Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИРОДООХРАННЫХ РАБОТ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
МОСКВА – 1992
УДК 504.06:622.333.338.242
В. С. Малышенко, Ю. В. Каплунов (Министерство топлива и энергетики России), А. П. Красавин, А. А. Харионовский (ВНИИОСуголь) Совершенствование природоохранных работ в угольной промышленности: Обзор/ЦНИЭИуголь. — М., 1992.
Работа предприятий угольной промышленности сопровождается загрязнением окружающей среды. Величина и масштабы этого воздействия различны и зависят от степени совершенства природоохранных работ, выполняемых в конкретных производственно-технических условиях угольных регионов.
При этом большое значение имеют проводимые в отрасли работы по созданию и внедрению перспективных технологических процессов добычи и переработки угля и сланца, так как они обеспечивают комплексное использование природных ресурсов и охрану окружающей среды. Разработаны прогрессивные технические и технологические решения по защите водных ресурсов, атмосферного воздуха и почв от загрязнений отходами производства, методы и средства метрологического обеспечения и контроля качества окружающей среды. Проведены исследования, подтверждающие перспективность и эффективность применения малоотходных и безотходных технологий в угольной промышленности.
В условиях перехода к платному природопользованию и рыночным отношениям во всех сферах производственно-хозяйственной деятельности угледобывающих предприятий, а также более активного вовлечения экономики нашей страны в мировое хозяйство возрастает настоятельная потребность в усовершенствовании экологического механизма охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, а также в развитии международного сотрудничества в этой области, что должно найти отражение в практической деятельности предприятий и организаций угольной промышленности на ближайшую перспективу.
Обзор предназначен для работников производственных объединений, научно-исследовательских и проектных организаций угольной промышленности и смежных отраслей народного хозяйства.
КС: окружающая среда, очистка сточных вод, рекультивация земель, охрана атмосферы, утилизация углеотходов, приборы контроля, экологическая безопасность.
© ЦНИЭИуголь, 1992
ВВЕДЕНИЕ
Среди многих жизненно важных проблем, волнующих современное человечество, одно из первых мест по своему значению принадлежит проблеме сохранения окружающей среды с ее сложным механизмом самовосстановления и саморегулирования, сложившимся за длительный период существования нашей планеты. Актуальность проблемы обусловливается тем, что по мере углубления научно-технического прогресса и расширения масштабов индустриализации возрастает степень совокупного воздействия промышленных производств на все элементы биосферы, вызывая их нежелательные качественные и количественные изменения. Все это создает экологическую напряженность в индустриально развитых регионах, заметно ухудшает условия обитания людей, животных и растений.
Вопросам охраны природы уделяется внимание, они являются неотъемлемой частью государственной политики и имеют правовую основу.
Формированию и укреплению экологического правопорядка и обеспечению экологической безопасности на территории Российской Федерации призван способствовать закон «Об охране окружающей природной среды» в комплексе с мерами организационного, правового и экономического воздействия.
При осуществлении хозяйственной, управленческой и иной деятельности, оказывающей отрицательное воздействие на состояние окружающей среды, субъекты природопользования обязаны руководствоваться принципами, основными из которых являются приоритет охраны жизни и здоровья человека, обеспечение благоприятных экологических условий жизни, труда и отдыха населения; научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов общества; рациональное использование природных ресурсов, необходимость их воспроизводства и недопущения необратимых отрицательных последствий для природной среды и здоровья человека; соблюдение требований природоохранительного законодательства с неотвратимостью ответственности за их нарушения; гласность в области экологии, а также совместная с общественностью и населением работа в решении природоохранных задач.
В качестве основных конструктивных подходов к реализации экологической стратегии горнодобывающего комплекса на современном этапе научно-технического прогресса приняты повышение эффективности мер по охране природы, широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, развитие комбинированных производств, обеспечивающих наиболее полное и комплексное использование природных ресурсов, сырья и материалов, исключающих или существенно снижающих отрицательное воздействие на окружающую среду. В полной мере это относится к угольной промышленности, являющейся одной из экологически сложных базовых отраслей народного хозяйства.
Практика показывает, что широкомасштабное развитие угольной промышленности и сосредоточение ее предприятий (шахт, разрезов, обогатительных фабрик) в крупных территориально-производственных и угольных регионах, таких как Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс (КАТЭК), Экибастузский топливно-энергетический комплекс (ЭТЭК), Южно-Якутский угольный комплекс (ЮЯУК) и др., сопровождается многосторонним воздействием технологических процессов добычи и переработки угля и сланца на компоненты окружающей природной среды. Как правило, это воздействие носит негативный характер и применительно к специфике угольных регионов проявляется в загрязнении водных источников, атмосферного воздуха и почвы твердыми, жидкими и пылегазообразными отходами производства в количествах, зачастую превышающих предельное допустимые концентрации. Все это нарушает экологическую сбалансированность окружающей среды в районах добычи и переработки угля и сланца и вызывает необходимость проведения специальных природоохранных мероприятий практически на каждом промышленном предприятии с учетом природно-климатических и производственно-технических условий.
Основой экологической политики в угольной промышленности является комплексный подход к решению актуальных проблем защиты окружающей среды от вредного воздействия действующих, реконструируемых и строящихся предприятий на основе единой научно-технической политики и соблюдения действующих законодательных актов по охране природы и рациональному использованию ее ресурсов. В этих целях в отрасли создана и успешно функционирует система управления охраной природы разного уровня — от промышленных предприятий до Комитета угольной промышленности, включая специализированный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт (ВНИИОСуголь, г. Пермь), инженерные службы и производственные подразделения по охране природы в угольных регионах, централизованное планирование и прогнозирование по всем видам природоохранной деятельности, метрологическое обеспечение и контроль качества окружающей среды. В целом эта система соответствует современным требованиям и отличается хорошей сбалансированностью в Функциональном отношении, что способствует проведению целенаправленной работы по оздоровлению экологической обстановки в районах размещения предприятий угольной промышленности.
Природоохранная деятельность в угольной промышленности —
это совокупность научно обоснованных организационно-технических мероприятий, практическая реализация которых в рамках отдельных предприятий или региона в целом обеспечивает достижение установленных экологических норм и нормативов непосредственно в процессе производства. Главное внимание в этих мероприятиях направлено на оптимизацию организационных структур управления охраной природы, сокращение количества сбрасываемых неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод, перевод на нормируемое водопотребление и замкнутые бессточные системы водообеспечения, ликвидацию мелких промышленных и коммунально-бытовых котельных, оснащение источников выбросов вредных веществ в атмосферу высокоэффективным пылегазоулавливающим оборудованием, увеличение темпов и качества работ по рекультивации нарушенных земель, тушение и озеленение породных отвалов шахт и обогатительных фабрик, а в последние годы — создание и внедрение экологически безопасных технологических процессов добычи и переработки угля и сланца с максимальной утилизацией отходов.
К настоящему времени в угольной промышленности накоплен определенный положительный опыт по защите окружающей среды от техногенных загрязнений. В широких масштабах ведутся в этом направлении поисковые и экспериментальные работы, результаты которых успешно используются при проектировании, строительстве и эксплуатации угольных предприятий. Поэтому обобщение и систематизация передового производственного опыта, имеющихся научных достижений и их внедрение будут способствовать дальнейшему совершенствованию технологии и организации природоохранных работ при добыче и переработке твердых горючих ископаемых.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Хозяйственная деятельность людей достигла таких масштабов, при которых многие проблемы переросли национальные границы и стали глобальными. В первую очередь это относится к сохранению окружающей природной среды. Сбросы (выбросы) в водоемы, атмосферу и поступления в почву различных техногенных химических соединений в десятки раз превосходят естественное загрязнение веществами при выветривании горных пород и вулканической деятельности. Ежегодно из недр Земли извлекается свыше 100 млрд. т горных пород (что более чем в 3 раза превышает количество твердых веществ, участвующих в естественном круговороте), выплавляется 800 млн. т различных металлов, производится более 60 млн. т неизвестных в природе синтетических материалов, перемещается при перепашке полей, строительных и взрывных работах свыше 4 тыс. км3 почв и грунтов, рассеивается на полях более 500 млн. т минеральных удобрений и примерно 3 млн. т различных ядохимикатов, треть которых смывается поверхностными стоками в водоемы и задерживается в атмосфере (при рассеивании с самолетов).
Скорость антропогенного разрушения верхних слоев литосферы превышает естественную в тысячи раз. Площадь пустынь антропогенного происхождения достигла 9,1 млн. км2, или 6,7% всей суши. Это приблизительно одна пятая часть естественных пустынь мира.
В год на каждого жителя Земли приходится более 30 т промышленных и других отходов. Для ирригации, промышленного производства, бытового снабжения используется более 13% речного стока. Ежегодно в водоемы сбрасывается более 500 млрд. м3 промышленных и коммунальных стоков. В результате сжигания топлива в атмосферу ежегодно поступает более 20 млрд. т диоксида углерода, свыше 200 млн. т оксидов серы и азота и до 700 млн. т других газообразных соединений и твердых частиц. Избыток серы в окружающей среде становится серьезной проблемой. В настоящее время техногенное поступление серы в 7 раз превышает таковое при естественных природных процессах.
Степень воздействия различных видов промышленного производства на отдельные элементы биосферы неодинакова. Сопоставление основных направлений промышленной деятельности человека по их влиянию на окружающую среду представлено в табл. 1.
Особенно сильное воздействие на окружающую среду оказывают горнодобывающие отрасли промышленности, а также нефтехимическая, металлургическая и топливно-энергетическая.
Если в ближайшие десятилетия объем сточных вод будет продолжать расти теми же темпами, то в начале следующего тысячелетия на Земле произойдет глобальное загрязнение поверхностных и подземных вод - к такому выводу приходят сегодня многие эксперты. Всего 0,5% общего объема (1,36* 109 км3) имеющихся на Земле вод — пресные. Но для практического использования пригодно лишь 39 тыс. км3. Считается, что население нашей планеты ежегодно потребляет 600 км3 пресной воды (1,5% речного стока), а сбрасывает 450 км3 отработанных
вод, которые, чтобы понизить до безопасного уровня концентрацию внесенных в них вредных веществ необходимо разбавить. А для этого требуется около 6000 км3 чистой воды, т. е. 15% всего речного стока.
Для получения 1 т угля затрачивается 2 м3; 1 т стали — 15— 20 м3; 1 т целлюлозы — 400—500 м3; 1 т синтетического волокна — 500 м3 воды.
Таким образом, огромные объемы воды расходуются в промышленности, еще больше — в сельском хозяйстве. Отсутствие необходимого количества чистой воды ограничивает развитие промышленности.
Воду экспортируют из Канады в США, из Швейцарии и Швеции в ФРГ. Ожидается, что к 2000 г. только 3 из 18 водных регионов, на которые разделена территория США, смогут удовлетворять свои хозяйственные потребности за счет собственных вод.
По прогнозам к 2000 г. человечеству понадобится уже до 10 тыс. км3 в год. При этом образуется столько сточных вод, что разбавить их не будет никакой возможности.
В цепи антропогенных изменений атмосфера не только начальное, но и наиболее уязвимое звено. Воздушные потоки нередко несут 1 целые шлейфы вредных соединений, распространяющихся на значительные расстояния. Более того, атмосфера испытывает прямое воздействие опасных реагентов, изменяющих ее свойства, что не может не сказаться на жизнеспособности биосферы. Современное поступление сернистого газа, например, оценивается порядка 180 млн. т в год, причем более 90% выбрасывается в Северном полушарии.
Мировые выбросы диоксида серы, обусловленные работой теплоэлектростанций, превышают 100 млн. т в год. Они подрывают здоровье людей, угнетают животный и растительный мир, ускоряют коррозию | и разрушение машин, механизмов и зданий. Основным методом очистки газов от кислого по своей природе диоксида серы является поглощение (связывание) широко распространенным природным щелочным материалом — известняком и продуктом обжига известняка — известью. По типу аппарата процессы на основе известняка и извести называют скрубберными.
Как предусматривают международные соглашения, к 2003 г. количество диоксида серы, выбрасываемого в атмосферу тепловыми электростанциями Великобритании, должно составить лишь 60% уровня 1980 г. В связи с этим центральная комиссия по энергетике запланировала удвоить число новых установок для сероочистки топочных газов ТЭС. А это значит, что предстоит увеличить суммарную мощность электростанций, оборудованных подобными установками, с 6 до 12 тыс. МВт.
Инженерное общество Великобритании считает, что для достижения 40%-ного уменьшения количества диоксида серы, поступающего в воздушное пространство, необходимо охватить очистным оборудованием ТЭС общей мощностью не менее 29 тыс. МВт, т. е. практически все крупные электростанции страны, работающие на каменном угле. Эксперты Инженерного общества учитывают, что к концу нынешнего века вступят в строй все 5 запланированных атомных электростанций, а новые тепловые будут снабжены устройствами сероочистки. Кроме того, предусматривается, что за этот период общий рост потребления электроэнергии в стране будет составлять всего 1,5% в год вместо 1,7%, прогнозируемого центральной комиссией по энергетике (за последние 20 лет этот показатель достигал в среднем 2,1% в год).
Выбросы в атмосферу современного металлургического завода мощностью 6-10 млн. т стали в год загрязняют воздух в радиусе 8—10 км. Коксохимические заводы и железорудные комбинаты, перерабатывающие до 25 млн. т руды в год, оказывают вредное влияние на атмосферный воздух в зоне радиусом 3—6 км. Предприятия основной химии и азотнотуковой промышленности отравляют атмосферный воздух вредными веществами в радиусе 4—9 км, органического синтеза — 4 км, химических волокон — 15 км. Теплоэлектростанции мощностью до 2,4 МВт загрязняют своими выбросами воздух на площади, превышающей 100 км2. При нарушении технологии, отказе газопылеулавливающих установок или неблагоприятном погодном режиме концентрация загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы многократно возрастает.
Успешное решение проблем окружающей среды возможно лишь при объединении усилий всех стран для международного сотрудничества в этом вопросе. В настоящее время между государствами заключено более 140 соглашений по вопросам охраны природной среды; наша страна участвует в 55 из них. Важнейшая роль в межгосударственном взаимодействии по вопросам окружающей среды принадлежит
ООН и ее главному экологическому звену — Программе по окружающей среде (ЮНЕП). Создание этой программы послужило мощным стимулом для расширения природоохранных исследований и практических мероприятий. Сейчас в рамках системы ООН и в отдельных странах предпринимаются целенаправленные усилия, призванные активизировать решение проблем окружающей среды. Экологической проблематикой занимаются десятки межправительственных и неправительственных организаций. Все они в сочетании с сотнями национальных групп и движений создают солидный структурный механизм, на который должна опираться международная природоохранная работа.
В последние годы в стране принят ряд крупных целевых программ по отдельным регионам и природным объектам, проводится комплекс мероприятий, призванных оздоровить экологическую обстановку, которая весьма ощутимо сказывается и на экономике. Приходится выводить из эксплуатации многие десятки предприятий, реконструировать и перепрофилировать производства, наносящие вред окружающей среде и здоровью людей, принимать другие экстренные меры.
В результате принятых мер мощность систем оборотно-повторного водоснабжения предприятий возросла на 32 км3 и достигла 274 км3, что превышает среднегодовой сток Волги. Экономия свежей воды в промышленности за счет этого составила 72%. Среднегодовой ввод в действие водоочистных сооружений составил 5,7 млн. м3 суточной производительности. Выбросы вредных веществ в атмосферный воздух от стационарных источников в целом по стране уменьшены на 6 млн. т и составили около 62 млн. т в год. Достигнут прирост площади рекультивированных земель: площадь ежегодно восстанавливаемых земель в среднем составила 156 тыс. га.
На охрану природы и обеспечение рационального природопользования в СНГ отпускаются значительные средства, объем которых год от года увеличивается.
За последние десять лет в нашей стране на охрану природы было затрачено около 70 млрд. руб. Основная их часть израсходована на строительство очистных сооружений.
Анализ результатов природоохранной деятельности и состояния природной среды показывает, что существенных положительных изменений экологической обстановки в стране не произошло.
В общем объеме государственных капитальных вложений доля затрат на экологию составила 1,7% (в США — около 4%). Но при общем росте капитальных затрат освоение выделяемых средств улучшается незначительно.
За последние 5 лет в водоемы сброшено более 30 млн. т загрязняющих веществ, в том числе 15 млн. т хлоридов, 11 млн. т сульфатов, 1,75 млн. т органических и 2,09 млн. т взвешенных веществ, 23,5 тыс. т СПАВ, 57,5 тыс. т нефтепродуктов, 82 т пестицидов и др.
По объему сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы угольная промышленность среди других занимает восьмое место. Вместе со сточными водами предприятий отрасли в водоемы поступает около 160 тыс. т взвешенных веществ, 820 тыс. т сульфатов, 470 тыс. т соединений хлоридов, 34 тыс. т соединений железа, 300 т нефтепродуктов и др.
Самой водоемкой отраслью в стране является сельское хозяйство, на нужды которого забирается 61% общего водозабора. Предприятия энергетики занимают второе место после сельскохозяйственных организаций по объему использования воды. Водопотребление (без учета ГЭС) составляет более 55 млрд. м3 — пятую часть общего использования воды в стране. Экономия забора воды за счет водооборота составила 99 млрд м3, или 64% общего водопотребления отрасли.
В общем загрязнении атмосферы основная доля приходится на предприятия энергетики, черной и цветной металлургии. При выработке электроэнергии на тепловых электростанциях в атмосферу ежегодно выбрасывается 17 млн. т вредных веществ, что составляет четвертую часть их общего поступления в воздушный бассейн от стационарных источников.
Предприятия энергетики выбрасывают в атмосферный воздух 8,2 млн. т сернистого ангидрида (44% общего выброса этого соединения предприятиями страны) и 2,7 млн. т оксидов азота (59%). Борьба с загрязнением атмосферного воздуха этими соединениями на ТЭС осуществляется в основном за счет изменения структуры топлива. Объем потребления газа в последнее время возрос на 22%, а нефтяного топлива уменьшился на 10%. Основной причиной низкой эффективности очистного оборудования является его износ. Доля установок для охраны воздуха, эксплуатирующихся на ТЭС более 10 лет (при нормативном сроке службы от 8 до 12 лет), составляет 66% (в целом по стране - 50%).
На долю предприятий черной металлургии приходится около 17% всех выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Однако, несмотря на принимаемые меры, концентрации вредных веществ в атмосфере рунных металлургических центров превышают санитарные нормы и снижаются медленно.
Цветная металлургия по выбросам вредных веществ в атмосферу занимает третье место после черной металлургии. На долю ее предприятий приходится около 10% всех промышленных выбросов страны.
В балансе вредных выбросов отрасли основную долю занимает диоксид серы (более 75%). Степень улавливания вредных веществ из отходящих газов составляет по твердым веществам 97,7%, а по жидким и газообразным — 42,8%. Несмотря на то, что степень улавливания серы из отходящих металлургических газов составляет 44,2%, на долю предприятий отрасли приходится около 25% всех выбросов сернистого ангидрида по стране. Оснащенность стационарных источников пылегазоочистными установками составляет 62%, однако около 30% таких установок работает с низкой эффективностью.
Угольная промышленность по выбросам вредных веществ в атмосферный воздух среди других отраслей занимает шестое место. На ее предприятиях образуется 5,3 млн. т загрязняющих веществ, из которых улавливается 3,9 млн. т, или 73,6% (при 77,2% в целом по стране). В атмосферный воздух выбрасывается более 1,4 млн. т вредных веществ, из которых около 1 млн. т — газообразные (сернистый ангидрид, оксид углерода, диоксид азота, сероводород и др.).
По предприятиям, расположенным на территории России, выбросы после пылегазоочистки из-за неэффективности оборудования составляют более 4 млн. т (10% общих выбросов), в Казахстане – около 1 млн. т (18%), на Украине — 0,8 млн. т (7%), в Белоруссии, Эстонии и Грузии — по 0,8 млн. т (7; 10 и 10% соответственно).
Основной причиной неэффективной работы и неисправности оборудования является его износ. Большая часть установок эксплуатируется свыше нормативных сроков службы, составляющих 8—12 лет, на предприятиях энергетики (66%), черной металлургии (60%), нефтехимпрома (59%), цветной металлургии и стройматериалов (по 55%) Причинами недостаточной пылегазоочистки являются изменение технологических режимов работы очистных установок.
Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что одним из основных путей повышения эффективности действующего пылегазоочистного оборудования является строгое соблюдение технологической дисциплины и своевременная замена устаревшей аппаратуры на современную.
Состояние земельных ресурсов также вызывает большую тревогу. Повсеместно отмечается снижение естественного плодородия и деградация земель из-за эрозии, засоления и техногенной нагрузки. Значительные площади земель загрязняются отходами промышленного производства.
На расстоянии до 20 км прослеживаются высокие уровни содержания в почве веществ, выбрасываемых предприятиями цветной металлургии (свинца, кобальта, цинка, меди, ртути и др.). Вокруг предприятий черной металлургии почвы в значительной степени загрязнены марганцем, бензопиреном, ванадием, кадмием, кобальтом и др. Предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности загрязняют почву в основном нефтепродуктами (в радиусе до 1—2 км вокруг районов нефтедобычи и на глубину до 1—2 м). Кроме того, источником загрязнения почв являются золоотвалы предприятий энергетики. Так, неправильно эксплуатируемый золоотвал Экибастузской ГРЭС-1 вызывает значительное загрязнение золой пастбищ и посевов на территории между Экибастузом и Павлодаром.
Большие площади земель изымаются и подвергаются изменениям промышленными, бытовыми, сельскохозяйствеными и другими отходами, что приводит к снижению урожайности и ухудшению качества сельскохозяйственной продукции. Ежегодно для размещения отходов изымается в среднем 180—190 тыс. га сельскохозяйственных угодий, в том числе до 50 тыс. га пашни.
Возможности эффективной рекультивации земель в нашей стране и за рубежом определяются категорией пригодности пород и природных условий, а также выбранным направлением последующего использования восстанавливаемых земель: с нанесением на рекультивируемые площади потенциально плодородных почв (ППП) и плодородного слоя почвы (ПСП) в сочетании с минеральными удобрениями и без нанесения ПСП путем непосредственного использования ППП с химической мелиорацией (известкование, гипсование и др.).
Одной из важнейших отраслей народного хозяйства является горнодобывающая, которая занимает ведущее положение в сфере производства энергетического и минерального сырья для удовлетворения постоянно растущих потребностей человеческого общества в разнообразных полезных ископаемых.
Главными производителями минеральных ресурсов мира являются СНГ и США, на долю которых приходится соответственно 27—28%
и 22-24% всего мирового производства минеральных ресурсов. Ведущее положение по производству минеральных ресурсов занимают также Канада, КНР, Германия, Великобритания, Франция, Польша, Австралия и др.
Особенностью развития горнодобывающего производства является
высокая эффективность использования минерального сырья при производстве из него разнообразных продуктов. Занимая в валовом национальном продукте в среднем около 3,5—5%, горнодобывающая промышленность дает сырье, при переработке которого получается готовая продукция, составляющая в валовом национальном продукте уже около 25-27 %, т. е. эффективность использования сырья при получении из него готовой продукции превышает затраты на его добычу в 5—6 раз. Начиная с 1975 г. удельный вес горной продукции в валовом национальном продукте стал занимать первое место после сельскохозяйственного производства.
При сложившихся темпах роста мирового производства минеральных ресурсов удвоение его объема происходит через 15 лет, а в нашей стране каждые 10 лет.
Если в 1968 г. на каждого жителя нашей планеты приходилось 20 т различных полезных ископаемых и пород, добываемых из недр земли, то теперь уже приходится более 30 т. Из добываемого сырья только 2—3% превращается в полезную продукцию, а 97—98% возвращаются в виде отходов. По прогнозам до конца XX столетия рост объемов добычи полезных ископаемых достигнет 450—500 млрд. т/год. Ежегодное увеличение объемов добычи минеральных ресурсов свидетельствует о приоритетном положении горного производства по отношению к другим видам экономической деятельности.
Ежегодно затраты на добычу 1 т полезного ископаемого увеличиваются. Если в начале 60-х годов на 1 т сырья приходилось 2 руб. капитальных вложений, в 70-х годах — 3 руб., то в настоящее время это показатель составляет 6—8 руб.
Освоение новых месторождений (бассейнов) позволяет решающим образом влиять на формирование инфраструктуры и на все видь производственной деятельности в регионе.
Начиная с 60-х годов в мире на базе освоения месторождений стали создаваться индустриальные гиганты с законченным циклом производства — получением готового продукта.
В настоящее время ведущее место в мировом производстве минерального сырья занимает открытый способ добычи полезных ископаемых. Этим способом добывается свыше 75% всего мирового производства минеральных ресурсов, в том числе при добыче угля 50%, руд черных металлов 85%, строительных материалов — около 100%. Именно опережающее развитие этого способа позволило увеличить мировую добычу полезных ископаемых во второй половине XX века.
В последние годы для оценки способа добычи минерального сыры наряду с экономическими показателями используется коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр. В зависимости от способов и систем разработки, ценности сырья, горно-геологических условий, балансовые потери в горнодобывающей промышленности изменяются от 2—3% до 40—50%. В угольной промышленности потери находятся на уровне 13,6% (1984 г.), в том числе при подземном способе 18,8%, при открытом способе — 6%. На горных предприятиях цветной металлургии потери руды составляют 7—8 %, в том числе на карьерах около 30%, на рудниках — 17—18%.
Аналогичные закономерности наблюдаются и в других горнодобывающих отраслях, т. е. при открытом способе добычи полезного ископаемого потери в недрах в 3—6 раз меньше, чем при подземном.
Необходимо также отметить еще одно преимущество открытого способа добычи полезных ископаемых как комфортность труда и его безопасность. Известно, что профессия шахтера — одна из самых oпacных. Причем частота и тяжесть несчастных случаев на шахтах в 3—5 раз выше, чем на разрезах. 80% несчастных случаев с летальным исходом приходится на подземный способ добычи и только 2,8% — на открытый.
На современном этапе научно-технического прогресса в связи с бурным развитием промышленности наряду с рациональным использованием природных ресурсов охрана природы становится одной из важнейших задач общества. В основе нарушения экологии окружающей среды при ведении любых технологических процессов горного производства лежат прежде всего процессы нарушения земли, загрязнения воздуха и вод отходами производства. По расчетам общая площадь земель, нарушенных в стране при добыче твердого минерального сырья, превышает 2 млн. га.
Основная доля нарушаемых земель (до 90%) приходится на горные выработки, внешние породные отвалы, хвосто- и шламохранилища. В среднем при добыче 1 млн. т угля нарушается от 3 до 43 га, железной руды — от 14 до 600 га, марганцевой руды — от 76 до 600 га, известняка — от 60 до 120 га, фосфоритов — от 22 до 77 га. При добыче 1 млн т угля подземным способом нарушается около 7 га, открытым способом около 20 га.
В ПО «Кемеровоуголь» самая высокая в отрасли землеемкость добычи угля, составляющая 21,2 га на 1 млн. т добытого угля, а землеемкость внешних отвалов 25,3 га. Это обусловлено высоким эксплуатационным коэффициентом вскрыши (более 8 м3/т), который является самым высоким в угольной промышленности. Кроме того, более 80% объема вскрышных пород складируется на внешних отвалах, что
связано с отчуждением больших площадей земельных угодий.
Эколого-экономическая оценка открытого и подземного способа добычи угля и сланца показывает, что открытые горные работы, имея в 3-7 раз более высокую производительность труда в связи с возможностью применения мощной горнотранспортной техники, в 2—3 раза меньшую себестоимость добычи твердого топлива, требуя меньших капитальных вложений и обеспечивая большую полноту извлечения промышленных запасов при более безопасных условиях труда горнорабочих, остаются более землеемким производством. В то же время подземный способ добычи приводит к более значительным загрязнениям водного и воздушного бассейнов, а также потерям угля и сланца в недрах. В угольной промышленности из общего объема техногенных загрязнений на долю разрезов Кузбасса приходится лишь 27,3% сброса вредных веществ в водоемы, около 23% выбросов пыли и газов в атмосферу, 21 % потерь угля в недрах и 71 % площади нарушаемых земель, что свидетельствует об экологической предпочтительности открытого способа добычи угля перед подземным в данном регионе.
По прогнозам на разрезах КАТЭКа при высокой эффективности добычи угля будет достигнута самая низкая в отрасли землеемкость горных работ (1,6—5,8 га) (табл. 2).
При добыче полезных ископаемых не только изымаются значительные площади земель для размещения разрезов и шахт, промышленных площадок, породных отвалов, хвостохранилищ и т. д., но еще возникают очаги эрозии, источники загрязнения прилегающих территорий, водных ресурсов, а также атмосферы газами и пылью.
Физическое нарушение почв связано с изменением ландшафта и деформацией поверхности под влиянием горных работ. В связи с развитием горных работ меняются природные пейзажи и создаются техногенные рельефы, характерные, например, для Донбасса, Кривого Рога, КМА, Урала и других регионов. Нарушение сплошности массива горных пород и поверхности, наличие крупных трещин, просадок, а также проведение водоотлива приводят к снижению продуктивности окружающих площадей. Продуктивность почв снижается также и за счет загрязнения их горными породами в процессе подготовки их к выемке, транспортирования и складирования. Эрозионные процессы на отвалах протекают в 2—4 раза интенсивнее, чем на ненарушенных землях. При взрыве 500—700 т ВВ объем пылегазового облака достигает 15—20 млн. м3 и рассеивает от 200 до 500 т пыли размером менее 1,5 мк в радиусе 2—4 км.
Горные предприятия потребляют для собственных нужд сравнительно небольшое количество воды. Объемы потребления воды горными предприятиями несравнимы с теми огромными массами вод, которые откачиваются из карьеров и рудников. Ежегодно угольная промышленность откачивает из недр земли свыше 1,5 млн. м3 воды на каждый миллион тонн добытого угля. Эта вода превосходит по насыщенности минеральными солями техническую, что исключает непосредственное ее использование без предварительной очистки и нейтрализации даже в технологических целях.
В горном деле проблема откачки подземных вод рассматривается с точки зрения осушения и наносимый при этом окружающей среде ущерб не учитывается. На Курской магнитной аномалии, где горными работами нарушено около 30. тыс. га, площадь осушения составляет около 100 тыс. га. В зоне осушения урожайность различных сельскохозяйственных культур снизилась на 20—40%.
Горные предприятия с традиционными способами разработки загрязняют атмосферу как в зависимости от геологических и климатических условий, так и от спецификации самого горного производства. В целом по отрасли при добыче 1 млн. т угля выделяется в атмосферу порядка 7 млн. м3 вредных выбросов. Основными источниками загрязнения атмосферы на горных предприятиях являются взрывные работы, машины и механизмы с дизельным приводом, пожары и газовыделения на шахтах и терриконах. Ежегодно в атмосферу попадает около 90 млн. т метана при разработке угольных месторождений открытым или подземным способом. В мире от производства взрывных работ на горных предприятиях выделяется около 8 млн. т газов в год. Если основные компоненты газов взрыва инертны, то газ, выделяемый машинами и механизмами с дизельным приводом, приводит к глобальному загрязнению атмосферы вредными компонентами, опасными для флоры и фауны.
Основные данные, характеризующие степень техногенного воздействия предприятий угольной промышленности СНГ на окружающую среду в 1975—1990 гг., приведены в табл. 3; 4. Фактический уровень техногенного воздействия угольных предприятий на окружающую среду по основным бассейнам страны за 1989 г. дан в табл. 5.
Из анализа табл. 4 видно, что суммарные техногенные нагрузки предприятий угольной промышленности на окружающую среду довольно значительны и имеют тенденцию к дальнейшему росту. При этом экологические последствия производственной деятельности в каждом регионе зависят от его специфики и проявляются в различных сочетаниях негативных изменений окружающей среды. Наиболее крупные наблюдаются в Донецком, Кузнецком, Карагандинском и Печорском бассейнах, что связано в обширным нарушением горными работами геологического строения недр и природных ландшафтов, а также активным влиянием их на все элементы биосферы.
В укрупненном плане типизация техногенного воздействия предприятий угольной промышленности на окружающую среду представлена в табл. 6. В качестве отличительных признаков для типизации приняты базовые показатели, характеризующие в совокупности отрицательное влияние горных производств на экологическую обстановку их размещения. Фактические значения выбранных показателей получены в результате проведения натурных наблюдений в Донецком, Днепровском, Канско-Ачинском, Кузнецком, Кизеловском, Подмосковном и ряде других угольных регионов страны и анализа статистических данных по наиболее представительным предприятиям угольной промышленности. Показатели сгруппированы по типам техногенного воздействия и способам разработки, даны также их условные обозначения и расчетные формулы, что облегчает их использование в практических целях.
Исходя из количественных значений выбранных показателей выведены три типа воздействия предприятий угольной промышленности на окружающую среду: I — слабое; II — среднее (умеренное); III — Первый тип воздействия характеризуется незначительными изменениями окружающей среды и не вызывает необходимости применения специальных защитных мероприятий. При умеренном воздействии влияние угледобывающих предприятий на окружающую среду более существенное, но оно устранимо при проведении специальных защитных мероприятий (рекультивация земель, озеленение терриконов, очистка стоков и др.). При сильном воздействии происходят весьма существенные (критические) изменения окружающей среды, требующие для своего устранения выполнения целого комплекса защитных и восстановительных мероприятий.
Анализ показывает, что для предприятий угольной промышленности характерны II и III типы техногенных воздействий на окружающую среду, на долю которых приходится около 90% всего количества учитываемых показателей.
В целом современный уровень экономических знаний не позволяет объективно оценить в полном объеме экологические нарушения природы при добыче полезных ископаемых.
Экстенсивный путь развития добычи полезных ископаемых СНГ, относительная доступность и дешевизна природных ресурсов часто приводят к экономически необоснованным нарушениям экологии горнодобывающего региона. В течение длительного периода времени проблеме экологии хотя и уделялось определенное внимание, но все же несравнимо меньшее, чем проблеме добычи полезных ископаемых Гигантские масштабы горного производства, создание индустриальных гигантов, ТЭКов могут привести к глобальным нарушениям установившихся веками равновесных связей в природе.
