Практическое использование технических систем экологической безопасности в промышленном производстве

Бесконечно разнообразие конструктивных особенностей технических систем экологической безопасности (ТСЭБ). Однако рассмотренные базовые принципы создания природоохранных технологий, примененные к конкретным условиям производства с учетом современного состояния местных экосистем и природных особенностей территорий, позволяют выполнить экологическое обоснование проектов и оценить масштабы использования ТСЭБ. В настоящем подразделе рассмотрено практическое использование ТСЭБ в промышленном производстве, на транспорте, в энергетике, коммунальном хозяйстве, строительстве и сельском хозяйстве.

 

3.3.1. Гидротехнические сооружения

Под гидротехническим сооружением (ГТС) понимают инженерные сооружения, позволяющие осуществлять различные водохозяйственные мероприятия, а также использовать водные ресурсы и предотвращать вредное воздействие воды и жидких отходов. Это целый комплекс объектов, обеспечивающих использование воды в хозяйственно-бытовых и промышленных целях: платформы, скважины, трубопроводы на морском шельфе; берегоукрепление, охладители атомных и тепловых электростанций на побережьях; напорные ГТС на реках, озерах и водохранилищах; ГТС на водных путях и в портах (шлюзы, причалы и пр.); гидротранспортные, дренажные и польдерные системы.

В начале 90-х гг. XX в. в России насчитывалось около 65 000 ГТС, из них 30 000 — напорных и 35 000 — безнапорных. Ответственность за обеспечение безопасной эксплуатации ГТС согласно законодательству возложена на их собственника. Несмотря на принятие Федерального закона от 21 июля 1997 г. № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений», который обязывал всех собственников этих сооружений подготовить декларации и включить объекты в Регистр, на данный момент в нем значится лишь 8 000 ГТС.

Работа по инвентаризации ГТС начата лишь в 2004 г., когда был создан Росприроднадзор. В 2005 г. ведомство приступило к работе по проверке объектов ГТС. За этот период проинспектировано около 32 000 сооружений, прежде всего напорных. Выявлено, что более 400 напорных ГТС находится в федеральной собственности, субъектам Российской Федерации принадлежит 5 700 ГТС, муниципалитетам — 6 300, хозяйствующим субъектам — 15 300, бесхозными являются более 4 000. Минсельхозу России принадлежит 250 объектов, данных по состоянию этих ГТС нет, Минтрансу России — 111 объектов, в том числе аварийных — 6, Росатому — 13 объектов, Росводресурсам — 24 объекта. В удовлетворительном состоянии находится лишь половина российских ГТС. Нужно отметить, что часто собственники отказываются от содержания проблемных ГТС, например ограничивающих места сброса сточных вод.

Гидротехнические сооружения являются источниками повышенной экологической опасности. В целях предотвращения аварий и негативных последствий функционирования ГТС для действующих объектов создается декларация безопасности, которая служит основным документом, обосновывающим его надежность, т.е. соответствие критериям безопасности, проекту, действующим инженерно-экологическим нормам и правилам. При составлении декларации должны быть определены все возможные источники опасности, а также проведено всестороннее и полное выявление степени опасности ГТС и разработаны сценарии возможных аварий. Ее главной задачей является предупреждение возникновения чрезвычайных ситуаций, которые могут повлечь человеческие жертвы, нанести ущерб здоровью людей и окружающей природной среде (в первую очередь водной). В связи с этим сам документ можно считать одной из разновидностей экологического паспорта природопользователя.

Экологическая оценка технико-экономического обоснования проектов ГТС охватывает все стороны взаимодействия объекта с компонентами окружающей среды, в том числе использование следующих средств и методов гидротехнического обеспечения:

• регулирование стока посредством водохранилищных гидроузлов;

• создание подпоров воды путем строительства русловых водоподпорных сооружений;

• дноуглубительные работы и регулирование русел;

• перекрытие пойменной гидрографической сети глухими дамбами-переездами;

• перекрытие пойм насыпями и дамбами обвалования (дорог, прудов рыбхозов, оросительных систем и участков);

• рыбозащитные и рыбопропускные сооружения.

