Утилизация промышленных отходов

ПЕТУШКОВ А.И

К.Т.Н,ЗАВ.КАФЕДРОЙ МТД

ЗАКЛАДКА ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА- ОДИН ИЗ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Кузбасс занимает первое место в России по количеству  образующихся отходов: 1,8млдр.т  в год  при общем образовании в России 3,9млрд. т.

    За последние десять лет наблюдается  рост образования отходов. В 2002 году масса образующихся отходов в области превысила 1,0 млрд .т,   в 2006 году этот показатель увеличился до 1,7 млрд. т,  в 2008 году-более 1,9 млрд. т, в 2009 году масса отходов уменьшилась до 1,76 млрд. т  в результате спада промышленности вследствие экономического кризиса. Около 1 млрд. т отходов в год не утилизируется и складируется.

    Основной объем отходов обусловлен деятельностью  предприятий угольной промышленности (1694,36 млн. т  или 98,36%). Значительное количество отходов образуется на предприятиях черной и цветной металлургии (25,16 млн. т  или 1,46%).  При производстве и распределении электроэнергии, газа и воды (2,71 млн. т  или 0,16%) и на предприятиях химической промышленности (0,172 млн. т  или 0,01%).

    Образующиеся отходы несут в себе опасность для окружающей среды и здоровья человека, нарушая экологическое равновесие. С другой стороны, отходы содержат в себе определенную экономическую ценность.  Так, в стоимостном выражении объем рынка, только бытовых отходов в  развитых странах, оценивается примерно в 120 млрд. долл.   Наибольшее значение имеют рынки США (около 46,5 млрд. долл.), Европы (около 36 млрд. долл.) и Япония (около 30,5 млрд. долл.) Объем мирового рынка неопасных промышленных отходов оценивается примерно в 147 млрд. долл. для  следующих стран: Япония, Европа, США, Южная Корея, Австралия, Мексика. Наибольший объем этого рынка-в Японии(67 млрд. долл.).

    Большой экономический эффект можно получить, используя вторичные ресурсы вместо природного сырья. К примеру, сжигание 170 млн .т муниципальных отходов дает примерно столько же энергии, сколько 220 млн. баррелей нефти, то есть около 600 тыс. баррелей в день (такая страна, как США, потребляет в сутки около 20 млн. баррелей). В Японии насчитывается 236 мусоросжигательных заводов, которые производят энергии примерно столько же, сколько одна атомная станция.

     На мировом рынке поставки вторичного сырья оцениваются примерно в 135 млн. т.  Всего в отходоперерабатывающей  отрасли занято около 1,5 млн. человек, а  мировое производство превосходит 500 млн. т.

   Значительная часть отходов представляет собой техногенные или вторичные ресурсы,  нередко успешно конкурирующие с природными. Так,  при переработке  отходов древесины можно получить жидкое биотопливо , топливные брикеты  или топливные гранулы-пеллеты, используемые в  качестве альтернативного вида топлива, а также такие виды продукции, как ДВП, ДСП. При переработке отходов пластмасс  может  быть получен вторичный гранулят, используемый для изготовления литьевых и экструзионных  изделий: пресс-форм, технической упаковки, пленки, упаковочной ленты, волокна, а также композиционные строительные материалы  (черепица, тротуарная плитка, стеновые панели ,кирпич).  Используя в качестве вторичного сырья изношенные автопокрышки, можно получить жидкое топливо, резиновую крошку, которая применяется для изготовления дорожных, напольных и спортивных покрытий, в качестве укрывного и отдельного строительного материала.  Для пищевых, органических и сельскохозяйственных отходов возможна  переработка с получением биогаза, компоста и гумуса, Для отходов стеклобоя возможны следующие пути утилизации: использование отходов стекла в составе вяжущих материалов, бетонов, строительных смесей; производство керамических строительных материалов; производство тепло,   звуко и гидроизоляционных материалов; изготовление декоративных, облицовочных, отделочных материалов; производство пеностеклокристаллических материалов.

     Для стимулирования природоохранной деятельности необходимо разработать и принять на федеральном (ре­гиональном) уровне систему показателей, отражающих эколого-экономическую деятельность предприятий и позволяющих сравнивать предприятия между собой с учетом времени работы.

