Безопасность ведения складирования горных пород

Из 120 млн т твердых отходов, которые ежегодно образуются в России, около 45 % используют в собственном производстве или в качестве вторичного сырья, около 10 % полностью обезвреживают.

Если  отходы не могут быть использованы в промышленности, то они подлежат захоронению.

Известны  три способа хранения промышленных отходов: в шламохранилищах, на полигонах, закачка в глубинные горизонты.

Шламохранилища – это специально построенные наземные сооружения, предназначенные для хранения и отстаивания малотоксичных шламов IV и V групп опасности. Они оборудованы специальной дренажной системой для отвода воды, а их дно и берега изолированы водонепроницаемым слоем из уплотненной глины, полимерных материалов или битума. Шламохранилища – открытые сооружения, с поверхности которых происходит постоянное выделение газообразных соединений в атмосферу.

Санитарную  земляную засыпку отходов осуществляют как в специально подготовленные ямы, так и путем наземного  складирования. Основным условием эксплуатации таких сооружений является уплотнение отходов и ежедневная засыпка  их слоем грунта. При хранении отходов  происходит их анаэробное разложение с выделением СН4 и С02, которые отводят через хлорвиниловые трубы, очищают на активированном угле, компремируют и подают в общую газовую сеть.

Строительство и эксплуатация полигонов проводится в соответствии со СНиП 2.01.28-85. Полигоны являются природоохранным сооружением и предназначены для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов. В состав полигона входят: завод по обезвреживанию отходов, участок захоронения отходов, гараж специализированного автотранспорта.

Участок захоронения представляет собой  территорию, предназначенную для  размещения специально оборудованных  карт (котлованов), в которые складируются токсичные твердые отходы.

Завод по обезвреживанию токсичных отходов  предназначен для сжигания и физико-химической переработки отходов в целях  их обезвреживания или понижения  токсичности, перевода в нерастворимую  форму или сокращения объема отходов.

Приему  на полигон подлежат только токсичные  отходы I, П, III классов опасности, перечни которых в каждом конкретном случае согласовываются с муниципальными органами и службами. Приему на полигон не подлежат: отходы, для которых разработаны эффективные методы извлечения металлов или других ценных веществ, радиоактивные отходы, нефтепродукты, подлежащие регенерации.

В состав завода по обезвреживанию токсичных  промышленных отходов входят:

• цех  термического обезвреживания твердых, жидких горючих и хлорсодержащих отходов;

• цех  физико-химического обезвреживания твердых и жидких негорючих отходов;

• отделение  обезвреживания ртутных и люминесцентных ламп.

Термическое обезвреживание отходов. Твердые отходы первоначально измельчают, а потом  сжигают в печи при температуре  не ниже 1000 °С (при наличии галогенсодержащих соединений – 1200 °С). После печи расположена камера дожигания, в которой при дополнительной подаче топлива и воздуха и при более высокой температуре (1200-1450 °С) достигается полное окисление продуктов неполного сгорания. После завершения процесса отходящие газы проходят очистку, образующийся плав минеральных солей выводится на захоронение. Цех физико-химического обезвреживания имеет несколько отделений. В отделении обезвреживания цианосодержашие отходы растворяют и обрабатывают гипохлоритом. Цианиды (CN ) окисляются и переходят в цианаты (CNO ), токсичность которых в 1 000 раз меньше, чем обрабатываемых отходов.

В отделении  обработки гальванических отходов  находятся линии по переводу токсичных  металлов в менее токсичные соединения или по получению труднорастворимых соединений. Например, в хромсодержащих гальванических стоках хром находится в виде С& (ПДК 0,02 мг/л). Установка по обезвреживанию включает в себя ряд аппаратов, в которых проводят восстановление Cr6* раствором серной кислоты и железного купороса до Сг3+ (ПДК 0,07 мг/л). Далее раствор обрабатывают щелочным реагентом, получают осадок Сг(ОН)3, который передают на захоронение.

Обезвреживание  от соединений трехвалентного мышьяка  осуществляют методом перевода их в  мышьяковую кислоту или далее  в арсенат натрия.