В результате воздействия средств гидротехники развиваются многочисленные антропогенные изменения. Например, начиная с 30-х гг. XX в. в состоянии пойменной геоэкосистемы Нижнего Дона отмечаются:

• изменения гидрологического режима;

• прекращение регулярных затоплений поймы во время прохождения весенних половодий;

• снижение меженных уровней воды в реке Дон и в пойменной гидрографической сети (около 1,5 м в створе ст. Раздор- ской);

• обмеление устьевых участков в притоках реки Дон;

• усиление процессов водной эрозии берегов и др.

Особенно уязвимыми оказались биоценозы пойменных лесов,

в которых начались процессы деградации (ухудшилась лесопатологическая обстановка, изменилось биоразнообразие растительности и животных)1.

Проблема реконструкции и технического перевооружения действующих гидроэлектростанций (ГЭС) за последнее десятилетие приобрела особую остроту. В настоящее время крайне важно сохранить имеющиеся ГЭС и не допустить массового выхода их из строя.

Среди приоритетных природоохранных мероприятий на эксплуатируемых ГЭС выделяют общие технические решения по обеспечению экологической безопасности:

• восстановление утраченных элементов природной среды;

• защита абиотических и биотических компонентов природнотехнической системы;

• имитация естественных условий;

• мониторинг природно-технической системы;

• создание благоприятных условий проживания людей.

Современный уровень инженерных разработок позволяет, разумно сочетая способы мониторинга, восстановления, имитации, защиты окружающей среды, создавать эффективные природнотехнические системы с ГЭС, сохраняя биоразнообразие и обеспечивая благоприятные условия проживания людей. Важно учитывать экологические воздействия гидротурбинного оборудования, характеризующегося большим спектром негативных последствий: травмирование гидробионтов, загрязнение водной среды нефтепродуктами, шум, вибрация и др.

 

3.3.2. Транспорт

 

Деятельность различных видов транспорта: водного, железнодорожного, автомобильного, воздушного и трубопроводного — напрямую связана с возможностью их негативного воздействия на поверхностные и грунтовые воды. И неслучайно в этой связи, например, принята Рекомендация Хельсинкской комиссии по защите морской среды Балтийского моря (Хелком) от 13 марта 1996 г. № 17/1 по снижению выбросов именно от транспортного сектора.

Нарушение стабильности водных экосистем в результате попадания в водные объекты различных химических ингредиентов ведет неминуемо к их деградации и потере видового разнообразия. Повсеместное ускореное "цветение" и вторичное органическое загрязнение воды, загрязнение нефтяными отходами, отходами полимерных материалов водных объектов вдоль придорожных полос по ходу трасс является очевидным фактом, не требующим проведения аналитических исследований. И здесь в качестве экспрессного метода оценки можно использовать такой интегральный показатель, как pH среды.

Если сравнивать различные виды транспорта по приоритетности их вклада в загрязнение водных объектов, то, несомненно, водный транспорт для поверхностных вод является наиболее опасным, особенно при аварийных разливах нефтепродуктов. Автомобильный и железнодорожный транспорт также оказывает существенное влияние на водные объекты, расположенные по ходу трасс. И здесь речь идет не только о химическом загрязнении, но и о физических факторах воздействия. Также следует отметить, что загрязнение водных объектов происходит не только различными транспортными средствами, но и объектами транспортной инфраструктуры: судоремонтными, судостроительными, вагоноремонтными, вагоностроительными, шпалопропиточными и другими предприятиями транспортной отрасли.

Известно, например, что железнодорожный транспорт является крупным потребителем воды. Вода участвует в таких производственных процессах, как обмывка и промывка подвижного состава, охлаждение компрессоров и другого оборудования и т.д. Объем оборотного и повторного использования воды на предприятиях железнодорожного транспорта составляет около 30 %. Остальное сбрасывается в поверхностные водные объекты — моря, реки, озера и ручьи.

Загрязнение водоемов, находящихся в непосредственной близости к объектам автотранспортного комплекса, происходит как непосредственно из стоков, содержащих нефтепродукты, синтетические моющие средства, соединения тяжелых металлов, так и через выбросы отработавших газов и твердых частиц в воздух с последующим оседанием токсикантов в воду.