Узковедомственный подход в решении вопросов рационального использования минеральных ресурсов препятствует межотраслевой кооперации и своевременному строительству объектов межотраслевого назначения, обеспечивающих комплексное освоение месторождений полезных ископаемых и добытого минерального сырья.
За счет рационального и комплексного освоения месторождений полезных ископаемых на основе внедрения достижений научно-технического прогресса имеется возможность увеличить годовой объем производства товарной продукции, добиться снижения ее себестоимости на 10—20% и удельных капитальных вложений на 30—50% при сокращении объема добычи горной массы из недр на 15—20%.
В целом следует отметить, что экстенсивное природопользование, преобладающее в хозяйственной деятельности страны многие годы, привело к значительному снижению количества и качества природных ресурсов, ухудшению системы природопользования. Избыточные материало- и энергоемкость производства обуславливают крупные масштабы добычи полезных ископаемых, их переработки и сжигания, что порождает значительные объемы отвалов пустой породы, золы и шлаков, вредных выбросов и сбросов в атмосферу и воду.
Одной из принципиальных особенностей современного этапа охраны природы является ориентация на структурную перестройку народного хозяйства. Речь идет о снижении доли загрязняющих природо- и энергоемких производств и увеличении доли ресурсосберегающих и безотходных технологий в общем объеме производства.
ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Одним из отрицательных последствий влияния угледобывающих предприятий на окружающую среду является загрязнение поверхностных водоемов в результате сброса шахтных и карьерных вод.
Объем потребляемой воды для нужд отрасли составлял в среднем в 1975-1990 гг. 1150 млн. м3 в год. В 1990 г. использовано 1166 млн. м3 воды, что на 30 млн. м3 меньше лимитного объема. Из 5,8 млрд. м3
использованной за 1986—1990 гг. воды основная доля приходится на
районы с напряженным водохозяйственным балансом (табл. 7).
В отрасли ведется целенаправленная работа по увеличению объемов оборотно-используемой воды, возросших с 900 млн. м3 в 1975 г. до 1360 в 1980 г. и 2300 млн. м3 в 1990 г. Коэффициент водооборота составил соответственно 0,55; 0,71 и 0,82.
Снижение водопотребления намечается за счет экономии расхода воды на производственные и хозяйственно-бытовые нужды.
С целью экономии свежей воды на производственные нужды проводится работа по увеличению использования шахтных и карьерных вод. В 1990 г. использовано попутно забираемой воды 255,5 млн. м3, что составило 50,4% к объему производственного водопотребления (против 32% в 1975 г.).
В настоящее время на более 90% шахт, разрезов, обогатительных фабрик действуют сооружения для очистки сточных вод. На предприятиях отрасли, в шахтерских городах и поселках функционируют 1180 водоочистных сооружений общей мощностью около 2,6 млрд. м3 в год.
Основными проблемами в области охраны водных ресурсов являются: предотвращение понижения уровня подземных и грунтовых вод, их истощения и загрязнения, обезвоживания почв на прилегающих к шахтным и карьерным полям территориях; сокращение притоков воды в подземные и открытые горные выработки и выработанное пространство, уменьшение степени загрязнения дренажных, шахтных и карьерных вод; эффективная очистка дренажных, шахтных и карьерных вод от загрязнений и вредных примесей до экологически безопасных уровней, максимальное использование их на производственные нужды промышленных предприятий и в сельском хозяйстве.
Для предотвращения истощения запасов подземных вод при добыче угля разработан комплекс организационных, технологических и технических мероприятий, наиболее эффективными из которых являются при подземном способе добычи — ведение очистных работ с минимальным нарушением покрывающей толщи пород, применение полной или частичной закладки выработанного пространства, использование рациональных схем осушения в увязке с горными работами, применение специальных методов закрепления стенок горных выработок; при открытом способе добычи — преимущественное использование поверхностного способа осушения (водопонижающими скважинами) вместо подземного (дренажными выработками), сосредоточение поверхностного дренажа в прибортовых зонах разрезов, сооружение противофильтрационных завес и гидрозавес. Однако широкому использованию этих мероприятий препятствуют в большинстве случаев высокие затраты на их осуществление. В связи с этим актуальной задачей остается изыскание путей снижения их стоимости за счет разработки новых и совершенствования известных технологических приемов и технических средств.
Осуществление мероприятий по предотвращению истощения запасов подземных вод позволяет одновременно решать вторую задачу снижать поступление их в горные выработки, и следовательно, затраты на их сбор, выдачу на поверхность и очистку от загрязнений. С учетом конкретных гидрогеологических и горнотехнических условий угольных предприятий могут применяться и другие мероприятия, позволяющие сократить притоки и степень загрязнения шахтных и карьерных вод, в том числе более интенсивная отработка запасов угля на
обособленных участках с последующей мокрой их консервацией, засыпка провалов, выравнивание поверхности земли и отвод поверхностных вод, разделение в шахте незагрязненных и загрязненных шахтных вод и раздельная откачка их на поверхность и др. Совершенствование известных и разработка новых решений с учетом конкретных условий является направлением природоохранной деятельности и может дать ощутимый экономический эффект.
Основной проблемой является деминерализация шахтных и карьерных вод с солесодержанием от 2 до 7 г/л. Требуются новые формы работы по обеспечению предприятий отрасли эффективным водоочистным оборудованием. Для широкого внедрения имеющихся базовых технологий и перспективных решений в отрасли организуется заводское изготовление компактного водоохранного оборудования на Кизеловском ремонтно-механическом заводе с целью его промышленного освоения и комплектной поставки предприятиям отрасли, что позволит в 1,5—2 раза сократить сроки строительства, на 30% снизить удельные капитальные вложения и в 1,5—1,7 раза стоимость очистки 1 м3 воды.
Анализ современного состояния и тенденций развития водоохранных работ в отрасли свидетельствует о том, что наиболее перспективным направлением их коренного совершенствования является создание компактного оборудования заводского изготовления, выполненного на базе модульных конструкций. Такое оборудование, максимально готовое к монтажу на месте применения, позволит перевести строительство очистных сооружений на индустриальную основу. Отраслевыми научно-исследовательскими организациями (ВНИИОСуголь, Донуги и др.) разработано несколько водоочистных аппаратов, которые могут серийно изготовляться на заводах отрасли.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Одним из загрязняющих компонентов шахтных вод являются взвешенные вещества. Это частицы угля и вмещающих пород, чаще всего глинистых. Соотношение угольных и глинистых частиц изменяется в широких пределах. Например, в карьерных водах ПО «Сахалинуголь» и «Северовостокуголь» зольность твердой фазы достигает 90%. Минимальная зольность осадков (6,4%) встречается в шахтных водах ПО «Донецкуголь». Исследованиями установлена зависимость между минерализацией воды и содержанием в ней глинистых частиц. С увеличением солесодержания глинистые частицы теряют агрегативную устойчивость, коагулируют и выпадают в осадок еще при движении по горным выработкам. Количество взвешенных веществ в воде различных шахт и разрезов изменяется в пределах от 30 до 20000 мг/дм3. Воды 53% предприятий содержат взвешенные вещества в количестве до 300 мг/дм3, 21 % — от 300 до 1000 мг/дм3, 9% предприятий откачивают грязные воды с концентрацией твердой фазы выше 1000 мг/дм3.
Способы очистки природных и сточных вод от взвешенных веществ разделяются на механические и физико-химические. Механические способы (отстаивание, фильтрование через тонкие перегородки и зернистую загрузку, разделение в поле центробежных сил) используются для удаления из воды грубодисперсных частиц. Для очистки воды от тонкодисперсных и коллоидных частиц применяются физико-химические методы, основанные на предварительном снижении агрегативной устойчивости частиц путем реагентной обработки воды коагулянтами и флокулянтами с последующим разделением фаз отстаиванием,
фильтрованием и другими способами. Коагулянты снижают агрегативную устойчивость дисперсных частиц вследствие уменьшения заряда их поверхности, а флокулянты способствуют связыванию частиц в крупные агрегаты-хлопья.
В СНГ и за рубежом проводятся многочисленные научно-исследовательские работы по интенсификации известных процессов очистки воды и разработке новых способов, аппаратов и технологий. В нашей стране основные разработки по очистке природных и сточных вод выполняются ВНИИВОДГЕО, НИИКВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова, Московским, Горьковским, Ленинградским инженерно-строительными институтами. В частности, НИИ КВОВ разработаны компактные водоочистные установки из элементов высокой заводской готовности: модернизированная установка «Струя-М», в которой применены процесс
эжекционной рециркуляции для хлопьеобразования, диффузорный подвод воды при очистке мутных вод и несколько вариантов промывки; установка типа "Моноблок", в процессах хлопьеобразования и осветления которой использована «плавающая» загрузка. Эти установки компактны, могут применяться для очистки поверхностных вод с малой и средней мутностью и цветностью.
Завершаются испытания высокопроизводительных установок "Влага", в которых интенсифицированы процессы хлопьеобразования, осветления, фильтрования воды и уплотнения осадка. Эти установки в 5-8 раз компактнее типовых производительностью 1,6—5,0тыс. м3/сут. Замечается их серийное производство. Для предварительной очистки воды широкое применение находят тонкослойные отстойники, в которых процессы осаждения взвеси протекают в наклонных слоях небольшой глубины, не превышающей в зависимости от концентрации и гидравлической крупности частиц 0,03—0,2 м. ВНИИВОДГЕО проведен комплекс работ по созданию простой и надежной конструкции тонкослойных блоков, выбору материалов и способов их изготовления. Разработана конструкция тонкослойных блоков из полиэтиленовой пленки толщиной 150-200 мкм, свариваемой в сотовую конструкцию методом экструдированной присадки. Для изготовления таких блоков ЦНИИЭП инженерного оборудования разработан проект установки, позволяющей бригаде из двух человек сваривать в смену 20—25 м2 блоков. Установка смонтирована на водоочистных станциях, с ее помощью сварены тонкослойные сотоблоки, которые установлены в действующие и вновь построенные отстойники и осветлители. Преимущества тонкослойного осаждения реализуются только при комплексном подходе к улучшению работы сооружений в целом. Необходимым условием является интенсификация процессов хлопьеобразования путем использования зернистой контактной среды, например, из гранул пенопласта, и установки в камерах хлопьеобразования тонкослойных блоков, совершенствования систем удаления осадка и распределения поступающей воды.
Для предварительной очистки сточных вод от механических примесей достаточно широкое распространение получили открытые и напорные гидроциклоны. ВНИИВОДГЕО разработаны конструкции многоярусных гидроциклона-фильтра и гидроциклона-флотатора. Гидроциклон-фильтр диаметром 2 м при нагрузке 3 м3/м2*ч обеспечивает очистку сточных вод завода по ремонту строительной техники по взвешенным веществам с 2000—2500 до 200—400 мг/дм3. Тонкослойны гидроциклон-флотатор при концентрации взвешенных веществ в исходной воде 500—1500 и нефтепродуктов 40—70 мг/дм3 снижал их co-держание в очищенной воде до 50—120 и 2—5 мг/дм соответственна
Для глубокой очистки шахтной воды от взвешенных веществ применяется скорый напорный фильтр ФОВ-3—0,6 или тонкослойный автоматизированный фильтр ФТ-15 конструкции ВНИИОСугля. Производительность фильтра ФОВ-3—0,6 достигает 70 т/ч, удельная производительность фильтра ФТ-15 — 15 м3/м2*ч.
Для доочистки природных и сточных вод от взвешенных веществ традиционно широко используются фильтры с зернистой загрузкой различной конструкции. По прогнозам, в будущем для этих целей будет широко применяться центробежно-реверсивное фильтрование. Центробежные машины должны дать высокую производительность, сочетающуюся с высоким качеством очищенной воды, близким к фильтрованию через традиционные зернистые материалы. Совершенствуются и другие высокопроизводительные аппараты для очистки воды от взвешенных веществ: микропроцеживатели, осадительные центрифуги, высоконапорные гидроциклоны. Особенно высокий эффект осветления могут обеспечить микропроцеживатели с концентрически ми перегородками и убывающим размером пор.
Если отстаивание и другие способы предварительной очистки воды являются процессами непрерывными, то фильтрование обычно происходит в периодическом режиме. Это снижает удельную производительность фильтров, усложняет контроль и управление процессом. С целью устранения этих недостатков создаются фильтры с непрерывно промывкой. В этих аппаратах фильтрующий материал перемещается в резервуаре сверху вниз под действием собственного веса и промывается вне фильтра. Движение обрабатываемой воды — противоточное. Перемещение фильтрующего материала может стимулироваться шнеком, вибрацией резервуара или давлением воды, создаваемым насосом.
Перспективный фильтровальный аппарат непрерывного действия "Диназанд" разработан фирмой «Готфрид Бишоф» (ФРГ). Фильтр состоит из камеры и фильтрующей вставки. Загрязненная вода поступает в коническую нижнюю часть фильтра и проходит снизу вверх через фильтрующую загрузку, очищаясь от взвешенных веществ. Песок, содержащий отфильтрованные частицы загрязнений, транспортируется с помощью эрлифта из нижней части фильтра в вышерасположенное устройство для промывки, откуда падает вниз на распределительную воронку и равномерно распределяется по площади фильтра. Загрязненная промывная вода отводится выше устройства для отмывки песка.
Непрерывный режим работы фильтра обеспечивается с помощью эрлифта. Пузырьки воздуха, образующиеся в эрлифте, являются одновременно и транспортирующей средой и средством для отмывки зерен от загрязнений.
Преимущества фильтра «Диназанд» заключаются в непрерывном
протекании процессов фильтрации и регенерации загрузки, благодаря
чему увеличивается полезное время его работы. Концентрация взвешенных веществ на входе может быть повышена до значительных величин, потери напора в фильтре в течение фильтрования остаются постоянными и небольшими по величине. Фильтр работает в постоянных условиях без колебаний давления и пропускной способности, требуется малый расход воздуха, возможна полная автоматизация процесса.
Одна из отечественных конструкций непрерывно действующего фильтра ЕПМ-7-3У-02 разработана Донецким филиалом института ВНИПИЧЕРМЕТЭНЕРГООЧИСТКА. Он предназначен для очистки сточных и природных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Фильтр состоит из корпуса, плавающей загрузки, распределительного устройства исходной воды, эжектора для отвода фильтрующей загрузки на регенерацию, устройств для отвода промывной воды и сбора фильтрата. Исходная вода по трубопроводу поступает в распределительное устройство, фильтруется сверху вниз через движущуюся противотоком фильтрующую загрузку, собирается дренажной системой и отводится по трубопроводу. Промывка фильтрующей загрузки осуществляется с помощью эжектора. Выделение твердой фазы из загрязненной промывной воды производится в диффузоре, отмытые гранулы загрузки всплывают в рабочую зону фильтра. Аппарат может работать и циклично. В этом случае через 16—24 ч его ставят на кратковременную регенерацию (20 мин).
Другая перспективная конструкция фильтра периодического действия с синтетической волокнистой загрузкой ЕВК-З-ЗЛ-01 также разработана Донецким филиалом института ВНИПИЧЕРМЕТЭНЕРГООЧИСТКА. Особенностью аппарата является то, что плотность упаковки фильтрующего материала регулируется устройством, которое сжимает этот материал в процессе фильтрования, а при регенерации жгуты из волокон находятся в расправленном свободном состоянии. Полезный эффект от применения одного аппарата с площадью поверхности 3 м2 и производительностью 90 м3/ч составляет 38 тыс. руб/год. Степень очистки воды от взвешенных веществ 85±5%, от неэмульгированных масел — 70±10%, расход промывной воды не превышает 2%. Эти преимущества обеспечиваются благодаря наличию в химической структуре волокон активных групп, способствующих адгезионному взаимодействию поверхности фильтрующего материала с загрязнениями, большой удельной поверхности материала, а также его высокой прочности и устойчивости к истиранию.
Для очистки природных и сточных вод, содержащих тонкодисперсные и коллоидные частицы, применяются коагулянты и флокулянты. В СНГ промышленностью освоено производство широкого ассортимента коагулянтов: основного сульфата алюминия, оксихлорида алюминия, алюмината натрия и др. Кроме этого, коагулянты могут производиться из отходов производства двуокиси титана, некондиционных бокситов, из красного шлама от автоклавного выщелачивания бокситов, из алюминитов БАМа и так далее. Проводились исследования по применению смешанных коагулянтов: сульфатов и хлоридов алюминия и железа, гидроксида магния, которые дали положительные результаты.
При очистке воды с использованием алюмосодержащих коагулянтов образуются большие объемы осадков, содержащих гидроксид алюминия. В мире проведено значительное количество исследований, посвященных изучению физико-химических и технологических аспектов регенерации алюминийсодержащих коагулянтов. Предлагаются методы кислотной и щелочной регенерации коагулянтов, метод экстракции, ионного обмена, использования газообразного хлора и так далее, Внедрение методов регенерации коагулянтов является актуальным и перспективным по многим причинам. Во-первых, за счет повторного использования коагулянтов может быть достигнута значительная экономия высококачественного минерального сырья для их производства,
запасы которого в мире ограничены. Во-вторых, при регенерации коагулянтов достигается существенное упрощение технологической схемы
процесса, а следовательно, и уменьшение материальных и энергетических затрат по сравнению с классическими методами получения коагулянтов выщелачиванием алюминийсодержащего минерального сырья. В-третьих, эти методы дают возможность уменьшить ущерб, наносимый окружающей среде за счет сокращения сброса отработанных гидроксидных шламов, понижения уровня загрязнения среды при производстве товарных коагулянтов в связи с их меньшей потребностью.
Новые полимерные флокулянты различного химического состава ионной активности и молекулярной массы разработаны как в виде высоковязких жидкостей, так и в порошкообразной или гранулированной форме. Но промышленный выпуск освоен только небольшого числа флокулянтов и в ограниченном объеме: ПАА, ВПК-402, метаса, М14-ВВ и некоторых других флокулянтов, эффективность применения которых при очистке шахтных вод неудовлетворительна.
Достигнут значительный прогресс в области разработки аппаратов для проведения процессов коагуляции и флокуляции. Институтом ВНИПИЧЕРМЕТЭНЕРГООЧИСТКА испытаны флокуляторы гидроциклонного типа четырех модификаций, которые могут использоваться для сгущения промывных вод и осадков и для предварительной очистки воды. Особенность флокуляторов состоит в том, что в камерах флокуляции жидкость находится во вращательном движении, благодаря которому укрупнение взвешенных веществ происходит при оптимальных условиях. В ярусном флокуляторе с периферической камерой флокуляции и промежуточными диафрагмами, образующими дополнительные ярусы, осадок с поверхности промежуточных диафрагм удаляется фермами. В результате увеличения площади отстаивания возрастают удельные гидравлические нагрузки на аппарат. Наличие устройства для корректировки скорости потока исключает неравномерный переток загрязненной воды в зону отстаивания.
Особенность конструкции тонкослойного флокулятора заключается в плотном заполнении поперечного сечения тонкослойными модулями и непрерывном удалении выпавшего осадка. Удельная нагрузка на безъярусные флокуляторы — 6,5—8 м3/м2*ч, ярусный флокулятор — 9 м3/м2*ч. Флокуляторы диаметром 12 м установлены в системе оборотного водоснабжения газоочистных установок конвертеров на комбинате «Азовсталь» г. Мариуполь. Благодаря компактности установки экономический эффект от применения флокуляторов составил 1 млн. руб/год.
При осветлении сточных вод газоочистных установок конвертеров с СО = 20—30 г/дм3, обработанных дозой ПАА 1 мг/дм3, остаточная концентрация взвешенных веществ составила менее 300 мг/дм3. Осветление воды до содержания взвешенных веществ 100—150 мг/дм3 обеспечивается при нагрузках 4,5—6 (безъярусные флокуляторы) и 6—9 м3/м2*ч (ярусный). В тонкослойном флокуляторе уменьшение содержания взвешенных веществ до 300 мг/л происходит при нагрузке 11,5—12,5 м3/м2*ч.
Интересная конструкция вертикального сгустителя разработана
Укрводоканалпроект (г. Киев).
С целью интенсификации процесса осветления сгуститель оборудован тонкослойными элементами из пластин. Гидравлическая нагрузка на сгуститель достигает 40—45 м3/м2*ч, содержание взвешенных веществ в исходной суспензии — 30 г/дм3, на выходе — 500 мг/дм3.
Вертикальный сгуститель прошел промышленные испытания на одном из рудообогатительных предприятий. Это высокопроизводительная компактная установка, которая может быть изготовлена в заводских условиях и смонтирована на месте.
Фирмой "Котобуки Энджиниринг" (Япония) предложен высокоэффективный дисковый фильтр-сгуститель, который имеет ряд пре-
имуществ в сравнении с обычным радиальным сгустителем. Он нечувствителен к колебаниям концентрации твердых веществ в подаваемом шламе, занимает значительно меньше места. Благодаря чувствительному регулятору разгрузки достигается равномерная влажность продукта. Кроме того, он позволяет получить чистый фильтрат. Корпус фильтра-сгустителя состоит из отдельных фильтровальных дисков, которые отделены разделительными шайбами и параллельно соединены между собой стяжными болтами. Между фильтровальными дисками на небольшом расстоянии и с высокой скоростью вращаются перемешивающие диски, которые жестко соединены с валом. Скорость вращения перемешивающих дисков выбирается в зависимости от свойств твердого вещества. Фильтровальные диски обтянуты фильтровальной тканью и снабжены отводами фильтрата.
Сгущение в дисковом фильтре-сгустителе осуществляется следующим образом. Исходная суспензия из сборного резервуара с помощью центробежного насоса под давлением 3—5*105 Па подается в корпус фильтра. От перемешивающих дисков суспензия проходит по поверхности фильтровальных дисков, при этом фильтрат стекает через фильтровальную ткань в отводящие патрубки и затем через дренажные трубопроводы поступает в емкость для сбора фильтрата.
Несомненны перспективность конструкции дискового фильтра-
сгустителя и его эффективное действие при сгущении различных по
составу шлаков. В угольной промышленности должны проводиться работы по конструированию и испытаниям подобных аппаратов для сгущения промывных воды и осадков.
Эффективность процессов флокуляции и коагуляции при отстаивании, фильтровании, сгущении во многом зависит от качества применяемых растворов реагентов, которое определяется условиями их приготовления. В нашей стране серийно выпускается только одна установка для приготовления раствора полиакриламида — УРП-3. Аналогичная установка УПФ-1 разработана институтом ВНИИОСуголь. Эти установки металлоемки, громоздки, работают в периодическом режиме.
Более совершенный и универсальный аппарат для растворения флокулянтов на основе принципа центробежного диспергирования создан в ИОТТ.
Устройство для растворения флокулянта содержит вертикально установленный корпус с патрубками загрузки и выгрузки продукта мешалку с валом и привод его вращения с внутрицикловым изменением угловой скорости. С целью ускорения растворения полимеров и уменьшения возможности их деструкции мешалка выполнена в виде закрепленных на валу трапециевидных продольных лопастей и конусообразного стакана со сплошным дном, обращенным к верхней части корпуса, и сетчатой боковой стенкой, причем угол конусности нижней части конусообразного стакана больше угла конусности его верхней части.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Сначала устройство заполняется водой, затем в бункер подается полимер, насосом туда же подают воду, и полимер выдавливается на дно устройства под конусообразный стакан, стакан и лопасти приводятся во вращение. В устройстве возникает мощное циркуляционное течение, жидкость проходит в зазоре между стаканом и дном, увлекая часть гелеобразного полимера во внутреннюю часть стакана, где он отбрасывается на боковые стенки. Угол конусности нижней части стакана больше, чем верхней, так как необходимо как можно быстрее распределить находящийся внутри полимер по всей сетчатой стенке и создать наиболее тонкий слой. Полимер под воздействием движущегося потока растворителя поднимается вверх, но так как часть потока проходит через отверстие сетчатой стенки, то для поддержания движения полимера вверх необходимо сохранить скорости потока, поэтому нижняя часть стакана имеет больший угол конусности.
Рабочий объем аппарата 10 м3. Полезный эффект заключается в уменьшении до 1,5—2 ч времени растворения высоковязких гелеобразных флокулянтов. Улучшается качество приготовленного раствора флокулянта.
Принцип его работы заключается в следующем. ПАА — гель технический (или другая высоковязкая жидкость) поступает по трубе в дозирующую камеру, проходит через перфорированную перегородку в диспергирующую камеру, где он распыляется под действием вихревого потока, затем под давлением подается в камеру через тангенциальный отрезок трубы. В камере происходит диспергирование полимера в жидкости. Вслед за этим происходит растворение флокулянта в вихревом потоке. Готовый раствор ПАА с концентрацией 0,05—0,1% отводится по трубе. Вихревой диспергатор работает в непрерывном технологическом цикле, его легко настраивать, он надежен в эксплуатации. Конструкция диспергатора обеспечивает равномерное поступление ПАА по
всей площади перегородки, что не может быть достигнуто в известных
конструкциях с вертикальным расположением перфорированных поверхностей. Установка имеет большую производительность при небольших размерах, сокращается применение ручного труда, упрощается эксплуатация. Растворение ПАА можно проводить в холодной воде.
Зарубежными фирмами выпускается большое количество разнообразных компактных установок для приготовления, хранения и автоматического дозирования растворов флокулянтов, например, установки Ultromat-AT, -MT, -AF. Они предназначены для растворения порошкообразных и гелеобразных продуктов, работают как в периодическом, так и в непрерывном режиме. Для дозирования и смачивания порошкообразных флокулянтов в них используются диспергаторы японского производства.
Автоматическая установка Ultromat-AT предназначена для приготовления растворов флокулянта из порошкообразных продуктов. Установка состоит из бункера, шнекового дозатора, смесителя, трехкамерного резервуара, оборудованного мешалками, электромагнитного вентиля, регулятора, нефелометра и системы коммуникаций. Из бункера порошкообразный флокулянт поступает в дозатор с регулируемой скоростью вращения шнека, а затем в смеситель, где смачивается водой. В приемной воронке смесителя установлена спираль для предотвращения образования комков флокулянта при смешивании его с водой.
Свежеприготовленный раствор флокулянта последовательно проходит через три камеры и после нефелометрического контроля концентрации раствора поступает на очистные сооружения.
Установка Ultromat-AF рекомендуется для растворения жидких полимеров и отличается от предыдущей наличием двухкамерного резервуара вместо трехкамерного. Установка имеет ручное управление процессами приготовления, хранения и дозирования раствора флокулянта. Максимальная производительность установки 50 м3/сутки.
Описанные установки в отличие от отечественных обладают рядом достоинств: они высокопроизводительны, компактны, надежны, имеют широкий диапазон регулирования, высокую степень автоматизации.
Определенный интерес для предприятий угольной промышленности представляет разработанная ВНИИОСуголь технология очистки шахтных вод от грубо- и мелкодисперсных примесей с применением реагентного отстаивания и напорных фильтров типа ФОВ. Она предназначена для очистки шахтных вод перед сбросом их в водоем хозяйственно-питьевого назначения и использования их на технические нужды шахты с содержанием взвешенных веществ в очищенной воде 3—5 мг/л.
Преимущества данной технологической схемы в ее компактности, экономичности строительства и высокой степени очистки шахтных вод от взвешенных веществ.
Исходная шахтная вода подается в распределительную чашу отстойников, куда из расходных баков поступает раствор флокулянта. Осветленная вода насосами подается на напорные фильтры типа ФОВ, где происходит окончательная очистка до требуемых норм. Очищенная вода обеззараживается хлором. Необходимым условием эффективной очистки является правильная организация работы отстойников, включающая в себя достаточное время для осветления воды, правильный выбор типа и дозы реагента.
На основе промышленного культивирования макрофитов ВНИИОСуголь разработана и внедрена в опытно-промышленном масштабе не имеющая аналога в мировой практике технология биологической очистки шахтной воды, предназначенная для глубокой очистки шахтных стоков от взвешенных веществ и нефтепродуктов с обеспечением санитарных норм их сброса в водоемы санитарно-бытового и рыбохозяйственного назначения.
Сущность новой технологии заключается в целенаправленном использовании природных факторов для снижения концентрации техногенных загрязнений в сбрасываемых шахтных водах. Очистка производится в три стадии, включающие пруд-отстойник, ботаническую площадку и биофильтратор заводского изготовления. Комплекс макрофитов включает высшие и прибрежные-водные растения, зеленые водоросли, формирующиеся в системе отведения сточных вод или на заболоченных участках в непосредственной близости от промплощадок шахт, и обладающие устойчивостью к повышенной минерализации сточных вод. Биофильтратop представляет собой установку заводского изготовления с промышленной культурой водорослей, через которую пропускается весь объем очищаемых сточных вод. Применение данной технологии перспективно для ПО «Челябинскуголь», «Ленинградсланец», "Гуковуголь", "Ростовуголь", «Тулауголь» и др.
Для решения проблемы очистки сточных вод угледобывающих предприятий Дальнего Востока и Сахалина, характеризующихся наличием в своем составе агрегативно устойчивых тонкодисперсных взвесей, трудно поддающихся гравитационному осаждению, ВНИИОСуголь предложен и проверен в экспериментальных условиях метод напорной флотации в сочетании с новыми органическими флокулянтами. В общем виде технология очистки включает в себя усреднение расхода, разработку реагентами, флотацию и обеззараживание воды, осветление промывной воды и обезвоживание образующегося осадка на центрифугах. Технология предусмотрена в проектах очистных сооружений шахты им.Артема ПО «Приморскуголь» и шахты «Тикменевская» ПО "Сахалинуголь". По мере освоения данная технология будет применена на других предприятиях Дальнего Востока и Сахалина, не имеющих в настоящее время очистных сооружений.
Для повышения эффективности работ при очистке горизонтальных отстойников водоочистных сооружений ВНИИОСуголь создана и апробирована в производственных условиях установка для выгрузки осадка УВО-1, отличающаяся сравнительно простым конструктивным
исполнением. Техническая характеристика установки: производительность (по пульпе) - до 50 м3/ч, напор — до 0,2 МПа, габариты 3880*2920*2550 мм, масса 1900 кг. Применение установки повышает в 2-3 раза производительность труда при удалении осадка из горизонтальных отстойников.
В последние годы повышенное внимание как в нашей стране, так и за рубежом стали уделять загрязнению водных объектов тяжелыми металлами. Шахтные воды от тяжелых металлов очищают в основном биологическим методом в отстойниках с помощью биогенных добавок и биостимуляторов; больших доз активного ила; химических мутагенов; обогащением активного ила микроорганизмами-деструкторами определенных органических загрязнителей, чистых культур микроорганизмов и их комплексов; растительных ферментных препаратов. Отстойники могут быть природными и искусственными и состоять из нескольких каскадов различной конструкции. В зарубежной информации описываются в основном способы очистки кислых шахтных вод в отстойниках с помощью природного торфа, рогоза, водорослей, сфагнума. Бингхэмский университет (США) предлагает новый способ извлечения металлов из рудничных вод, основанный на использовании сложных эфиров.
Наиболее перспективным методом очистки шахтных вод является электрофлотация, сущность которого заключается в том, что через обрабатываемую воду с помощью металлических электродов пропускают постоянный электрический ток, в результате чего происходит коагуляция загрязнений с образованием рыхлых флотоагрегатов, состоящих из частиц загрязненной воды и микропузырьков газов, появившихся при электролитическом разложении воды. Флотоагрегаты всплывают на поверхность воды, образуя пенный слой, удаляемый скребковым механизмом.
ВНИИОСуглем создан и испытан опытно-промышленный аппарат электрокоагуляции — флотации для очистки шахтных вод на шахте «Капитальная» объединения «Челябинскуголь». Разработано техническое задание на данный аппарат для очистки вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Использование таких аппаратов на первой ступени очистки взамен тонкослойных отстойников или осветлителей со взвешенным слоем осадка позволяет получить большой экономический эффект.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ФЕНОЛОВ
Очистка шахтных и карьерных вод от нефтепродуктов и фенолов осуществляется на предприятиях отрасли на тех же очистных сооружениях, что и от взвешенных веществ. Эффективность очистки, как правило, невелика и не соответствует современным требованиям.
Опыт, накопленный в различных отраслях промышленности, свидетельствует, что данная проблема должна решаться путем снижения количества нефтепродуктов, поступающих в сточные воды, предвари тельного сбора с поверхности резервуаров нефтепродуктов, находящихся в пленочном состоянии, удаление эмульгированных и растворенных нефтепродуктов.
Разработку и освоение аппаратов для предварительного сбора нефтепродуктов с поверхности воды активно ведут в СНГ, Японии, США, ФРГ, Франции, Великобритании и других странах. Особый интерес для предприятий угольной промышленности представляет разработанный ВНИИСПТнефть нефтесборник НВ-1. Сбор нефтепродуктов осуществляется путем захвата нефтяной пленки вращающимся барабаном со скребком и подачи водно-нефтяной смеси в отстойно-вакуумный резервуар для последующего отделения нефтепродуктов от воды. Производительность установки по водно-нефтяной смеси до 20 м3 /ч. Попутно забираемая вода составляет 15—20%.
Фирмой "Ойл Рикавери Суиден" (Швеция) разработан аппарат для сбора нефтепродуктов с поверхности воды WP-1 с частичной их сепарацией. Производительность сепаратора до 50 м3/ч. Попутно откачивается 5-70% воды. Анализ показывает, что данные установки имеют ряд недостатков: значительные габаритные размеры, повышенное содержание попутно забираемой воды и сброс ее в водоемы, вызывающий вторичное загрязнение, невозможность их использования для работы в условиях низкой концентрации пленочных нефтепродуктов. В связи с этим данные установки можно рассматривать только как базовые для разработки аппаратов, учитывающих специфику предварительного сбора нефтепродуктов на предприятиях отрасли.
