Управление техногенными отходами

вий. Необходимо учитывать возможную связь объекта с глубинными зонами вмещающей его крупной геологической структуры, а также эффекты взаимодействия природных геофизических и геохимических полей с явлениями, возникающими в результате образования искусственных объектов в геологической среде.

Подземные хранилища промышленных отходов могут оборудоваться в а) уже существующих или б) вновь строящихся подземных резервуарах. Наиболее выгодным экономически и экологически является первый вариант – использование существующих резервуаров позволяет уменьшить воздействие горных работ на окружающую среду и сократить затраты по созданию и эксплуатации хранилища.

Существующие резервуары делятся на естественные природные и искусственно созданные.

К числу природных резервуаров относятся полости, образованные естественным выщелачиванием и вымыванием растворимых пород (пещеры, карстовые полости), а также водоносные комплексы и поглощающие горизонты, обладающие достаточной аккумулирующей способностью (высокоемкие и хорошо проницаемые коллекторы).

Создание хранилищ в естественных полостях осложняется необходимостью обследования и поддержания их в состоянии, отвечающем требованиям экологической безопасности. Предпочтительно в таких хранилищах располагать отходы невзрывоопасные, несамовозгорающиеся и не выделяющие вредных газов, а также нерастворимые (растворимые в воде отходы, лишенные вышеперечисленных опасных свойств, допускается размещать только при наличии надежной гидроизоляции естественных полостей).

Глубокие водоносные комплексы и поглощающие горизонты используются только для закачки жидких стоков через скважины.

В качестве подземных хранилищ искусственного (техногенного) происхождения могут использоваться:

выработанные пространства действующих или отработанных горно-добывающих предприятий (рудники, шахты);

281

подземные пустоты в породах, создаваемые методами скважинной геотехнологии (растворение и выщелачивание солей, подземная выплавка серы, подземная газификация угля, взрывы)

ине сообщающиеся с водоносными горизонтами (хранилища кавернового типа);

специальные подземные сооружения шахтного типа (обычно это конверсируемые военные объекты различного назначения – ракетные шахты, подземные склады и т.п.).

Достоинство хранилищ шахтного типа – большие объемы выработанного пространства, возможность использования существующих механизмов шахтного подъема и транспорта и, следовательно, возможность размещения значительных объемов отходов практически любых типов. Кроме того, рудники и шахты обычно располагаются вблизи транспортных и энергетических коммуникаций, в местах концентрации производителей промышленных отходов, поэтому их использование позволяет снизить транспортные затраты на перемещение отходов в хранилища.

Хранилища кавернового типа отличаются значительно меньшими размерами и пригодны для складирования сухих сыпучих или жидких отходов, транспортировка которых осуществляется с помощью пневмо- и гидротранспорта по трубопроводам.

Подготовка отходов к захоронению

До размещения отходов в хранилище необходимо стремиться перевести их из одного класса опасности в другой, менее опасный; из опасной группы в неопасную. Так, все промышленные отходы по возможности должны быть приведены в состояние, исключающее их взрывоопасность, самовозгорание, выделение из них ядовитых газов – как в изолированном состоянии, так и при взаимодействии с окружающим массивом горных пород.

Перевод отходов из одной подгруппы в другую необходимо производить на предприятиях в соответствии с имеющимся оборудованием и технологией. Для уменьшения объема отходов целесообразно предусматривать обезвоживание жидких, отверждение пас-

282

тообразных и прессование твердых промышленных отходов на предприятиях-отходоообразователях. Высвобождающуюся воду можно направить в технологический процесс. Отходы должны быть упакованы в соответствующую тару.

При малых объемах работ, а соответственно, и малом объеме отходов бывает технически и экономически нерационально обезвоживать и обезвреживать отходы на самом предприятии, выгоднее построить завод по обезвоживанию, обезвреживанию и прессованию отходов. Такой завод может быть построен на территории самого хранилища отходов.