Вблизи аэропортов происходит загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами в основном за счет утечки жидкого топлива при заправке самолетов; кроме того, при взлете и посадке в атмосферу выделяется определенное количество жидких и газообразных продуктов сгорания топлива, которые осаждаются в почве и водных объектах.

При эксплуатации водоемов речным и морским транспортом также происходит их загрязнение. Сточные воды судов содержат хозяйственно-бытовые стоки и сухой мусор с судов. Сточные воды являются источником поступления в воду биогенных веществ, способствующих эвтрофикации водоемов. Источниками загрязнения являются также нефть и нефтепродукты. По данным статистики ежегодно в навигационный период на акватории Финского залива происходит не менее 10 случаев аварийного разлива нефтепродуктов. Зона воздействия нефтяных пятен на биоценоз имеет радиус не менее 1,5 —2,0 км от эпицентра аварийного сброса. Водоемам может быть нанесен невосполнимый ущерб вследствие высокой чувствительности живых организмов и растительности к нефтяному загрязнению, а также стойкости и токсичности этого загрязнения. Кроме того, на качество воды влияют отработавшие газы судовых двигателей.

Негативные проявления крупномасштабной трансформации окружающей среды сегодняшних дней диктуют необходимость поиска эффективных мер по снижению риска воздействия таких крупных техногенных источников, как автотранспортные каналы интермодальных коридоров. Для них характерно возникновение зон риска, связанных с ухудшением дальности видимости (дымка, туман, смог) и повышенной акустической нагрузки. Именно здесь возрастает вероятность возникновения аварийных ситуаций и неблагоприятных последствий для здоровья участников автодорожного движения и проживающих в прилегающей застройке людей.

В условиях территориально-пространственной изменчивости состояния окружающей среды обоснование направлений гибкого инвестирования капиталовложений в проектирование и последующее строительство во многом зависит от комплексной экономической оценки техногенных нагрузок на пересекаемые территории и формирования стратегии оптимизации среды с позиций экологической безопасности.

При строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов и отводов от них основными воздействиями на окружающую среду являются нарушения грунтового, почвенного и лесного покровов. Строительство трубопровода сопровождается также изменениями дренажных путей грунтовых вод и перераспределением загрязненных токсикантами грунтов в пределах урбанизированных территорий (на расстоянии до 20-—40 км от крупных промышленных центров). Как известно, ответственным моментом при прокладке трубопроводов являются переходы через водные преграды, организация технологического и экологического мониторинга и вопросы пожарной безопасности. Кроме традиционной дюкерной прокладки трубопровода в подводной траншее применяют высоконадежные переходы типа «труба в трубе» с щитовой проходкой и подземный переход под руслом рек (с использованием наклонного бурения большого диаметра).

В состав технологического комплекса трубопровода входят:

• трубопровод (от места выхода подготовленной к транспорту товарной продукции до места переработки, в том числе сжиженного газа) с ответвлениями и лупингами, запорной арматурой, переходами через естественные и искусственные препятствия, узлами подключения насосных и компрессорных станций, узлами пуска и приема очистных и диагностических устройств, узлами измерения количества продукции, конденсатосборниками, устройствами для ввода ингибиторов гидратообразования, узлами спуска продукции или продувки газопровода;

• установки электрохимической зашиты трубопроводов от коррозии, линии и сооружения технологической связи, средства телемеханики трубопроводов;

• линии электропередачи, предназначенные для обслуживания трубопроводов, устройства электроснабжения и дистанционного управления запорной арматурой и установками электрохимической защиты трубопроводов;

• противопожарные средства, противоэрозионные и защитные сооружения трубопроводов;

• емкости для хранения и разгазирования конденсата, земляные амбары для аварийного выпуска продукции;

• сооружения линейной службы эксплуатации трубопроводов;

• вдольтрассовые проезды и переезды через трубопроводы, постоянные дороги, вертолетные площадки, расположенные вдоль трассы трубопровода, и подъезды к ним, опознавательные и сигнальные знаки местонахождения трубопроводов, сигнальные знаки при пересечении трубопроводами внутренних судоходных путей;

• головные и промежуточные перекачивающие, наливные насосные и напоропонижающие станции, резервуарные парки, очистные сооружения;

• компрессорные и газораспределительные станции;

• станции подземного хранения газа, нефти и нефтепродуктов;

• автомобильные газонаполнительные станции;

• наливные и сливные эстакады и причалы.

