Энергетика – источник жизни и загрязнения биосферы

 Господствующими являются каменные угли: они составляют 70% общих запасов. Пропорции между каменными и бурыми углями имеют заметные территориальные различия. В европейской части России, например, явно преобладают каменные угли, составляющие свыше 9/10 всех запасов, в Казахстане они находятся примерно в равном количестве, а в Сибири бурых углей в 3 раза меньше, чем каменных.

 Основными потребителями угля являются: электроэнергетика — 39%, промышленность и коммунально-бытовой сектор —27%, коксохимические предприятия — 14%, население — 8%, сельское хозяйство — 5%.

 Угольная  промышленность, с точки зрения воздействия на окружающую среду, является одной из сложных отраслей промышленности.

 На  экологическую обстановку в угледобывающих регионах оказывают большое влияние шахты, разрезы, обогатительные фабрики, предприятия угольного машиностроения, производства строительных материалов, а также строительно-монтажные предприятия, автобазы, управления водно-канализационного хозяйства и др.

 Основными направлениями негативного воздействия угольной промышленности являются следующие:

— изъятие  из землепользования и нарушение  земель;

• истощение водных ресурсов и нарушение гидрологического режима подземных и поверхностных вод;
• загрязнение подземных и поверхностных водных объектов сбрасываемыми в них производственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами предприятий и населенных пунктов;
• загрязнение воздушного бассейна твердыми и газообразными вредными веществами при применении существующих технологических процессов добычи, переработки и сжигания твердого топлива;
• загрязнение земной поверхности отходами добычи и обогащения угля и сланца;
• деятельность предприятий отрасли способствует ухудшению качества атмосферного воздуха (многочисленные котельные, дымящиеся терриконы и т. д.).

Негативные  воздействия горных работ на природную  среду особенно значительны при  открытом способе добычи угля. Более 60% угольных шахт России взрывоопасны (газ и угольная пыль), почти в 50% возможно самовозгорание угля.

 По  мере эксплуатации любого угледобывающего предприятия горные работы все более передвигаются в глубь земных недр, что сопровождается удлинением производственных коммуникаций и падением их «производительности». Эти неблагоприятные изменения особенно заметны в отдельных звеньях технологической цепочки шахты (вентиляция, транспорт добытого угля и породы), которые становятся «узкими местами» в работе предприятия. В итоге производительность шахты постепенно снижается, а ее экономические показатели ухудшаются [19].

 Проектами строительства шахт предусматриваются вскрытие и подготовка к выемке запасов только одного верхнего горизонта. Но по истечении 10-12 лет шахта полностью отрабатывает данную часть угольных запасов, и на ней должны быть завершены вскрытие и подготовка к эксплуатации следующего, расположенного ниже, горизонта. Во многих случаях это означает осуществление комплекса работ по реконструкции, что требует крупных инвестиций. Таким образом, периодическая реконструкция угольного предприятия является не только (как в других отраслях) средством экономически выгодного обновления, но и условием его физического существования.

 Конечный  срок службы угледобывающего предприятия жестко ограничен величиной запасов угольного поля. Средний срок службы шахты составляет около 40 лет, то есть в отрасли ежегодно выбывает 5-7 шахт. При сохранении стабильной общей потребности страны в угле для компенсации этой потери необходимо регулярно и заблаговременно, с запасом 8-10 лет, строить такое же количество новых шахт, под которые вновь отчуждается определенное количество земель.

 Основной  проблемой охраны водных ресурсов является реконструкция и повышение эффективности действующих очистных сооружений сточных вод, т. к. 90% загрязненных сточных вод проходят очистные сооружения, но сбрасываются недостаточно очищенными. Ежегодно в связи с ужесточением требований контролирующих органов, расширением перечня ингредиентов-загрязнителей сброс сточных вод увеличивается, несмотря на строительство и ввод очистных сооружений.

 Выбросы вредных веществ в атмосферу шахтерских городов и поселков тоже являются немаловажным фактором. Под экологически чистыми технологиями добычи и переработки угля следует понимать такие технологии, использование которых должно обеспечивать минимизацию отрицательных экологических последствий уже на стадии основного производства и тем самым сократить объёмы собственно природоохранных работ.