Наиболее распространенными методами очистки сточных вод от растворенных и эмульгированных нефтепродуктов являются сорбция, флотация, реагентная обработка, коалесценция. Разработка флотационных методов очистки нефтесодержащих сточных вод ведется в различных направлениях Институтом «Союзводоканалпроект» разработана технология напорной флотации с использованием в качестве коагулянта сбросных регенерационных вод ТЭЦ. Нефтезагрязненные сточные воды, предварительно насыщенные под давлением эжектированным воздухом, поступают в камеру грубой очистки горизонтально-
го многокамерного флотатора, проходя впоследствии три флотационные секции тонкой очистки. Нефтестоки, очищенные флотацией и насыщенные воздухом, в качестве 50% общего расхода обрабатываемых сточных вод подаются во флотатор на рециркуляцию. Половина рециркуляционного расхода сточной воды поступает во флотатор через гидроциклон в центр камеры грубой очистки, остальная вода равномерно распределяется в три других флотационных отделения. Время обработки 20 мин. В качестве коагулянта используются сбросные регенерационные воды химводоподготовки с содержанием ионов Са2+ 5—12 и Mg2+ 14-22 мг-экв/дм3. Доза реагента 190 мг/дм3. Содержание нефтепродуктов в исходной воде 100—200, в очищенной воде — 3,2—12,0 мг/дм3. Эффект очистки 94—96,8%. СКТБ «Казмеханобр» разработана флотационная автоматизированная установка ФАКТ-1 колонного типа, работающая также с реагентной обработкой воды.
Ведутся исследования в направлении сорбционных методов очистки с использованием в качестве сорбентов полукокса, шунгита, оксихлорида алюминия, бентонита. Для очистки сточных вод предприятий цветной металлургии от нефтепродуктов институтом "Казмеханобр" разработана технология с использованием полукокса. Применяется для очистки стоков данных предприятий и сорбционная технология с использованием шунгита (рис. 1).
Извлечение из сточных вод нефтепродуктов происходит при фильтрации их через слой сорбента сверху вниз. При этом используются две колонны, первая из которых заполнена шунгитом, вторая — шлакосиликатом. Используемый для очистки воды шунгит содержит: С - 23%, SiО2-2 - 54,5%, СаО - 0,54%, MgO - 0,83%, А1203 -4,2%, Fe3O4 — 4,9%. Используется фракция 0,5—3 мм с предварительной термообработкой при 200°С в течение 5—6 ч. Время контакта стоков с шунгитом 15 мин, достигаемая эффективность очистки 94%.
Институтом «Казмеханобр» разработан гальванокоагулятор барабанного типа КБ-2 с использованием в качестве реагентов железного скрапа и кокса, позволяющий осуществить очистку воды от нефтепродуктов (рис. 2).
Особый интерес представляют безреагентные методы очистки вод от нефтепродуктов и в частности способ коалесценции. Институтом «ВНИИХПТнефть» разработано устройство интенсификации процесса очистки, которое представляет собой трубу с закрепленным в ней одним концом на проволочных петлях волокнистым материалом. Коэффициент заполнения (затенения) — 30%, скорость потока 0,2—0,8 м/с Укрупнение частиц нефти на волокнах обеспечивает повышение эффективности очистки в 1,5—5 раз.
Рассмотренные выше методы очистки имеют недостаточную глубину извлечения нефтепродуктов. Концентрации нефтепродуктов в очищенных водах составляют > 0,3 мг/дм3, что не удовлетворяет требованиям очистки шахтных вод, предъявляемым к предприятиям угольной промышленности. В мировой практике из перспективных направлений глубокой очистки вод от нефтепродуктов в различных производствах выделяются специалистами методы катализационного физико-химического и биологического окисления. Эти методы могут рассматриваться как наиболее перспективные и для очистки шахтных вод.
Для очистки воды от фенолов применяются преимущественно регенеративные, ликвидационные и деструктивные методы.
Из регенеративных методов чаще других используются адсорбция и эвапарация.
Эвапарационный метод эффективнее применять при высоких концентрациях фенола.
В качестве сорбента для улавливания фенола широкое распространение получили полимерные смолы. Преимущества полимерного адсорбента заключаются в том, что он может использоваться многократно, технологическая схема его применения более проста и требует более низких капиталовложений. Предварительно фенольную воду обрабатывают серной кислотой до рН 5,5—6 с отделением в сепараторе органических веществ, затем освобождают на песчаном фильтре от суспендированных механических примесей. Обработанная таким образом
вода содержит 4,5-5% фенола и 7—8 % сульфата натрия и очищается
затем сорбционными смолами «Дуолит ES-861» или «Вофатит 1-56».
Японской фирмой "Сумито кагаку кои К.К." предложено сорбировать содержащиеся в воде фенолы поливинилпиридиновой смолой с последующей десорбцией в процессе нагрева смолы.
К методам ликвидации фенольных сточных вод относятся тушение кокса фенольными водами в коксохимической промышленности, сжигание вод в небольших объемах, испарение на градирнях. Однако при попадании сточной воды на раскаленный кокс фенол испаряется и загрязняет воздух. Сжигание же дорого и рекомендуется для небольших предприятий.
Из группы деструктивных методов наиболее широко применяются биологические методы, из которых используется главным образом очистка фенольных стоков совместно с бытовыми или условно чистыми водами в аэротенках с активным илом и на биологических фильтрах.
Начало новому микробиологическому направлению было положено у нас в стране. Были получены и внедрены в промышленном масштабе селекционированные культуры бактерий.
На комбинате "Нефтехим" (Болгария) построена установка для локальной очистки высококонцентрированных (до 50 г/дм3) фенольных сточных вод без предварительного разбавления. Использован селекционированный высокопроизводительный бактериальный штамм.
Степень очистки по фенолу составляет 99,95%. Остаточное содержание фенола в очищенных сточных водах 10—15 мг/дм3. Производительность установки по фенолу 1 кг/м3 *ч.
ОЧИСТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД
Серьезной проблемой в отрасли является очистка кислых шахтных вод, характеризующихся присутствием в них высоких концентраций растворенных солей железа и алюминия, а также других тяжелых металлов в виде микроэлементов. Объем этих вод составляет 60 млн м3 в год, что выдвигает задачу обезвреживания кислых стоков в число первоочередных природоохранных мероприятий.
Устранение отрицательного влияния на окружающую природную среду кислых шахтных вод осуществляется в основном по двум направлениям:
- разработка и осуществление мероприятий по сокращению объем шахтных вод;
- разработка и внедрение эффективных экономичных и отвечающих современным требованиям охраны природы технологий их очистки.
Институтами ВНИИОСуголь и Уралгипрошахт совместно с ПО «Кизелуголь» разработаны конкретные мероприятия по снижению водопритоков и загрязненности кислых шахтных вод на всех действующих и отработанных шахтах этого объединения.
При разработке технологии очистки кислых шахтных вод, прежде всего, должно быть обеспечено удаление из воды загрязняющих компонентов, обуславливающих ее кислотность, в виде твердой фазы (осадка). При этом очищенная вода должна соответствовать требованиям для сброса в водоем или использования для технических нужд предприятий, а образующийся осадок должен быть утилизирован.
Исходя из этих положений, технология очистки кислых шахтных вод состоит из следующих основных процессов: нейтрализация воды с целью перевода в твердую фазу основных загрязняющих компонентов; осветление воды, уплотнение и обезвоживание образующегося осадка; обработка осадка с целью его подготовки для утилизации.
Анализ отечественных и зарубежных материалов показывает, что по-прежнему при очистке кислых сточных вод предпочтение отдается химическому методу — нейтрализации. В качестве нейтрализующих реагентов в мировой практике традиционными являются известь и известняк в сочетании с известью. Однако при сильно загрязненной кислой воде и соответственно большом расходе нейтрализующего реагента в очищенной воде получается избыточное содержание сульфата кальция, что со временем может привести к кристаллизации и выпадению гипса в осадок.
Очистка воды от сульфатов является в настоящее время проблемой, нерешенной в промышленном масштабе ни в одной стране. Перспективные разработки по удалению сульфатов из сточных вод с применением в качестве отходов различных производств ведутся в цветной металлургии. Институтом «Казмеханобр» совместно с КазПТИ предложено использовать отходы алюминиевого и энергетического производства под названием «шлабозол»: Испытания этого реагент показали его высокую эффективность при очистке сточных и оборотных вод не только от сульфатов, но и кальция, фтора и ионов цветных металлов. Преимуществом этого реагента являются его низкая стоимость, а также наличие источников сырья для его получения с использованием имеющегося оборудования.
Новый способ осаждения сульфатов разработан в институте "Унипромедь". Метод может быть осуществлен с использованием глиноземистого цемента, алюминийсодержащего осадка станций подготовки питьевой воды, оксихлорида алюминия состава от А1(ОН)Cl2 до Al2(OH)5Cl, а также с использованием солей алюминия. Реализация сульфоалюминатного метода осуществляется с применением нейтрализующего реагента - известкового молока. Нейтрализация производится в 2 стадии: сначала до pH=10—10,5, затем до норматива. В результате образуется гидросульфоалюсинат кальция, растворимость которого по CaSO4 около 36 мг/дм3. После осветления и кондиционирования воды в пруде очищенная вода имеет содержание ионов тяжелых металлов на уровне 0,01 мг/дм3(по каждому металлу) и SO42- <100 мг/дм3.
Для осветления нейтрализованной шахтной воды несомненный практический интерес представляет метод флотации. Исследования, проведенные в этом направлении институтами ВНИИОСуголь и ИОТТ, показали преимущества флотационного метода по сравнению с традиционными гравитационными методами осветления воды: высокие скорость осветления воды и концентрацию твердой фазы в осадке, а также лучшие показатели по обезвоживанию пенного продукта. Флотационное извлечение загрязняющих компонентов из шахтных
вод осуществляется в двух направлениях: комплексное извлечение
осадка в пенный продукт с получением очищенной воды и селективное
извлечение загрязняющих компонентов. Технология флотационной очистки шахтных вод с комплексным выделением загрязняющих компонентов разработана институтом «Уралгипрошахт» в проектах очистных сооружений для шахт ПО "Кизелуголь".
В зарубежной практике флотационные методы нашли широкое применение для очистки производственных и хозбытовых сточных вод, а также при подготовке природных вод для питьевого водоснабжения.
В Японии на двух шахтах внедрена технология селективного извлечения отдельных компонентов осадка, образующегося при нейтрализации кислых шахтных вод. На шахте Янахара для очистки кислых шахтных вод, состав которых представлен в табл. 8, внедрен комбинированный способ фракционного осаждения и флотации (рис. 3).
Шахтная вода нейтрализуется карбонатом кальция до рН=4, образовавшиеся смешанные осадки гидроокиси железа и гипса разделяются флотацией, после чего фильтраты обоих продуктов снова нейтрализуются до рН=6. Вновь образованные на этой стадии осадки (гидроокись алюминия и гипс) также разделяются флотацией. В результате получаются три чистых продукта: гидроокись железа, гидроокись алюминия и гипс.
На шахте Мацуо ввиду меньшей концентрации железа гипс после первичной нейтрализации до рН=4 не выпадал в осадок, поэтому гидроокись железа извлекалась фильтрацией. В результате получалось также три продукта: гидроокись железа, гидроокись алюминия и гипс. Необходимо отметить, что для флотационного извлечения гипса в обоих случаях применяли в качестве реагентов диалуровую кислоту ДАА и крахмал. В камерном продукте, полученном после флотационной обработки шахтных вод шахт Мацуо и Янахара, содержится 96% гидроокиси алюминия, которая извлекается либо фильтрованием, либо осветлением воды флотационным или гравитационным методами. Технология обеспечивает снижение содержания иона SO42- в воде, предотвращает последующее выпадение гипса в водоеме или в трубопроводе, а, следовательно, и кольматацию трубопровода, а также позволяет получить товарные продукты. Внедрение аналогичной технологии очистки кислых вод на предприятиях угольной промышленности СНГ является актуальной задачей на ближайший период.
Обезвоживание осадков, образующихся при очистке кислых вод, согласно анализу имеющихся отечественных и зарубежных материалов, наиболее экономично осуществлять механическими методами с использованием вакуум-фильтров, ленточных пресс-фильтров, центрифуг. Заслуживает внимание также метод обезвоживания замораживанием с последующим размораживанием осадка. При этом образуются крупные частицы с большей скоростью осаждения и более высокой способностью к обезвоживанию.
Актуальными являются вопросы обеспечения охраны окружающей среды, а также экономии природных ресурсов при утилизации обезвоженного осадка. ВНИИОСуголь проведены исследования по возможности применения обезвоженного осадка в качестве пигмента, сорбента, коагулянта и сырья для производства строительных материалов. В 1979 г. была выпущена опытная партия пигмента для изготовления облицовочных плит для жилого дома. За более чем десятилетний период цвет плит не изменился, что свидетельствует о высокой стойкости пигмента. В 1989 г. на опытно-промышленной установке шахты «Широковская» ПО «Кизелуголь» наработан осадок кислых шахтных вод и на Яйвенском заводе ЖБК изготовлена опытная партия керамзитового гравия. Исследования показали, что полученный гравий отвечает всем необходимым требованиям.
Среди известных методов обеззараживания воды наибольшее paспространение в нашей стране и за рубежом получило хлорирование с использованием жидкого хлора. Данный метод обладает надежным бактерицидным действием, обеспечивает возможность оперативного контроля за процессом обеззараживания, простоту аппаратурного оформления, получение дезинфицирующего реагента в готовом виде. Однако хлор является токсичным веществом и поэтому требует особых мер предосторожности при транспортировке, хранении и применении.
Перспективным является метод, основанный на использовании гипохлорита натрия, получаемого на месте потребления путем электролиза раствора хлорида натрия. Для обеззараживания шахтных вод гипохлоритом натрия используются электролизные установки непроточного типа ЭН с графитовыми электродами производительностью 1—100 кг активного хлора в сутки, разработанные НИИКВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова. В подземных условиях находят применение электролизеры ЭД-2 и ЭВ, являющиеся усовершенствованными модификациями установок ЭН. С целью уменьшения затрат электроэнергии на получение гипохлорита натрия применяют титановые аноды с активным покрытием из двуокиси рутения (ОРТА). Применение таких анодов увеличивает время работы электролизеров между ремонтами, стабилизирует напряжение, повышает выход хлора по току. К недостаткам ОРТА можно отнести их высокую стоимость.
В последние годы для обеззараживания природных и сточных вод предложен и начал использоваться метод прямого электролиза. При реализации этого метода не требуется применения каких-либо реагентов, обеззараживание воды происходит в процессе электролиза за счет образующегося при этом активного хлора из солей, содержащихся в обрабатываемой воде. Метод внедрен на ряде предприятий жилищно-коммунального хозяйства.
Шахтные и карьерные воды содержат в своем составе хлориды, поэтому метод прямого электролиза также может быть использован для их обеззараживания. Опыт использования этого метода показывает, что он наиболее эффективен при содержании хлоридов не менее 20 мг/дм3, жесткости не более 7—10 мг-экв/дм3 и расходе воды до 5000 м3/сутки.
Для обеззараживания природных и сточных вод методом прямого
электролиза НИИКВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова была разработана электролизная установка «Поток», которая серийно выпускается заводом "Коммунальник". Она состоит из электролизера, блока питания и замкнутого кислотного контура. Электролизер конструктивно выполнен в виде корпуса с расположенным в нем пакетом электродов, собранным из пластин прямоугольной формы толщиной 1 мм, расстояние между пластинами 3 мм. Аноды выполнены из двуокиси рутения, катоды - из титана. Электропитание электролизера осуществляется из выпрямительного агрегата ВУ 12/600, рассчитанного на работу при напряжении 6, 9 и 12 В и максимальном токе 600 А. Замкнутый кислотный контур предназначен для периодической промывки аппарата 3-5% раствором соляной или азотной кислоты с целью удаления с электродов отложений солей жесткости. Режим работы установки подбирают таким образом, чтобы величина остаточного хлора в обработанной воде через 30 мин контакта составляла 0,3—0,5 мг/дм3. Для размещения установки не требуется отдельное помещение, ее работу можно легко автоматизировать. Номинальная производительность установки 150 м3/ч.
В 1987 г. на шахте «Октябрьская» ПО «Челябинскуголь» ВНИИОСуглем проведены эксперименты по возможности применения метода прямого электролиза для обеззараживания шахтных вод. Исследованиями установлено, что эффективность обеззараживания этим методом при содержании хлоридов в шахтной воде 300 мг/дм3 не ниже, чем жидким хлором. При оптимальном режиме работы электролизера содержание остаточного хлора в обработанной воде составляет 0,3— 0,5 мг/дм3, расход электроэнергии — 0,1 кВт*ч/м3. Расчеты, выполненные на основании полученных данных, показали, что себестоимость обеззараживания составляет 0,2 коп/м3, что соответствует себестоимости обеззараживания гипохлоритом натрия и на 10—12% ниже, чем при использовании жидкого хлора. Капитальные вложения на строительство станции обеззараживания в 3—4 раза меньше, чем типовой хлораторной такой же производительности. В 1989 году установка прямого электролиза внедрена на шахте «Бутовка-Донецкая» ПО
"Донецкуголь". Анализ данных по физико-химическому составу шахтных вод свидетельствует о том, что метод прямого электролиза может применяться примерно на 30% угледобывающих предприятий отрасли. Широкое внедрение метода в отрасли позволит значительно снизить капитальные затраты на строительство очистных сооружений, уменьшить зависимость их эффективной работы от поставок дефицитного и токсичного реагента — жидкого хлора.
Помимо рассмотренных выше способов обеззараживания воды СНГ и за рубежом находят практическое применение такие способ как ультрафиолетовое облучение и озонирование, на стадии опытно-промышленных испытаний находятся способы, основанные на применении ультразвука и виброакустических колебаний. Использование ультрафиолетового облучения для обеззараживания воды весьма перспективно в связи с разработкой новых мощных источников излучения. При использовании ультрафиолетовых лучей в воду не вводят посторонние вещества, не изменяются ее физико-химические и opганолептические свойства. Установки компактны, сравнительно просты в эксплуатации, легко могут быть автоматизированы. Но обеззараживание ультрафиолетовым облучением производится при условии, что вода обладает малой цветностью и не содержит коллоидных и взвешенных веществ, поглощающих и рассеивающих ультрафиолетовые лучи.
Весьма эффективным методом обеззараживания сточных вод является озонирование. Исследования показали, что для уничтожения болезнетворных микроорганизмов требуются примерно одинаковые дозы хлора и озона. При сильном бактериальном загрязнении сточных вод большие дозы озона не вызывают неприятного запаха и вкуса, в то время как массированное применение хлора и его соединений придают воде неприятный вкус. Кроме эффективного обеззараживания стоков озон может использоваться для обесцвечивания и дезодорации воды, очистки ее от устойчивых органических веществ (ПАВ, фенолов, пестицидов и др.). Препятствием для широкого применения метода озонирования является высокая стоимость получения бактерицидного вещества, связанная с большим расходом электроэнергии.
Исследованиями установлено, что бактерицидным действием обладают также ультразвуковые волны, импульсный электрический разряд и радиационное облучение. Однако перечисленные способы обеззараживания воды не вышли из стадии испытаний и не нашли практического применения.
Серьезной проблемой в отрасли является очистка хозбытовых сточных вод, отличающихся высокими коэффициентами неравномерности расхода и содержанием синтетических поверхностно-активных веществ и нефтепродуктов, отрицательно сказывающихся на качеств< их обеззараживания. Решение этой задачи обеспечивается при широком применении компактных установок типа ТАБС фирмы «Татабанья Сенбаняк» (Венгрия), которые прошли промышленные испытания и успешно эксплуатируются в ряде производственных объединений отрасли ("Ростовуголь", «Тулауголь», «Северокузбассуголь» и др.). Установки ТАБС производительностью 150—1650 м3/сутки представляют собой систему раздельно расположенных аэротенков и отстойников с активным илом, которая позволяет проводить очистку воды с помощью глубокого окисления без предварительного отстаивания. Аэротенки и отстойники выполнены в виде цилиндрических емкостей с металлическими стенками и бетонными основаниями. С наружной стороны стенки резервуаров покрыты пористым синтетическим теплоизолирующим материалом и рифлеными алюминиевыми листами. Аэротенки оснащены аэрационными колесами для насыщения воды кислородом и рециркуляции активного ила. Перекачка циркулирующего и избыточного ила осуществляется блоком насосов. Основным узлом обезвоживающего оборудования является ленточный пресс-фильтр.
Техническая характеристика установок ТАБС приведена в табл. 9.
В настоящее время фирмой освоены и производятся 24 типоразмера установок, отличающихся габаритами и числом аэротенков, отстойников и механических аэраторов, а также сгустителей осадков ленточных пресс-фильтров. Многолетняя эксплуатация установок ТАБС в нашей стране показала, что эффективность их работы составляет по взвешенным веществам 88,6-96,1%, химически потребному кислороду 45—92,3%, биологически потребному кислороду 66,7—97,7%. В 1989 г. с участием ПО "Ленинградсланец" создано совместное советско-венгерское предприятие "ЭКОТАБС" по производству установок ТАБС.
В условиях перехода предприятий на хозяйственный расчет, введения платы за водопользование и сброс сточных вод в водные объекты роль рационального использования шахтных и карьерных вод в народном хозяйстве существенно возрастает.
В настоящее время накоплен большой отечественный и зарубежный опыт использования шахтных вод в угольной промышленности, других горнодобывающих отраслях и сельском хозяйстве.
ВНИИОСуголь разработаны требования к качеству шахтных вод для производственных нужд угольных предприятий и орошения селскохозяйственных угодий, определены объемы их применения на перспективу.
Использование шахтных вод предусматривается годовыми и перспективными планами охраны природы наряду с планами развития производства, начиная с 1974 г.
На долю шахт, являющихся основным потребителем шахтных вод, приходится 73 % общего объема их использования на производственные нужды, обогатительных фабрик — 18,2%, разрезов — 8%. Основными направлениями расходования шахтных вод в отрасли являются пылеподавление и технологические процессы обогащения. За счет шахтных вод обеспечивается около 80% потребности в воде для пылеподавления при подземном способе добычи и 100% потребности — на разрезах, На обогатительных фабриках 92,3% используемых шахтных вод направляется на технологические процессы мокрого обогащения угля, 7,7% — для пылеулавливания. В среднем по отрасли на шахтах для пылеподавления расходуется 2/3 общего объема используемых шахтных вод, для гидрозакладки и профзаиливания — 1/4 объема.
Увеличение объема применения шахтных вод для нужд отрасли ограничено нормативной потребностью в воде и требованиями к ее качеству. К 2000 г. он составит 370 млн. м3/год. При этом использование возрастет за счет замены питьевой и технической воды для пылеподавления (пылеулавливания) на 44 млн. м3/год, вспомогательных и коммунально-бытовых нужд соответственно — на 31,1 и 24,8 млн. м3/год.
Важным показателем рационального использования шахтных вод является применение водооборотных систем при добыче угля и сланца. В 1990 г. объем оборотной воды угольной промышленности СНГ составил 2296 м3, т. е. возрос на 83 млн. м3 по сравнению с 1985 г. Лучшие показатели были достигнуты в Донецком бассейне (1306 млн. м3 воды, коэффициент водооборота 0,87) и на месторождениях Восточной Сибири (55 млн. м3, коэффициент водооборота 0,85).
Перспективным направлением использования шахтных вод в народном хозяйстве является орошение сельскохозяйственных угодий, которое рассматривается не только как важное природоохранное мероприятие, но и как резерв повышения продуктивности земель. Оценка качественного состава и объемов вод угольных предприятий Украины показала, что на всех типах почв без предварительной подготовки пригодны для орошения 69 млн. м3/год шахтных вод ПО "Торезантрацит", «Александрияуголь», «Макеевуголь», 96 млн. м3/год ПО «Артемуголь», «Стахановуголь», «Луганскуголь» являются условно пригодными, 266 млн. м3/год ПО «Донецкуголь», "Торезантрацит", «Советскуголь», «Ровенькиантрацит» относятся к ограниченно пригодным для орошения. Использование этих вод может обеспечить орошение 140 тыс. га сельскохозяйственных угодий. Лишь около 9% шахтных вод ПО «Павлоградуголь», "Стахановуголь", "Красноармейскуголь" не могут быть использованы в сельском хозяйстве из-за высокой минерализации (свыше 10 г/л). Народнохозяйственный экономический эффект, учитывающий ущерб, предотвращенный за счет использования шахтных вод, составляет 14 коп. на 1 м3. Кроме того, использование каждых 100 м3 шахтных вод для орошения сельхозугодий обеспечивает дополнительный народнохозяйственный экономический эффект 11,5 руб.
В последние годы ведутся исследования по использованию омагниченных шахтных вод для орошения, что способствует повышению растворимости солей. Вследствие этого происходит общее рассоление черноземных почв при одновременном увеличении содержания водорастворимых солей натрия. Активизация иона натрия под влиянием магнитного поля приводит к более интенсивному его внедрению в почвенный поглощающий комплекс. Растворение почвенных минералов, активизация микробиологических и биохимических процессов в почве способствуют улучшению питательного режима почвы, повышают обеспеченность растений зольными элементами, что в свою очередь ведет к росту урожайности сельскохозяйственных культур.
Заслуживает внимания опыт применения рудничных вод предприятий черной и цветной металлургии. В Южном Казахстане на руднике «Миргалимсай» 90 млн. м3 рудничных вод подается ежегодно для обеспечения питьевых и коммунально-бутовых нужд населения. Кроме того, эти воды используются для водоснабжения кирпичных заводов, автобаз, предприятий по производству серной кислоты.
В отличие от отечественной угольной промышленности в зарубежных странах широкое распространение получила практика селективной откачки шахтных вод с учетом их качества, обеспечивающая в отдельных случаях возможность их использования для хозяйственно-бытовых и питьевых нужд. Шахтные воды в Польше применяются для охлаждения машин (компрессоров, снабжающих сжатым воздухом двигатели шахтных механизмов), коммунально-бытовых нужд, пылеподавления, гидродобычи, производства пара (для приводов машин и питания паровых локомотивов), питьевых целей (после соответствующей водоподготовки), охлаждения турбин электростанций, для подпитки оборотных систем обогатительных фабрик. Изучена возможность рыбоводства в соленых шахтных водах из каменноугольных шахт в Рыбницком угольном бассейне при следующих показателях качества этих вод: в сухом остатке содержится 82—92% хлорида натрия, 1,6% хлорида калия, 1—3% хлорида кальция и 0,8—2,5% хлорида магния.
Угольная промышленность Германии объединяет не только шахты, разрезы, обогатительные фабрики, но и коксохимические заводы, электростанции, а иногда заводы по переработке угля, в связи с чем область применения шахтных вод более широкая. Практикуется каскадное использование охлаждающей воды от установок кондиционирования шахтного воздуха и электростанций на нужды обогатительных фабрик, а затем — коксовальных установок. Для тушения кокса на коксохимических заводах, охлаждения шлака на электростанциях используются как шахтные, так и хозяйственно-бытовые сточные воды, прошедшие механическую очистку.
В США (штат Пенсильвания) накоплен положительный опыт использования воды из затопленных шахт для отопления и охлаждения зданий. При этом обеспечивается экономия 25—60% средств, затрачиваемых на обычный обогрев и охлаждение. Кислая шахтная вода используется для обогащения угля методом отсадки. В Западном угольном бассейне (штат Кентукки) осуществляется повторное использование очищенных шахтных вод для ускорения и улучшения рекультивации породных отвалов.
В бывшей ГДР сточные воды угольной промышленности использовались на заводах гидрирования, газовых, коксовых и полукоксовых заводах и для сельскохозяйственного орошения. Для питьевых нужд предусматривалось использование карьерных вод с солесодержанием до 2 г/л после очистки от железа, углекислого газа и нормализации рН.
В Боршодском угольном бассейне (Венгрия) применяется селективная откачка шахтных вод, позволяющая использовать их после очистки для питьевых нужд населения, а также после накопления в оставленных выработках — для нужд промышленности и сельского хозяйства. В Южной Африке (Трансвааль и Натале) кислые шахтные воды после нейтрализации известью используются для хозяйственно-бытового водоснабжения и для орошения сельскохозяйственных угодий.
В условиях хозрасчета и перехода к рыночным отношениям отечественным предприятиям угольной промышленности необходимо внедрять зарубежный опыт использования шахтной воды.
ОЧИСТКА МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ШАХТНЫХ ВОД
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ
Годовой объем минерализованных шахтных и карьерных вод составляет около 1,4 млрд. м3. Минерализованные воды сбрасывают 336 предприятий угольной промышленности. По солесодержанию они распределяются следующим образом: 1-2 г/л — 608 млн. м3; 2-7 г/л —764,8 млн. м3; 7-20 г/л — 14,8 млн. м3; более 20 г/л — 12,4 млн. м3.
Можно выделить две основные группы шахтных вод — хлоридно-натриевые, имеющие, как правило, солесодержание свыше 7 г/л (3,3%) и сульфатно-хлоридно-натриевые воды с различными соотношениями сульфата и хлорида натрия, имеющих солесодержание до 7 г/л (96,5%). Каждая из этих групп требует особой технологии обработки.
Для устранения вредного влияния минерализованных сточных вод на природные водоемы на практике применяется ряд мер, в том числе строительство прудов-накопителей и прудов-испарителей, регулируемый сброс в водотоки, максимальное использование на производственные нужды предприятий угольной и других отраслей промышленности, а также в сельском хозяйстве. Однако применяемые методы недостаточно эффективны. Радикальное решение проблемы обезвреживания минерализованных вод, особенно с солесодержанием свыше 2—3 г/л, заключается в строительстве деминерализационных установок с комплексной переработкой образующихся рассолов на товарные солепродукты. На основании изучения мирового опыта и выполнения научно-исследовательских работ определены основные способы деминерализации и область их применения: электродиализ — солесодержание 2—7 г/л (96,5% объема минерализованных вод), обратный осмос — 7—20 г/л (2%), дистилляция — более 20 г/л (1,5%).
В 1988 г. ВНИИОСуголь разработана комплексная программа работ по созданию и освоению технологий и оборудования для деминирализации шахтных вод на 1989—1995 гг. Программой предусмотрены:
- создание нормализованного ряда электродиализных установок производительностью 50—100 м3/ч и мембран нового уровня с улучшенными электрохимическими свойствами и заряд-селективных мембран;
- разработка нормализованного ряда комплектных энергоэкономических установок для концентрирования и переработки рассолов;
- проведение исследований по применению дистилляционных опреснителей нового типа — горизонтально-трубчатых пленочных испарительных аппаратов (ГТПА), увязке с узлом концентрирования и переработки технологии опреснения с их применением.
Специфика технологии деминерализации шахтных вод в отличие от известных технических решений получения пресной воды заключается в необходимости их комплексной переработки с получением товарных продуктов, продуктов, подлежащих дальнейшей утилизации или подготовленных к захоронению. Это диктуется в первую очередь экологическими требованиями. Сдерживающим фактором при внедрении станций деминерализации является их высокая стоимость и значительные эксплуатационные затраты.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ВОДЫ ПЕРЕД ОПРЕСНЕНИЕМ
Предварительная подготовка воды перед опреснением может осуществляться различными методами (реагентным, ионного обмена и др.) и заключается в удалении взвешенных частиц и тех ионов, которые снижают эффективность выбранного метода опреснения. Указанные методы могут использоваться и как самостоятельные в случае очистки маломинерализованных шахтных вод от сульфатов, нитратов и других примесей перед их сбросом в водоемы или использованием.
Перед деминерализацией важно удалить катионы жесткости из-за накипи, образующейся на внутренней поверхности аппаратов, которая снижает теплопередачу и ведет к закупориванию трубопроводов. При электродиализе существуют два технологических барьера — присутствие карбонат- и сульфат-ионов из-за отложений на мембранах. Особую опасность представляют железо и марганец из-за осаждения соответствующих гидроксидов. Поэтому концентрация железа не должна превышать 0,1 мг/л. Для предотвращения биологического обрастания мембран необходимо поддерживать остаточную концентрацию хлора в воде 0,3-0,5 мг/л. Содержание взвешенных веществ не должно превышать 1,5 мг/л.
Реагентные методы обработки воды, широко применяемые в настоящее время в практике водоподготовки, заключаются в корректировке состава и рН обрабатываемой воды таким образом, чтобы удалить ионы кальция и магния. Однако лучшие результаты по остаточным концентрациям этих ионов (до 1 мг-экв/л) часто оказываются недостаточными. Наиболее эффективным считается введение фосфат-ионов, что дает возможность снизить концентрацию кальция и магния до 0,06 мг-экв/л.
Предложен способ очистки сточных вод от сульфат-ионов реагентной обработкой, который заключается в том, что к обрабатываемой воде добавляют известь до рН=11,2—11,7 и при рН-статировании и интенсивном перемешивании вводят AI2O3, содержащий реагент. (AI2O3, алюминат кальция, глинозем и др.), в результате чего происходит образование кристаллов алюминатсульфата кальция.
Особую группу методов водоподготовки представляют электрохимические методы. Наиболее известным и широко применяемым методом является электрокоагуляция, однако для предварительной подготовки шахтной воды перед деминерализацией наибольший интерес представляет электролиз. Было исследовано влияние основных факторов (плотности тока, химического состава, удельного расхода воды) на общую жесткость, рН и концентрацию активного хлора в отработанной воде. Исследования показали, что обработка воды при плотности тока 6,1-6,9 А/дм2 позволяет достигнуть рН 12,3—12,6 и снизить жесткость католита до 0,06—0,09 мг-экв/л. Затраты электроэнергии при этом составляют 60—72 кВт*ч/м3.
Таким образом, анализ отечественных и зарубежных научно-технических достижений показывает, что для предварительной подготовки шахтных вод перед опреснением могут быть использованы известные методы реагентной обработки, ионного обмена и электрохимические методы. Однако применение их в каждом конкретном случае должно производиться с учетом особенностей физико-химического состава и требований охраны окружающей среды.
ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕСНЕНИЯ
В настоящее время наиболее распространенным методом опреснения вод с солесодержанием более 7 г/л следует считать термический, обеспечивающий получение опресненной воды и концентрата с солесодержанием 150—180 г/л, который может быть переработан в товарные солепродукты.