Для исключения возможности повреждения трубопроводов (при любом виде их прокладки) устанавливают охранные зоны шириной 25 м (нефтепроводы) и 100 м (конденсат, сжиженные газы) от оси трубопровода с каждой стороны.

Земельные участки, входящие в охранные зоны трубопроводов, не изымают у землепользователей и используют их для проведения сельскохозяйственных и иных работ.

В охранных зонах трубопроводов запрещается проводить всякого рода действия, способные нарушить нормальную эксплуатацию трубопроводов либо привести к их повреждению, возводить любые постройки и сооружения на расстоянии ближе 1 000 м от оси трубопровода, строить коллективные сады с жилыми домами и т. п.

Коммуникации, проложенные в техническом коридоре и участки коммуникаций, пересекающих его, в границах коридора должны иметь общие системы защиты от коррозии, стихийных бедствий (оползней, наводнения и др.), аварийных разливов нефти и других перекачиваемых продуктов.

Физико-механическое воздействие строительной техники в наибольшей степени затрагивает почвенный покров в полосе отчуждения, а инженерные мероприятия по прокладке траншеи, коммуникаций и насосных станций, кроме того, и верхние горизонты покровных рыхлых отложений. Создание траншей и насыпей при этом дополнительно может приводить к нарушениям режима верхних горизонтов подземных вод, особенно при залегании их в виде изолированных линз и наличии напоров.

Физико-химические воздействия в ходе строительства практически отсутствуют, за исключением возможных протечек и разливов горюче-смазочных материалов.

В аварийных ситуациях основные воздействия на окружающую среду оказывают работы по ликвидации последствий: нарушение земель и загрязнение почв нефтепродуктами, повреждение дренажных систем, загрязнение поверхностных и подземных вод.

 

3.3.3. Энергетика

 

При генерации энергии проблемными задачами являются:

• снижение образования загрязнений в источнике (рециркуляция газов, снижение коэффициента избытка воздуха, двухстадийное горение, совершенствование воздухоподачи, горелочных устройств, использование гидротоплива, снижение дисбаланса роторов, совершенствование проточных частей турбомашин);

• снижение загрязнений на пути их распространения (совершенствование золоуловителей, способов сероочистки, азотоочистки, каталитической очистки, способов очистки или утилизации нефтесодержащих вод, создание эффективных амортизаторов, шумоглушителей и экранов).

Гидроэнергетика требует создания крупных водохранилищ — затопления больших площадей плодородных земель по берегам рек. Вода в них застаивается и теряет свое качество, что в свою очередь обостряет проблемы водоснабжения, рыбного хозяйства и индустрии досуга.

Тепловые электростанции (ТЭС) в наибольшей степени способствуют разрушению биосферы и природной среды Земли. Для добычи угля из сельского хозяйства и других сфер изымают огромные земельные площади. В местах открытой добычи угля образуются «лунные ландшафты». А повышенное содержание золы в топливе является основной причиной выброса в воздух десятков миллионов тонн диоксида серы (глобальный выброс ТЭС за год — до 250 млн т золы и около 60 млн т диоксида серы). Для энергетических предприятий проблемы сокращения выбросов вредных веществ имеют приоритет.

Предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) оказывают значительное воздействие и на водные объекты, в основном в форме теплового загрязнения, которое приводит к целому комплексу как прямых, так и косвенных отрицательных последствий (в 5 — 6 раз увеличивается испарение воды и в результате значительно повышается минерализация вод, нарушается карбонатно-кальциевое равновесие, в подогретых водах снижается растворимость кислорода).