Планировочные и конструктивные требования

кпроектированию хранилищ подземных отходов

Вобщем виде подземное хранилище представляет собой сложное сооружение, состоящее из наземного и подземного комплексов и соединяющих их выработок, предназначенных для доставки отходов в хранилище, проветривания и проведения необходимых наблюдений за состоянием выработок и самих отходов.

Подземные хранилища могут создаваться как самостоятельные предприятия или существовать совместно с горно-добывающи- ми предприятиями на его шахтном поле.

Наземные промышленные площадки подземных хранилищ отходов следует располагать в обособленных, свободных от застройки, открытых, хорошо проветриваемых незатопляемых местах с подветренной стороны (для ветров преобладающего направления по отношению к населенным пунктам) в соответствии с гидрогеологическими условиями на участках со слабофильтрующими грунтами.

При размещении хранилища на горно-добывающем предприятии промплощадка хранилища должна быть обособленной от промплощадки горно-добывающего предприятия. Пути доставки токсичных отходов к подземным сооружениям также должны быть обособлены.

При проектировании подземных хранилищ промышленных отходов необходимо предусмотреть раздельное складирование от-

283

ходов в зависимости от их физических свойств, вида упаковки и классов опасности (табл. 5.2). При складировании нескольких типов отходов может возникнуть необходимость в размещении каждого из них в отдельной камере (выработке), если они не совместимы друг с другом.

При проектировании подземных хранилищ промышленных отходов необходимо также предусмотреть:

обособленное проветривание участков хранения промышленных отходов с такими опасными свойствами, как взрывоопасность, самовозгораемость, выделение вредных газов;

возможность обособленной доставки к месту захоронения промышленных отходов I–II классов токсичности от нетоксичных;

способы изоляции или нейтрализации токсичных газов, выделяющихся при проливе отходов в процессе их доставки;

участок нейтрализации выделяющихся при хранении отходов токсичных газов, который должен быть расположен на исходящей вентиляционной струе;

284

защиту отходов от проникновения подземных и поверхностных вод;

изоляцию заполненных камер от доставочных выработок;

мониторинг за состоянием камер и емкостей, в которых находятся взрывоопасные и самовозгорающиеся отходы, а также отходы, выделяющие вредные газы.

В случае подземного захоронения взрывоопасных промышленных отходов (таких как органические перекиси, нитросоединения, хлораты и перхлораты щелочных металлов и др.) необходимо провести ряд дополнительных мероприятий по выбору места, проектированию, строительству и эксплуатации хранилищ, чтобы обеспечить безопасность размещения этих отходов. Эти мероприятия можно разделить на две группы: предотвращающие взрыв и защищающие среду от действия все же произошедшего взрыва.

К предотвращающим мероприятиям относятся: упаковка взрывоопасных промышленных отходов (ВПО) в соответствующую тару перед сдачей их на хранение или захоронение; освещение хранилища во взрывобезопасном исполнении; строительство хранилища в непроводящих или слабопроводящих сухих породах, на достаточном удалении от силовых кабелей и электроустановок; разработка правил безопасной погрузки-разгрузки и транспортировки отходов и т.п.

К защитным мероприятиям относятся: размещение хранилища в ненарушенном горном массиве, надежно изолирующем его от охраняемых объектов, водоносных горизонтов и дневной поверхности; размещение ВПО в отдельных изолированных камерах определенной емкости с достаточным расстоянием между камерами; устройство волногасящих демпфирующих тупиков напротив горловин камер размещения ВПО – подводящая выработка должна иметь не менее двух 90-градусных поворотов с волногасящими тупиками на каждом из них.