Выпарные установки широко применяются для опреснения морской воды с целью получения питьевой воды и высококачественного дистиллята, для концентрирования растворов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.
Впервые в отечественной практике опреснение минерализованных шахтных вод осуществлено в 1971 г. на адиабатной опытно-промышленной установке на шахте «Терновская» ПО "Павлоградуголь" производительностью 24 м3/сутки. Установка представляет собой четырехступенчатый агрегат с предварительным нагревом рассола вторичными парами и последующим нагревом его паром (t=115°) при расходе 350 кг/ч. Выход дистиллята составляет 800 кг/ч.
В настоящее время завершена реконструкция этой опытной установки, где предусмотрен дополнительный узел утилизации сбросных рассолов хлоридно-натриевого типа.
Учитывая накопленный опыт применения опреснительных установок в нашей стране и за рубежом, а также положительные результаты исследований по утилизации рассолов, образующихся при термической деминерализации шахтных вод хлоридно-натриевого типа, разработана технология для головной промышленной установки на шахте «Красноармейская-Западная» № 1 ПО «Красноармейскуголь» по безотходной термической деминерализации шахтных вод производительностью 7200 м3/сутки.
Технологическая схема установки включает в себя очистку шахтных вод от взвешенных веществ с солесодержанием 30 г/дм3, подкисление соляной кислотой и декарбонизацию, подогрев в системе подогревателей, меловую заправку и опреснение в 10-корпусной прямоточной испарительной установке. Образующийся при испарении водяной пар конденсируется и в виде дистиллята направляется потребителю, а рассол подается на кристаллизацию хлорида натрия в выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора. Годовой выход продуктов: дистиллята 2,2 млн. м3, хлорида натрия 45 тыс. т, хлорида кальция 5 тыс. т, оксида магния 560 т, мела и гипса 1,5 тыс. т.
В реализации и усовершенствовании дистилляционного метода основные усилия направлены на повышение эффективности различных типов выпарных аппаратов и снижение тепловых затрат за счет использования вторичного тепла и дешевой тепловой энергии, вырабатываемой атомными электростанциями. Анализ современных тенденций в технологии опреснения морской воды показывает, что многостадийные испарители с вертикальными трубами работают надежнее других и более предпочтительны в отношении предотвращения образования накипи. Испарители мгновенного вскипания наиболее эффективны для высоких производительностей. Интенсивно развиваются методы дистилляции, основанные на применении пленочных испарителей в восходящем и нисходящем потоках, а также горизонтально-трубчатых пленочных испарителей. Сжатие пара, использование тепла вторичного пара применяется в условиях ограниченных ресурсов тепловой энергии для средних и малых установок.
Важной проблемой при дистилляционном методе опреснения минерализованных вод является необходимость предотвращения отложений сульфата кальция (сульфатной накипи) на поверхности теплообмена
выпарных аппаратов. Методы борьбы с накипеобразование по принципу их воздействия на пересыщение можно разделить на 2 группы.
Первая группа — методы, не допускающие кристаллизацию вещества, предупреждающие возникновение пересыщения или ограничивающие его в пристенном слое аппаратуры метастабильной зоной, в которой невозможно гомогенное зародышеобразование. Это - ионообменная и химическая очистки растворов, определенные режимные методы проведения технологических процессов: концентрационные, температурные, тепловые (пузырьковое кипение, конвективный теплообмен, пленочное испарение), гидродинамические (турбулентный, ламинарный), ввод ПАВ, тормозящих зародышеобразование, методы специальной обработки или подбора материала поверхности аппаратуры, улучшающие ее микрогеометрию, коррозионное состояние, придающие свойство гидрофобности и, таким образом, воздействующие на пристенный пограничный слой. Вторая группа — методы проведения технологических процессов в условиях кристаллизации накипеобразующих веществ. Образующая при этом твердая фаза действует как затравка и определяет многие особенности этапов процесса кристаллизации: возникновение пресыщения, зародышеобразования, роста кристаллов. К методам 2-й группы относятся ввод специально получаемых затравочных кристаллов, электромагнитная и УЗ-обработка растворов, ввод ПАВ, сдвигающих процесс кристаллизации в сторону зародышеобразования и роста кристаллов, изменения их формы.
МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕСНЕНИЯ
Высокие технико-экономические показатели мембранных методов опреснения (электродиализа и обратного осмоса) вызвали в последние годы их бурное развитие. По ориентировочным данным при опреснении солоноватых вод капитальные затраты и себестоимость опреснения электродиализом соответственно в 6,9 и в 6,3, а обратным осмосом в 5,9 и в 4,6 раза меньше, чем при дистилляции.
В прогнозах развития мировой экономики мембранные технологии характеризуются как технологии будущего. Объем использования мембранных технологий в экономически развитых странах возрастая ежегодно на 20—25%.
Применение метода обратного осмоса, обеспечивающего одновременную очистку воды от органических, неорганических и бактериальных загрязнений, в настоящее время в нашей стране сдерживается из-за отсутствия обратноосмотических установок опреснения-концентрирования большой производительности, а также недостаточной термо- и химостойкости обратноосмотических полимерных мембран.
Наиболее крупные обратноосмотические установки построены в местах с засушливым климатом; самая большая из них эксплуатируется в США для обессоливания воды реки Колорадо в одну ступень с 2,4 г/л до 0,3 г/л. Установка укомплектована элементами рулонного типа производства фирм UOP и Hydronatics (США). Мощность ее -300 тыс. м3/сут (планируется увеличить до 700 тыс. м3/сут.). Образующийся концентрат захоранивается в подземные горизонты. В число ведущих стран в развитии обратноосмотического метода опреснения кроме США входят также Япония и ФРГ.
Другой мембранный метод опреснения — электродиализ — основан на явлении переноса диссоциированных ионов растворенных в воде соединений через полупроницаемые ионоселективные мембраны под действием постоянного электрического тока. Преимущества этого метода заключаются в простоте аппаратуры, сравнительно легкой автоматизации, малой энергоемкости, экономичности, резком снижении потребления химических реагентов и возможности осуществления процесса в режиме опреснения-концентрирования. Отечественные серийные электродиализные аппараты (табл. 10) и комплектуемые на 1 основе на Алма-Атинском электромеханическом заводе (АЭМЗ) и в ПО «Тамбовмаш» электродиализные установки имеют низкую производительность. Самый крупный электродиализатор ЭДА-1500х1000 производительностью до 70 м3/ч имеет 300 рабочих ячеек, три электрода из платинированного титана (один электрод промежуточный), широкоформатные мембраны — 992x1492 мм (сварены из двух стандартных мембран), корпусные рамки из полиэтилена толщиной 1,2 мм, максимально допускаемое напряжение — 500 В, съем соли за один проход — 30%. В процессе его испытаний было выявлено, что потоки между камерами аппарата распределяются неравномерно, имеются перетоки. Кроме того, аппарат обладает рядом недостатков: ограниченные возможности для опреснения — концентрирования (низкий солесъем и низкая концентрация рассола), нетехнологичность изготовления, недопустимость повышения рабочих температур, использование нестандартных мембран и т. д. По этим причинам они не могут быть использованы в составе комплектных электродиализных установок опреснения — концентрирования шахтных вод.
Современные электродиализные установки с целью повышения надежности работы снабжаются системой переполюсовки электродов и переключения трактов. Фирма «Айоникс» (США) разработала высоконадёжные клапаны переключения трактов и автоматизировала электродиализные установки. В 1976 г. эта фирма построила самую крупную опреснительную установку на острове Корфу в Греции производительностью 15000 м3/сут. Установка работает без химических реагентов и имеет следующие характеристики: производительность по исходной воде 21500 м3/сут., концентрация солей в исходной воде 1400 мг/л, концентрация солей в пресной воде 500 мг/л, извлечение солей до 65%, выход пресной воды 75%, расход электроэнергии 2,1 кВт*ч/м3. При переключении полярности электродов 3—4 раза в час с поверхности ионообменных мембран почти все отложения удаляются и выводятся из системы со сливом.
В последние годы в нашей стране и за рубежом начаты работы по использованию биполярных мембран, что позволит получать растворы кислоты и щелочи из рассолов и тем самым снизить, а в некоторых случаях совсем исключить расход привозных реагентов на предподготовку исходной воды. Развитие этого типа электродиализа в нашей стране сдерживается отсутствием серийного выпуска мембран типа МБ-3 и специальных электродиализных аппаратов.
ПЕРЕРАБОТКА КОНЦЕНТРАТОВ ОПРЕСНЕНИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД СУЛЬФАТНО-ХЛОРИДНО-НАТРИЕВОГО ТИПА
При опреснении шахтных вод сульфатно-хлоридно-натриевого типа (96,5% минерализованных шахтных вод) образуются рассолы (концентраты), обезвреживание которых может быть решено захоронением, переработкой в товарные солепродукты или сухие соли, направляемые на захоронение. В нашей стране и за рубежом практически отсутствуют сведения по обезвреживанию концентратов опреснения этого типа вод на предприятиях угольной промышленности. При рассмотрении данной проблемы приходится ориентироваться на опыт утилизации аналогичных рассолов в химической и других отраслях промышленности.
Известны три альтернативных решения: глубокое концентрирование и сброс упаренных рассолов в соленакопители или закачка их в глубокие подземные горизонты; глубокое концентрирование и обезвоживание их до сухих смешанных солей методом сушки с последующим захоронением в солемогильниках; раздельное выделение солей с получением товарных продуктов, отвечающих требованиям ГОСТов.
Закачка минерализованных стоков в глубокие горизонты возможна при наличии соответствующих геологических условий. Однако в большинстве районов расположения шахт и разрезов в настоящий момент горизонты для приема стоков не обнаружены.
Выделение из рассолов смеси солей — наиболее простой вариант с технологической точки зрения, но реализация смешанной соли затруднена из-за отсутствия потребителей. В связи с этим встает вопрос
о их захоронении, что является дорогостоящим мероприятием, значительно увеличивающим себестоимость угля.
Раздельное выделение солей товарного качества, соответствующего требованиям ГОСТов, позволяет не только ликвидировать их вредное воздействие на природу, но и частично снизить затраты на обезвреживание рассолов за счет реализации получаемых продуктов, таких как декагидрат сульфата натрия (мерабилит Na2SO4*10H2O), сульфат натрия технический (тенардит Na2S04), хлорид натрия технический (галит NaCl).
Сырьем для производства хлористого натрия в ряде случаев являются рассолы, получаемые подземным выщелачиванием каменной соли. Промышленное производство выварочной соли освоено на Славенском солевыварочном комбинате и Аванском солекомбинате. Получаемый при этом хлорид натрия соответствует ГОСТу на соль «экстра». Рассол, образующийся после выделения и обезвоживания выварочной соли, содержит 3,6—5% сульфата натрия и направляется на стадию очистки от сульфат-иона. Для очистки применяется реагентный хлор-кальциевый метод с выделением сульфат-иона в виде гипса CaS04*2H20, который подлежит захоронению. Очищенный рассол хлорида натрия (24,5%) возвращается на стадию выпарки.
Большинство ведущих стран-производителей сульфата натрия используют для его получения как природное, так и вторичное сырье в виде рассолов различного состава. В зависимости от состава, физико-химических свойств перерабатываемых рассолов и получаемых продуктов применяются различные методы их переработки.
Для ускорения практического решения вопроса деминерализации шахтных вод с солесодержанием 7—20 г/л в 1991—1992 гг. предусмотрено строительство головной промышленной установки с обратноосмотическим узлом опреснения на шахте «Октябрьская-Южная» ПО «Ростовуголь» производительностью 7200 м3/сутки. Технология разработана фирмой «Пройсаг» (ФРГ) и отделом деминерализации шахтных вод института ВНИИОСуголь. Комплекс включает узел реагентной обработки воды с целью удаления взвешенных веществ и умягчения, отстаивание в радиальном осветлителе, фильтрование на скорых напорных фильтрах, двухступенчатое опреснение обратным осмосом с получением пресной воды и концентрата, переработку концентрата выпариванием и низкотемпературной кристаллизацией с получением товарных солей. Выход товарных продуктов: опресненной воды 295 т/ч; сульфата натрия 850 кг/ч (99,5%); хлорида натрия 330 кг/ч (99,5%).
Для концентрирования сульфатно-хлоридных растворов до 100— 120 г/л многие зарубежные фирмы используют выпарные аппараты пленочного типа с турбокомпрессией вторичных паров.
Для концентрирования сульфатно-хлоридных растворов до минерализации выше 100—120 г/л с выделением кристаллических солей в промышленной практике как в СНГ, так и за рубежом применяются циркуляционные выпарные аппараты с вынесенной камерой нагрева. Однако разработанный к настоящему времени ряд серийных аппаратов Укрниихиммаша и Свердловниихиммаша превышает по производительностям требуемые для деминерализационных установок шахтных вод. Кроме того, уменьшение типоразмера и опыт эксплуатации выявил необходимость их конструкторской доработки и последующих испытаний в реальных условиях.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ШАХТНЫХ ВОД
Анализ информационных материалов, современного уровня техники опреснения и результатов проведенных исследований позволил определить основные направления решения проблемы деминерализации шахтных вод, включая переработку концентратов опреснения в товарные солепродукты.
Минерализованные шахтные воды хлоридно-натриевого типа с солесодержанием более 7 г/л в ближайшее время целесообразно опреснять термическим (дистилляционным) методом. Базовая технология разработана институтом ВНИИОСуголь при участии ряда научно-исследовательских и проектных организаций (Свердловниихиммаш, ВНИИВОДГЕО, Днепрогипрошахт). Дальнейшее совершенствование технологических схем на базе дистилляционных методов опреснения основано на использовании аппаратов горизонтально-трубчатого типа, низкопотенциального тепла и вторичного пара, а также комбинированной выработки дистиллята, электрической и тепловой энергии.
Большая часть минерализованных шахтных вод с солесодержанием 2—7 г/л должна опресняться электролизом и обратным осмосом. Сложность создания деминерализованных установок для предприятий отрасли на основе применения современной мембранной технологии обусловлена отсутствием промышленного выпуска электродиализных и обратноосмотических установок большей производительности, обеспечивающих получение на выходе концентрированных сбросных рассолов. Необходимы также установки и оборудование для переработки сбросных рассолов опреснения на товарные солепродукты.
С целью частичного покрытия расходов на деминерализацию шахтных и карьерных вод предполагается там, где это целесообразно, осуществить выделение из них или рассолов опреснения редких и рассеяных элементов.
В качестве альтернативных вариантов переработки концентратов опреснения будут прорабатываться вопросы их закачки в подземные горизонты и складирования в пруды-испарители, а также переработки в смесь солей с обработкой водорастворимыми добавками и последующим ее захоронением.
Необходимо отметить, что угольная промышленность не имеет подготовленных квалифицированных кадров и опыта проектирования строительства и эксплуатации станций деминерализации. Для ликвидации имеющегося отставания необходимо провести в отрасли ряд организационно-технических мероприятий: расширить исследовательские, конструкторско-технологические и проектные подразделения, обеспечить их вычислительной техникой и экспериментальной базой, укомплектовать квалифицированными кадрами соответствующих специальностей, создать необходимые мощности для выпуска отдельных видов оборудования, организовать пусконаладочные подразделения для освоения промышленных деминерализационных установок и центры подготовки специалистов для их обслуживания.
ОХРАНА АТМОСФЕРЫ
Охрана атмосферного воздуха неразрывно связана с разработкой новых перспективных методов и средств борьбы с загрязнением воздушного бассейна, таких как пылеподавление, пылегазоочистка, совершенствование технологического оборудования, контроль за выбросами в атмосферу.
В настоящее время в отрасли 24,7 тыс. источников загрязнения атмосферного воздуха, из которых 9,4 тыс. (38%) оборудованы очистными сооружениями.
На пылегазоочистных сооружениях улавливается и обезвреживается свыше 3,9 млн. т вредных веществ (доля улавливания 73,6%).
Основными процессами на предприятиях отрасли, загрязняющими воздушный бассейн, являются погрузочно-разгрузочные работы и сжигание топлива в котельных установках.
Для борьбы с пылью при погрузочно-разгрузочных работах на разрезах используются гидроорошение, механические устройства и аппараты для пылеподавления (укрытия, оснащенные аспирацией, и ограждения), физико-химические методы (пена, искусственный снег, пылесвязующие вещества, смачиватели и т.п.).
Основными направлениями снижения выбросов загрязняющих атмосферу веществ при сжигании топлива в котельных установках и работе аспирационных систем являются совершенствование пылегазоочистного оборудования и технологии сжигания топлива, создание нового технологического оборудования (топок, горелок), перевод действующих котлов на сжигание высокозольных топлив, газификация угля и т.п., внедрение систем автоматического контроля за выбросами.
ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЕ ПРИ ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫХ РАБОТАХ
НА РАЗРЕЗАХ
При проведении погрузочно-разгрузочных работ на разрезах во время транспортировки, пересыпки угля с конвейера на конвейер, а также при сдувании угля с открытых складов происходит интенсивное пылеобразование.
Гидроорошение. Система пневмогидроорошения (ПГО) для предотвращения пылеобразования или пылеподавления может быть применена как водовоздушная завеса на узлах пересыпки сыпучих материалов.
Применение системы ПГО при пылеподавлении в местах перегрузки угля с конвейера на конвейер не всегда эффективно, так как при длительных остановках конвейерных линий уголь или, если порожний конвейер, конвейерная лента переувлажняются, что приводит к пробуксовке и преждевременному износу конвейерной ленты.
Применение ПГО требует больших расходов воды, которая оказывает влияние на влагосодержащие угля, что нежелательно. Чрезмерное использование воды может привести к слипаемости угольной ныли, прилипанию ее к ситам, что ведет к их засорению. В жаркое время года вода очень быстро испаряется и эффект предотвращения пыления будет краткосрочным.
Поэтому, несмотря на относительную простоту и достаточно высокую эффективность, способ гидроорошения не сможет найти широкого применения на разрезах в районах с преобладанием отрицательных температур воздуха и с ограниченностью водных ресурсов.
Аспирационные укрытия и ограждения узлов перегрузки позволяют локализовать источники пыления, проанализировать состав воздуха и его запыленность с последующей его очисткой. Существует множество конструкций подобного назначения.
Применение аспирационных укрытий в угольной промышленности влечет за собой ряд нежелательных последствий: в самих укрытиях и отводящих газоходах создаются повышенные, а порой взрывоопасные концентрации угольной пыли; наблюдается значительный абразивный износ воздуховодов, возникают сложности с дальнейшей утилизацией уловленной пыли.
Кроме того, при хранении угля в открытых складах невозможно сооружение укрытий, оснащенных системами аспирации. Предотвращение сдувания пыли с открытых штабелей угля необходимо осуществлять с помощью специальных ограждений.
Проблему предотвращения уноса пыли с больших поверхностей угля на разрезах без значительного повышения его влагосодержания частично может решить сооружением ветрозащитных барьеров.
Физико-химические методы. Возможным путем снижения пылеобразования, а также очистки воздуха от взвешенной пыли на разрезах является использование воды в твердом агрегатном состоянии в виде снега и мелких ледяных кристаллов.
Малый объемный вес снега, большая площадь поверхности, определяющая высокую пылеемкость, отсутствие смерзания материала, коррозии металлических частей оборудования и дополнительного загрязнения окружающей среды являются достоинствами метода пылеподавления при низких температурах воздуха. Одним из перспективных направлений борьбы с пылью является пылеподавление с помощью воздушно-механической пены.
Однако применение пенного способа для борьбы с пылью в настоящее время сдерживается рядом технических и технологических при чин, затрудняющих широкое внедрение способа в угольную промышленность.
ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА В КОТЛОАГРЕГАТАХ И РАБОТЕ СИСТЕМ АСПИРАЦИИ
В отрасли разработана комплексная программа охраны атмосферы, включающая рекомендации по техническим решениям с учетом особенностей источников выбросов и эффективности пылеулавливающего оборудования: котельные — циклонами, сушильные установки обогатительных фабрик — двух- и трехступенчатыми системами сухого и мокрого пылеулавливания.
Разработан и осваивается параметрический ряд пылеуловителей типа ПЦ производительностью от 5 до 40 тыс. м3/час.
По техническим характеристикам отечественные аппараты (МПР-75, МПР-СОО и батарейные циклоны БЦУ-М, ПБЦ) могут обеспечить очистку до 95—98 %, что соответствует лучшим зарубежным образцам.
Значительное снижение суммарных выбросов пыли достигается за счет эффективного улавливания крупнодисперсных твердых взвешенных частиц диаметром более 10 мкм в аппаратах сухой очистки. Мелкодисперсные твердые взвешенные частицы диаметром менее 10 мкм улавливать сложнее, поэтому проблеме улавливания таких частиц в последнее время уделяется особое внимание. При этом сохраняется тенденция более широкого применения газоочистного оборудования сухого типа, имеющего известные преимущества перед оборудованием мокрого типа аналогичного назначения. Этому способствуют работы по улучшению конструкций, режимов эксплуатации и экономических показателей таких распространенных аппаратов, как рукавные фильтры.
При пропускании запыленного газа через тканевый фильтр пыль собирается на материале, а очищенный воздух проходит через него.
Различают три температурных уровня работы фильтровальных материалов: 121—204°С; 204,4—260°С; 260—815,6°С.
Для очистки горячих и агрессивных газов в промышленных системах в качестве фильтрующей среды рекомендуется использовать материалы на основе синтетических минеральных или натуральных волокон.
При выборе фильтровального материала помимо теплостойкости необходимо учитывать коррозионное воздействие газа на ткань. Как правило, плотность фильтровальной ткани в рукавных фильтрах, работающих при высоких температурах, должна быть больше, чем в фильтрах, работающих при температуре окружающей среды. Это объясняется тем, что чем выше плотность газоносителя, тем легче осуществляется его очистка рукавными фильтрами; плотность газов с повышением температуры уменьшается и при использовании более плотной ткани требуются меньшие эксплуатационные затраты.
В последние годы разработаны и рекомендованы к промышленному применению гидродинамические пылеуловители пенного типа.
Принцип их работы основан на фильтрации запыленного воздуха через слой высокотурбулизованной пены, образующейся на газораспределительной решетке. Пылеуловитель обеспечивает высокую степень очистки (99,1—99,96%) и может очищать выбросы с различными параметрами запыленности и температуры.
ГАЗООЧИСТКА НА КОТЕЛЬНЫХ И ТЭЦ
Очистка дымовых газов от оксидов серы и азота. Основными источниками загрязнения атмосферы являются котельные и ТЭЦ, на которые приходится 70% (960 тыс. т) всего количества выбросов. Из 4 тыс. котельных около 50% имеют производительность от 1 до 10 т пара в час.
Источники и характеристика выбросов представлены в табл. 11.
Превышение максимальных приземных концентраций без учета фонового загрязнения для диоксида серы наблюдается на 120 источниках, для оксидов азота — на 81.
Одним из путей снижения выбросов загрязняющих атмосферу веществ является очистка дымовых газов.
Всего известно около 200 способов удаления диоксида серы, промышленное использование нашли лишь 25.
Один из наиболее распространенных и освоенных методов — известняковый, основанный на связывании диоксида серы суспензией известняка с получением гипса. В ФРГ 75% энергоустановок, в США 50% работают по данному методу.
В настоящее время ведутся работы по совершенствованию аппаратурного оформления, доведению до кондиции отходов и их использованию.
Надежную длительную эксплуатацию установок, работающих по мокрому способу очистки, обеспечивает защита внутренних поверхностей оборудования гуммированием или применение части оборудования в коррозионном исполнении.
За рубежом работа всех современных сероулавливающих установок практически полностью автоматизирована. Это гарантирует поддержание параметров установки в заданном диапазоне, что исключает зарастание абсорбера и суспензионных трубопроводов солевыми отложениями.
Наряду с известняком в качестве реагента может быть применена известь.
Промышленные установки для сероочистки дымовых газов в стране серийно не выпускаются. Не производится серийно и основное оборудование, предназначенное для работы в условиях воздействия коррозионной и абразивной сред.
В последнее время за рубежом широкое распространение получил метод сухой абсорбции, сущность которого заключается в диспергировании в потоке горячих топочных газов водного раствора щелочного поглотителя, взятого в таком количестве, чтобы вся содержащаяся в растворе вода полностью испарилась. Образующийся продукт реакции вместе с золой отделяется в фильтрах. Этот метод отличается меньшим количеством отходов, причем в сухом виде, не требует дополнительного оборудования, что снижает монтажную стоимость и площадь территории, занятой под установку. Применение метода сухой абсорбции оправдано только для дымовых газов с исходным содержанием диоксида серы 1—2 г/м3. Для достижения высокой степени очистки (90%) следует подавать большой избыток сорбента. Степень использования сорбента при этом не превышает 30%. Для успешной эксплуатации требуется достаточно сложная и надежная система автоматизации.
Прогрессивным методом для сероулавливания является использование щелочных свойств летучей золы топлива или щелочных отходов других производств.
Сокращение выбросов оксидов азота может осуществляться специальной организацией процесса сгорания топлива и очисткой дымовых газов от оксидов азота. Усовершенствование технологии сжигания топлива позволяет снизить содержание оксидов азота на 10—40%. Это целесообразно проводить в котельных, работающих на жидком и газообразном топливе или сжигающих угольную пыль.
Основными методами очистки дымовых газов от оксидов азота являются селективные каталитическое и некаталитическое высокотемпературное восстановление аммиаком.
Япония является единственной страной в мире, где осуществляется промышленная эксплуатация денитрификации уходящих газов. В I настоящее время в Японии очистные установки позволяют удалить 80% оксидов азота, а в ближайшие годы предполагается увеличить степень их удаления до 90%.
В угольной промышленности котельные оборудованы в основном котлоагрегатами производительностью не более 25 т пара в час. Сокращение выбросов оксидов азота путем газоочистки на таких котельных нецелесообразно. Использование газоочистных установок от оксидов I дзота возможно для ТЭЦ, оснащенных котлоагрегатами производительностью не менее 75 т пара в час.
В последнее время наблюдается тенденция развития методов одновременной очистки дымовых газов от оксидов серы и азота.
Большой интерес вызывает способ очистки дымовых газов от оксидов серы и азота с применением аммиака и облучения потока очищаемого газа пучком электронов, разрабатываемый фирмой «Эбара» (Япония). Способ обеспечивает эффективность улавливания оксидов серы и азота до 90%, а получаемые при этом сульфат и нитрат аммония могут быть использованы в качестве удобрений.
За рубежом разработаны пылеугольные горелки с пониженным выходом оксидов азота и серы.
Разработана конструкция вращающейся печи для сжигания газообразного, жидкого или твердого топлива. Данная печь обеспечивает I полное сгорание топлива и минимальные потери тепла. Снижение содержания в дымовых газах диоксида серы достигается подачей в печь высокодисперсных известняка или извести. Постадийная подача воздуxa, частичная рециркуляция дымовых газов позволяют снизить содержание оксидов азота в дымовых газах.
Одним из наиболее перспективных и удобных для применения в малой энергетике является способ сжигания твердого топлива в низко-температурном кипящем слое (НТКС), при этом многие авторы утверждают, что псевдоожиженный слой позволяет уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Для снижения выбросов диоксида серы в кипящий слой вводят известняк, известь или доломит. При использовании доломитизированного известняка диоксида серы выделяется на 40% меньше, чем при использовании известняка. Эффективность от введения известняка возрастает с увеличением его дисперсности, однако при этом растет унос. Повышение эффективности очистки взаимосвязано с низкой степенью утилизации сорбента.
Известны десятки способов очистки дымовых газов от сернистого ангидрида, которые, в основном, сводятся к восстановлению окислов азота на блочном твердом катализаторе в виде «сот» (процесс СКР).
В мировой практике (Германия, США, Япония) для очистки дымовых газов от окислов серы широко используется комбинированный метод (процесс СКР с мокрым известняковым способом) с получением гипса. Однако известняковый метод, несмотря на кажущуюся простоту процесса, имеет ряд серьезных недостатков, главными из которых являются большие объемы циркулирующей коррозионной активной жидкости, образование сточных вод, шламов и нетоварного гипса, что характерно при нейтрализации газов от сжигания бурых углей или углей с соединениями мышьяка и тяжелых металлов.
Каталитический метод, выгодно отличающийся от рассмотренных, разработан фирмой «Халдор Топсе А/О» (Дания). Катализатор и технология очистки дымовых газов от окислов азота аналогичны процессу СКР, однако очистка от окислов серы производится в газовой фазе путем каталитического окисления диоксида серы до триоксида с дальнейшим получением товарной серной кислоты.
Технология позволяет осуществлять четыре основных процесса газоочистки:
каталитическое сжигание растворителей и других горючих веществ, содержащихся в воздухе и отходящих газах (КАТОКС);
каталитическая десульфация промышленных отходящих газов (ВСА). Сера извлекается в виде концентрированной серной кислоты, при этом не создается новых источников загрязнения;
удаление окислов азота из дымовых газов и других промышленных отходящих газов (ДЕНОКС). Окислы азота извлекаются селективно с помощью аммиака на катализаторе «Топсе»;
процесс, сочетающий технологии ВСА и ДЕНОКС.
Применительно к экологическим проблемам на территории СНГ предпочтительным является Процесс СНОКС, обеспечивающий одновременную очистку от диоксида серы на 95—96% и от оксидов азота — около 90%. Важным является и то, что с увеличением содержания серы в дымовых газах уменьшаются эксплуатационные расходы.
Для широкого внедрения данной технологии в СНГ и за рубежом с участием фирмы «Халдор Топсе» организовано СП «Вита СТ» для производства, сбыта, монтажа и эксплуатации указанных установок.
Перспективным способом снижения выбросов котлов высокой пари производительности могла бы служить газификация угля.
В Германии разработана технология, позволяющая осуществлять газификацию углей практически любого состава и практически полностью ликвидировать выбросы соединений серы и пыли, а также значительно снизить выбросы оксидов азота.
Совершенствование технологии сжигания топлива в котельных установках. Применяющиеся в настоящее время топочные устройства для сжигания угля в котлах паропроизводительностью от 4 до 25 т пара в час снабжены слоевыми топками. Сжигание рядовых углей с высокой зольностью и большим содержанием мелких фракций в серийных топочных устройствах затруднительно, КПД котельных установок нередко составляет 60—65% и обеспечить паспортную производительность котла практически невозможно. Это обстоятельство обусловило необходимость разработки новых способов сжигания углей с повышенной (до 70—80%) зольностью.
Существует ряд способов снижения выбросов путем совершенствования процессов сжигания.
К таким способам можно отнести слоевое сжигание угля с предварительным отделением угольной мелочи перед подачей топлива пневмомеханическим забрасывателем (ПМЗ).
При сжигании угля в факельно-слоевых топках значительная доля золы и оксидов азота образуется при сгорании мелочи, которая при подаче угля ПМЗ горит во взвешенном состоянии во время падения на слой угля. При отделении от угля мелочи содержание летучей золы в дымовых газах уменьшается в 6 раз, содержание оксидов азота заметно снижается. Предложено отделять мелочь от угля в специальном сепараторе до его сжигания. Возможен вдув мелочи в топку непосредственно над слоем или добавка его в систему возврата уноса. Этот способ может быть использован для слоевых топок и топок кипящего слоя, оснащенных ПМЗ.
Другой перспективный способ снижения выбросов котлоагрегатов со слоевыми топками малой мощности (до 5 МВт) разработан в Германии. В топливо перед сжиганием добавляют известковые препараты (кусковая жженая известь или известковое молоко). Связывание диоксида серы происходит непосредственно в топке. Степень очистки составляет около 50%.
Уменьшить Образование оксидов азота и серы в продуктах сгорания можно рациональной организацией топочного процесса. Если выбросы диоксида серы удается сократить введением присадок, то выбросы оксидов азота можно существенно уменьшить ступенчатым вводом воздуха и топлива в зону горения, сжиганием с малыми избытками воздуха, рециркуляцией газов, вводом в топку водяных паров. Однако при этом необходимо следить, чтобы недожог топлива был в допустимых пределах.
КОНТРОЛЬ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА
Для защиты атмосферы от загрязнения, а также для обеспечения высокой эффективности работы пылегазоулавливающего оборудования необходима система контроля за промышленными выбросами в атмосферу с применением современных приборов. Задачей данной системы является контроль за соблюдением нормативов допустимых выбросов в атмосферу и выдача информации о вкладе конкретных источников в общий фон загрязнения окружающей среды.
Измерение концентрации пыли является трудной метрологической задачей. Пыль почти всегда полидисперсна (размер частиц от 10-2 до 102 мкм). Интервал концентраций является еще более широким. Форма и физико-химические свойства частиц пыли могут быть самыми разнообразными. Все это затрудняет разработку и создание универсальных методов и средств измерения концентрации пыли.
Анализ показывает, что наиболее широко применяются в последнее время приборы, работающие по принципу определения пыли в воздухе с применением фильтров. Этот метод основан на протягивании определенного объема исследуемого воздуха через фильтры АФА с последующим определением содержания пыли в пробе по массе фильтра (весовым методом).
Для измерения запыленности воздуха может быть использована зависимость между интенсивностью радиоактивного излучения и массой слоя пыли. Приборы, использующие эту зависимость, работают по принципу отбора запыленного воздуха от основного потока и протягивания его через высокоэффективный фильтрующий материал, помещенный между источником β-измерсния и детектором (счетчиком β-частиц).
Для определения содержания пыли в воздухе предназначен также электроприципитатор — прибор, работающий по принципу осаждения пыли в электрическом поле высокого напряжения.
В зарубежной практике наибольшее распространение получили гравиметрические преобразователи, принцип действия которых заключается в том, что с помощью диафрагменного воздушного насоса с приводом от двигателя через дисковый фильтр протягивается исследуемый воздух с определенной скоростью. Общее количество протянутого через фильтр воздуха регистрируется расходомером, вмонтированным в насосе.
Все перечисленные приборы не лишены недостатков. Главными из них являются значительные затраты труда на обслуживание аппаратуры периодического действия для измерения запыленности воздуха и постоянного наблюдения со стороны технического персонала. Точность измерения этих приборов во многом зависит от физико-химического состава пыли, состояния воздушной среды, окружающей обстановки и многих других факторов. Кроме того, данные приборы совершенно непригодны для автоматизированных систем контроля и управления.