Повышение температуры воды вызывает дополнительное испарение воды. При производстве 1 кВт • ч электроэнергии на ТЭС тепловые отходы в атмосферу и воду составляют соответственно 400 и 135 ккал, на атомных электростанциях (АЭС) — 130 и 1 900 ккал. Средняя АЭС производительностью 3 000 МВт электроэнергии за I ч выделяет более 5 млрд ккал бросового тепла. Охлаждающая способность поверхности воды варьирует в зависимости от ветра и температуры от 7 до 36 ккал в час на 1 м2 на каждый градус разницы между температурой воды и воздуха. Следовательно, для рассеивания тепла станции мощностью 3 000 МВт требуется 1 800 га водной поверхности. Разность температур забираемой и сбрасываемой воды летом составляет 5 — 7 градусов, зимой — 12—14 градусов. При умеренном подогреве в сочетании с повышенным поступлением солей, наличием мелководий, биогенным загрязнением биологическая продуктивность водоема-охладителя резко возрастает. На мелководьях быстро разрастаются макрофиты, в фитопланктоне развиваются теплолюбивые виды, обычно это сине-зеленые водоросли.

Чрезмерное развитие фитопланктона ухудшает качество воды вследствие наличия в ней большого количества разнообразных органических соединений, многие из которых вредны для человека, животных и рыб.

Крупные планктонные водоросли, кроме того, вызывают механическое засорение жабер рыб и двигательного аппарата зоопланктона. При отмирании водорослей в водоеме скапливаются большие массы разлагающегося органического вещества, увеличивается биохимическое потребление кислорода, снижается концентрация кислорода в воде, что в значительной мере ухудшает условия жизни гидробионтов и в ряде случаев ведет к заморам рыб и гибели части зоопланктона.

Для водоемов-охладителей ограничения на температуру воды действуют круглогодично и распространяются на всю акваторию за исключением 500-метровой зоны в месте сброса теплых вод.

Основные последствия теплового загрязнения водного объекта сводятся к следующим моментам:

• усиливается восприимчивость организмов к токсическим веществам;

• происходит смена обычной водной флоры сине-зелеными водорослями, продукты отмирания которых являются токсичными;

• уменьшается содержание растворенного кислорода и одновременно увеличивается потребность кислорода для дыхания организмов и деструкции органических веществ;

• изменяется солевой состав;

• происходит замена видового состава фито- и зоопланктона на толерантный к высокой температуре; на уровне сообществ изменяются функциональные характеристики, основанные на отношении продукции к деструкции.

В 1965 г. в Чите была введена в действие крупная тепловая электростанция. При этом в качестве водоема-охладителя в технологическую схему станции был включен естественный городской водоем — озеро Кенон. Ввод в действие ТЭС повлек за собой значительные изменения водного и теплового баланса, изменился класс вод с гидрокарбонатного на сульфатный. Под влиянием сбросов ТЭС содержание сульфатов постоянно увеличивалось и в настоящее время превышает ПДК в 2,4 раза. Также превышает допустимый уровень содержание фенолов, фторидов, меди и нефтепродуктов. Существует угроза загрязнения подземных водоносных горизонтов, которые являются источником питьевого водоснабжения.

Поскольку ТЭС играет решающую роль в балансе энергосистемы города и области, то приостановление ее деятельности или ликвидация невозможны. Основная идея, положенная в основу мероприятий по стабилизации и восстановлению озера, — разделение водоема на две части: техногенную, выделенную в обособленное пользование ТЭС, и коммунально-бытовую с перетоком воды только из второй части в первую.

При использовании водоема для охлаждения циркуляционной воды требуется соблюдение нескольких условий: должно обеспечиваться охлаждение воды до температуры, при которой возможно ее повторное использование; уровень воды должен поддерживаться выше минимально возможного. Исходя из максимально возможных температур сбросной и охлажденной воды, циркуляционного расхода и конструктивных особенностей водовыпуска подбором определяют площадь поверхности водоема.

Аналогичное решение использовано в г. Кировограде Свердловской области, где в техногенную часть водоема, примыкающую к обширному болотному массиву, осуществляется сброс коммунальных стоков.