Отделение обезвреживания ртутных ламп располагает  агрегатами для обезвреживания и  системой очистки технологических  газов и сточных вод от ргути.

Способ  захоронения токсичных отходов  зависит от класса опасности отхода. Нерастворимые отходы II-IV классов  опасности размещают в картах полигона слоями с изолированием  слоев грунтом. Отходы I класса опасности  помещают в специальные металлические  контейнеры с толщиной стенок не менее 10 мм и проводят контроль на герметичность  до и после заполнения контейнера. Бункер для хранения имеет железобетонную облицовку с толщиной стенок не менее 20 мм. В бункере должно быть предусмотрено  не менее пяти отсеков. Для захоронения  особо токсичных отходов и  концентрированных растворов предусматривается  их предварительно отверждение.

Этот  вид обработки применяют для  токсичных отходов. Например, при  открытом хранении цианистых отходов  в атмосферу улетучивается около 90 % цианистого водорода (около 3 % остается в отходах и около 3 % выщелачивается в грунтовые воды). Хранение на полигонах  отходов, содержащих мышьяк, хром, ртуть, приводит к появлению в грунтовых  водах повышенных концентраций этих элементов.

В процессе отверждения получают нерастворимые  соединения, которые формируют в  виде блоков. При хранении таких  блоков токсичные примеси из них  не вымываются. Для осуществления  процесса отверждения к отходам  добавляют вяжущие компоненты.

Наиболее  часто в качестве связующей добавки  применяют цемент или известь. Этот способ отличается простотой, доступностью и низкой стоимостью материалов. Но полученные смеси неустойчивы к  кислым компонентам и в кислых почвах постепенно разрушаются.

Токсичные отходы можно обработать битумом, парафином  или полиэтиленом с последующей  термообработкой. Такой метод применяют, например, при обработке токсичных  отходов АЭС. Продукты обработки  достаточно устойчивы в большинстве  почвенных растворов и не подвержены выщелачиванию. Жидкие неорганические и радиоактивные отходы сплавляют со стеклообразующими соединениями. Метод универсален. Он обеспечивает высокоэффективное связывание токсичного компонента и длительность его хранения. Для осуществления метода требуются высокие температуры и связанное с этим большое потребление энергии.

Например, в Англии разработан метод консервации  высокоактивных радиоактивных отходов, получивший название нитрификации. Отходы перемешивают с сахаром и передают во вращающуюся трубку индукционной печи. Происходит испарение воды и  деазотирование продуктов деления. В вещество, находящееся в индукционной печи, постоянно добавляют измельченное стекло. В результате образуется новая субстанция, в которой отходы при затвердении связываются со стеклянной матрицей. Это вещество в расплавленном состоянии вливают в цилиндры из легированной стали. Охлаждаясь, жидкость затвердевает, превращаясь в стекло, которое является крайне устойчивым к воздействию воды. По данным международного технологического общества потребуется несколько тысяч лет, чтобы 10 % такого стекла растворилось в воде.

Токсичные неорганические отходы подвергают полимеризации  с карбамидоформальдегидными смолами. Этот метод универсален. Капсулирование неорганических токсичных отходов производят с применением полибутадиеновых и полиэтиленовых изолирующих слоев. Процесс достаточно дорогостоящий и требует специального оборудования.

Метод отверждения отходов является одним  из самых дорогих. Например, в США  для удаления 1 м3 сточных вод путем  стабилизации затрачивают 7,8 долл.

Закачку отходов в глубинные горизонты  осуществляют через поглощающие  скважины ниже уровня грунтовых вод. Глубину скважин можно варьировать  от нескольких сот метров до 4000 м. Нужно  соблюдать определенную щелочность раствора, рН должно быть на 0,5 ниже, чем рН фунтовых вод. Метод требует постоянного контроля за состоянием скважин.

При выборе метода ликвидации твердых отходов  необходимо учитывать:

• объем  и состав отходов;

• месторасположение  промышленного предприятия;

• обеспеченность района энергией;

• наличие  оборудования и транспортных возможностей.