Автоматизированная система контроля позволяет получить динамику запыленности воздуха в течение всего производственного цикла, выявить периоды интенсивного пылевыделения и получить объективную картину, отражающую уровень запыленности в любой момент работы технологического оборудования.
Некоторые модели приборов для определения запыленности воздуха, разработанные в последнее время, получили пока ограниченное применение и нуждаются в доработке.
Трудности прямого автоматического определения массы пыли, содержащейся в воздушном потоке, т. е. взвешивание на заключительном этапе определения запыленности воздуха, требуют разработки косвенных методов, которые позволили бы пользоваться автоматическими приборами, например, оптическими.
Существенным фактором, ограничивающим длительное использование оптических пылемеров, является запыление оптики.
Разработка и установление предельно допустимых выбросов (ПДВ), загрязняющих атмосферу веществ, для каждого источника загрязнения на предприятиях угольной промышленности возможны при наличии надежной быстродействующей аппаратуры. Однако создание ее существенно задерживается.
Институтом ВНИИОСуголь разработан и прошел межведомственные испытания фотоэлектрический датчик оптического пылемера ФДОП и разрабатывается датчик переносного оптико-волоконного пылемера ДПОВД 20280, предназначенные для контроля запыленности газов в дымовом тракте котлоагрегатов.
Датчик ФДОП положен в основу разрабатываемой ВНИИОСуглем системы авторегулирования процесса горения САПГ, предназначенной для регулирования процесса горения топлива в котлоагрегате и поддержания его на заданном уровне за счет изменения подачи топлива в топку при неизменной подаче воздуха.
Специализированным трестом «Средазцветметэнерго» разработан и внедрен переносной радиоизотопный концентратомер пыли «Приз-2», предназначенный для определения массовой концентрации нерадиоактивной пыли в атмосфере, не содержащей паров кислот и щелочей. Преимуществами данного прибора являются: полуавтоматический режим работы; наличие цифровой индикации результатов измерения непосредственно в мг/м3; возможность выбора источника питания (автономный или сетевой); малые габариты и масса.
Прибор обеспечивает измерение концентраций пыли в диапазоне от 1,0 до 500,0 мг/м3 при температуре окружающей среды от — 10°С до +40 С и относительной влажности воздуха до 80%.
К недостаткам прибора относится то, что при наличии в атмосфере диспергированного масла он измеряет суммарное массовое содержание в ней пыли и масла.
Основные технические характеристики некоторых отечественных и зарубежных пылемеров приведены в табл. 12.
КОНТРОЛЬ СОДЕРЖАНИЯ ГАЗОВ В ВОЗДУХЕ
Одной из важных тенденций, прослеживающихся в последние годы в газоаналитическом приборостроении за рубежом, является создание комбинированных приборов, предназначенных для одновременного или последовательного определения концентраций нескольких ингредиентов и имеющих несколько датчиков в одном корпусе.
Анализ развития газоаналитической техники в нашей стране показывает, что только в последние годы стало уделяться внимание средствам измерения состава промышленных выбросов.
Всесоюзным НИИ аналитического приборостроения (ВНИИАП) впервые в стране разработан многокомпонентный газоанализатор нового поколения 305 ФА-01, предназначенный для непрерывного измерения массовой концентрации одновременно пяти компонентов в выбросах ТЭС и промышленных предприятий: оксидов углерода и азота, диоксидов азота и серы, аммиака. При необходимости можно контролировать и массовую концентрацию диоксида углерода, метана и паров воды, которые входят в состав промвыбросов, а также любого в отдельности взятого компонента. Новый газоанализатор может успешно заменить газоаналитическую систему, состоящую из пяти газоанализаторов, работа которых основана на различных методах измерения. Газоанализатор комплектуется устройством пробоподготовки, устанавливается в специально оборудованном автомобиле и подсоединяется к объекту контроля с помощью выносного обогреваемого трубопровода. Может подключаться и стационарно.
Этим же НИИ разработан и начал серийно выпускаться переносный инфракрасный газоанализатор 121 ФА-01, предназначенный для измерения объемной доли оксида углерода в выхлопных газах карбюраторных двигателей. Прибор прост в обслуживании, обладает высокой надежностью и стабильностью показаний, быстродействием, само контролируемой чувствительностью измерения, универсальным питанием (от сети 220 В и от аккумуляторной батареи 12 В).
Ужгородским СКБ средств аналитической техники разработан и серийно выпускается газоанализатор ГЛ-1121, предназначенный для определения углеводородов в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания.
Экспрессность, удобство в эксплуатации и экономичность вновь возвращают жизнь одному из старейших методов анализа состава вещества — линейно-колористическому.
В институте ВНИИОСуголь разработан газоопределитель ГХПВ-1, предназначенный для определения оксидов азота и диоксида серы в дымовых газах котельных и углеобогатительных фабрик.
Диапазон концентраций, измеряемых ГХПВ, составляет для диоксида серы 0.5—10,0 г/м3; оксида азота (в пересчете на диоксид) — 0,1 — 1,0 г/м3.
Газоанализатор ГХПВ аттестован на высшую категорию качества, выпускается серийно с 1989 г. и в настоящее время внедряется на предприятиях отрасли.
РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ, НАРУШЕННЫХ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ. ОХРАНА ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
ОБЩЕЕ СОСТОЯНИЕ
Угольная промышленность является одной из экологически сложных отраслей народного хозяйства страны. Это связано не только с созданием и функционированием крупномасштабных производств в разных зонально-климатических районах страны, но и с многосторонним негативным воздействием технологических процессов добычи и переработки угля на окружающую среду, выраженным в изъятии земель из оборота, видоизменений прилегающего ландшафта и в загрязнении его вредными отходами производства. Всевозрастающая концентрация промышленных объектов отрасли в основных угледобывающих районах усугубляет экологическую обстановку.
В среднем при добыче 1 млн. т угля нарушается при открытом способе 20 га, подземном — до 7,5 га земли.
Основным направлением рационального использования земельных ресурсов в отрасли является рекультивация нарушенных земель и возврат их народному хозяйству в качестве продуктивных угодий. К наиболее характерным видам нарушений земель относятся плоские и I конические породные отвалы, карьерные выемки, деформация земной поверхности (прогибы, провалы), гидро- и золоотвалы, хвостохранилища. Значительная часть (69%) нарушений приходится на открытые разработки. Темпы рекультивации нарушенных земель постоянно повышаются, но все еще отстают от темпов нарушения. Основными направлениями рекультивации являются сельскохозяйственное (пашня, пастбища, сенокосы); лесохозяйственное (леса и кустарники); санитарно-гигиеническое и рекреационное.
Основными проблемами в области охраны и рационального использования земельных ресурсов являются:
- совершенствование технологии вскрышных, добычных работ и отвалообразования в направлении сокращения изымаемых из землепользования и нарушаемых площадей, приближения, ускорения и снижения трудоемкости рекультивационных работ;
- совершенствование существующих и разработка новых более эффективных способов технической и биологической рекультивации нарушенных земель, в том числе обеспечивающих восстановление гидродинамического режима грунтовых вод;
- разработка комплексов специальных машин для производства рекультивационных работ для различных видов нарушений и условий;
- разработка мероприятий и технических средств, исключающих отрицательное воздействие горных работ на прилегающие территории.
В рамках НТП по рациональному использованию земельных ресурсов проводились научные исследования и разработки по дальнейшему совершенствованию технологий технической и биологической рекультивации, по освоению высокопроизводительных технологических комплексов оборудования, обеспечивающих повышение качества и ускорение темпов рекультивационных работ. В отрасли постоянно выполнялись работы по разработке и освоению комплекса инженерно-технических и биологических мероприятий по предотвращению эрозионных процессов на отвалах и рекультивированных землях.
Проблема рекультивации на современном этапе в связи с ежегодным увеличением степени техногенного влияния угольной промышленности на природные ландшафты и окружающую среду требует нового подхода. Чтобы решить ее полностью и эффективно, необходимо изучить комплексно все виды нарушений природных экосистем, изучить специфику и динамику экологических условий, создающихся при техногенном воздействии на природные комплексы, спрогнозировать те изменения, которые могут произойти в результате действия техногенных факторов. Однако эта проблема по-прежнему решается в стране в рамках отдельных отраслей. Планирование рекультивационных работ в большинстве случаев не учитывает роли нарушенных и восстановленных земель в сохранении экологического равновесия в природе, правильного соотношения направлений рекультивации с учетом природно-климатических условий района, всего необходимого комплекса мер по сохранению и воспроизводству нарушенных экосистем в целом.
Технический этап рекультивации земель на разрезах, как правило, по-прежнему ведется без совмещения с технологией вскрышных работ и отвалообразования, отстает по времени от горных работ и выполняется по раздельной схеме, что ведет к значительному (до 10 раз) удорожанию рекультивационных работ.
Определенный опыт рекультивации земель, нарушенных горнодобывающей промышленностью, накоплен в капиталистических странах. Так, в США площадь земель, поврежденных открытыми горными разработками, превышает 2 млн. га, ежегодно возрастая на 80 тыс. га.
В Великобритании, стране с относительно небольшой территорией, разработками каменного угля (ведущимися в 9 бассейнах), железной руды, строительных материалов нарушено более 80 тыс. га земель, прирост их составляет около 2 тыс. га в год. При этом плотность нарушений на 1000 га достигает в Ланкашире 7,3, на севере Англии — 4,3, в западном Медленде — 40 га.
В Германии наиболее сильное вмешательство в природу имеет место в районе Нижнерейнского буроугольного бассейна — крупнейшего в Европе месторождения, занимающего территорию около 2,5 тыс. км2. До 99% угля добывается здесь открытым способом с глубины до 300 м, площадь нарушенных земель составляет порядка 20 тыс. га. Добычей строительных материалов в Германии нарушается 7—10 тыс. га земель в год.
Быстрый рост и расширение масштабов горных разработок в развитых капиталистических странах, часто в ущерб другим видам использования земель, делают особенно актуальной проблему восстановления полезных природных свойств территории — рекультивации ландшафтов. Эта проблема обостряется конкуренцией различных землепользователей, конфликтным столкновением их интересов, прежде всего в густонаселенных районах с высокой концентрацией экономической деятельности. Принятые в отдельных капиталистических странах определения понятия «нарушенных земель» несколько различаются, но суть их сводится к следующему: к нарушенным землям относятся территории, настолько поврежденные горнодобывающей промышленностью или другими видами производств, что рентабельное использование их невозможно без проведения специальных мероприятий. Это определение близко к трактовке нарушенных земель в нашей стране.
Конечной целью рекультивации является создание «оптимального ландшафта», под которым понимается такая форма организации территории, которая позволяет не только обеспечить максимальную продуктивность земельных угодий, но и удовлетворить рекреационные, эстетические, санитарно-гигиенические и другие требования к природной среде.
На месте старых карьеров часто проводится водохозяйственная рекультивация. Это один из самых дешевых способов восстановления нарушенных земель, позволяющих вместе с тем создавать резервы воды для промышленных и сельскохозяйственных нужд. Затоплению подвергаются даже карьеры с высокотоксичными грунтами, к которым неприменимы другие способы рекультивации.
Санитарно-гигиеническая и озеленительная рекультивация проводится для борьбы с водной и ветровой эрозией главным образом вблизи населенных пунктов и в целях создания местообитаний для животных, прежде всего таких видов, которым угрожает уничтожение. В этих случаях активно используют самозарастание, ускоряя его обогащением пород минеральными и органическими веществами. Особую трудность представляет восстановление нарушенных земель с токсичными породами. Основное внимание в этих случаях уделяется подбору видов растений.
Важным направлением рекультивации является создание на местe отработанных месторождений зон отдыха и спортивных баз. Для этих целей могут использоваться как территории с водными ресурсами — глубокие затопляемые карьеры (виды использования — рыболовство, водный спорт), так и без них (маршрутный и прогулочный туризм, скалолазание, мото- и велоспорт, теннис, лыжный спорт). Затраты при рекреационном направлении рекультивации в среднем в 3 раза ниже, чем при сельскохозяйственном.
В густонаселенных районах с высокой концентрацией промышленного производства территории выработанных карьеров и шахт чаще всего после предварительной подготовки используются для жилищного, промышленного или транспортного строительства.
Капиталистическими странами накоплен богатый опыт по рекультивации разных типов нарушенных земель, представляющий практический интерес. Однако, надо подчеркнуть, что проблема нарушенных горнодобывающей промышленностью земель в этих странах далека от своего решения. Затраты на рекультивацию весьма значительны. 3а-висимость проведения восстановительных работ от заинтересованности предприятий в том или ином участке земли, от рыночной стоимости земли препятствуют последовательному осуществлению этих работ, предотвращению деградации природных ландшафтов, так как многие карьеры вообще не подвергаются рекультивации, а используются для складирования промышленных отходов.
Во вскрышной толще буроугольных месторождений часто встречаются сульфидсодержащие породы с большим содержанием серы и гидроокислов алюминия и железа. Такие породы рекультивируются путем нанесения рекультивационного слоя. Для этой цели используются гумусированный слой почвы, лессовидные суглинки и лесс. Мощность насыпного слоя зависит от целевого использования рекультивируемых земель и колеблется от 0,6 до 1,5 м. При освоении таких земель используют различные почвообразующие культуры и мелиоративные севообороты. Большое внимание уделяется агротехническим и противоэрозионным мероприятиям: тщательное выравнивание отвальной поверхности и насыпного слоя, глубокая (до 50 см) вспашка, внесение повышенных доз минеральных удобрений. На рекультивированных таким образом участках через 2—3 года получают урожай не ниже, чем на старопахотных землях. При отсутствии гумусированного слоя почвы и суглинков для перекрытия фитотоксичных пород проводится химическая мелиорация поверхности отвалов.
Для рекультивации фитотоксичных пород применяется также метод Койке, основанный на использовании бытовых сточных вод. По этому методу в течение двух лет разбрызгивается до 1100 мм биологически активного осадка. Поверхность отвала периодически дискуется и глубоко пашется. Восстановленная таким образом площадь используется, в основном, под посевы многолетних трав.
При создании лесонасаждений на отвалах без нанесения рекультивационного слоя на первом этапе высеваются лютик многолетний (15—60 кг/га) или донник белый (30 кг/га). На третий год травы запахиваются и высаживаются древесно-кустарниковые культуры (дуб, липа, лиственница, сосна, ольха, ива и др.).
Для облесения в Германии используются большей частью участки, непригодные для сельскохозяйственного производства, в том числе и откосы. Облесенные откосы отвалов составляют 40—60% всей площади лесохозяйственной рекультивации.
При рекультивации старых заброшенных земель практикуется их обработка сточными водами с целью насыщения субстратов органическими и другими питательными веществами. Дополнительно производится внесение минеральных удобрений, которые стабилизируют вымывание некоторых химических элементов, особенно в районах с большим количеством осадков. Обработка сточными водами проводится из чета 100 т сухого осадка на 2,0 тыс. т породы. Новые отвалы сразу проектируются с откосами от 3—4° до 18° с целью последующего использования их в сельском хозяйстве. Использование осадков бытовых сточных вод (ОСВ) получило широкое распространение при восстановлении нарушенных земель в последние 5—10 лет в США. Сущность способа заключается в известковании кислых субстратов отвала известью до рН=7,0. Затем с компостированием либо без него вносится ОСВ в количестве 120—134 т/га в пересчете на сухое вещество. После вспашки производится посев овсяницы тростниковой, ежи сборной, ледвянца рогатого. Наблюдения в течение 5 лет подтвердили благотворное влияние ОСВ на надземную и корневую биомассу, накопление в почве органического вещества. Другой способ использования ОСВ состоит в анаэробном сбраживании и обезвоживании осадка (до консистенции около 25%), смешивании с опилками в соотношении 1:2 и компостировании. Полученный компост смешивается с осадком в соотношении 1:1 и вносится в субстрат отвалов в количестве 12—13,4 кг/м2. При этом восстановление нарушенных земель происходит значительно быстрее, чем при использовании минеральных удобрений. Анализ на наличие тяжелых металлов в выращенной продукции дал отрицательные результаты.
Заслуживает внимания также опыт использования ОСВ в Венгрии, где путем биологического инъектирования его в субстрат отвалов восстановлено более 2,0 тыс. га после разработки бурого угля. Сущность способа заключается в подготовке на основе ОСВ смеси из лигнита, опилок или соломы с удобрениями и инъектирования ее в поверхность отвала. Практика показала, что на подготовленных таким образом участках с успехом растет пшеница, рожь, овес, ячмень, овощи, древесные и кустарниковые культуры.
Повышение требований к охране окружающей среды побуждает в последние годы более внимательно относиться к формированию отвалов.
Накоплен мировой опыт рекультивации отвалов несколькими способами, к которым относятся:
- выполаживание угла откоса отвала до 8—12°, последующий посев трав и посадка деревьев;
- нарезка на высоких (20 м и более) отвалах террас и микротеррас с последующей посадкой на них древесно-кустарниковой растительности;
- закрепление поверхности откосов отвалов дерниной с сенокосно-пастбищных угодий;
- закрепление поверхности отвалов вяжущими веществами в сочетании с мульчирующим материалом, макро- и микроудобрениями, семенами при гидропосеве;
- покрытие поверхности откосов отвалов искусственно выращенными торфодерновыми коврами.
Наиболее перспективны два последних способа: первый из них дает возможность производить механизированным способом посев многолетних трав на труднодоступных участках рельефа, второй является наиболее быстрым и эффективным.
В СНГ гидропосев применяется при мелиорации и в дорожном Строительстве. Известен целый ряд рецептов, отличающихся друг от друга входящими в их состав компонентами. В качестве вяжущих материалов используются различные марки битумов, латексов, в качестве мульчирующих добавок — древесные опилки, солома, дерновая крошка, торф, органическое волокнистое вещество и т. д. Для посева берутся семена различных видов многолетних трав. В каждом конкретном случае состав рабочей смеси определяется условиями применения, получаемым эффектом, стоимостью и доступностью материалов. В последние годы для закрепления откосов отвалов и создания естественного природного ландшафта успешно применяются дерновые покрытия на торфяной основе (торфодерновые ковры), технология производства которых разработана Всесоюзным научно-исследовательским институтом торфяной промышленности (ВНИИТП).
Торфодерновые ковры представляют собой геометрически правильно нарезанные куски дернины, эластичные и равномерные по толщине, с густым травянистым покровом. Их получают путем посева многолетних трав (мятлик луговой, овсяница красная и луговая, полевица белая, ежа сборная, тимофеевка луговая и т. д.) на торфяниках верхового типа со слабой степенью разложения. Торфяная основа хорошо переплетается корнями травянистых растений, отличается высоким содержанием влаги (65—85%), запасом необходимых питательных веществ, имеет слабокислую реакцию среды. Срок выращивания торфодерновых ковров — один месяц. Производство такого рода продукции освоено на ряде торфопредприятий страны.
ТЕХНОЛОГИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
В настоящее время в угольной промышленности повсеместно используются традиционные схемы технической рекультивации, разработанные институтами ВНИИОСуголь, НИИОГР и Центрогипрошахт. В горнорудной промышленности, особенно на месторождениях, расположенных на ценных плодородных землях, используются схемы с селективной выемкой и укладкой в отвал ППП с последующим перекрытием ПСП. В целом в этих отраслях практикуется разработка технологических схем применительно к конкретным объектам с учетом местных условий.
При восстановлении нарушенных земель наиболее трудоемкий процесс рекультивации — первичная планировка пород на отвалах. Широкое применение веерной отсыпки пород на верхнем ярусе отвала позволяет в 3 раза уменьшить объемы планировочных работ. При бестранспортной системе разработки схемы веерного отвалообразования однако не нашли широкого применения. На отдельных разрезах применяют схемы частичной веерной отсыпки, увеличивая тем самым объемы первичной планировки поверхности отвалов относительно технологически возможной.
Для предприятий отрасли разработаны технологические схемы сплошного веерного отвалообразования на всю ширину экскаваторной заходки с учетом факторов, влияющих на предельную высоту вскрышного уступа. Установлены области применения сплошной веерной отсыпки пород драглайнами. Разработаны предварительные требования к технологии горных работ по охране земельных ресурсов при отработке горизонтальных, пологах, наклонных и крутопадающих месторождений, позволяющие уменьшить земельные отводы под внешние отвалы на 35—50% за счет изменения порядка и последовательности отработки поля разреза.
На горизонтальных и пологих месторождениях полезных ископаемых отработку запасов рекомендуется вести двумя этапами с переходом во втором этапе на вскрытие засыпной галереей (тоннелем). На нервом этапе освоения запасов разреза отработка полезного ископаемого производится по поперечной однобортовой системе разработки с минимальным фронтом работ в 500—700 м. На втором этапе доработка запасов производится по однобортовой системе разработки. Отвалообразование внутреннее, направление фронта отвальных работ аналогичное вскрышному.
Отработку наклонных и крутых залежей рекомендовано производить блоками. На первом этапе работ интенсивно отрабатывается первый блок до проектной глубины с внешним отвалообразованием. На втором этапе вскрышные породы размещаются в выработанном пространстве первого отвального блока. Количество блоков зависит от протяженности месторождения и принятой проектом длины блока. Отработанные вскрышные породы последующих блоков транспортируются и размещаются в выработанном пространстве предшествующих блоков. Переход разрезов с цикличной технологии на циклично-поточную или поточную расширяет область применения отработки запасов полезных ископаемых блоками.
При освоении пологих, наклонных и крутопадающих месторождений вскрышные породы отрабатываются по системе разработки с группированием уступов, обеспечивающей перераспределение части вскрышных пород на последующие периоды горных работ.
Из новых технических решений, защищенных авторскими свидетельствами, интерес представляют «Способ формирования отвалов» (а.с. 1273558), «Способ рекультивации глубоких карьеров» (а.с. 1330313), «Способ рекультивации при открытой разработке месторождений» (а.с. 1062392).
Сущность способа формирования отвалов заключается в увеличении емкости отвала и интенсификации рекультивационных работ с помощью отвалообразователя путем отсыпки заходок в определенной последовательности и перекрытия их почвообразующими породами.
Техническое решение способа рекультивации глубоких карьеров относится к рекультивации карьерных выработок. Технология засыпки включает отсыпку поперек карьера упорных стенок на определенном расстоянии друг от друга с перекрытием откосов водонепроницаемым материалом, отсыпку поперечных упорным стенкам перемычек и заполнение образованных пространств отходами (например, горного производства).
Способ рекультивации при открытой разработке месторождений позволяет обеспечить сокращение расстояния транспортирования почвенного слоя и вскрышных пород, создает благоприятные условия для синхронного ведения добычных и рекультивационных работ и уменьшения отчуждения земель для разработки. Суть способа заключается в складировании ПСП в отвалы, расположенные вдоль длинных нерабочих бортов карьера. Вскрышные породы, складируемые вслед за выемкой полезного ископаемого, перекрываются сначала ППП из отвалов, расположенных вдоль нерабочих бортов при прямом ходе планировочного оборудования, а при обратном ходе его перекрываются слоем ПСП.
«Способ отвалообразования при открытой разработке месторождений полезных ископаемых» (а.с. 754062) заключается в формировании ярусов отвала от границ к центру, причем при отсыпке пионерной насыпи на ее внешний откос отсыпают потенциально-плодородные породы и выполаживают до заданного угла. К моменту окончания отсыпки всех ярусов получается сплошной выположенный откос заданной крутизны, перекрытый потенциально-плодородными породами.
«Способ отвалообразования при открытой разработке месторождений полезных ископаемых» (а.с. 806867) заключается в осуществлении отвалообразования и технической рекультивации откосов отвалов по совмещенной схеме. Внешний откос насыпи наполовину отсыпается потенциально-плодородными породами со смещением каждого яруса к центру отвала на ширину насыпи, а высоту яруса принимают равной трети ширины дамбы.
Для формирования отвалов, имеющих эрозионноопасные откосы, представляет интерес «Способ рекультивации откосов» (а.с. 1016512). Данный способ заключается в нарезке клиновидных, копирующих поверхности откоса, заходок (косые съезды). Шаг заходок составляет половину их длины, а угол наклона — менее угла откоса отвала. При нарезке заходок на двух смежных откосах ярусов их располагают навстречу, друг другу.
Для выходящих на конечный контур высоких отвалов с учетом создания полноценных сельскохозяйственных угодий, в том числе разведения садов, можно рекомендовать технологическую схему формирования террасированных откосов с помощью экскаватора типа механическая лопата. Террасы образуются за счет постепенного понижения заходок. Заданный угол откоса определяется расстоянием от начала понижения до границы земельного отвода.
В последние годы, например в Великобритании, наметилась тенденция к проектированию и формированию отвалов с выположенными от 18 до 3—4° откосами, что позволяет использовать их после рекультивации в сельском хозяйстве. В Чехословакии считается, что сады и виноградники являются интенсивной формой рекультивации откосов после их выполаживания и перекрытия ППС слоем 35—60 см. После достижения садами предельного возраста они заменяются на сельскохозяйственные культуры.
Для рекультивации хвостохранилищ институтом НИИКМА (г. Губкин) предложена технология, основанная на формировании геохимического барьера из кальцийсодержащих пород необходимой мощности, который поглощает всю влагу атмосферных осадков и одновременно препятствует поступлению тяжелых металлов из хвостохранилища в рекультивационный слой и высаживаемые культуры.
Институтом ВНИИОСуголь с целью сокращения затрат на техническом этапе рекультивации разработан и проверен в промышленных условиях способ первичной планировки гребневидных породных отвалов с использованием энергии взрыва. Сущность способа заключается в том, что породы с верхней части отвала транспортируются в межгребневое пространство энергией взрыва, с целью получения поверхности, обеспечивающей возможность проведения последующих этапов рекультивации.
Для подготовки участка к взрыву необходимо выполнить подготовительные работы, заключающиеся в формировании заездов на отвалы и рабочей площадки под буровую технику и зарядно-доставочные машины. Формирование рабочей площадки производится бульдозером Д-572 или ДЗ-34С вдоль гребня отвала на всю его длину.
Для производства взрыва используются вертикальные скважинные заряды, преимуществом которых являются как простота подготовки взрывов в сложных горнотехнических условиях, высокая степень механизации подготовительных работ, так и эффективность их экскавационного действия. В качестве бурового оборудования рекомендуется применять самоходные буровые установки с автономным приводом, что позволит проводить буровые работы на отвалах, удаленных от развернутой сети ЛЭП и не имеющих качественных подъездных путей. При выборе бурового органа необходимо учитывать возможность попадания крупных твердых включений в отвальных породах, что резко увеличивает время бурения шнеком (самый дешевый способ бурения). Диаметр взрывных скважин должен быть не менее 200÷300 мм, в противном случае резко возрастают объемы, а следовательно, и затраты на бурение.
В качестве ВВ возможно применение простейших их видов, применяемых в промышленности: граммонитов, гранулитов и игданитов, обладающих наилучшими метательными свойствами и наименьшей стоимостью. В результате взрыва получается поверхность, которая доводится бульдозером до проектного уровня. Причем объем бульдозерных работ не больше, чем после экскаваторной планировки.
Преимущество взрывного метода первичной планировки перед механическим наиболее полно проявляется при рекультивации одиночных отвалов, участков отвалов, удаленных от ЛЭП и подъездных дорог, при ограниченности экскаваторного парка на разрезах, а также при работах по планировке в зимний период, что имеет существенное значение для угледобывающих предприятий Сибири и Дальнего Востока. По данным экспериментальных взрывов удельный расход ВВ для перемещения 1 м3 породы составил 0,75 кг, себестоимость планировки - 24 коп., что на 5 коп. превышает себестоимость экскаваторного способа. Однако снижение капиталоемкости рекультивационных работ при применении энергии взрыва, возможность увеличения темпов выполнения первичной планировки и круглогодичного ведения работ, скорейший возврат земель в народнохозяйственный оборот определяют конкурентоспособность взрывной технологии первичной планировки по сравнению с традиционными технологиями. Разработанная технология первичной планировки может быть использована самостоятельно или в сочетании с другими известными технологиями.
ТЕХНОЛОГИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ
Важное значение имеют результаты работы в рамках биотехнологических исследований по снижению трудоемкости биологического восстановления нарушенных земель.
В институте ВНИИОСуголь разработан микробиологический способ рекультивации, не имеющий аналога в мировой практике. Повышение биологической активности рекультивируемых грунтов достигается сплошной инокуляцией активной почвенной микрофлоры, способствующей мобилизации потенциального плодородия субстрата, накоплению в нем органического вещества и элементов питания в доступной для высших растений форме. В отличие от традиционных приемов рекультивации при указанном способе образование почвенного слоя происходит в 2—3 раза быстрее. Разработанная технология ускоренной рекультивации земель с использованием почвенных микроорганизмов защищена 11 авторскими свидетельствами и запатентована в США, Канаде, Франции, Испании, Чехословакии, Германии, получено решение о выдаче патента Италией. В настоящее время рассматривается возможность внедрения способа в КНР.
Прогрессивными и экологически чистыми являются разработки специалистов института ВНИИОСуголь и ПО «Средазуголь», а также КАТЭКнииуголь по получению гуминовых кислот, комплексных органо-минеральных удобрений для активизации биохимических процессов в почве, что открывает широчайшую перспективу рекультивации земель, интенсификации сельскохозяйственного производства при практически неограниченной сырьевой базе, минимальных затратах и исключении применения химически вредных веществ.
Перспективной представляется организация производства, специализирующегося на изготовлении оборудования, машин и механизмов для широкого внедрения указанного способа и увеличения объемов рекультивационных работ.
Особый интерес представляют производственный опыт рекультивации нарушенных земель, накопленный в Орджоникидзевском горно-обогатительном комбинате, и технология рекультивации сульфидсодержащих и засоленных пород в Западном Донбассе.
Орджоникидзевский ГОК имеет семь карьеров средней производительностью 40 млн. т горной массы в год, три обогатительных фабрики и производит 46% выпускаемого в стране марганцевого концентрата. На вскрышных работах занято 7 роторных комплексов производительностью 3—5 тыс. м3/ч и 32 шагающих экскаватора с ковшами вместимостью 6—25 м3. На карьерах комбината складируется в бурты до 4 млн. м3 чернозема в год.
Технический этап рекультивации совмещен с вскрышными работами. Например, на Запорожском карьере при средней мощности вскрыши 65 м основной уступ высотой до 40 м разделен на два подуступа. Нижний уступ высотой 15—17 м отрабатывается по бестранспортной системе двумя экскаваторами ЭШ-20/72, верхний уступ высотой 2—25 м отрабатывается по транспортно-отвальной системе роторным комплексом, состоящим из экскаватора APs-1500, перегружателя SchRs0/30+23 и отвалообразователя ОШР-4500/180.
Верхний уступ высотой до 30 м отрабатывается роторным комплексом, состоящим из экскаватора ЭРГ-1600, системы ленточных конвейеров общей протяженностью 5000 м, компенсатора высоты и отвалообразователя.
Формирование внутренних отвалов осуществляется несколькими ярусами:
первый (нижний) ярус отвала, приуроченный к нижнему вскрышному уступу, отсыпается по бестранспортной схеме. Известняк размещается в основании отвала, что позволяет повысить устойчивость последнего и увеличить результирующий угол откоса;
второй ярус отвала отсыпается по транспортно-отвальной схеме и представлен в основном красно-бурыми суглинками и глинами;
третий ярус отвала отсыпается отвалообразователем, работающим в сочетании с конвейерами, причем отвалообразователь работает только с нижней отсыпкой, что дает возможность после отсыпки этого яруса иметь спланированную поверхность внутренних отвалов. Породы этого яруса представлены в основном желто-бурыми лессовидными суглинками, создающими потенциально-плодородный слой.
Согласно техническим условиям, разработанным Украинским НИИ почвоведения и агрохимии им. Соколовского, спланированная поверхность отвалов покрывается лессовидными суглинками мощностью 1,5 м. На спланированную поверхность потенциально-плодородного слоя укладывается слой чернозема толщиной 0,5 м.
Чернозем, укладываемый в верхний ярус, предварительно снимается экскаватором Э-2503 или скреперами впереди фронта вскрышных работ, грузится роторным экскаватором и доставляется во внутренний отвал конвейерами для временного складирования.
Укладка чернозема производится после стабилизации поверхности отвала спустя 3—4 года. Из временного склада чернозем развозится по площади отвалов технологическим автотранспортом с погрузкой экскаватором Э-2503 или скреперами. На карьере «Чкаловский-2» чернозем разбрасывается экскаватором ЭШ-6/45. Планировка черноземного слоя осуществляется бульдозерами.
Годовая подвижка фронта вскрышных и добычных работ составляла 160—200 м. При длине фронта горных работ по вскрыше 1700— 2400 м годовые площади отработки равны примерно 40—45 га. В проекте предусмотрена двойная планировки отвала: первичная — после трехлетней усадки отвалов и чистовая — после нанесения чернозема на спланированную поверхность.
Для проведения работ по рекультивации нарушенных земель на комбинате создано хозрасчетное специализированное подразделение с числом работающих 220 человек, из которых 25 инженерно-технические работники. Подразделение имеет свою производственную базу, укомплектовано необходимыми машинами и механизмами и выполняет весь комплекс работ по горнотехнической и биологической рекультивации, начиная со снятия плодородного слоя почвы до покрытия им спланированных отвалов и передачи восстановленных земель хозяйствам.
Многолетние исследования и опытные работы Украинского НИИ почвоведения и агрохимии и Днепропетровского сельскохозяйственного института показали, что нарушенные земли, восстановленные с соблюдением всех требований технической и биологической рекультивации, могут быть использованы в сельскохозяйственном производстве для выращивания всех сельскохозяйственных культур и обеспечивать урожайность не ниже, чем на старопахотных землях.