Необходимость эколого-экономического регулирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК обусловлена приоритетным положением проблемы сокращения выбросов вредных веществ в воздушный бассейн при производстве тепла и электроэнергии из органического топлива в процессе снижения общего уровня загрязнения атмосферы в промышленных регионах и больших городах. Традиционный подход к снижению аэротехногенного воздействия на окружающую природную среду предприятий ТЭК основан на оценке их природоохранной деятельности по количеству уловленных вредных веществ в системах очистки и предполагает оптимизацию технологических процессов по критериям экологической безопасности на всех этапах технологической цепочки производства тепла и электроэнергии из органического топлива: выбор топлива, топливоподготовка, сжигание топлива, очистка отходящих газов, эмиссия загрязняющих веществ в окружающий воздушный бассейн.

Высокая токсичность, широкое распространение в атмосфере, относительно длительные сроки пребывания в ней — свойства, которые выделяют из состава отходов ТЭК оксиды серы, азота, углерода и золу, содержащую тяжелые металлы. Именно эти примеси имеют наибольшую долю в объеме валового выброса загрязняющих веществ предприятиями ТЭК в окружающую среду.

Для традиционной энергетики основной эколого-экономической проблемой является выбор топлива (мазут, уголь, природный газ, горючие сланцы, торф, древесина). Критерием выбора является максимальный эколого-экономический эффект, заключающийся в экономически обоснованном использовании топлива в технологическом процессе производства энергии с минимальным ущербом для окружающей природной среды. С этой целью в технико-экономическом обосновании проводится анализ технических характеристик топлива — зольности, сернистости, влажности и теплоты сгорания, а затем осуществляется выбор рациональных технологических элементов:

• на этапе топливоподготовки предусматривается обессеривание топлива, использование технологии гидротоплива, комбинирование топлива с коммунально-бытовыми отходами и отходами деревопереработки;

• на этапе сжигания топлива используется ввод рециркуляционных газов, снижение коэффициента избытка воздуха, двухстадийное сжигание топлива, использование паровых форсунок;

• на этапе пылегазоподавления проектируются электрофильтры, термическая нейтрализация.

Среди перспективных направлений снижения нагрузки на окружающую среду при получении тепловой и электрической энергии в котельных и теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) можно выделить как наиболее экологически и экономически эффективные — использование углеродсодержащих твердых промышленных отходов и производство топливных ресурсов на основе использования малоликвидных твердых горючих материалов и местных топливных ресурсов:

• брикетирование каменноугольной мелочи нетрадиционными способами с применением активных тонкодисперсных связующих материалов или без них;

• транспортирование и сжигание тонких классов угольных отходов в виде водоугольной суспензии;

• брикетирование мелочи низкосортных бурых углей без применения связующих материалов термическим способом (термобрикетирование);

• окускование древесных отходов тонких классов (брикеты, гранулы, пеллеты) для последующего слоевого сжигания в коммунально-бытовых топочных устройствах.

Предприятия ТЭК, работающие на твердом топливе, нуждаются в размещении золошлакоотвалов, что порождает самостоятельные экологические проблемы.

Характеристика золоотходов как источников минерального сырья дана во множестве публикаций. В последнее десятилетие наметилась тенденция перехода от массового использования неклассифицированных отходов к выделению из них отдельных товарных продуктов с уникальными технологическими свойствами. Как показали исследования, все эти продукты содержатся в значительных количествах в золошлаковых отвалах, откуда они могут быть добыты без значительных капитальных вложений. До сих пор их промышленное извлечение не налажено.

В России ограниченное применение находит только неклассифицированный зольный материал, который используется при изготовлении шлакоблоков. В целом проблема утилизации зольных отвалов особенно остро стоит в европейских странах, обладающих мощными энергоемкими производствами и не слишком обширными территориями и давно осознавшими пагубное влияние отвальных комплексов на естественные ландшафты (в России такими являются угледобывающие регионы: Челябинск, Сланцы, Кемерово, Иркутск и др.).