 В настоящее  время добыча 1 т угля сопровождается образованием от 0,3 т (шахтная добыча) до 4 т (открытая разработка) вскрышных пород, 0,3 т отходов обогащения и выбросом 5-25 м³ метана. Ежегодное накопление вскрышных пород составляет около 400 млн. т и более 14 млн. т отходов углеобогащения. К настоящему времени на внешних отвалах накоплено порядка 20 млрд. т вскрышных и вмещающих пород. Процесс накопления сопровождается пылением отвалов, горением терриконов, и под влиянием ветровой эрозии локальное загрязнение становится региональным. Выход на поверхность огромной массы горных пород, сопровождающийся образованием подземных полостей, приводит к оседанию (обрушению) земной поверхности, а также к изъятию плодородных земель под горные отвалы.

    На  долю ТЭК приходится около половины всех выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников, более 15% сбросов загрязненных сточных вод. Доля в сбросе сточных вод угольной промышленности в России составляет 8,6%. По статистическим данным, в начале 80-х годов XX века на планете добывалось около 100 млрд. т различных руд, горючих ископаемых. При этом в результате хозяйственной деятельности человека в биосферу поступило более 200 млн. т С0₂, около 146 млн. т. S0₂, 53 млн. т оксидов азота и других химических соединений. Побочными продуктами деятельности этих предприятий явились также 32 млрд м³ неочищенных вод и 250 млн т пыли.

 Загрязнителями  среды, проступающими от предприятий угольной промышленности, являются: отходы, угольная пыль, шахтная вода, что ведет к угнетению и смерти живых организмов.

 Процесс добычи угля сопровождается пылевыми и газовыми выбросами. При производстве взрывных работ появляется вероятность взрыва газопылевоздушной смеси. При выбросе горных выработок, газопыльных породных отвалов, открытых карьеров происходят выбросы в атмосферу пыли, метана, диоксида углерода, токсичных веществ, попадание минеральных солей в водоемы. В пыли содержится много различных минералов (гипс, асбест и др.), около 20% окиси железа, 5% сажи и других веществ. Пыль создает экран для солнечной радиации, из-за загрязнений крупные города получают на 15% меньше солнечного света. Пыль в атмосфере ведет к появлению и обострению респираторных и легочных заболеваний.

 При окислении и самовозгорании угля при его хранении происходит выделение дыма и токсичных веществ, ухудшение качества топлива, что ведет к загрязнению атмосферы. При подземной разработке угля основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются газопылевые выбросы из горных выработок и газопылевые выделения из породных отвалов. С газопылевыми выбросами и образуемыми при взрывах газами в окружающую среду выделяются вещества, обладающие токсичным воздействием. Добыча 2 млрд. т угля сопровождается выделением 27 млрд. м³ метана (СН₄) и 16,8 млрд. м³ диоксида углерода.

 Существенным  фактором загрязнения атмосферного воздуха является также выделение значительного количества пыли, газообразных, в том числе ядовитых, продуктов дыма с поверхности отвалов пород (терриконов), что обусловлено эрозией, окислением и горением в терриконах породы, содержащей значительное количество угля (от 5 до 20%), пирита (до 10%), серы (от 5% и более). В результате при горении отвалов выделяется до 180 м³/г углерода и серы на 1 м² поверхности террикона. Открытая разработка угля сопровождается . еще более интенсивным загрязнением окружающей среды; бурение скважин ведет к значительному выбросу пыли; при технологическом взрыве в воздух выбрасывается на значительную высоту до 100-200 т пыли. А в России преобладает добыча открытым способом. Все перечисленные факторы приводят к загрязнению среды такими токсичными веществами, как С0₂, S0₂, N0₂ и NO, углеводородами, а также минеральной пылью, в результате чего значительное количество минеральных солей попадает в воздух.

 Для предотвращения указанных явлений в карьерах и на автомобильных дорогах применяют специальные методы борьбы с пылью: подавление пыли путем орошения; применение водовоздушных смесей, растворов солей хлоридов натрия, кальция, магния. Эффективным средством решения проблемы взрывобезопасности углей является комплексная переработка твердых видов топлива: коксование каменных углей, гидрогенизация твердого топлива и т. д.

 Промышленные  предприятия сбрасывают в реки, озера, моря сточные воды, содержащие десятки  тысяч тонн растворенных в них  химических соединений. Эти водоемы  становятся непригодными при использовании их для хозяйственно-пищевых, промышленных, сельскохозяйственных нужд, в качестве мест отдыха населения, других разумных видов эксплуатации.