    Подобная система может быть основана на свойствах и классификации отходов. Однако на сегодняшний день единой классификации не существует, поэтому на практике в основ­ном используют ряд приведенных ниже классификаций.

    1. По происхождению выделяют следующие отходы производства и отходы потребления:

а) отходы производства - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образующиеся в процессе производства продукции, которые частично или полностью утратили свои качества и не соответствуют стандартам;

б) отходы потребления - изделия и материалы (това­ры, продукция), утратившие свои потребительские свойс­тва в результате физического или морального износа.

    2. По источникам образования. Система классифи­кации основана на отраслевом принципе: например, в про­мышленности выделяют отходы, образующиеся в различ­ных отраслях.

    3. По фазовому (агрегатному) состоянию отходы де­лятся на твердые (пыль и остатки), жидкие (водные и не­водные растворы и шламы), газообразные (дымы и газы) и пастообразные.

    4. По токсичности.

    5. По возможности использования отходы делятся:

а) на вторичные ресурсы (ВР), к которым относятся:

• вторичные материальные ресурсы (ВМР) - совокуп­ность отходов производства и потребления, которые могут быть использованы в качестве сырья для вы­пуска полезной продукции;

♦ вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) - совокуп­ность отходов производства и потребления, которые могут быть использованы в качестве сырья для про­изводства тепловой и электрической энергии;

б) на безвозвратные потери - отходы, которые на дан­ном этапе экономического развития перерабатывать не­целесообразно.

    6. По классам опасности. Здесь следует отметить, что на данный момент действуют два нормативных докумен­та, устанавливающие классы опасности отходов [3, 4].

Широко используется классификация отходов по степе­ни их опасного воздействия на человека и окружающую среду. Так, в государствах - членах ЕС установлено 14 кате­горий опасности отходов для здоровья человека и риска для окружающей среды: 1 - взрывоопасные; 2 - оксиданты; ЗА - отходы с высокой степенью воспламеняемости; ЗВ -воспламеняемые; 4 - раздражающие; 5 - вредные; 6 - ток­сичные; 7 - канцерогенные; 8 - коррозионно-активные; 9 — инфекционные; 10 - тератогенные; 11 - мутагенные; 12 — выделяющие при контакте с водой токсичные газы; 13 - вы­деляющие опасные вещества; 14 – экотоксичные.

Экономическая эффективность различных технологий переработки ТБО                                                                                                                                                        Таблица 1

*Технология «сортировка + компактирование» рассчитана на вовлечение в переработку

 только отходов нежилого сектора города и вторсырья, собранного у населения.

 **Удельные затраты на захоронение ТБО приняты 30 долл./т.

*** Норма амортизационных отчислений условно принята за 10 % (для всех технологий)

    В качестве исходных данных для  анализа технологий переработки ТБО принята условная производитель - 240 тыс. т ТБО в год (завод  обслуживает около 0,8 млн. жителей)

Сравнительная качественная оцен­ка принципиальных способов пере­работки ТБО по экономическим кри­териям (удельные капитальные, экс­плуатационные и приведенные затраты, удельные затраты на захоро­нение неутилизируемой части ТБО, прибыль от реализации продукции из 1 т ТБО) показывает, что строитель­ство заводов по технологии прямого сжигания, а также прямого компос­тирования ТБО экономически наиме­нее целесообразно (практика СНГ). В экономическом плане для переработки неразделенных потоков ТБО наибо­лее предпочтительны комбинацион­ные технические решения, в особен­ности комплексная переработка ТБО (комбинация процессов сортировки, термо- и биообработки). Однако без учета тарифов за прием ТБО все эти технологии являются убыточными. Единственной самоокупаемой явля­ется технология раздельного сбора и сортировки отходов нежилого секто­ра города и вторсырья (первый этап решения проблемы ТБО).

      Прокопьевск- третий по численности населения город Кузбасса. Среднегодовая численность населения составляет 210,4 тыс. человек, действует  более 6000 субъектов хозяйственной деятельности, в том числе предприятия государственной, муниципальной, частной и прочих форм собственности.