С середины XX в. известно, что золы могут быть с успехом применены не только для изготовления рядовых изделий, но и в производстве продукции высокой квалификации — прозрачных стеклокристаллических материалов, конструкционной керамики, золоситаллов с высокими прочностными характеристиками. В настоящее время в промышленно развитых странах налажено производство и потребление стеклянных микросфер.

Повышение энергосбережения и экологической безопасности энергетики необходимо рассматривать комплексно по всем трем составляющим ТЭК:

• добыча, обработка и транспортировка топлива;

• генерация энергии;

• транспортировка и потребление энергии.

Все упомянутые основные воздействия необходимо учитывать при разработке технико-экономического обоснования энергетических объектов. Одновременно следует помнить о достаточно широком наборе нетрадиционных источников энергии, что открывает целый ряд альтернатив. Например, использование тепла недр и создание циркуляционных геотермальных и ресурсоизвлекающих систем заменят в будущем добычу «твердой руды». Именно геотермальная энергия займет особое место при решении проблем экономии углеводородного топлива, экологического облагораживания теплоэнергетического комплекса и освоения экологически безопасных нетрадиционных источников энергии, не потребляющих кислород и не усугубляющих парниковый эффект.

 

3.3.4. Горнодобывающая промышленность

Предприятия горнодобывающей и перерабатывающей отраслей оказывают наибольшую техногенную нагрузку на окружающую среду. Так, в 2000 г. площадь нарушенных горными работами земель на территории России составила 1282,6 тыс. га, более 10 % которых приходится на хранилища твердых отходов; 20 % очагов загрязнения подземных вод связано с проникновением загрязняющих веществ из накопителей отходов.

Подземная разработка месторождений полезных ископаемых ведется на шахтах (уголь, вязкие битумы, соль, погребенные россыпи) и рудниках (руды черных и цветных металлов).

После переработки полезных ископаемых и их доставки до предприятия-потребителя рационально используется не более 1 % общей массы. Сама добыча сопровождается огромными сопутствующими массами невостребованного вещества. Так, при современном мировом объеме добычи угля и сланцев более 3 млрд т в год выход твердых, жидких и газообразных отходов составляет более 10 млрд т в год, т.е. более 3 т отходов на 1 т добытого товарного твердого топлива. Выброс отходов предприятий по добыче, обогащению и потреблению твердого топлива в основных бассейнах составляет 400 — 600 кг на человека в год.

Увеличивающиеся масштабы извлечения минерально-сырьевых ресурсов и рост степени взаимодействия человека с природной средой вызывают увеличение экологического риска, поскольку горное производство дает не только материальную основу существования общества, но и характеризуется повышенной опасностью технологических процессов, негативным воздействием их на окружающую среду и здоровье человека, а также воздействием самой окружающей среды на человека в рамках природно-производственных комплексов (ППК).

Угольная промышленность по объему выбросов техногенных компонентов занимает шестое место, и ее доля в общем балансе техногенного загрязнения не превышает 5—10%. Более значительными источниками загрязнений являются предприятия теплоэнергетики (25 %), черной (17 %) и цветной (10 %) металлургии.

Проблема энергетических отходов наиболее актуальна в угледобывающих регионах. Сегодня развитие угольной промышленности является нерегулируемым процессом, ведущим к нарушению экологического равновесия природной среды и переходу ее в ранг бедственного кризисного и критического уровней, негативно отражающихся на медико-демографическом состоянии населения и состоянии природных ресурсов. Экстенсивное развитие традиционного недропользования дает планируемое увеличение нагрузки на окружающую среду в 2010 —2020-е гг. на 25 % по аналогии с тенденцией за последние 5 лет, и при размещении горнодобывающих предприятий в освоенных районах будет достигнут еще больший рост негативных показателей.