При озеленении откосов без их предварительной подготовки получили развитие способы посева и гидропосева многолетних трав с применением и без применения мульчирующих и связующих материалов. Особый интерес представляет техническое решение по гидропосеву без использования специального мульчирующего вещества (а.с. 704501). Сущность его заключается в использовании в качестве пленкообразующего и мульчирующего вещества отходов целлюлозно-бумажной промышленности, которые, растворяясь в воде, образуют коллоидный раствор.
Институт НИИКМА предлагает также: способ рекультивации отвалов (а.с. 1466036), включающий подготовку откоса, гидропосев и заделку семян в грунт. Базовой машиной для гидропосева является МК-14 с обрабатывающим (рыхлящим) оборудованием, при помощи которого готовится откос и заделываются семена;
- устройство для поверхностной обработки крутых откосов (а.с. 1471335), которое позволяет обрабатывать землю на откосах до 45°. Устройство в комплексе с сеялкой обеспечивает бороздование откоса и посев трав;
- сеялку (а.с. 1429968), снабженную шнековыми двигателями с реверсивным приводом, попарно расположенными с каждой стороны Наличие четырех двигателей обеспечивает перемещение сеялки как вдоль, так и поперек склона. Борозды нарезаются сошниками, закрепленными на цепи, а семена синхронно движению попадают в борозды и заделываются в грунт;
- способ рекультивации откосов (а.с. 1016512), сущность которого состоит в том, что террасы с предохранительными бермами и водозадерживающим валом у верхней бровки откоса формируют клиновидными заходками диагонально по отношению к бровке откоса с повторением рельефа последнего. При рекультивации двух смежных откосов наклонные террасы проходят в противоположном направлении по отношению к предыдущему. Угол наклона террасы меньше угла рекультивируемого откоса. Нарезка террас шириной 3—5 м производится бульдозером возвратно-поступательными движениями. Шаг террасы равен половине ее длины (проекции). Способ позволяет уменьшить удельный объем начальных работ по нарезке наклонных террас в 15— 20 раз по сравнению с нарезкой горизонтальных террас.
Для повышения эффективности работ по закреплению откосов сеянцами древесно-кустарниковых культур по обычной технологии предлагаются откосы, покрытые суглинком для предотвращения самовозгорания или для озеленения, дополнительно покрывать слоем породы мощностью 0,1—0,3 м, что позволяет существенно повысить приживаемость сеянцев и уменьшить эрозионные процессы.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА УСКОРЕННОГО ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ, СОЗДАНИЯ БЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ
Научные изыскания в области биологической рекультивации направлены в основном на совершенствование методов и технических приемов, обеспечивающих ускоренное восстановление биологической ценности нарушенных земель. Основные направления поисковых и экспериментальных работ следующие:
изучение агрохимических и агрофизических свойств вскрышных Пород и отвальных грунтов в основных угольных бассейнах;
исследование физико-химических и микробиологических процессов в грунтосмесях отвалов, происходящих в процессе рекультивации;
изыскание органических и неорганических материалов и активизирующих реагентов и разработка почвоулучшающих севооборотов с целью создания искусственных почвогрунтов на породных отвалах, исключающих применение природных почв и потенциально плодородных грунтов для целей рекультивации;
создание опытных участков для проверки разработанных рекомендаций.
Наряду с традиционными приемами биологической рекультивации, базирующихся на нанесении плодородного слоя почвы на восстанавливаемую поверхность, в настоящее время приобретает большое значение разработка новых методов беспочвенного восстановления плодородия нарушенных земель. Установлено, что при внесении в ре-культивируемые грунты некоторых видов микроорганизмов значительно интенсифицируются почвообразовательные процессы, способствующие накоплению в них органического вещества и элементов питания в доступной для растений форме. Это позволило разработать принципиально новую технологию ускоренной рекультивации нарушенных земель, которая успешно применяется в ряде угольных регионов страны.
Сущность способа заключается в обработке спланированной поверхности рекультивируемых земель активными штаммами почвенных микроорганизмов в комплексе с биостимулирующими препаратами, что способствует ускоренному накоплению в грунтах органического вещества, улучшению агрохимических свойств и формированию устойчивого травостоя без нанесения плодородного слоя почвы. Процесс восстановления плодородия технологически простой и осуществлялся в течение одного-трех лет. Данный способ запатентован в восьми странах и является предметом лицензионной продажи.
В настоящее гремя в сельском хозяйстве используются техногенные почвы с насыпным гумусным слоем, качество которого в значительной мере определяется их продуктивностью. Но даже при высоком качестве рекультивационных работ содержание гумуса в техногенной почве уменьшается почти в три раза по сравнению с зональной почвой в результате смешивания гумусного слоя с переходным горизонтом материнской породой. Кроме того, при снятии гумусного слоя, его транспортировке, насыпке и планировке происходит разрушение почвенного профиля, смешение генетических горизонтов, что приводи к снижению содержания гумуса в почве, иссушению и разрушению с структуры.
Украинским НИИ почвоведения и агрохимии проведены опытны работы по окультуриванию лессовидных пород, образующих отвалы на буроугольных разработках Кировоградской области. Исследования показали, что выращивание многолетних трав является одним из наиболее важных приемов превращения рекультивированных техногенных почв в культурные сельскохозяйственные угодья.
Темпы накопления гумуса за семилетний период возделывания зерновых культур и многолетних трав с периодической их запашкой составили от 0,03 до 0,10% в год, то есть на 1 га травы обеспечиваю образование от 1,5—2,0 до 3—4 т гумуса ежегодно. Урожай зерна озимой пшеницы после 3-летнего возделывания люцерны составил 38,3 ц/га. Преимущество этого способа состоит в том, что повышение содержания гумуса в техногенных почвах до уровня зональных достигается без применения органических удобрений. Способ эффективен во всех почвенно-климатических зонах страны.
Эффективным способом повышения биологической активности почвы, накопления гумуса и элементов питания при рекультивации нарушенных земель является внесение в почву осадка сточных вод Экспериментальная проверка способа проводилась на отвалах пород при добыче бурого угля.
Как отмечалось, институтом ВНИИОСуголь разработана технология, основанная на микробиологическом способе рекультивации промышленных отвалов и предназначенная для ускоренного почвообразования главным образом на породных отвалах угольных предприятий с целью их озеленения. Способ заключается в том, что спланированные отвалы обрабатывают хозяйственно-бытовым осадком, а затем — гуминовым препаратом, содержащим культуру плесневого гриба Aspergillus. После этого проводят вспашку и поверхность отвала засевают семенами многолетних трав (бобовых и злаковых). Засеянную поверхность отвала инокулируют бактериальным препаратом, содержащим культуру аммонифицирующих, и нитрифицирующих бактерий, выделенных из отвалов и поэтому адаптированных к их условиям. А во время всходов растений и в период их кущения производят инокуляцию поверхности отвалов бактериальным препаратом, содержащим культуру Azotobacter и фосфатрастворяющие бактерии.
Выделение бактерий, используемых для приготовления препаратов, осуществляется из породы рекультивируемых отвалов по специально разработанной методике, характеризующейся простотой, доступностью и низкими материальными затратами. Для выращивания бактериальной культуры используют специально созданную установку культивирования микроорганизмов, позволяющую ежесуточно получать определенное количество культуры, необходимой для обработки поверхности породного отвала.
Уже во второй год происходит быстрый процесс почвообразования и на поверхности отвала формируется дерновый слой 10—15 см. Высота растений на рекультивируемых участках достигает 100—120 см, а количество биомассы — 190 ц/га. Увеличивается количество бактерий, участвующих в почвообразовании. Под влиянием метаболизма микроорганизмов улучшаются агрохимические свойства породы. Водная рН повышается с 3,0 до 7,0 (на кислых породах), а сумма обменных оснований — до 49,4 мг-экв/100 г. Увеличение подвижных фосфора и калия, а также тенденция к накоплению азота и гумуса свидетельствуют о возникновении важнейшего свойства образующейся почвы — плодородия.
Кроме высеянных трав на рекультивируемых участках появляются и другие растения, в том числе древесно-кустарниковые породы. Результаты обследования рекультивированных участков показали, что из поселившихся на отвале растений около 90% относится к многолетним видам и только порядка 10% составляют одно- и двулетние виды.
В отличие от традиционных способов рекультивации, осуществляемых путем нанесения на поверхность отвала природного гумусового слоя, снятого с других плодородных участков, описываемый способ рекультивации промышленных отвалов требует гораздо меньших затрат, а образование почвенного слоя происходит в 2—3 раза быстрее. Таким образом, этот способ значительно удешевляет и ускоряет проведение работ, направленных на снижение отрицательного воздействия угольного производства на окружающую природную среду.
Технология ускоренной рекультивации успешно прошла промышленные испытания на предприятиях угольной промышленности в разных регионах страны. Испытания показали положительные результаты по восстановлению плодородия нарушенных земель, возможность эффективного использования рекультивированных земель для выращивания ценных сельскохозяйственных растений в качестве кормовых культур в подсобных хозяйствах предприятий. Восстановленные земли могут быть также возвращены в сельское хозяйство. Таким образом, возникает дополнительная возможность реализации программы по обеспечению подсобных хозяйств кормовой базой.
По новой технологии на предприятиях отрасли рекультивировано 887,4 га нарушенных земель. Хозрасчетный экономический эффект составил 1522,3 тыс. руб.
МЕХАНИЗАЦИЯ РЕКУЛЬТИВАЦИОННЫХ РАБОТ
Рекультивационные работы состоят из комплекса горных, строительных, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и других работ. Для выполнения технологических процессов технического этапа обычно используется основное технологическое оборудование горных предприятий, строительные и мелиоративные машины. Для выполнения технологических процессов биологического этапа применяются соответственно сельскохозяйственная, лесохозяйственная и мелиоративная техника.
В СНГ разработано около 5 наименовании специализированных машин, но ни одна из них не выпускается серийно. За последние годы парк машин общего назначения, пригодных для выполнения рекультивационных работ, более чем наполовину обновился. Однако для предприятий, занимающихся рекультивационными работами, их выделяется недостаточно. Из разработок последних лет предлагается к мелкосерийному выпуску и использованию при рекультивации земель ковш-планировщик для драглайнов и вибрационная машина с гибким рабочим органом.
Ковш-планировщик является сменным рабочим оборудованием драглайна и предназначен для планирования отвалов при их рекультивации, может применяться на всех драглайнах. В настоящее время разработаны конструкция и рабочие чертежи ковша-планировщика с отвалом для драглайнов с тяговым усилием до 70 т. Применение ковшей-планировщиков позволит при проведении рекультивационных работ обходиться без бульдозеров. Суммарное увеличение производительности экскаватора — в 1,5—2 раза.
Вибрационная машина с гибким рабочим органом (вибротранспортирующее устройство) предназначена для повышения интенсивности отсыпки автомобильных отвалов без применения бульдозеров. В настоящее время разработано несколько конструкций этого устройства. Простота, компактность, отсутствие трущихся деталей, надежность в эксплуатации, легкость при обслуживании и управлении, отсутствие мощных бетонных фундаментов позволяют рекомендовать их к использованию на автоотвалах. Вибротранспортирующее устройство устанавливается под углом к горизонту, что под действием сил гравитации при уменьшенных за счет вибрации коэффициентах трения и сцепления позволяет транспортировать породу под откос отвального яруса. Разгрузка породы из автосамосвала производится непосредственно на виброплощадку.
По сравнению с применяющимся на практике бульдозерным способом отвалообразования пропускная способность отвального фронта с использованием вибротехники повышается в 4,2 раза и на 83% сокращается парк бульдозеров. Эксплуатационные расходы снижаются на 141 тыс. руб. в год, капитальные затраты — на 303 тыс. руб. Ежегодный экономический эффект составляет 171 тыс. руб. Кроме того, резко повышается безопасность ведения отвальных работ. Учитывая высокую эффективность устройства, предлагается его использование на всех автоотвалах с целью ускорения отвалообразования, совмещения отвалообразования на 100% с технологическим процессом первичной планировки и снижения трудовых затрат.
ОХРАНА ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
Охрана земельных ресурсов при открытой добыче полезных ископаемых — наиболее актуальная научно-техническая проблема, связанная, прежде всего, с минимально возможным изъятием земель под горные работы.
Одним из действенных и эффективных направлений в области охраны, рационального использования и воспроизводства земель является оптимизация землеотведения и землепользования, под которой понимается рациональное экологически и экономически обоснованное, технологически обусловленное размещение предприятий на определенной территории, изъятие и использование, рекультивация и возвращение восстановленных земель, при которых обеспечиваются объективно необходимое (или неустранимое) на современном научно-техническом уровне прямое или косвенное воздействие на земли или преобразование техногенных ландшафтов в целесообразные продуктивные антропогенные ландшафты (водоемы, парки, спорткомплексы и т. д.).
Задачи оптимизации землепользования решаются последовательно на региональном и локальном уровнях. Сначала определяется целесообразность размещения горного предприятия в определенном регионе с использованием показателей удельной землеемкости горного производства для конкретных условий. Далее решаются задачи оптимизации землепользования в границах землепользования горного предприятия.
В перечень оптимизационных мероприятий (технологических и организационных) по охране земель при открытой добыче угля входят:
- оптимизация параметров породных отвалов и карьерных полей;
- рациональная раскройка месторождения на карьерные поля, оптимизация размеров в плане и последовательности их отработки;
- оптимизация параметров горных работ при выемке и складировании вскрышных пород во внутренний отвал;
- технология доработки (погашения) месторождения;
- технология и организация засыпки выездных траншей и остаточных выработанных пространств;
- рекультивация нарушенных земель;
- восстановление гидрогеологического режима восстанавливаемых территорий.
Оптимизация параметров карьерных полей предусматривает сокращение площадей теряемых земель под выездной траншеей и остаточным выработанным пространством на основании установленных закономерностей изменения удельной землеемкости горных работ и коэффициента рекультивации отработанных площадей на весь срок существования разреза для различных схем вскрытия.
Раскройка месторождений на карьерные поля основывается на их оптимальных размерах в плане при рациональном землепользовании с учетом граничного коэффициента вскрыши, производительности разреза по добыче и вскрыше, срока его существования и параметров технологии и применяемого оборудования. Последовательность отработки карьерных полей предусматривает уменьшение площади земель, отводимых под внешние отвалы вскрышных пород и объема остаточных выработок за счет совмещения во времени и пространстве горно-капитальных и эксплуатационных работ. Например, формирование разрезной траншеи осуществляется в период отработки по простиранию залежи первоочередного участка минимальной ширины с внутренним отвалообразованием.
Оптимизация параметров отвалов горно-капитальной вскрыши основывается на установлении высоты (при объеме и углах откоса отвала, регламентируемых нормативными документами), при которой отчуждаемая площадь минимальная и восстановление земель максимальное. Оптимизация параметров горных работ при выемке и складировании вскрышных пород во внутренний отвал включает такое перераспределение высот вскрышных уступов и отвальных ярусов, производительности оборудования, при которых уменьшается объем планировочных работ и расширяется область рекультивации земель для сельскохозяйственного производства при заданных объемах добычи угля. Восстановление нарушенных земель включает проведение горнотехнической и биологической рекультивации тех площадей, которые не удалось сохранить и которые по технологическим и экономическим соображениям могут быть восстановлены в короткие сроки при минимальных затратах.
В результате проведения перечисленных мероприятий можно подойти к решению задач оптимизации землеотведения и землепользования при ведении горных работ, обеспечить проектирование малоущербной для земельных ресурсов технологии открытой добычи угля.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Комплексное использование отходов производства представляет собой важнейшую проблему угольной промышленности, решение которой позволит получить как экономические, так и экологические выгоды. Ежегодно из недр извлекается около 1,3 млрд. м3 вскрышных, более 100 млн. м3 шахтных пород и образуется до 100 млн. т отходов обогащения. На их складирование, а также под карьерные выемки задалживается около 5,5 тыс. га земель.
Исследованиями ряда отраслевых институтов (ВНИИОСуголь, ИГИ, ИОТТ и др.) установлено, что по литолого-минералогическому составу и технологическим свойствам вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения близки, отличаются довольно большой стабильностью и являются ценным вторичным минеральным сырьем для различных отраслей народного хозяйства. Наибольший интерес в этом отношении представляют перегоревшие породы шахтных террикоников, известняки, алевролиты и аргиллиты, а также пески, песчано-гравийные и глинистые породы.
Годовой объем отходов при добыче и переработке угля примерно соответствует объему добычи нерудных строительных материалов (глина, песок, гравий и т. д.). Хотя полная их замена невозможна по многим условиям, однако достигнутый уровень производства строительных материалов позволяет в несколько раз увеличить объем использования отходов угольного производства.
Применение углесодержащих отходов в качестве основного сырья, компонента шихты или добавки позволяет экономить как основное сырье — глину, так и технологическое топливо. Анализ отчетных данных 140 предприятий стройматериалов, использующих органо-минеральное сырье в качестве добавки, показывает, что при среднем расходе добавки 0,5 т на 1000 штук условного кирпича достигается экономия традиционного сырья — глины — 0,4 т и технологического топлива 50 кг (по условному топливу).
Задача получения кирпича высокого качества из отходов углеобогащения решалась ИГИ, ВНИИСТРОМом, проектными организациями и реализована на ряде предприятий.
На отдельных разрезах накоплен положительный опыт использования вскрышных пород в качестве строительных материалов для собственных нужд.
При ориентации на расширение сферы использования вскрышных пород с учетом конкретных потребителей (заводы и др. объекты, находящиеся на расстоянии до 100—120 км от разрезов) можно ожидать увеличения их использования до 450 тыс. м3/год.
Как показали исследования ВНИИОСуголь, ИГИ и др. вскрышные и шахтные породы Кузбасса, а также отходы обогащения значительно различаются по литологии. Тип породы зависит от района добычи, и наиболее сильно отличаются породы северной и южной частей Кузбасса. Породы северных районов представлены в основном слабыми алевролитами, в меньшей степени песчаниками на глинистом цементе. Зольность колеблется от 90—95% для вмещающих и вскрышных пород до 60—65% для породных прослоев. Для глинистого материала характерно преобладание минералов типа гидрослюда — монтмориллонит. По своим физико-механическим свойствам породы являются легко размокающими, непригодными для возведения инженерных сооружений, за исключением экранов дамб и плотин.
Углистые аргиллиты северных месторождений Кузбасса (особенно разрабатываемые открытым способом) представляют собой ценное органо-минеральное сырье, так как содержат диоксод кремния (60— 70%) и органический углерод, что позволяет использовать их в доменном процессе для обогащения чугуна кремнием.
Во вскрышных породах центрального и южного районов преобладают крепкие песчаники, трудноразмокаемые алевролиты, пригодные для использования их в качестве инженерных грунтов при возведении гидротехнических сооружений, для засыпки провалов, выравнивания рельефа местности в районах строительных площадок. Большой интерес представляет использование прочных песчаников при сооружении фильтрующих дамб. Получен положительный опыт очистки карьерных сточных вод на двух участках разреза «Красногорский». Широкое использование породных отвалов в качестве фильтрующих массивов ведется при эксплуатации таких сооружений на разрезах «Ольжерасский», «Красногорский» и «Томусинский».
Отходы углеобогащения в Кузбассе составляют небольшой объем. Однако с точки зрения рационального использования минеральных ресурсов эти отходы являются наиболее ценным, перспективным сырьем, так как отличаются наибольшей по сравнению с шахтными и вскрышными породами равномерностью состава и повышенным содержанием углерода. Исключением являются отходы обогащения разубоженных углей на разрезах, получаемые в летний период при работе крутонаклонных сепараторов, объемом 1,5—2 млн. т в год.
Отходы обогащения, в свою очередь, подразделяются на два вида: отходы тяжелосредных сепараторов и отсадочных машин, характеризующиеся более высокой зольностью и небольшой влажностью, и отходы флотационных машин, которые содержат для отдельных фабрик до 40% углерода и сбрасываются фабриками в виде пульпы плотностью 40—50 мг/л. Отходы флотации наиболее равномерны по составу и содержат много органической массы, но в то же время труднее поддаются обработке, особенно в зимний период.
Отходы обогащения крупных фракций используются в Кузбассе в основном как инженерный грунт, реже как присадка в шихту кирпичных заводов.
Решение задач по использованию углеотходов в Кузбассе по вышеуказанным направлениям является чрезвычайно актуальным, так как с ухудшением горно-геологических условий ожидается увеличение выхода пород как при подземном, так и открытом способе добычи. Выход отходов углеобогащения будет увеличиваться вследствие возрастания зольности рядовых углей.
В ЭТЭКе попутно извлекается примерно 65 млн. м3 пород. Покрывающие породы сложены углистыми сланцами, переслаиванием аргиллитов и алевролитов, а междупластье — высокоглиноземистыми породами. В настоящее время практически все они без разделения с угольными пластами малой мощности вывозятся и складируются в общий отвал. Используется всего 0,5% извлекаемых пород. Исследованиями ИГИ, ВНИИОСуголь совместно с Павлоградским индустриальным институтом и другими организациями установлено, что породы внешней вскрыши пригодны для получения таких строительных материалов, как легкие пористые заполнители, стеновая керамика.
Изучение физико-химических и технологических свойств вскрышных пород разрезов ПО «Экибастузуголь» позволило установить их идентичность свойствам традиционных глин, используемых при производстве кирпича, и возможность использования этих пород в качестве основного сырья, а углистых сланцев — в качестве топливо-минеральной добавки. В зависимости от состава шихты и технологии изготовления прочность образцов изменялась от 10,7 до 25,2 МПа. Физико-механические показатели образцов соответствовали требованиям ГОСТ 530—80 для керамического кирпича М 100—250.
На основании лабораторных исследований проведены полупромышленные и промышленные испытания по установлению пригодности вскрышных пород для производства керамического кирпича. Испытания проводились на Семипалатинском кирпичном заводе по традиционной технологии методом пластического формования. По физико-механическим показателям кирпич соответствовал маркам 100—125.
Проведенными исследованиями установлена возможность использования вскрышных пород в качестве основного сырья и топливо-минеральной добавки на действующих и вновь строящихся предприятиях стройиндустрии Казахстана и России.
По данным Южгипрострома на Украине ежегодно для производства кирпича и пористых заполнителей (аглопорита) можно использовать 23—25 млн. т углесодержащих отходов обогащения с экономическим эффектом 75 млн. руб. Для измельчения породы гравитационного обогащения и угледобычи предлагается использовать вертикальные роторные бесколосниковые мельницы с расширяющимся книзу конусным или ступенчатым корпусом. Измельчение производится без предварительной подсушки отходов. Выпуск таких мельниц производительностью 15—20 т/ч осуществляется на Васильковском опытно-экспериментальном заводе (Украина).
На Луганском комбинате строительных материалов и Ново-Светловском заводе треста «Луганскградостройматериалы» в шихту добавляют до 10—16% отходов обогащения ОФ «Белореченская» и «Дуванская», имеющих теплоту сгорания 1500—1800 ккал/кг.
В проектах новых предприятий по производству стеновых материалов предусматривается использовать отходы ЦОФ «Комендантская (Луганская обл.) и ЦОФ «Червоноградская» (Львовская обл.).
С применением углеотходов улучшается качество получаемой продукции, снижается расход технологического топлива. Плотность керамических изделий при применении отходов ЦОФ «Комендантская» снизится до 1100—1250 кг/м3, соответственно улучшается теплоизоляционные свойства. При мощности завода 100 млн. т кирпича в год ежегодно будет экономиться до 15 тыс. т условного топлива.
Годовой объем отходов углеобогащения, пригодных для производства заполнителей бетонов типа аглопорит, превышает 6 млн. т, а накопленные — несколько сот миллионов тонн. Южгипростромом разработаны типовой и ряд индивидуальных проектов цехов и заводов по использованию этих отходов. Рекомендуемые к строительству заводы на базе отходов углеобогащения ЦОФ «Должанская-Капитальная», «Октябрьская», "Соколовская" в Донбассе и некоторые другие характеризуются следующими проектными показателями: мощность по объемам переработки 150—600 тыс. м3/год, марка заполнителя 500—600, размер прибыли в удельном исчислении 2—4 руб. на 1 м3 продукции.
Наиболее перспективным направлением использования высокозольного твердого топлива и топливосодержащих отходов, связанных с производством строительных материалов, считается их высокотемпературное сжигание с получением (наряду с тепловой и электрической энергией) плавленого портландцемента (клинкера). Технология производства портландцемента может быть резко интенсифицирована путем ускорения термохимических реакций формирования клинкерных минералов в результате повышения температуры (до 1400—1700°С) обжига за счет использования в качестве сырьевой шихты ряда высокозольных твердых топлив. Некоторые из предложенных способов получения портландцементного клинкера методом плавления опробованы в полупромышленных и промышленных условиях: в электродуговой печи (Швеция и СНГ), способом конвертерной плавки (СНГ), в циклонной плавильной камере (СНГ), в плазменной печи (США).
Использование углесодержащих отходов в цементном производстве позволяет экономить как сырьевой материал (глину), так и топливо при обжиге клинкера.
На Криворожском горно-цементном комбинате проведено промышленное испытание использования углесодержащих пород (отходов углеобогащения) вместо глины.
При вводе 10% углесодержащих отходов в состав сырьевой шихты содержание глины сокращается с 17,1 до 10%, исключается необходимость добавок рудной пыли. Содержание в шихте известняков изменяется незначительно.
Применение углесодержащих пород не вызвало осложнений в технологии и не потребовало строительства или реконструкции отдельных узлов или агрегатов. Опыт эксплуатации технологической линии в течение 50 суток показал, что расход условного топлива снижается на 1,5—2,0 т/ч; активность клинкера увеличивается на 4—6 МПа; фракционный состав клинкера улучшается; степень декарбонизации сырья увеличивается на 10—12%; обмазка в печи остается ровной; темпера тура вторичного воздуха повышается на 50—70°С.
За время испытаний было использовано 25 тыс. т углесодержащих отходов, при этом не было случаев залипания циклонов.
Положительный результат этого эксперимента дает основание для более широкого внедрения предложенной технологии.
По данным Южгипроцемента использование углеотходов в качестве добавки к шихте только по трем цементным заводам (Белгородский, Старооскольский, Ольшанский) позволяет ежегодно использовать около 300 тыс. т углеотходов.
В России разработана оригинальная технология получения строительных материалов из промышленных и бытовых отходов.
Предложена технология переработки твердых (шламообразных) бытовых и промышленных отходов (ТБО и ТПО) в металлургическом агрегате, широко используемом в производстве цветных металлов.
Технологический процесс основан на расплавлении и выжигании органической части отходов.
Особенность рассматриваемой технологии заключается в совместной переработке горючих и негорючих, твердых, пылеобразных и шлакообразных отходов с возможной корректировкой химсостава расплава, а также в способе переработки загружаемого материала.
Комплекс по утилизации ТБО и ТПО включает в себя основной металлургический агрегат, узел грануляции шлака и изготовления стройматериалов, генератор, котел-утилизатор, систему дожига и очистки пылегазовых выносов, кислородный блок. Все оборудование стандартное, отечественного производства.
Комплекс позволяет получать энергоносители (электроэнергия, горячая вода), металл, облицовочную плитку, футеровочные блоки, легкие наполнители бетона, минеральные волокна и изделия из них, вяжущие и кислотостойкие материалы, трубы, желоба и другую товарную продукцию.
Состав комплекса и номенклатура продукции зависят от количества и качества утилизируемых отходов, а также цели их переработки. Например, переработка 100 тыс. т в год ТБО позволит получать на комплексе ежегодно 5500—6500 мВт электроэнергии; 250—300 тыс. м3 горячей воды; 70—90 тыс. т шлаков для производства строительных материалов. Для производства поризованных окатышей — азерита— используются глинистое, органо-минеральное сырье и любые другие твердые отходы. Азерит как искусственный заполнитель правомерно выделяется в его особый вид с учетом технологии производства и товарных свойств.
Повышенная прочность азерита по сравнению с керамзитом (при сдавливании в цилиндре в 1,5—2 раза выше керамзитового гравия) определяет преимущественное использование в высокопрочных конструкционных легких бетонах, а меньшая теплопроводность — в теплоизоляционных целях.
Технология «Азерит», допуская использование любых твердых отходов, предусматривает наведение шлаковой ванны в плавильной печи при соответствующей корректировке химического состава загружаемой шихты флюсами.
Работа комплекса в режиме эффективной пылегазоочистки осуществляется следующим образом. В плавильной печи наводится расплав шлака с заданным химсоставом, необходимым для связывания или нейтрализации вредных компонентов газов и пылей. В первую зону печи вводят шихту, брикеты отходов с компонентом, подлежащим очистке. Во вторую зону вдувается кислород (природный газ, воздушно-кислородная смесь) в количестве, обеспечивающем процесс плавления и очистки. После получения расплава процесс осуществляется в автогенном режиме.
Газообразные продукты пиролиза и окисления шихты, дважды барботируя через расплав, частично очищаются от пыли и вредных компонентов. Затем отходящие газы печи попадают в циклоны с шаровыми насадками, где происходит дальнейшая очистка и нейтрализация пылей и газа, а после циклонов газ поступает в скрубберы мокрой очистки, через которые следует в смеситель для разубоживания, а затем выбрасывается в дымовую трубу. Таким образом «азеритовый» комплекс работает в режиме шестиступенчатой пылегазоочистки.
Опытная и промышленная эксплуатация подобных установок показала, что при сжигании углеотходов в расплаве концентрации пылей, сернистого газа, окиси углерода, окислов азота в отходящих газах в 5—10 раз ниже, чем при других существующих способах сжигания топлива, а продукты неполного сгорания практически отсутствуют.
Внедрение комплекса позволит получать ежегодно 10—15 млн. руб. прибыли.
Таким образом, применяемые в угольной промышленности технологические процессы добычи и переработки угля и сланца создают благоприятные возможности для рационального использования природных ресурсов в процессе производственной деятельности предприятий. Это достигается путем полной или частичной утилизации вскрышных (вмещающих) пород и отходов обогащения для удовлетворения собственных нужд предприятий и потребностей других производств.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Наибольший объем отходов при добыче и обогащении угля используется как грунтовый материал. Засыпка провалов, просадок шахтной поверхности осуществляется чаще всего без проведения мероприятий по подготовке отходов к укладке, хотя такая подготовка особенно необходима для предотвращения загрязнения окружающей среды. В связи с большим дефицитом традиционных грунтовых материалов для дорожного строительства интерес к углеотходам возрастает. Изучением их свойств, разработкой конструкции дорожного полотна с использованием отходов занимаются научно-исследовательские организации: Союздорнии, Госдорнии, Пермский политехнический, Томский инженерно-строительный институты и др.
В Госдорнии проведены комплексные исследования углеотходов и разработана технология строительства земляного полотна из этого материала.
При использовании необожженных и слабообожженных углеотходов применяется двухэтапная технология уплотнения. Вывезенная порода разравнивается и увлажняется. После двух-трех проходов тяжелого решетчатого катка массой 25—30 т или трех-четырех проходов кулачкового катка массой 8—18 т производится рыхление и увлажнение. Затем слой окончательно уплотняется катком на пневматических шинах массой 25—30 т или вибрационным катком массой 8—12 т. Для обожженных горных пород со значительным содержанием прочных фракций добавляются песок, отсевы дробления, отходы флотации, и полученная смесь тщательно перемешивается автогрейдерами. Далее выполняются планировка откосов почвенным грунтом, посев на откосах многолетних трав, укрепление обочин.
Отходы обогащения угля ЦОФ «Луганская» использованы при строительстве земляного полотна на автодороги. Большое внимание было уделено контролю за соблюдением технологии и качества выполняемых работ. Строго выдерживались такие параметры, как толщина уплотняемого слоя и количество проходов катков. Негабаритные обломки, превышающие 2/3 толщины отсыпаемого слоя, удалялись. После окончания уплотнения определялась плотность уложенного слоя.
Благодаря применению отходов углеобогащения участок насыпи на подходе к путепроводу протяженностью 0,5 км был построен в сжатые сроки. При высоте насыпи 3—12 м было уложено около 65 тыс. м3 углеотходов.
В Львовско-Волынском угольном бассейне наиболее перспективными материалами для строительства дорог местного назначения являются горелые породы террикоников шахт, золы и шлаки ГРЭС. Исследованиями установлено, что горелые породы шахт, расположенных в районах гг. Червонограда и Нововолынска, неоднородны по физико-механическим свойствам (зерновому составу, степени обжига, прочности, морозостойкости). Вредными примесями являются необожженные фракции глины и неперегоревшие частицы угля, которые под воздействием влаги и низких температур снижают морозостойкость и прочность основания дороги.
Обожженные горелые породы с номинальным размером 70—80 мм могут быть использованы для устройства основания дорог III—IV категорий. Такой же вывод был получен ВНИИОСуглем для горелых пород ПО «Кизелуголь», «Ростовуголь» и «Донецкуголь».
Горелые породы Львовско-Волынского угольного бассейна начали использовать с 1980 г. в основаниях и несущих слоях дорожных «одежд» при строительстве дорог в сельской местности, и благоустройстве жилых объектов. Конструкция дорожной «одежды» состоит из асфальтобетонного покрытия 4—5 см, верхнего слоя основания из щебня 10—12 см с пропиткой на глубину 4—6 см, нижнего слоя основания из горелой породы 25—30 см.
К настоящему времени дорожные «одежды», построенные с использованием горелых пород, находятся в хорошем состоянии. Обследование показало, что порода в слое хорошо сохранилась. Это свидетельствует о том, что горелые породы можно применять для устройства нижних слоев дорожных оснований при содержании слабых необожженных глинистых сланцев не более 5%. При содержании в породе слабых фракций более 5 % необходимо устраивать пароизоляционный плотный слой под основанием из связных грунтов, укрепленных органическими вяжущими или мелкими фракциями (отсевом) горелых пород.
Представляет определенный интерес опыт дорожного и гидротехнического строительства на территории Западного Донбасса. Особенностью этого района является размещение запасов угля по некоторым шахтам до 80% под поймой р. Самара. В результате выемки угля происходит оседание земной поверхности на величину до 85—90% от мощности отработанных пластов. При отработке всех пластов оседание составит 2—5 м. Этому сопутствует заболачивание или затопление расположенных в пойме реки сельскохозяйственных угодий.