Эксплуатация подземных хранилищ промышленных отходов

Все работы, связанные с загрузкой, транспортировкой, выгрузкой и захоронением отходов, максимально механизируются. Для доставки жидких или полужидких (пастообразных) отходов

285

может быть использован трубопровод, предназначенный для доставки только этого вида отходов, либо гидротранспорт. Для доставки твердых отходов пригоден конвейерный, электровозный и автомобильный транспорт. При этом для доставки невзрывоопасных и не самовозгорающихся твердых и пылевидных нерастворимых в воде отходов можно использовать гидротранспорт – при условии их последующего обезвоживания перед заполнением камер или в процессе заполнения путем организации дренажа. Для доставки твердых и пылевидных растворимых в воде отходов, не обладающих вышеперечисленными опасными свойствами (взрывоопасность, самовозгораемость, выделение вредных газов), можно использовать пневмотранспорт. Спуск отходов под землю и их транспортировка должны производиться только по тем горным выработкам, по которым исключается движение персонала, техники и грузов, а также подача чистого и выдача отработанного воздуха.

Взрывоопасные, самовозгорающиеся отходы, а также отходы, выделяющие вредные газы, должны быть герметизированы; контейнеры для их транспортировки должны быть оборудованы приспособлениями для дистанционной выгрузки отходов в камеры. Для уменьшения запыленности камер хранилища при работе с пылевидными непакетированными отходами необходимо увлажнение их на всех этапах – при погрузке, транспортировке, выгрузке, разравнивании. Более предпочтительным вариантом является герметичная упаковка пылевидных отходов.

Для исключения загрязнения воздушной среды и загазованности выработок хранилища своевременно, в соответствии с проектом, производится изоляция заполненных отходами камер. Режим вентиляции и очистки исходящей вентиляционной струи должен обеспечивать соблюдения санитарных требований [44].

286

6.ОСОБЕННОСТИ ОБРАЩЕНИЯ

СОТДЕЛЬНЫМИ ГРУППАМИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

6.1.Управление отходами горной промышленности

Впроцессе производства горной продукции попутно извлекается значительное количество неиспользуемой минеральной массы.

Так, по данным ЮНЕСКО, в мире ежегодно извлекают из

недр более 120 млрд т руд, горючих ископаемых, другого сырья (20 т сырья на каждого жителя планеты). По масштабам извлекаемого и перерабатываемого сырья хозяйственная деятельность человека превзошла вулканическую (10 млрд т в год) и размыв суши всеми реками мира (25 млрд т в год) [9].

Но из огромных объемов добываемого в мире минерального сырья используется лишь 5–10 % (по другим оценкам – 1–2 %). Остальное количество представляет собой отходы горно-добывающего

игорно-перерабатывающего производств, или так называемые техногенные образования. Они представлены отвалами некондиционных полезных ископаемых, вскрышных и вмещающих пород, отходами обогатительного (хвосты, шламы), металлургического, энергетического и других производств. Уровень использования минерального сырья техногенных образований продолжает оставаться крайне низким. На рис. 6.1 приведена схема комбинированного гравитационного обогащения угля с использованием тяжелой суспензии для крупного класса и отсадки – для мелкого.

Остающиеся после добычи или переработки полезных ископаемых отходы принято складировать в специальные хранилища, которые бывают двух основных видов – хранилища отходов добычи

ипереработки полезных ископаемых. Эти два вида отходохранилищ отличаются тем, что слагающая их горная масса имеет разный минералогический и гранулометрический состав.

Отходы добычи, как правило, представляют собой вскрышные породы, средняя крупность частиц которых составляет десятки

287

сантиметров. Содержание полезных компонентов в них низкое, поэтому с точки зрения использования они представляют интерес преимущественно как сырье для производства строительных материалов. Хранятся они в открытых насыпях различной формы (пирамидальная, коническая и т.д.).