В то же время существует реальная возможность перехода на другие, менее жесткие, уровни воздействия техногенеза, в частности угледобычи, соответствующие эффективному снижению негативных воздействий производства и обеспечиваемые комплексом средств инженерной защиты компонентов окружающей среды. Основные направления регулирования процессов загрязнения и защиты окружающей среды включают:

• снижение уровня загрязнения от теплоэнергетических установок малой, средней и большой мощности в 3 — 10 раз на основе реорганизации и модернизации котельных и ТЭЦ;

• снижение загрязнения среды от транспортировки угля путем глубокой его переработки в высоколиквидные продукты с получением жидких и газообразных топлив вблизи от мест добычи;

• широкое использование в энергетике горючих твердых отходов горного, лесного и других производств с получением новых облагороженных топлив;

• внедрение новых технологий глубокой переработки твердых топлив в районе их добычи с получением ликвидных продуктов;

• каптирование и использование попутного метана при разработке нефтяных и угольных месторождений;

• рациональное использование твердых горючих отходов горнодобывающей и лесной отраслей, обеспечивающих сокращение изъятия земель, выделения в атмосферу газообразных и пылевых веществ.

Анализ технологии и опыт переработки твердых горючих материалов показывает, что эколого-экономическая эффективность газификации может быть достигнута путем разделения на две последовательные стадии:

1) аллотермический каскад, где осуществляется предварительный нагрев пылеугольной смеси;

2) пароплазменный каскад, куда поступают пароводяная плазма и частично прогазифицированная пароугольная смесь из аллотермического каскада реактора.

Эколого-экономический эффект технологии получения жидких топлив из углей на основе гидрогенизации существенен: при реализации такой технологии получают жидкое топливо из угля по конкурентоспособным ценам в сравнении с производством его из нефтяного сырья.

Нехимические методы получения жидкого топлива из углей также являются эффективными технологиями, направленными на рациональное развитие предприятий энергетики. Использование сверхвысокочастотной энергии для диспергирования и очистки угольного топлива является наиболее энергосберегающим при получении ультрадисперсного угля с частицами размером менее 20 — 40 мкм. Кроме того, этот метод определяет новые возможности, связанные с очисткой от золы обрабатываемого угля в процессе измельчения. При использовании ультрадисперсного угля вместо мазута при сжигании низкокалорийного топлива стоимость топлива вместе со стоимостью электроэнергии будет примерно в 2,5 раза меньше. Экономические расчеты использования смесей на основе ультрадисперсного угля для замены дизельного топлива показали, что стоимость этих смесей в два раза меньше стоимости дизельного топлива.

В современной природоохранной стратегии и тактике внедряются два подхода к освоению новых технологий: «наилучшая достигнутая» и «наиболее экологичная» технологии. Часто, по сути, обе разновидности совпадают.

Технологические решения и предложения, перечисленные выше, относятся к этому классу и способны при массовом внедрении смягчить многие воздействия горнодобывающего производства.

Основная технологическая схема горнодобывающего производства состоит из следующих инвариантных к виду полезного ископаемого операций:

• извлечение горной массы (сопровождается деформацией массива пород, разрушением поверхности, снижением продуктивности почв, снижением устойчивости сооружений и коммуникаций, изменением гидрогазодинамики массива и акваторий, изменением химизма породного массива, силовых полей);

• вентиляция подземных выработок (загрязнение атмосферного воздуха пылью и продуктами взрывания);

• шахтный водоотлив (загрязнение подземных и поверхностных вод);

• перемещение добытого вещества;

• складирование добытого вещества (сопровождается отторжением земель, механическим, химическим, радиационным загрязнением среды, изменением аэродинамики среды);

• потребление продукции и образование твердых, жидких и газообразных отходов (сопровождается загрязнением акваторий, сокращением водных запасов, снижением плодородия почв, затоплением, заводнением и деформированием поверхности, газодинамическим, акустическим и радиационным загрязнением);

• потребление и выделение энергии (воздействие силовых полей, тепловые, световые и другие физические эффекты).

Основные типы нарушений — геомеханические, гидромеханические, аэродинамические, биоморфологические; главные разновидности загрязнений — литосферные, гидросферные, атмосферные, биоценотические.

Основные формы нарушений: геомеханических — деформации. провалы, выемки, насыпи; гидродинамических — зарегулирование, затопление, истощение, заводнение, подпор; аэродинамических — разрежение, возмущение, инверсия; биоморфологических — повреждение, уничтожение, распучивание.

Среди литосферных загрязнений выделяют засорение, запыле- ние, замазучивание, закисление, заилив