Днепрогипрошахтом совместно с научно-исследовательскими и проектными институтами разработаны технические решения по рекультивации земель поймы.
На участке рекультивации в качестве подсыпки используется шахтная порода. Толщина отсыпаемого слоя принимается с таким расчетом, чтобы после просадки земли от выемки всех пластов угля отметка поверхности рекультивируемой площади была выше уровня па водковых вод. Уклон поверхности принят в сторону реки.
Порода вывозится автосамосвалами от пункта погрузки шахт и обогатительной фабрики непосредственно на рекультивируемые участки. Технология включает разравнивание породы бульдозером, уплотнение решетчатыми, а затем тяжелыми катками на пневматических шинах.
За три года было использовано около 20 млн. т породы для подсыпки затапливаемых участков поймы и получено 180 га рекультивированных земель. В перспективе предусматривается использовать для этих целей примерно 150 млн. т породы и рекультивировать более 1 тыс. га земель.
Для устройства гидротехнических сооружений, включающих защитные дамбы участков дренажа, водоемов орошения, прудов промыслового рыболовства будет использовано около 50 млн. т породы.
Защитные дамбы отсыпаются также с соблюдением вышеприведенной технологии. Ширина дамб по гребню принята 15—20 м (по условиям производства работ). Высота дамб обеспечивает защиту участков от перелива паводковых вод даже после окончания осадки земной поверхности при выемке всех пластов угля.
Проектируются дороги для вывоза породы шахт им. XXVI съезда КПСС, «Юбилейная» и «Першотравнева». Для насыпей этих дорог понадобится 180 тыс. т породы. Устойчивость насыпи обеспечивается устройством защитного слоя из глинистых грунтов на откосах и верхней части насыпи толщиной не менее расчетной глубины промерзания.
Вертикальная планировка промплощадки блока № 2 шахты «Западно-Донбасская» № 6/42 выполнена с учетом использования породы от проходки стволов (около 100 тыс. т). Шахтная порода используется для планировки территории складов крепежных материалов и других объектов.
Из опыта строительства автомобильных дорог с применением отходов угледобычи и углеобогащения другими организациями Донбасса следует отметить объездную дорогу г. Донецка, где при строительстве первой очереди уложено 500 тыс. м3 негорелой породы шахты «Ганзовка». На строительство второй очереди потребуется еще 6,5 млн. м3 породы. Максимальная высота насыпи 11 м.
Построена автомобильная магистраль Краснодон—Молодогвардейск, в земляное полотно которой уложено 160 тыс. м3 породы шахты «Полтавская». Построена и действует автодорога Ореховка—Ивановка (Лисичанский район). В земляное полотно ее пошло 10 тыс. м3 шахтной породы. Максимальная высота насыпи 9 м.
Кроме названных в Донбассе работают другие автомобильные дороги, отсыпанные из горелых шахтных пород, с том числе в гг. Антрацит, Красный Луч, Луганск, Макеевка, Енакиево. В г. Красный Луч сооружен путепровод через железную дорогу.
Томским инженерно-строительным институтом проводятся исследования по применению горелых пород шахт и золошлаковых смесей в дорожном и жилищном строительстве при суровых климатических условиях.
На автомобильной дороге I категории Ленинск-Кузнецкий—Новокузнецк—Междуреченск (участок Белово-Киселевск) были построены опытные участки с основаниями и теплоизолирующими слоями из отходов. После трех лет эксплуатации участки находятся в хорошем состоянии.
Начиная с 1985 г. на насыпных грунтах из шахтных горелых пород и отходов обогащения предприятий ПО «Южкузбассуголь» успешно ведется крупномасштабное строительство жилых микрорайонов в г. Новокузнецке. Технология отсыпки строительных площадок и вертикальной планировки поверхности рассчитана на обеспечение требуемых плотности и водонепроницаемости грунтов. Предварительно с площадки срезается плодородный слой почвы, который используется для озеленения отсыпанных участков. Углеотходы укладываются послойно, разравниваются бульдозерами, увлажняются и уплотняются катками на пневмоходу массой до 30 т. Необходимое уплотнение достигается многократными (10—12) проходами. Мощность отсыпаемого слоя — 50 см, общая мощность отсыпки — 5—8 м. Отсыпка и планировка регламентированы технологическими условиями, разработанными институтом «ВНИИОСуголь» и согласованными с Институтом оснований и подземных сооружений.
Автомобильные дороги, гидротехнические сооружения и другие объекты из шахтных пород возведены практически во всех угольных бассейнах. В Кузнецком, Кизеловском, Карагандинском, Канско-Ачинском, Подмосковных бассейнах, а также в районах Приморья и Прибалтики были построены дороги протяженностью более 100 тыс. км.
Однако, несмотря на положительный опыт строительства и эксплуатации сооружений, в конструкции которых уложены отходы добычи и обогащения угля, доля использования этих отходов незначительна (около 5—10% их наличия). Одной из причин такого положения является недостаточно четкая формулировка требований строительных нормативных документов (СНиП и СН) относительно более широкого использования отходов добычи и обогащения угля (шахтных пород) в дорожном и гидротехническом строительстве.
В большинстве зарубежных стран отходы добычи и обогащения широко используются для возведения дорожных насыпей, планировочных работ гидротехнического строительства и рекультивации. Следует при этом отметить, что в ряде угледобывающих стран, таких как Великобритания, ФРГ, Франция, США и др., применение углеотходов в строительстве считается перспективным и находит все большее отражение в деятельности государственных управлений, форм, научны организаций.
Таким образом, отечественный и зарубежный опыт строительств автомобильных и гидротехнических сооружений доказывает возможность и экономическую целесообразность применения отходов угольного производства.
УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ВЫБРОСОВ
(Раздел подготовлен совместно с Д.Г. Закировым (ВНИИОСуголь)
В программе комплексного использования (утилизации) углеотходов достаточно перспективной является проблема утилизации тепловых выбросов.
Разработка способов и средств борьбы с тепловыми загрязнениями окружающей среды и утилизация тепловой энергии актуальны. В отрасли затраты на топливо и энергию в среднем составляют 30% общих затрат на добычу угля. В то же время единовременные затраты (капитальные вложения) на строительство утилизационных установок, отнесенные к 1 т сэкономленного топлива, в 2—2,5 раза меньше, чем расходы на добычу первичного топлива. По оценкам специалистов эффективность капитальных вложений в производство энергии при использовании вторичных энергетических ресурсов в 2—3 раза выше чем в топливно-энергетической отрасли промышленности. Себестоимость тепла от утилизационных установок в 4—6 раз ниже, чем от энергосистем, и в 8—12 раз ниже, чем от собственных котельных отрасли.
Однако повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов сдерживается из-за отсутствия специального утилизационного оборудования и энергосберегающих технологий.
Использование тепловых выбросов получает все большее распространение и рассматривается как часть проблемы использования побочных или вторичных энергетических ресурсов. Отходами некоторых производств являются пары, газы, горячая вода, шлаки и другие выбросы, температура которых превышает температуру окружающей среды от нескольких градусов до 800°С, а в отдельных случаях и до 1000°С. В разнообразии температурных уровней, режимов выхода и характеристик выбросов разных производств заключена причина различного подхода к использованию тепловых выбросов. Наиболее распространена регенерация тепловых выбросов (возвращение теплоты в технологические процессы) или их утилизация для других целей.
Наиболее широко тепловые выбросы используются в черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, цветной металлургии и машиностроении. Широко изучаются возможности дальнейшего расширения их использования. Аппараты и технологии утилизации тепловых выбросов получили применение на предприятиях теплоэнергетики, на цементных заводах и других предприятиях.
В числе практических мероприятий по использованию сбросного тепла энергетических объектов можно назвать действующую в Москве опытно-промышленную теплицу с плоской водонаполненной кровлей, по которой стекает вода из градирни при температуре 32—42 °С. При расходе воды 100 дм3/м2*ч температура в теплице поддерживается на уровне 22—24°С.
Изучаются возможности использования сбросов тепловых и атомных электростанций для орошения подогретой водой сельскохозяйственных угодий, продления навигации на замерзающих реках, для опреснительных установок и т. п.
Ряд организаций разрабатывает теплоиспользующие холодильные машины, теплообменники с использованием низкокипящих рабочих тел и другие установки, направленные на утилизацию низкотемпературных (менее 150°С) газообразных и жидких выбросов предприятий химической, пищевой и перерабатывающей промышленности.
Низкопотенциальное тепло, сбрасываемое технологическими установками, может быть использовано в опреснительных установках, установках кондиционирования для теплоснабжения, а в сельском хозяйстве — для орошения водой с более высокой температурой, что оказывает положительное влияние на урожай, для продления навигации и т.д.
Все более интенсивно изучаются возможности использования тепловых выбросов коммунально-бытового хозяйства. Важным практическим решением этих задач является сооружение заводов по сжиганию коммунально-бытовых отходов, где предусматривается комплексное использование теплоты и всех негорючих отходов.
В настоящее время значительная часть предприятий и коммунально-бытовых потребителей используют тепловую энергию в виде горячей воды, воздуха, газов и пара.
Непроизводительный расход тепловой энергии большинством потребителей связан с недостаточным учетом этого фактора при конструировании, с потреблением тепловой энергии более высоких, чем нужно, параметров и отсутствием четкого регулирования потребления, не предусмотрено полное использование теплоты, получаемой с нагретой водой, воздухом или паром. Одними из факторов экономии тепловой энергии являются использование надежной тепловой изоляции и поддержание ее в исправности. Широкие возможности снижения тепловых выбросов в промышленности возникают, если их использовать в качестве вторичных энергетических ресурсов.
Значительная экономия тепловой энергии возможна за счет улучшения эксплуатации теплопотребляющих установок и их усовершенствования, а в жилищно-коммунальном секторе — за счет оптимизации тепловых режимов сетей теплоснабжения, улучшения теплового конструирования зданий, сокращения теплопотерь, а также за счет других мероприятий, в том числе использования термотрансформаторов — тепловых насосов.
Велики резервы экономии энергоресурсов за счет утилизации тепла вентиляционных выбросов. Использование этого источника экономии в первую очередь зависит от обеспеченности предприятий соответствующим оборудованием. Для решения этого вопроса, в частности, предусматривается организовать производство новых видов теплоутилизационного оборудования для системы вентиляции промышленных и общественных зданий и сооружений, включая вращающиеся и пластинчатые утилизаторы с тепловыми трубами, утилизаторы с промежуточными теплоносителями и др. Вносятся необходимые изменения в строительные и технологические нормы и правила по проектированию и строительству промышленных и общественных зданий и сооружений, что позволит обеспечить широкое применение теплоутилизационного оборудования в системах вентиляции и отопления.
При утилизации теплоты отходящих газов могут происходить нагревание воздуха или воды и последующая их подача в системы вентиляции и водяного отопления.
Одним из видов вторичных энергоресурсов на промышленных предприятиях является вода, ассимилирующая теплоту от технологического оборудования (в том числе от воздушных компрессоров) и охлаждаемая затем в системах оборотного водоснабжения, Потребителями низкотемпературной теплоты могут быть системы вентиляции, воздушного отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения.
В последнее десятилетие во многих странах мира большое внимание уделяется созданию и внедрению тепловых насосов. Особая важность этой проблемы определяется весьма крупными масштабами возможной экономии энергоресурсов. Тепловые насосы позволяют утилизировать низкопотенциальную энергию практически любых промышленных и бытовых тепловых выбросов. При этом сам тепловой насос является полностью или в значительной степени экологически чистым источником энергии. Наиболее перспективно внедрение тепловых насосов в пищевой промышленности. Здесь крупными потребителями тепловой энергии являются, например, чайные фабрики, где проводится термическая обработка зеленого листа чая — завяливание и сушка.
Эффективная система введена в строй на одном из сыромаслозаводов недалеко от Тбилиси. Теплонасосная установка здесь заменяет как холодильную установку с градирней, так и котельную. Отбираемое от охлаждения тепло идет на пастеризацию молока.
Еще одно направление — санитарно-курортное хозяйство. В качестве первого опыта тепловые насосы установлены в популярной здравнице Гагра. Там, как и на других курортах Черноморского побережья Грузии, котельные на угле и мазуте из экологических соображений уже давно были заменены электрокотлами. Но теперь им предстоит уступить место теплонасосным установкам, потребляющим в три-четыре раза меньше электроэнергии.
В настоящее время разработана программа перевода всей чайной промышленности Грузии, а также ряда санаториев на теплонасосную систему теплохладоснабжения. Ее эффективность с точки зрения сбережения энергоресурсов несомненна. Кроме того, она обладает и другим, чрезвычайно важным достоинством — полностью исключается тепловое и химическое загрязнение окружающей среды.
Использование тепла сточных вод систем канализации для теплоснабжения зданий с помощью тепловых насосов дает возможность экономить природное топливо и не загрязнять окружающую среду вредными выбросами при сжигании его в традиционных котельных.
Для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий применяются тепловые насосы парокомпрессионного типа с использованием низкопотенциального тепла сточных вод канализации.
Институтом ВНИИОСуголь определены возможные области эффективного использования тепловых насосов в угольной и горнорудной промышленности, а также источники получения тепла: компрессорные и вентиляторные установки, шахтные и сточные воды.
На основании проведенных исследований разработана природоохранная энергосберегающая технология охлаждения шахтных компрессоров с утилизацией теплоты оборотной воды с помощью тепловых насосов.
Технология предназначена для охлаждения и утилизации тепла оборотной воды стационарных шахтных компрессорных установок. Принцип действия основан на использовании холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса, для охлаждения оборотной воды и передачи трансформируемого тепла этой воды потребителю. Горячая вода, полученная при утилизации бросового тепла, может быть использована для подпитки котлов, бытовых нужд, в тепличном хозяйстве, в системе отопления зданий.
Утилизация тепловых выбросов в угольной промышленности страны представляет собой яркий пример решения средозащитной проблемы, которое обеспечивает комплексный социально-экономический эффект, проявляющийся в повышении эффективности общественного производства и уровня жизни населения. В основе этого решения лежит создание таких энергосберегающих технологий, устройств и мероприятий, внедрение которых не требует больших капитальных вложений, а широкое их использование обеспечивает значительный экономический эффект, одновременно способствуя снижению экологической напряженности.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ И НЕКОНДИЦИОННОГО УГЛЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Широкие исследования по применению твердых отходов добычи и обогащения угля в сельском хозяйстве ведутся в нашей стране и за рубежом много лет. Основными направлениями по использованию твердых отходов являются непосредственное внесение размолотых углей и твердых отходов в качестве органических удобрений; использование высокосернистых твердых отходов в качестве мелиорантов засоленных почв; использование кальцийсодержащих отходов в качестве мелиорантов кислых почв; использование твердых отходов и угля с высоким содержанием органического вещества в качестве сырья для получения гуминовых препаратов и биоактивных веществ.
Использование твердых отходов включает в себя дробление, затаривание, доставку, хранение, погрузку и внесение. Как правило, все это осуществляется с использованием оборудования и машин. Помимо этого, из размолотых углеотходов приготавливают различные смеси с минеральными удобрениями, а также компостируют органическими добавками (навоз, торф, солома). Дозы внесения смесей зависят от содержания в них основных компонентов и типов почв.
Для мелиорации засоленых почв пригодны твердые углеотходы с высоким содержанием серы и низкими значениями рН (менее 4). Для этого углеотходы дробятся и вносятся под глубокую вспашку в дозах, зависимых от степени солонцеватости.
Для мелиорации кислых почв пригодны отходы с содержанием СаО не менее 20—25%. Этим требованиям соответствуют отходы предприятий ПО «Ленинградсланец» и «Эстонсланец».
Приготовление гуминовых и биоактивных препаратов осуществляется сухим смешиванием с активирующими добавками; выделением гуминовых веществ с помощью щелочей.
Сухое смешивание предполагает добавки минеральных удобрений и активных штаммов микроорганизмов, способных разлагать углистое органическое вещество с последующим его превращением в гуминовые кислоты. Выделение гуминовых кислот с помощью щелочей требует специального оборудования и значительных энергетических затрат, связанных с последующей нейтрализацией щелочей, сушкой и гранулированием.
Проведенные исследования показали, что удобрения и мелиоранты, полученные из отходов угольной промышленности, способны улучшить плодородие почвы. Их применение значительно увеличивает микробиологическую деятельность в почвах, способность почвы фиксировать азот из атмосферы, оказывает стимулирующее действие на растения.
В то же время известно, что добыча угля сопровождается образованием значительных объемов отходов из некондиционных, окисленных, сажистых, высокозольных углей, которые в настоящее время не используются и складируются в отвалы (только на разрезах КАТЭКа более 100000 т/год).
Только часть добытого угля обогащается, а свыше 1,5 млн. т отходов ежегодно не находят применения. Углеотходы, хранящиеся в отвалах и шламоотстойниках, представляют собой источник загрязнения окружающей среды (их объем около 10 млн. т).
В КАТЭКнииуголь разработана технология ускоренной биохимической переработки перечисленных выше углеотходов с различной степенью метаморфизма. Основой технологии является метод ускоренного микробиологического разложения угля активированными почвенными микроорганизмами с минерализацией труднорастворимых органических и минеральных компонентов угля, которые в дальнейшем становятся легкодоступными для высших растений, способствуют ускорению биохимических процессов и могут быть использованы как компоненты для производства удобрений.
Процесс биоокисления углей и углеотходов наблюдается в естественных условиях, но происходит крайне медленно. Так, прирост про межуточного продукта биоокисления гуминовых кислот в течение шести лет составил 10%, аналогичное увеличение может быть достигнуто по разрабатываемой технологии. Кроме того, в полученной суспензии содержатся все те элементы, которые есть в угле и углеотходах (марганец, медь, ванадий, цинк, никель, молибден и олово), необходимые для нормальной жизнедеятельности растений.
Конечным продуктом биопереработки является сметанообразная, гомогенная от темно-коричневой до черного цвета биосуспензия угля, которая хорошо смывается водой.
Жидкое органо-минеральное удобрение «Биогум» имеет следующие качественные показатели, % на сухое вещество:
Учитывая высокое содержание в составе образующейся суспензии гуминовых кислот (до 60%), являющихся активным биостимулятором роста растений, допустимо использование таких суспензий в качестве жидкого органо-минерального удобрения. Были разработаны временные технические условия ТУ 12-10-4201-06-90 для практического использования его в качестве товара народного потребления «Биогум».
Преимуществом разрабатываемого способа является то, что достигается наиболее полное микробиологическое преобразование структуры твердого топлива, обеспечивается трансформация труднорастворимых органических компонентов перерабатываемого материала и растворимые формы, доступные высшим растениям. Это позволяет расширить степень использования малоценных низкокалорийных топлив в народном хозяйстве.
Основанием для подобных выводов послужили результаты трех лет испытаний аналогичных продуктов, полученных из углеотходов бородинского угля в агропромах Красноярского края, Тульской и Тюменской областей, проведенных на малогумусных сероземах, каштановых и легкоглинистых почках (на фоне минеральных удобрений и без них). Для контроля брали почву без удобрений, минеральный фон (NPK — азот, фосфор, калий) и навоз. По данным испытаний в Красноярском крае отмечено, что при одноразовом внесении препарата в количестве 5—20 м3/га урожайность ячменя повышается на 23—37 %, причем при поливе (20 м3/га) урожай зеленой массы растений возрастает в два раза по сравнению с внутрипочвенным внесением ГСС в количестве 60 м3/га. Выявлено действие на второй год роста кормовых культур с прибавкой урожая зеленой массы на 40—55%. Отмечено положительное влияние на рост травостоя относительно контрольного (увеличение до 12%) без добавки минеральных удобрений.
В КАТЭКнииуголь разработан способ осуществления биоконверсии не только в аппаратах, но и непосредственно в шламовых отстойниках, учитывая, что водоугольная пульпа представляет собой полуфабрикат для биоконверсии. Шламоотстойник с помощью дамб разбивают на ряд зон. В соответствии с объемом перерабатываемого материала в шламоотстойник подают почвенные культуры микроорганизмов и фосфоритовую муку. Гидромонитором в зону переработки подают водовоздушную струю, обеспечивающую активное перемешивание перерабатываемого материала и аэрацию, необходимую для активной жизнедеятельности микроорганизмов. При необходимости водовоздушную смесь подают подогретой до температуры, обеспечивающей протекание процесса (20—25°С). Забор воды гидромонитором производят из дальнего участка. Избыточная вода, подаваемая гидромонитором, переливаясь через дамбы, поступает в зоны отстоя и вновь с помощью гидромонитора направляется в зону переработки.
Из зоны переработки периодически ведется отбор проб для определения качества получаемой продукции. Процесс считается законченным при достижении максимальных значений содержания в продукте гуминовых кислот. Готовый продукт представляет собой сажистую гомогенную стабильную в течение 5—10 сут суспензию, выдачу которой из зоны переработки производят с помощью насоса.
На основании представленных экспериментальных данных и результатов испытаний можно заключить, что биотрансформация отходов угледобычи и углеобогащения может позволить наладить производство ценного и дефицитного гумуса, экологически чистого, исключающего возможность передозирования органо-минерального удобрения.
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В практике природоохранной деятельности отрасли наряду с paзработкой и внедрением эффективных мероприятий по защите окружающей среды особое значение приобретает совершенствование технологических процессов производства. Это направление научно-технического развития оформилось под общим названием «Малоотходные и безотходные производства» и предусматривает применение совокупности технических средств и технологических приемов, направленных на обеспечение нормальных условий обитания людей, животного и растительного мира при высокой концентрации промышленного потенциала.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что основой со здания экологически безопасных малоотходных и безотходных производств в угольной промышленности является организация технологических процессов добычи, переработки угля и сланца с частичным или полным использованием твердых, жидких, пыле- и газообразных отходов производства, образование которых неизбежно в рамках отдельных предприятий или региона в целом. При этом под малоотходным производством понимается промышленное производство, вредное воздействие которого на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными нормами; часть отходов такого производства по техническим, экономическим, организационным и другим причинам не используется для удовлетворения нужд народного хозяйства и направляется на захоронение, длительную консервацию или ликвидацию. При безотходном производстве рационально расходуются все виды природных ресурсов и не нарушается экологическое равновесие окружающей среды в районах размещения промышленных предприятий.
Для оценки экологического уровня действующих и реконструируемых производств и их влияния на окружающую среду в угольной промышленности разработаны и повсеместно применяются критерии безотходности технологических процессов добычи и переработки угля и сланца с охватом всех видов образующихся отходов. В качестве оценочных показателей приняты коэффициент безотходности производства по породе, сточным водам и промышленным выбросам в атмосферу; удельный выход породы с учетом ее использования; коэффициент, характеризующий соотношение отработанных и рекультивированных земель; уровень использования попутно забираемых шахтных и карьерных вод на производственные нужды, коэффициент водоотведения при обогащении; коэффициент водооборота; уровень соблюдения ПДК по загрязняющим ингредиентам. Показатели оценки уровня безотходности угольного производства и их расчетные формулы приведены в табл. 13.
Помимо критериев безотходности (см. табл. 13) при оценке экологического уровня действующих и реконструируемых производств в угольной промышленности применяется показатель рационального использования природных ресурсов, равный отношению количества извлекаемых видов минерального сырья в их общему количеству в границах отрабатываемых месторождений.
В обобщенном виде отличительные признаки экологически без опасных производств при добыче и переработке угля и сланца представлены в табл. 14.
В целях интенсификации научно-исследовательских и опытно-промышленных работ по созданию и внедрению экологически безопасных производств в угольной промышленности разработаны и утверждены «Требования к технологическим процессам добычи, обогащения угля (сланца) и шахтного строительства, обеспечивающие мало- и безотходное производство». Наряду со СНиП 1.02.01-85 и действующими отраслевыми нормативными материалами, определяющими состав, порядок разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство и реконструкцию предприятий угольной промышленности, этот регламентирующий документ широко используется при разработке проектов новых и реконструкции действующих шахт, разрезов и обогатительных фабрик, при создании и освоении новых технологических схем, процессов и оборудования, обеспечивающих экологически безопасные условия добычи и обогащения угля (сланца), при проектировании малоотходных и безотходных производств или их отдельных элементов (сооружения, установки, аппараты и системы контроля).
В «Требованиях к технологическим процессам» определены основные направления и технологические мероприятия по созданию и внедрению малоотходных и безотходных технологий по наиболее распространенным видам производства (открытая добыча; подземная добыча, включая гидравлический способ; обогащение и шахтное строительство) и сферам природоохранной деятельности (рациональное использование и охрана недр; рациональное использование и охрана водных ресурсов; охрана воздушного бассейна; охрана земельных ресурсов). В укрупненном виде основные направления создания и внедрения малоотходных и безотходных производств в угольной промышленности приведены в табл. 15.
Широкое развитие экологически безопасных производств на базе разрабатываемых месторождений угля и сланца наиболее целесообразно осуществлять в рамках территориально-производственных комплексов, охватывающих пространства, равные целым регионам. В данном случае территориально-производственные комплексы выступают как единое гигантское предприятие, в котором различные отрасли промышленного производства являются своего рода цехами, работающими в тесной взаимосвязи и дополняя друг друга в целях наиболее полного и эффективного использования минерально-сырьевых ресурсов. Такие комплексы в настоящее время функционируют в Канско-Ачинском, Экибастузском, Южно-Якутском и других угольных регионах.
Планомерный перевод всех действующих и реконструируемых предприятий угольной промышленности на малоотходные и безотходные производства добычи и переработки угля и сланца позволит существенно уменьшить или ликвидировать полностью отходы производства, являющиеся главными источниками загрязнения окружающей среды. Одновременно будет обеспечено более рациональное использование ценных невозобновляемых природных ресурсов.
Практическое применение и апробация малоотходных и безотходных технологических процессов осуществлены на 14 базовых предприятиях, расположенных в основных бассейнах страны. На ряде базовых предприятий (ЦОФ «Абашевская» в Кузбассе и др.) завершены работы по строительству цехов, промышленных установок или комплексов по переработке отходов с получением строительных материалов и изделий, закладочных и заиловочных смесей, сырья для других отраслей промышленности, накоплен положительный производственный опыт.
Анализ показывает, что переход предприятий угольной промышленности на безотходное (малоотходное) производство достигается путем реализации следующих основных мероприятий:
на разрезах — размещение пород вскрыши в выработанном пространстве; использование их для восстановления природного ландшафта, отсыпки автомобильных дорог и при производстве строительных материалов; очистка карьерных вод;
на шахтах — эффективная очистка шахтных вод с последующим их использованием для технических нужд предприятий и других целей, утилизация шахтных пород и осадка водоочистки, экологически безвредное складирование твердых отходов производства, дренаж метана и сжигание его в котельных;
на обогатительных фабриках — переход на замкнутый цикл водообеспечения, передача твердых отходов обогащения предприятиям стройиндустрии или использование их в цехах предприятия при производстве кирпича, легких заполнителей бетонов и других материалов.
Так, на разрезе «Морозовский» ПО «Александрияуголь», являющимся одним из предприятий с малоотходной (безотходной) технологией, применяется комбинированная система разработки с отсыпкой вскрышных пород во внутренние отвалы. Часть вскрышных пород (полтавские пески) поставляется предприятиям других министерств с реализацией по согласованной цене. Все карьерные воды очищаются до санитарных норм и частично (до 20% притока) используются в сельскохозяйственном производстве. Нарушенные земли рекультивируются под пашню, затраты на восстановление плодородия земель окупаются в течение 6—7 лет.
На разрезе «Назаровский» ПО «Красноярскуголь» годовой объем использования твердых отходов превышает 23 млн. м3; основная их часть расходуется для засыпки выработанного пространства. На разрезе «Красногорский» концерна «Кузбассразрезуголь» вскрышные породы используются для закладки выработанного пространства и отсыпки полотна автодорог, что позволяет ежегодно получать экономический эффект более 150 тыс. руб.
На разрезе «Октябрьский» ПО «Эстонсланец» применяется бестранспортная система с отсыпкой пород вскрыши во внутренние отвалы, механическая очистка сточных вод в горизонтальных отстойниках, система оборотного водоснабжения на обогатительной фабрике. Полностью исключен сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы. Отходы обогащения используются при отсыпке карьерных aавтодорог и засыпке выработанного пространства. Годовой экономический эффект от проведения данных мероприятий составляет около 800 тыс. руб.
На шахтах «Центральная» и «Красногорская» НПО «Прокопьевскгидроуголь» твердые отходы используются для закладки выработанного пространства, засыпки провалов и выравнивания земной поверхности. Часть отходов размещается в плоских породных отвалах; при этом обеспечивается минимум отрицательного воздействия на окружающую среду. Годовой объем использования твердых отходов на этих шахтах составляет соответственно 4343 и 110 тыс. м3; годовой объем оборота воды на гидрошахте «Красногорская» около 7 млн. м3.
На обогатительных фабриках «Абашевская» и «Сибирь» концерна «Кузнецкуголь», «Сабурханская» ПО «Карагандауголь», «Чумаковская» ПО «Донецкуглеобогащение» и других применяется замкнутый цикл водообеспечения, благодаря чему экономится около 100 млн. м3 свежей технической воды в год и предотвращается загрязнение поверхностных водоемов. Для подпитки оборотных систем обогатительных фабрик используются шахтные (карьерные) воды и очищенные от взвесей поверхностные стоки. Основная часть отходов обогащения поставляется в качестве сырья предприятиям стройиндустрии или используется при производстве кирпича в специализированных цехах самих предприятий.
Основные результаты работы ряда предприятий угольной промышленности по регламентированным критериям безотходности за 1989 г. приведены в табл. 16.
При дальнейшем развитии малоотходных и безотходных технологических процессов угольного производства необходимо усилить внимание к вопросам наиболее полного и рационального использования природных ресурсов путем снижения потерь угля и попутного минерального сырья при добыче и обогащении, а также управления природоохранными процессами, установками и объектами (АСУ «Экология»).
Для более рационального водопользования при обогащении угля намечается разработать и освоить оборудование и технологию замкнутых водно-шламовых систем для крупных обогатительных фабрик. Предусматривается внедрить новые технологические процессы сушки угля во взвешенном слое и аппаратах с активными термоаэродинамическими режимами, создать сушильные комплексы с пылеулавливающим оборудованием, обеспечивающим очистку промышленных выбросов в атмосферу до санитарных норм. Применительно к канско-ачинским углям будут завершены работы по созданию и освоению безотходной технологии их переработки с целью повышения эффективности использования углей в народном хозяйстве за счет получения из них синтетических жидких, твердых и газообразных видов топлива и утилизации органоминеральной части образующихся отходов производства.
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ И ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЭКОНОМИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Устойчивое экономическое и социальное развитие страны в целом и угольной промышленности в частности неразрывно связано с состоянием окружающей среды и уровнем использования природных ресурсов, в связи с чем эти вопросы приобретают приоритетное значение. Анализ результатов природоохранной деятельности и состояния окружающей среды за последние годы показывает, что существенные положительные сдвиги в изменении экологической обстановки в стране и в районах размещения угольных предприятий не произошли. Это свидетельствует о недостаточности выделяемых средств на осуществление природоохранных мероприятий, неудовлетворительном их и< пользовании, низком научно-техническом обеспечении и качестве выполняемых природоохранных работ, недостаточно полном и эффективном использовании имеющихся научных разработок и передового производственного опыта в этой области.
В создании благоприятных условий для решения экологических проблем отрасли важное значение приобретает использование экономических методов управления природопользованием и, в первую очередь, введение с 1991 г. платежей за природные ресурсы, выбросы и сбросы загрязняющих веществ в природную среду. Введение нормативов платы имеет целью обеспечить оптимальное сочетание экономических и экологических интересов в производственной деятельности предприятий. Это мероприятие будет играть прогрессивную роль при условии разработки методики взимания платежей, взвешенного под хода к определению как величины, так и источников их покрытии Чрезмерно низкая, равно как и чрезмерно высокая величина платежей не будет стимулировать природоохранную деятельность, так как в первом случае предприятию будет экономически выгоднее вносить плату, чем осуществлять природоохранные мероприятия, а во втором случае приведет к их экономическому краху. Разработка методики нормирования платежей, системы экономических стимулов и рычагов, планирование и анализ уровня воздействия производственных процессов на окружающую среду, определение системы показателей и характеристик состояния среды, разработка планов природоохранных мероприятий по их достижению и анализ результатов их выполнения является одним из важных направлений научных исследований.
Одна из центральных задач коренной перестройки охраны природы в стране заключается в разработке научно-обоснованных показателей использования природных ресурсов и поэтапное достижение в период с 1991 по 2005 гг. нормативного качества окружающей среды. Для решения этой задачи в угольной промышленности необходимо определить нормативы допустимых воздействий различных производственных процессов на окружающую среду, разработать экологические критерии и требования к технологическим процессам и применяемому оборудованию при добыче и обогащении угля. Для достижения требований необходимо совершенствование существующих и разработка новых мало- и безотходных технологических процессов и технологий, комплекса способов и средств по предупреждению негативного техногенного воздействия на все элементы природной среды, способов и средств ликвидации последствий этого воздействия. Комплекс этих вопросов предусматривается решить в период 1989—1995 гг. в рамках государственной научно-технической программы «Экологически чистая энергетика» и отраслевой программы «Экологически чистая шахта глубокого заложения». Экологические исследования и природоохранные мероприятия должны проводиться на всех этапах создания и функционирования предприятий, начиная с геологоразведочных работ и кончая ликвидацией последствий после прекращения их производственной деятельности.
С целью организации рационального территориального размещения производства с экологических позиций разработке ТЭО, ТЭР и проектов должна предшествовать эколого-экономическая оценка целесообразности строительства новых и реконструкции (расширения) действующих предприятий. Разработка методического аппарата такой оценки является одной из первоочередных задач научных исследований.
Отказ от планово-распределительных отношений и формирование рынка влечет за собой пересмотр сложившихся подходов в области регионального природопользования. В настоящий момент, безусловно, наиболее привлекательной и популярной является политика, направленная на достижение экологического равновесия в регионе и значительного снижения уровня загрязненности окружающей среды в результате техногенеза и посттехногенеза. Известны различные варианты этой политики, но в целом они сводятся к требованиям закрытия экологически опасных производств без какой-либо альтернативы. При развитии рыночных отношений реализация подобных требований приведет (а в ряде случаев уже привела) к увеличению дефицита ряда товаров и значительному росту цен.