Рис. 6.1. Принципиальная схема гравитационного обогащения угля отсадкой из тяжелой суспензии [45]

Отходы переработки полезных ископаемых имеют среднюю крупность частиц от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Поскольку они образуются в результате передела специальной добываемой минеральной массы, они могут включать в себя побочные полезные компоненты в достаточных для промышленного использования количествах. Так называемые «хвосты» могут быть «мокрыми» (содержащими большое количество воды) и «сухими». Сухие хвосты складируются аналогично отходам добычи. Для мокрых же, в целях снижения занимаемых ими площадей, создают оградительные дамбы, предотвращающие их растекание по поверхности земли. Располагают их обычно в долинах рек или ручьев. Со временем вода из хвостохранилищ уходит вследствие фильтрации через их дно.

288

Хранилища твердых минеральных отходов оказывают отрицательное влияние на состояние окружающей среды. Их размещение служит причиной загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и подземных водоемов. Причем нередко загрязняющие вещества обладают токсичными или радиоактивными свойствами. Твердые отходы горного производства занимают значительные территории, не позволяя тем самым использовать потенциально полезные для общества земли. Таким образом, по количеству и ущербу, наносимому окружающей среде, твердые отходы горных предприятий значительно превосходят другие виды.

Основными направлениями обращения с отходами горной промышленности являются:

1.Рекультивация отвалов и хвостохранилищ.

2.Закладка отходами выработанного пространства.

3.Использование обедненного техногенного сырья.

4.Доизвлечение присутствующих в отходах полезных компо-

нентов.

1.Рекультивация земель, нарушенных отвалами и хвостохранилищами, включает такие стандартные операции, как выравнивание измененного ландшафта, нанесение на поверхность плодородного слоя, насаждение растительности и т.д. Основной целью этих мероприятий является частичный или полный возврат изъятых ранее земель; поверхности рекультивированных отходохранилищ

можно использовать для различных насаждений, строительства

ит.д. в зависимости от степени восстановления территории.

2.Закладка выработанного пространства – наиболее естественный путь ликвидации скоплений непригодных для промышленного использования горных пород. Кроме того, он способствует снижению затрат на рекультивацию нарушенных горными предприятиями земель. Наибольшая часть отходов горной промышленности и в настоящее время применяется при засыпке карьеров, разрезов и выработок.

3.Обедненное техногенное сырье, ввиду многообразия своего состава и свойств, может быть использовано в самых разных отрас-

289

лях промышленности. Данный способ позволяет ликвидировать значительные объемы минеральных отходов, при этом получается дополнительная прибыль [46].

Скальные породы вскрыши после дробления и классификации по крупности применяются в качестве балласта при сооружении автомобильных и железных дорог, а также для производства строительного щебня и песка [24]. Так, на Стойленском и Оленегорском ГОКах скальные вскрышные породы полностью используются для производства щебня; на некоторых предприятиях налажено производство кирпича, керамической плитки и ряда других строительных материалов из отходов обогащения [46]. Рыхлые вскрышные породы находят применение в производстве керамзита, цемента, керамических изделий, известковой муки и других материалов.

Хвосты сухой магнитной сепарации (фракция 10–15 мм) пригодны для использования в качестве щебня, более мелкозернистые фракции – в качестве песка для штукатурных и кладочных растворов, для производства бетонов, асфальтобетонов, силикатного кирпича, а тонкодисперсная фракция – для получения других силикатных материалов.

Отходы от добычи и обогащения угля могут быть использованы в производстве вяжущих, наполнителей для производства бетона, строительной керамики, огнеупорных и абразивных материалов, тепло- и звукоизоляционных материалов (стекловата, керамзит).

Указывается, что в производстве различных строительных материалов возможна утилизация до 30 % извлекаемых из недр вскрышных и вмещающих пород, а также отходов обогащения, однако фактическое их использование не превышает 4 %. Вместе с тем полное использование горных отходов в этих целях невозможно и экономически нецелесообразно, так как масштабы их утилизации из-за низкой транспортабельности определяются потребностями местной промышленности [24].

Углесодержащие отходы, богатые органическими соединениями, используются в качестве минеральных удобрений и для

290