 Промышленные  сточные воды могут содержать  кислоты, щелочи, масло и другие органические и неорганические соединения. Некоторые из них содержат яды, синтетические детергенты и радиоактивные вещества.

 Сточные воды угольной промышленности состоят  из стоков шахт и обогатительных фабрик. Зачастую шахтные воды относятся  к высокоминерализованным. Высокая  минерализация обусловливается повышенным содержанием в них хлоридов, сульфатов, солей кальция, магния, калия. Поступая в водоем, такие стоки увеличивают жесткость воды; показатели содержания магния, железа, сульфатов возрастают в 1,5-2 раза. Эти изменения качества водоемов вызывают постепенное изменение растительного и животного мира, иногда приводят к гибели рыб.

 Большой вред водоемам наносят кислые шахтные  воды. С ними в водоем сбрасывается большое количество железа, окисные и закисные соединения которого придают водам металлический привкус. В воде происходит окисление закисных соединений железа в окисные, в результате чего за счет образования белых хлопьев, находящихся во взвешенном состоянии, снижается ее прозрачность. Окисные соединения, оседая на дно, заиливают его. В процессе окисления уменьшается содержание растворенного в воде кислорода. Окисление закисного железа не зависит от температуры, поэтому зимой, когда ледяной покров препятствует поступлению кислорода в воду, его содержание значительно снижается. Снижение растворенного кислорода в водоемах приводит к нарушению процессов биологического очищения воды, а также к гибели рыб. Полное отсутствие в воде растворенного кислорода способствует распаду органических веществ и повышению содержания сероводорода, метана и других газов. Некоторые из водоемов могут превратиться в сточные канавы.

 Угольную  промышленность можно также отнести  к источникам порчи и уничтожения земельных ресурсов. В результате разработки месторождений природных ископаемых обычно образуются отвалы, терриконы, остающиеся после подземной добычи угля. Химический состав отвалов может быть самым разнообразным. Нередко в них содержатся вредные для окружающей среды и здоровья человека вещества. В результате их реакции друг с другом могут выделяться вредные газы, загрязняющие атмосферу. Подобное происходит и при возгорании отвалов. Отвалы обычно подвержены эрозии и потому способствуют и могут быть причиной пыльных бурь и загрязнения близлежащих территорий, во много раз превосходящих по площади сами отвалы.

 При подземной разработке угольных месторождений  поверхность Земли нарушается провалами, проседаниями в результате выемки угля. Земли захламляются породой, заливаются шахтными водами, загрязняются пылью. Необратимый вред почве наносят промышленные отходы. В результате взаимодействия, горения, действия атмосферных осадков из отходов выделяются и поступают в почву самые разнообразные вредные вещества, при их взаимодействии образуются еще более сильные яды, отравляющие почву, атмосферу и подземные воды. Существенный ущерб почве наносят, кроме провалов и проседаний, еще и затопления земной поверхности. 

 Промышленные  выбросы влияют также на состояние растений, распространенных в окрестностях предприятий. Данные свидетельствуют, что промышленные выбросы угольных предприятий (пыль, сернистый ангидрид, различные органические соединения) вызывают глубокие биохимические изменения у растений: нарушают функционирование многих ферментативных систем, что в свою очередь приводит к различным изменениям в накоплении ими питательных веществ, нарушают аминокислотный баланс, уменьшают количество витаминов и т. д. В районах, загрязненных выбросами угольной промышленности, в воздухе много окислов серы и аз'ота, аммиака, промышленной пыли, окисей углерода. Растения в зоне промышленного загрязнения, как правило, более ослаблены и чувствительны к грибковым заболеваниям, что значительно снижает качество растениеводческой продукции.

 В настоящее  время применяются различные  способы защиты окружающей среды от отрицательных воздействий на нее предприятий угольной промышленности в России. Отходы угольной промышленности используются в целях народного хозяйства. К материалам и изделиям из отходов углеобогащения, например, относятся: кирпич, цемент, аглоперит, газобетон, керамзит, материал для отсыпки дамб. В Министерстве промышленности России разрабатываются рациональные способы использования породных отвалов в качестве сырья для народного хозяйства. Эффективным направлением является использование породных отвалов для производства минеральных удобрений, так как сланцевые породы, содержащиеся в отвалах, обладают высоким естественным плодородием.