под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е.А. - Тула: Изд-во ТуГУ, 2010. - 263 с.
6 Мухина Н.Е. Влияние породных отвалов угольных шахт на состояние окружающей среды / Левкин Н.Д., Мухина Н.Е. // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. №5 (28), 2011. - С. 14-7 Мухина Н.Е. Детоксикация почв от загрязнения тяжелыми металлами в горнопромышленном регионе на примере Тульской области / Левкин Н.Д., Мухина Н.Е. // Сборник материалов 4-ой международной научно-практической конференции: Современные проблемы науки марта 2011 - Тамбов, издательство ТМБпринт, 2011. - С. 85.
8 Мухина Н.Е. Влияние антропогенных факторов на содержание и трансформацию соединений тяжелых металлов в почве / Левкин Н.Д., Мухина Н.Е.//Сборник материалов 4-ой международной научнопрактической конференции: Современные проблемы науки 31 марта 2011 - Тамбов, издательство ТМБпринт, 2011. - С. 83.
9 Мухина Н.Е. Растительный покров как фактор, влияющий на загрязнение территории атмосферными осадками // Экология и промышленность России. №9, 2011. - С. 54-56.
10 Мухина Н.Е. Деструктивное влияние породных отвалов угольных шахт на состояние окружающей среды / Левкин Н.Д., Мухина Н.Е.
// Вопросы развития современной науки в России: Сборник научных статей РГСУ. Бугульма: НО ФН-НАУКА, 2011. - С. 124-126.
11 Мухина Н.Е. Разработка методики детоксикации почв, загрязненных тяжёлыми металлами // V-я молодёжная научно-практическая конференция Тульского государственного университета Молодёжные инновации: сборник докладов; под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е.А.: в 2 ч. Тула: Изд-во ТуГУ, 2011. Ч. II. 216 с.: ил.
12 Мухина Н.Е. Распределение поллютантов в системе река-пойма в промышленном регионе / Н.Д. Левкин, Н.Е. Мухина // Известия ТуГУ.
Серия Науки о земле. Вып. 1. Тула: Изд-во ТуГУ, 2012. - С. 3-8.
13 Мухина Н.Е. Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами / Н.Д. Левкин, Н.Е. Мухина // Известия ТуГУ. Серия Науки о земле. Вып. 1. Тула: Изд-во ТуГУ, 2012. - С. 9-14.
14 Мухина Н.Е. Вынос поллютантов с породных отвалов угольных шахт / Н.Д. Левкин, Н.Е. Мухина // Известия ТуГУ. Серия Науки о земле. Вып. 1. Тула: Изд-во ТуГУ, 2012. - С. 14-19.
15 Мухина Н.Е. Загрязнение территории стоками полигонов твердых бытовых отходов / Н.Д. Левкин, Н.Е. Мухина // Известия ТуГУ.
Серия Науки о земле. Вып. 1. Тула: Изд-во ТуГУ, 2012. - С. 19-24.