Часто для крупнотоннажных твердых  отходов применяют различные  комбинированные методы утилизации.

Пример. При производстве калийных удобрений  – одной из основных экспортных продукций химической промышленности – образуются два вида отходов  – глинисто-солевые шламы и  галитовые отходы.

Глинисто-солевые  шламы представляют собой суспензию  нерастворимого осадка в минерализованном рассоле концентрацией 200 г/л (отношение  Ж:Т (жидкой фазы к твердой) = 1,7 – 2,5). Состав рассола (масс. %): КС1 – 10 – 11; NaCl – 20 – 22. Твердая фаза – мелкодисперсная, состоящая на 70 % из частиц размером 20 мкм.

Если  из глинистого шлама удалить водорастворимые соли и большую часть воды, то его состав оказывается близким к составу мергелей, которые являются сырьем для получения строительных материалов. Однако в настоящее время ни один из способов утилизации глинистых шламов в промышленности не реализован. Этот вид отходов подается для хранения в шламохранилища.

Галитовые отходы являются побочным продуктом основной стадии производства. Количество хлорида натрия в природном сильвините очень велико (до 80 %). При переработке хлорид натрия уходит в отвал. Состав галитовых отходов, масс. %: NaCl – 92 – 96; КС1 – 1,2 – 2,5; CaS04 – 0,6 – 2; MgCl2 – 0,05 – 0,2; нерастворимый осадок – 0,3 – 3. Влажность – 5-10%.

Некоторое количество галитовых отходов без дополнительной обработки может быть использовано в дорожном и коммунальном хозяйстве, а также горнорудной промышленности. Однако потребность в этих отраслях не превышает 30 – 35 % от общего количества производимых отходов. Остальная их часть должна быть переработана или утилизирована. Одной из перспективных областей использования галитовых отходов является переработка их на техническую и пищевую поваренную соль. Трудность получения пищевой поваренной соли заключается в том, что при флотационном методе переработки сильвинита в отходах остаются флотореагенты. В качестве них используют органические жирные амины. Поэтому необходимо вводить дополнительные операции для очистки поваренной соли от органических веществ.

Помимо  утилизации галитовых отходов применяют также и другие методы ликвидации. В Германии, например, складирование в отвалы занимает 36 % от общего числа ликвидируемых отходов, растворение и закачка в поглощающие горизонты – 40 %, подземное захоронение в выработанное шахтное пространство – 24 %.

В России в настоящее время галитовые отходы складируют на поверхности ремли в виде солеотвалов высотой 25 – 30 м. По их границам устраивают дренажные канавы. Под солеотвалы отчуждаются большие площади сельскохозяйственных угодий. Только под г. Березники в настоящее время скопилось около 200 млн т отходов, под которыми занято 500 га сельскохозяйственных угодий. Одним из рациональных путей уменьшения занятых площадей является высотное складирование ярусами высотой 30-40 м каждый. Первый ярус отходов влажностью 10-12% устраивают до 30 м. Далее происходит уплотнение отвала под действием собственной массы, подсушка и кристаллизация монолитного нижнего слоя, практически непроницаемого для рассола. Затем высоту отвала увеличивают до 100-150 м.

Складирование отвалов помимо отчуждения земель имеет  и другие негативные последствия. Так, подземные воды насыщаются солями и  хлоридами. Концентрация солей в  водозаборных скважинах увеличивается  до 17 – 25 мг-экв/л, а концентрация хлоридов достигает 750 мг/л.

Более совершенным способом складирования  галитовых отходов является метод захоронения их в выработанных шахтных пространствах.

Основным  требованием, предъявляемым к отходам, является содержание в них влаги  менее 3 %. Обезвоживание производят на мощных высокопроизводительных центрифугах. Материал охлаждают воздухом до температуры 30 °С, подают на вход шахты и засыпают в трубу. Отходы, выходяшие из трубы с высокой скоростью, отклоняются перегородкой в горизонтальном направлении и транспортируются в заполняемое пространство ленточным конвейером или рельсовыми вагонетками. В отвесные шахтные пространства материал можно подавать с помощью желобковых отверстий.