Наиболее перспективной представляется ориентация на развитие региона без дальнейшего ухудшения экологического состояния.
Важным элементом любой региональной политики является установление нормативов платежей за потребление и пользование природными ресурсами и загрязнение окружающей среды. При формировании экологической политики и установлении объемов платежей за ресурсы необходим предварительный анализ всей системы платежей, в концепции экологической политики должны быть заложены варианты динамики этих платежей с учетом ситуации на рынке.
Таким образом, в условиях рыночной экономики природоохранная политика должна базироваться на современной экономической ситуации, поскольку отрыв от нее приведет к тяжелым последствиям.
Рядом республиканских законодательных и нормативных актов предусмотрено введение для природопользователей платы за природные ресурсы и платежей, компенсирующих ущерб, нанесенный загрязнением окружающей среды. В принятых документах четко регламентированы порядок и условия владения, пользования и распоряжения природными ресурсами и объектами, что приобретает особую значимость в условиях перехода страны к рыночной экономике.
Ниже изложены общие принципы платного природопользования на примере РСФСР, которые введены в 1991 г. на всей территории Российской Федерации в соответствии с Законом РСФСР «Об обеспечении экономической основы суверенитета РСФСР » (1990 г.). Указанные принципы определены Госкомприродой РСФСР и предусматривают установление платы за природные ресурсы, выбросы, сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду от стационарных и передвижных источников, размещение отходов и другие виды загрязнений, а также основные направления использования средств взимания указанных платежей.
Целью введения платности природопользования в РСФСР являются: стимулирование рационального и комплексного использования различных видов природных ресурсов и охраны окружающей среды, повышение качества природных ресурсов, выравнивание социально-экономических условий хозяйствования при использовании природных ресурсов разного качества, рационализацию размещения производительных сил, формирование специальных фондов финансирования мероприятий по охране и воспроизводству природных ресурсов, формирование финансовых средств союзных, республиканских и местных органов власти и управления в условиях перехода к рыночной экономике. При этом порядок взаимодействия государственных органов управления с природопользователями по вопросам определения платы за природные ресурсы и выбросы загрязняющих веществ, установления лимитов природопользования, образования и использования фондов охраны природы, выдачи разрешений на природопользование определяется законодательством РСФСР, республик, входящих в состав РСФСР, и решениями органов местного самоуправления, принятыми в пределах своей компетенции.
Взимание платы за природные ресурсы и выбросы (сбросы, размещение отходов) загрязняющих веществ в окружающую среду распространяется на все предприятия, объединения, организации, учреждения, обладающие правами юридического лица, вне зависимости от форм собственности и организации хозяйственной деятельности, использующие природные ресурсы или оказывающие воздействие на окружающую среду. Во всех случаях нормативы платы (средние по региону, бассейну) устанавливаются на основе единой методологии исполнительными органами республиканских, краевых, областных, окружных и городских Советов народных депутатов и дифференцируются местными органами самоуправления с учетом местных условий, вида природных ресурсов, состава и свойств выбрасываемых загрязняющих веществ.
В соответствии с установленным порядком условия пользования природными ресурсами и требования охраны окружающей среды определяются разрешением на природопользование, договором, актом, лицензией или другими нормативными документами, содержащими соответствующие лимиты и нормативы, нормы и правила. Для каждого природопользователя устанавливаются предельно допустимые нормативы использования (изъятия) природных ресурсов и выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду или другие ограничения исходя из экологических, санитарно-гигиенических и иных требований. На период достижения предельно допустимых нормативов устанавливаются временные лимиты природопользования с учетом экологической обстановки, видов используемого сырья, технического уровня производства и природоохранного оборудования, проектных и экономических возможностей предприятий и других факторов.
В общем виде лимиты (квоты) на природопользование представляют собой установленные предприятиям на определенный период объемы, режимы и другие Параметры использования (изъятия) природных ресурсов, выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду. Сроки достижения нормативных уровней природопользования и лимиты по годам определяются с учетом реализации общесоюзных, республиканских и местных природоохранных программ. Лимиты по природным ресурсам, имеющим межрегиональное значение, и по выбросам загрязняющих веществ, учитываемых в трансграничном (межрегиональном) загрязнении окружающей среды, устанавливаются на договорной основе между республиками, входящими в состав РСФСР, краями, областями и затем доводятся до природопользователей. Вопросы компенсации затрат, связанных с воспроизводством и охраной природных ресурсов (объектов), а также с трансграничным (межрегиональным) загрязнением окружающей среды решаются на договорной основе между соответствующими исполнительными органами республиканских, краевых, областных, окружных и городских Советов народных депутатов.
С учетом специфики плата за природные ресурсы (земля, ресурсы недр, вода, лес, растительный и животный мир, рекреационные и другие природные ресурсы) в пределах установленных лимитов подразделяется на три категории: плата за право пользования природными ресурсами; плата на воспроизводство и охрану природных ресурсов; штрафная плата (экономическая санкция) за сверхлимитное и нерациональное использование природных ресурсов.
Плата за право пользования природными ресурсами являете I формой реализации экономических отношений между собственником (владельцем) природных ресурсов с их пользователями и взимается в составе налогов, арендной платы или в иных формах, предусмотренных законодательством. Базовые нормативы платы за право пользования природными ресурсами устанавливаются государственными органами управления в пределах своей компетенции в виде фиксированных отчислений (роялти) от стоимости ежегодного нормативного объема добычи (изъятия) природных ресурсов и части дополнительной прибыли, полученной при использовании относительно лучших по качеству и местоположению природных ресурсов. Базовая цена природных ресурсов определяется на основе данных государственного учета и кадастровых, балльных и экономических оценок соответствующих видов природных ресурсов. При отсутствии указанных данных цены устанавливаются с учетом различий в качестве, естественной продуктивности, местонахождения и условий использования этих природных ресурсов на основе дохода и учетной ставки Государственного банка. Величина цены природного ресурса может быть определена на основе проведения аукционов и торгов. В базовую цену природного ресурса также должны быть включены затраты, связанные с компенсаций негативных социально-экономических и экологических последствий, вызываемых отчуждением природных ресурсов (объектов) под хозяйственное или иное использование.
Плата на воспроизводство и охрану природных ресурсов является формой возмещения затрат на осуществление указанной деятельности. Данная плата взимается путем установления ставок, тарифов, такс и других нормативов платы; при этом нормативы платы определяются то возобновленным природным ресурсам исходя из затрат на их восстановление и охрану; по невозобновляемым природным ресурсам исходя из затрат на их выявление, оценку и подготовку к использованию.
Экономические санкции за сверхлимитное и нерациональное использование природных ресурсов устанавливаются в кратном размере та отношению к нормативу платы за природные ресурсы, исходя из величины недополученной прибыли.
Общепризнано, что плата за выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду является формой компенсации части ущерба, наносимого загрязнением окружающей среды и состоит из платы за выбросы загрязняющих веществ в пределах допустимых выбросов, платы за выбросы загрязняющих веществ выше предельно допустимых выбросов, но ниже установленных лимитов, платы за выбросы загрязняющих веществ свыше установленных лимитов.
Во всех случаях нормативы платы за выбросы загрязняющих веществ в пределах допустимых выбросов, а также на уровне установленных лимитов определяются исходя из затрат региона на предотвращение и частичную компенсацию ущерба, наносимого загрязнением окружающей среды, предусмотренных в общесоюзных, республиканских и региональных природоохранных программах или иных плановых документах (без учета затрат предприятий на финансирование природоохранных мероприятий за счет собственных средств). Нормативы платы за превышение выбросов загрязняющих веществ определяются исходя из затрат на предотвращение выбросов и устанавливаются с повышающим коэффициентом. Удельные значения нормативов платы за загрязнение окружающей среды по наиболее характерным загрязняющим ингредиентам и видам отходов утверждены постановлением Совета Министров РСФСР № от 19.01.91 и являются обязательными для всей территории республики.
Законодательством РСФСР установлено, что плата за право пользования природными ресурсами и плата за выбросы загрязняющих веществ сверх допустимых нормативов, но ниже уровня установленных лимитов, взимаются из прибыли предприятия в составе платежей и налогов, направленных в республиканские и местные бюджеты. Плата на воспроизводство и охрану природных ресурсов, а также плата за выбросы загрязняющих веществ на уровне предельно допустимых нормативов, учитываются в себестоимости продукции (работ, услуг) предприятия. Плата за выбросы загрязняющих веществ сверх установленных лимитов, а также экономические санкции и штрафная плата за сверхлимитное и нерациональное использование природных ресурсов взимаются из прибыли, остающейся в распоряжении предприятия
Регламентированы основные направления использования средств
от взимания указанных платежей. Плата за право пользовании при-
родными ресурсами поступает в местные и республиканские бюджеты
по стабильным нормативам, а по предприятиям, входящим в состав местного хозяйства, полностью зачисляется в местный бюджет; направления использования средств, образуемых от данных платежей, определяются Советами народных депутатов. Плата на воспроизводство и охрану природных ресурсов поступает в бюджеты Советов народных депутатов на специальные счета; при этом накопленные средства расходуются на финансирование мероприятий по воспроизводству и охране природных ресурсов. Плата за выбросы загрязняющих веществ в природную среду, а также экономические санкции (штрафы) за сверхлимитное и нерациональное использование природных ресурсов направляются в местные фонды охраны природы, которые находятся в составе внебюджетных средств органов местного самоуправления.
С целью накопления и эффективного использования средств на
финансирование природоохранных и оздоровительных мероприятий
совместным решением республиканских, краевых, областных и городских исполкомов Советов народных депутатов и соответствующих комитетов по охране природы с учетом структуры органов управления природопользованием создается система фондов охраны природы. Фонды охраны природы образуются за счет поступающих от предприятий, учреждений, организаций, отдельных граждан, а также иностранных физических и юридических лиц платы за загрязнение oокружающей среды; штрафной платы (экономической санкции) за сверхлимитное и нерациональное использование (потери) природных peсурсов и получаемого из них сырья; средств, полученных по искам в возмещение ущерба, наносимого окружающей среде и природным ресурсам; средств, компенсирующих ущерб при строительстве новых объектов и проведении различного вида работ, влияющих на состояние природной среды; штрафов за нарушение природоохранного законодательства, экологических норм, правил и стандартов; добровольных отчислений и взносов предприятий и граждан; отчислений на природоохранные мероприятия из республиканского и местного бюджетов; средств из иных источников, не противоречащих действующему законодательству. Платежи за загрязнение окружающей среды, штрафы и иски с иностранных юридических и физических лиц вносятся в иностранной валюте, с предприятий, являющихся субъектами внешнеэкономической деятельности, в том числе совместных предприятий — в рублях и иностранной валюте пропорционально их доле в уставном фонде.
Законодательством РСФСР определено, что средства местных фондов охраны природы расходуются на финансирование мероприятий по предотвращению и компенсации ущерба, в том числе:
строительство, техническое перевооружение, реконструкция, капитальный ремонт природоохранных объектов общерегионального значения;
оздоровительные мероприятия, предупреждающие и компенсирующие негативные социально-экономические последствия загрязнения окружающей среды на территории региона;
восстановление нарушенных хозяйственной деятельностью природных объектов;
создание заповедников, национальных парков, заказников и их обустройство;
научные исследования межотраслевого значения в области охраны окружающей среды;
проектно-изыскательские и опытно-конструкторские работы по созданию новых видов природоохранной техники и технологии, автоматизированных систем мониторинга;
оценку воздействия на окружающую среду и экологическую экспертизу проектов хозяйственной деятельности;
компенсацию собственных затрат органов государственного управления природными ресурсами;
поощрение производственных коллективов предприятий, общественных организаций, отдельных граждан, работников природоохранных органов, добившихся положительных результатов в природоохранной и ресурсосберегающей деятельности.
Средства фондов охраны природы также могут использоваться на субсидирование природоохранной деятельности отдельных предприятий, частичное или полное погашение кредитов банков или процентов по этим кредитам, полученных предприятиями для проведения капиталоемких мероприятий, создание предприятий по переработке и утилизации отходов производства и потребления, а также другие природоохранные мероприятия. За счет части средств местных фондов охраны природы создаются республиканские фонды охраны природы и Российский республиканский экологический фонд, средства которых используются для финансирования межрегиональных, межреспубликанских и международных природоохранных программ и мероприятий.
Следует учесть, что при введении платежей за природные ресурсы и выбросы (сбросы) загрязняющих веществ в окружающую среду сохраняется действующий порядок предъявления специально уполномоченными органами предприятиям и гражданам исков, штрафов в возмещение ущерба, причиненного окружающей среде в результате аварийных и залповых выбросов загрязняющих веществ и иных выявленных нарушений природоохранительного законодательства, а также штрафов, налагаемых на должностных лиц и граждан в административном порядке.
УКРУПНЕННАЯ ОЦЕНКА РАЗМЕРА ПЛАТЕЖЕЙ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В современных условиях размеры платежей за загрязнение окружающей среды становятся одним из решающих показателей экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий в условиях перехода к рыночным отношениям. В соответствии, например, с постановлением Совета Министров РСФСР № 19.01.91 предприятия теперь будут самостоятельно нести расходы за природоохранную деятельность, что существенно повысит их ответственность за выполнение мер по охране окружающей среды.
В общем виде плата за выбросы (сбросы, размещение отходов) загрязняющих веществ в окружающую среду представляет собой компенсацию за экономический ущерб от ее загрязнения и производится за счет прибыли (дохода), остающейся в распоряжении предприятия. Она представляется как произведение соответствующих нормативов платы на фактическую массу выбросов (сбросов, размещения отходов) загрязняющих веществ, образующихся в процессе горного производства.
В соответствии с установленными нормативами размер платы за использование природных ресурсов и загрязнение окружающей среды за 1990 г. по угольной промышленности условно составил 1062 млн. pyб., или 1,4 руб/т, в том числе: по шахтам — 646 млн. руб., или 1,5 руб/т; по разрезам — 252 млн. руб., или 0.7 руб/т.
В общей сумме плата за забор воды и сброс загрязняющих веществ в водоемы составила 630. млн. руб. (60%). Значительная часть этой платы приходится на подземные работы (73%), а при открытой добыче воды используется гораздо меньше и сточные воды разрезов менее загрязнены вредными веществами, чем шахтные.
Плата за выброс вредных веществ в атмосферу составила 66 млн. руб., из которых 49 млн. руб. приходится на шахты, 5 млн. руб. на разрезы и 7 млн. руб. на обогатительные фабрики. При этом удельная плата на шахтах составила 0,1 руб/т, на разрезах — 0,01 руб/т, или в 10 раз меньше.
Плата за использование земельных ресурсов составила 110 млн. руб., из которых на разрезы приходится 71 млн. руб., а на шахты 28 млн. руб. При этом удельная плата на разрезах составила 0,2 руб/т, а на шахтах 0,14 руб/т, или почти в 1,5 раза меньше.
Плата за складирование твердых отходов составила 62 млн. руб., из которых 70% приходится на открытый способ добычи угля. Удельная величина платы за складирование отходов на разрезах в 4 раза выше, чем на шахтах.
Среди основных угледобывающих бассейнов отрасли самый значительный размер платы остается в Донецком бассейне — 403 млн. руб., или 38% всей суммы по отрасли, что объясняется насыщенностью бассейна большим количеством промышленных предприятий, а также сбросом в водоемы большого количества минеральных солей из-за их повышенного содержания в шахтных водах.
Высокий размер платы в Кузнецком бассейне (131 млн. руб.), а также в регионах Восточной Сибири и Дальнего Востока (130 млн. руб.) объясняется значительными размерами платы за сверхнормативные сбросы и выбросы загрязнений, а также за использование недр.
Самый низкий размер платы в Канско-Ачинском бассейне (17,2 млн. руб.) и связан он со своевременным осуществлением природоохранных мер при развитии производства.
Представляет интерес оценка возможного экономического эффекта от снижения размера платежей за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ в окружающую среду и размещение отходов добычи угля при отвалообразовании за счет осуществления полного комплекса средозащитных и средовосстановительных мероприятий. Расчеты, выполненные для двух базовых предприятий, показали, что в результате реализации разработанных научно-технических мероприятий по экологизации горного производства существенно снижаются размеры платы за загрязнение окружающей среды, составляющие соответственно по разрезу 1930 тыс. руб/год и шахте 1360 тыс. руб/год. Все это будет способствовать укреплению экономической основы функционирования угледобывающих предприятий при переходе их на экологически безопасные технологии производства и создает надежные предпосылки для устойчивой работы в условиях рыночной экономики.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
На современном этапе развития природоохранных работ в угольной промышленности первоочередное значение имеет широкое внедрение в практику более совершенных технических и технологических решений по очистке и обеззараживанию твердых, жидких, пыле- и газообразных отходов горного производства, а также целенаправленному народнохозяйственному использованию их утилизируемой части, Имеющиеся в этой области научные достижения и опыт их практической реализации позволяет определить целесообразные технологические направления и возможные технические решения по рациональному использованию и охране недр, рациональному использованию и охране водных и земельных ресурсов, охране воздушного бассейна, созданию замкнутых структур производства внутри предприятий и производственно-территориальных комплексов. В укрупненном виде приоритетные направления экологизации горного производства в угольной промышленности по видам природоохранной деятельности приведены в табл. 17.
Из таблицы видно, что в результате реализации разработанных мероприятий к 2000 г. практически прекращается сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы, заметно сокращается к этому времени выброс загрязняющих веществ в атмосферу, полностью ликвидируются горящие породные отвалы, улучшаются другие показатели природопользования в угольной промышленности.
В ходе выполнения научных проработок установлено, что создание и промышленное освоение эффективных природоохранных и ресурсосберегающих технологий горного производства наиболее целесообразно осуществлять в рамках территориально-производственных комплексов, охватывающих целые регионы. В данном случае территориально-производственные комплексы выступают как единое крупное предприятие, в котором различные отрасли промышленного производства являются своего рода цехами, работающими в тесной взаимосвязи, дополняя друг друга с целью наиболее полного и эффективного использования минерально-сырьевых ресурсов и охраны окружающей среды. Такие комплексы в настоящее время создаются в Канско-Ачинском, Экибастузском, Южно-Якутском и других угольных регионах.
Таким образом, широкое применение экологически безопасных производств в угольной промышленности позволяет существенно уменьшить или полностью ликвидировать отходы производства, являющиеся главными источниками загрязнения окружающей среды. Одновременно будет обеспечено более рациональное использование ценных невозобновляемых природных ресурсов, что особенно важно в условиях рыночной экономики. Для практической реализации вышеуказанных направлений экологизации горного производства в 1983 г. была разработана и в последующие годы реализована комплексная программа работ по созданию и внедрению малоотходных и безотходных производств в угольной промышленности. Апробация и промышленное применение разработанных экологически безопасных процессов производства осуществлены на 14 базовых предприятиях отрасли, что позволило заметно повысить уровень их экологической безопасности и получить при этом значительный экономический эффект, равный по учтенным шахтам и разрезам 1925 тыс. руб.
В табл.18 приведена прогнозная эколого-экономическая оценка деятельности предприятий угольной промышленности на период до 2005 г. В прогнозной оценке учтены прогрессивные технические и технологические мероприятия, реализуемые или намеченные к реализации на предприятиях отрасли за счет собственных средств и централизованных ассигнований.
Рассмотренный круг актуальных проблем, связанных с защитой окружающей среды от техногенных загрязнений угледобывающих предприятий, естественно, не охватывает в полной мере всего многообразия реализуемых направлений научно-технического прогресса в области экологизации угольного производства. Вместе с тем приведенные имеющиеся резервы и создают надежные предпосылки для дальнейшего повышения технико-экономического уровня природопользования при разработке угольных и сланцевых месторождений, особенно в районах с интенсивным наращиванием промышленного потенциала и сосредоточением его в крупных территориально-производственных комплексах.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Современное крупномасштабное развитие горнодобывающих отраслей промышленности оказывает существенное негативное воздействие на окружающую среду, выходящее за пределы ее самовосстановительных и саморегулирующих возможностей. Это является прямым следствием длительного экстенсивного развития горного производства, обусловливающего дестабилизацию природной среды многотонными отходами хозяйственной деятельности и обеспечивающего необходимые средства существования за счет разрушения естественных условий проживания людей.
К настоящему времени в угольной промышленности накоплен определенный опыт по восстановлению экологической сбалансированности окружающей среды в процессе производственной деятельности шахт, разрезов и обогатительных фабрик. В практическом плане это достигается за счет уменьшения объемов образования техногенных загрязнений, эффективной очистки и обеззараживания производственных сточных вод и максимального их использования для целей технического водоснабжения, предотвращения загрязнений атмосферы прилегающей территории пылегазовыми выбросами, качественной рекультивации отработанных участков месторождений и их последующего целенаправленного применения в народном хозяйстве, наиболее полного использования попутно добываемого сырья и отходов производства для удовлетворения собственных нужд предприятий и потребностей смежных производств, а также повышения качества метрологического обеспечения природоохранных работ и контроля окружающей среды на основе унификации и стандартизации способов и средств измерения.
С целью устранения вредного воздействия предприятий отрасли на окружающую среду угольной промышленностью осуществляется целенаправленная комплексная программа, охватывающая четыре основных направления:
- охрану и рациональное использование вод;
- охрану атмосферного воздуха;
- охрану и рациональное использование земель;
- охрану недр и комплексное использование минеральных ресурсов.
Основными проблемами в области охраны водных ресурсов являются: предотвращение понижения уровня грунтовых и подземных вод, их истощения и обезвоживания почв на прилегающих к шахтным и карьерным полям территориях; сокращение притоков воды в подземные и открытые горные выработки и выработанное пространство, уменьшение степени загрязнения дренажных, шахтных и карьерных вод; эффективная очистка дренажных, шахтных и карьерных вод от загрязнений и вредных примесей до безопасных уровней, максимальное использование их на производственные нужды промышленных предприятий и в сельском хозяйстве.
Основные проблемы в области охраны атмосферы: создание технологических процессов и горнотранспортного оборудования, характеризующихся низкими удельными величинами пылеобразования; разработка комплекса мер по предупреждению и снижению выделения пыли при технологических процессах и работе горных машин, систем пылеулавливания при сушке и сжигании угля; создание технологии получения из угля экологически чистого топлива; совершенствование существующих и разработка новых способов сжигания угля с минимальным выделением вредных выбросов в атмосферу; разработка способов и систем улавливания и утилизации вредных газов, газообразных продуктов, образующихся при сжигании угля в топках котлоагрегатов; разработка эффективных методов предупреждения самовозгорания и пыления породных отвалов, открытых складов угля, бортов paзреза и тушения эндогенных пожаров.
Основными проблемами в области охраны и рационального использования земельных ресурсов являются: совершенствование технологии вскрышных, добычных работ и отвалообразования в направлении сокращения изымаемых из землепользования и нарушаемых площадей, приближения, ускорения и снижения трудоемкости рекультивационных работ; совершенствование существующих и разработка новых более эффективных способов технической и биологической рекультивации нарушенных земель, в том числе, обеспечивающих восстановление гидродинамического режима грунтовых вод; разработка комплексов специальных машин для производства рекультивационных работ для различных видов нарушений и условий; разработка мероприятий и технических средств, исключающих отрицательное воздействие горных работ на прилегающие территории.
Рассмотренный в обзоре круг проблем, связанных с защитой окружающей среды в угольной промышленности, не охватывает всего многообразия реализуемых научно-технических направлений в области экологизации угольного производства. Приведенные результаты решения этих проблем вскрывают имеющиеся резервы и создают надежные предпосылки для существенного повышения технико-экономического уровня природопользования при разработке угольных и сланцевых месторождений, особенно в районах с интенсивно развивающейся промышленностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Красавин А. П. Охрана окружающей среды на предприятиях Минуглепрома СССР: Обзор/ЦНИЭИуголь. — М., 1991.
2. Красавин А. П., Кукушкин В. М. Проблемы охраны окружающей среды в условиях рыночной экономики: Обзор/ЦНИЭИуголь. — М., 1991.
3. Красавин А. П., Кукушкин В. М. Совершенствование природоохранных работ в угольной промышленности: Обзор/ЦНИЭИуголь. — М., 1988.
4. Демидов Ю. В., Друждж П. В. Перспективы развития биотехнологии бурых углей: Обзор/ЦНИЭИуголь. — М., 1991.
5. Красавин А. П., Катаева И. В., Лелекс А. И., Екатерининский В. А. Перспективы биотехнологии в угольной промышленности: Обзор/ЦНИЭИуголь. — М., 1992.
6. Национальный доклад о состоянии природной среды в СССР. Природа и человек. 1989, № 12.
7. Теличенко М. М. Проблема сточных вод. - Энергия. М., 1988, № 2.
8. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов: Обзор/ВИНИТИ. — М.,
1989.
9. Каленский И. В., Тарасов Б. Е. О коренной перестройке дела охраны природы в отрасли. - Сталь. 1988, № 7.
10. Гавришова Н. А. Природоохранные направления в рациональном использовании земельных и водных ресурсов/УкрНИИНТИ. — Киев, 1988.
11. Подувальцев С. В., Зуев И. А., Михайлов Л. М. Технический уровень охраны окружающей среды в угольной промышленности: Сб. научн. трудов/ВНИИОСуголь. — Пермь, 1988.
12. Шахтные воды угольной промышленности: Справочник, ч. 1 /ВНИИОСуголь. - Пермь, 1989.
13. Новикова Н. Л., Шистерова Л. Г., Федосеев В. И. Классификация шахтных вод как объекта очистки от взвешенных веществ/Прогрессивные направления природоохранных работ при добыче и переработке угля и сланца: Сб. научных трудов/ВНИИОСуголь — Пермь, 1989.
14. Кожетьев А. Ж., Новикова Н. Л., Шистерова Л. Г. Применение полимерных флокулянтов для очистки шахтных вод. Уголь, 1989, № 2.
15. Харионовский А. А., Золотухин И. А. Исследование режима реагентной обработки шахтных вод Воркутинского месторождения. Высокоэффективные методы и аппараты для очистки шахтных вод: Сб. научн. трудов/ВНИИОСуголь. — Пермь, 1989.
16. Требования к качеству шахтных и карьерных вод, используемых для технических и хозяйственно-бытовых нужд предприятий угольной промышленности. ВНИИОСуголь. — Пермь, 1986.
17. Бойко В. И., Коваленко Т. Н., Харионовская Л. М. Использование омагниченных шахтных вод для орошения. Прогрессивные направления природоохранных работ при добыче и переработке угля и сланца ВНИИОСуголь, Пермь, 1989.
18. Фейзиев Г. К. и др. Умягчение воды с утилизацией стоков Н-катионов фильтров ВПУ/Теплоэнергетика, 1989, № 2.
19. Женталай В. П. и др. Утилизация регенерационных растворов водоподготовки/Химия и технология воды, 1987, № 2.
20. Колодин М. В. Экономика опреснения воды. М., Наука, 1985.
21. Цейтлин И. М., Балавадзе Э. М., Заградская Н. Ф., Бласова М. А. Основные научно-технические направления развития проблемы электродиализа (процессы и аппараты) в СССР и за рубежом: Обзор/НИИТЭХИМ. — М., 1989.
22. Карелин Ф. Н. Опреснение воды обратным осмосом. — М., Стройиздат, 1987. 23. Смагин В. Н. Обработка воды методом электродиализа. — М., Стройиздат,
1986.
24. Кульский Л. А., Гребенюк В. Д., Савчук О. С. Электрохимия в процессах очистки воды. Киев, Техника, 1987.
25. Мембранно-сорбционные процессы разделения веществ и их применение в народном хозяйстве. Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции — Черкассы, ОНИИ ТЭХим, 1988.
26. Блок управления системой пылеподавления. — Информационный листа 83—88. — Кемерово, ЦНТИ, 1988.
27. Способ борьбы с пылью при выемочно-погрузочных работах в карьерах при отрицательных температурах воздуха. — М., Черметинформация, 1989, вып. 6.
28.3акиров Д. Г., Кукушкин В. М. Природоохранные аспекты утилизации тепловых выбросов в угольной промышленности: Обзор/ЦНИЭИуголь. — М., 1992.
29. Установка для пылеподавления пеной при дроблении кокса сухого тушения.-М., Черметинформация, 1989, вып. 6.
30. Сухие способы очистки отходящих газов от пыли и вредных выбросов: Обзор/ВНИИЭСМ. — М., 1988.
31. Иксанова Е. И., Иванова М. М. Орана окружающей среды от загрязнении Черная металлургия, 1987, № 22.
32. Аппараты мокрого пылеулавливания типа МПР. — Уголь, 1989, № 6.
33. Суэтин А. А. Капиталистический рынок газоочистного оборудования: Экспресс-информация, серия ХМ-16. — М., ЦИНТИХимнефтемаш, 1987, № 5.
34. Алексеев Н. И., Киссин Д. А. Проблемы пылегазоулавливания в теплоэнергетике за рубежом. — Промышленная энергетика, 1989, № 12.
35. Дж. Андерсон. Борьба с загрязнением воздуха посредством каталитических процессов. — Материалы семинара Международного банка реконструкции и развития, Вашингтон, 1988.
36. Шингниц М. и др. Опыт эксплуатации промышленной установки газификации
пылевидных топлив под давлением на основе процесса ГСП. — Уголь, 1988, № 7.
37. Горкунов В. И., Завалишин В. С, Валиев К. 3. Добыча и рекультивация на
карьерах строительных горных пород. — Алма-Ата, Наука, 1986.
38. Дробаденко В. П. Перспективы развития рекультивационных работ на горных разработках: ВИНИТИ, М., 1987.
39. Томаков П. И., Коваленко В. С. Рациональное землепользование при открытых горных работах. — М., Недра, 1987.
40. Петрова Е. Г., Семенова Л. А. Опыт рекультивации земель, нарушенных горнодобывающей промышленностью (на примере капиталистических стран): М., МГУ, 1988.
41. Семенов Л. В. Экономия топливно-сырьевых ресурсов на основе использования в промышленности углесодержащих отходов: Обзор/ЦНИЭИуголь. — М., 1987.
42. Терновой А. И., Рябченко Н. А., Боднорук И. И. и др. Использование углесодержащих отходов в цементном производстве. — Цемент, 1988, № 9.
43. Вырожемский В. К. Отходы угольной промышленности как материал для насыпи автомобильных дорог: Экспресс-информация/ВНИИЭСМ, вып. 7, 1987.
44. Шардаков А. Н. и др. Повышение эффективности использования углеотходов в сельскохозяйственном производстве/Сб. научн. трудов ВНИИОСуголь. — Пермь, 1989.
45. Красавин А. П. и др. Перспективы использования углеотходов для получения комплексных органоминеральных удобрений с высоким содержанием биоэлементов/Сб. научн. трудов ВНИИОСуголь. — Пермь, 1989.
46. Левин Л. И. и др. Перспективы использования теплоты уходящих газов котлов крупных котельных. — Теплоэнергетика, 1988, № 3.
47. Бобровски И., Звездова Л. Биосорбционная очистка фенолсодержащих сточных вод нефтехимической промышленности: Химия и индустрия, 1987, № 6.
48. Молодчик Г. А., Рубинштейн Ю. В. Технология флотационной очистки сточных вод: Обзор ЦНИЭИуголь. — М., 1987.
49. Петренко М. В., Шпилько И. С, Совершенствование процесса очистки шахтной воды. — Уголь, 1988, № 5.
50. Rothwell F. М. Microbial relationships in surface-mine revegetation//Symp. Reclamat. Lands Disturbed Surface Mining, Cornestone Commun. and Understand., Owensboro, Ky, July 10—13, 1984. Nat. Meet. Amer. Soc. Surface Min. and Reclam. — North-wood, 1985. — P. 94—113.
51. Biolorical reclamation success//International Mining. — 1988. — Vol. 5, № 11. — P. 23, 30.
52. Bridgen M. R. Genetic variation of black locust seedlings on reclaimed surface mine soils//Information Circular Bureau of Mines. US Department of the Interior. —1988. 9184. — P. 4047.
53. Shonet D. C. The freeze desalination of mine waters/AJournal of South African Institute of Mining and Metallurgy. — 1987. — Vol. 27, № 4. — P. 107—112.
54. West German coal production processes: keeping up the standards//Coal Trans. — 1988. — Vol. 3, № 3. — P. 23—25.
55. Poluarea industrial a solurtlor si vegetatiel forestiere in Zona Copsa Mica/Rauta C, Mihailesku A., Carstea S. e.a.//Analele Institutului de cercetari si pedologie agrochimie. — 1988. — Vol. 48, — P. 269—280.
56. Hansel G. Reclamation and Ruhrkohle//International Mining. — 1987. — Vol. 4, № 10. — P. 31, 32, 34.
57. Sleeman W. The economics of minestone utilisation//Proc. 2nd Int. Conf. Reclam. Treat, and Util. Coal, Mining Wastes, Nottingham, Sept. 7—11, 1987. — Amsterdam etc., 1987. — P. 1 — 19.
58. Land Disturbance and Reclamation after Mining//Environ. Impacts Coal. Mining and Util. — Oxford etc., 1987. — P. 29—46.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………………………………………3
Краткая характеристика состояния окружающей среды.........................................5
Охрана и рациональное использование водных ресурсов……………………………….16
Очистка минерализованных шахтных вод………..………………………………………...38
Охрана атмосферы..................................................................................................44
Рекультивация земель, нарушенных горными работами. Охрана
земельных ресурсов.................................................................................................53
Использование отходов добычи и переработки
угля в народном хозяйстве......................................................................................66
Общие принципы применения экологически безопасных
производств в угольной промышленности ...........................................................79
Экономические и правовое регулирование
природоохранной деятельности..............................................................................84
Совершенствование природоохранной деятельности………………………………………………………………………………………….91
Выводы и рекомендации........................................................................................93
Литература..............................................................................................................95