     Основным видом экономической деятельности на крупных и средних предприятиях города является добыча полезных ископаемых(59,7% от общего объема отгруженных товаров и 76,8% от объема промышленности). Добыча угля на шахтах города трудоемка, нет возможности применить комплексную механизацию, из-за сложных горногеологических условий  (крутое залегание пластов; на отработанных горизонтах большое количество локализованных подземных пожаров;  горные работы по добыче угля ведутся на третьих и четвертых горизонтах, на глубине 350-450 м от земной поверхности, что обуславливает повышенное газовыделение, увеличение горного давления, отнесение части пластов к опасным по горным ударам и внезапным выбросам угля и газа).

Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом, требует существенно меньших территорий под горный отвод, не вызывает столь значительных нарушений и изменений ландшафтов и экономической инфраструктуры, как открытые горные работы. Сопутствующие подземным разработкам изменения окружающей среды связаны главным образом со сдвижением массивов залегающих горных пород.

Преимущественная отработка мощных крупных пластов системами разработки с обрушением кровли привела к значительной нарушенности земной поверхности. Из 24 тыс. га земли, отведенных под горные отводы шахт Прокопьевско-Киселевского района, около 9 тыс. га (40%) земной поверхности находится в нарушенном состоянии, при этом провалами, трещинами и прогибами поверхности нарушено около 7 тыс. га, или 80%) всех нарушенных земель.

Если при разработке месторождений подземным способом с управлением кровлей с обрушением окружающей среде наносится большой ущерб, то системы разработки с закладкой выработанного пространства обеспечивают минимальные деформации пород и, следовательно, их влияние на окружающую среду ничтожно. Поэтому совершенно очевидна эффективность применения систем разработки с закладкой выработанного пространства, обеспечивающих наименьшие подвижки подрабатываемого горного массива.

Ранее добыча угля с закладкой на шахтах ПКР велась на пяти шахтах, в настоящее время на одной. До 1989 г. в основном на пластах средней мощности применялись наклонные слои с выемкой слоев полосами по простиранию (НСГЗ) и поперечно-наклонные слои (ПНСГЗ) на мощных крутых пластах.

В применяемых системах разработки выемка угля производится буровзрывным способом, крепление призабойного пространства деревянной стоечной крепью.

Применяемые системы разработки пластов с гидравлической закладкой выработанного пространства (НСГЗ, ПНСГЗ) имеют неудовлетворительные технико-экономические показатели.

    В 1989 году с пуском в эксплуатацию на шахте «Коксовая» комплекса упрочненной закладки (КУЗ-120), опытную проверку прошла система отработки мощных крутых пластов горизонтальными слоями с литой твердеющей закладкой. Основой этой технологии является заполнение выработанного пространства твердеющими смесями, применение которых обусловлено технически (увеличением сроков службы горизонтов и шахт за счет сокращения потерь угля и расконсервации запасов угля из охранных целиков), и технологически (обеспечением безопасного труда и ликвидации пожароопасности  при ведении горных работ).

Составы литой твердеющей смеси: предусматривают применение следующих компонентов на 1 м3 твердеющей смеси:

а) на цементной основе

заполнитель - гранулированный шлак ЗСМК, кг -1100 кг;

вяжущее - молотый гранулированный шлак ЗСМК -350 кг;

активизатор - портландцемент М 400, кг -50-150 кг;

вода, л - 400-500.

б) на бесцементной основе

заполнитель - гранулированный шлак ЗСМК, кг - 1000-1100;

вяжущее - зола-уноса Красноярской ТЭЦ, кг - 500-600;

ускоритель твердения - хлорид сульфат тиосульфат натрия (ХСТН),

          отходы производства ПО «Азот» г. Кемерово, кг - 10-30

          в) гранулированный шлак ЗСМК, кг-550

           шлак котельных, кг-550

           цемент кг-100

            вода, л-500

       г) шлак котельных, кг-1100

         цемент кг-150

          вода, л-650

   Таким образом,  на лицо еще одна положительная составляющая  закладки выработанного пространства при разработке угольного месторождения- утилизация промышленных отходов. За 21 год работы КУЗ-120 в шахте утилизировано  золы-уноса-27225т, гранулированного шлакаЗСМК и КМК-876613т, шлака котельных города-1370598т, всего-2274436т,или по 100тыс.т в год. А если сюда же  приплюсовать горелые породы териконников, которые находились в черте города, и практически все спущены в шахту в качестве гидровлической закладки , а это 3519453т с  1980 года или 117315т в год, то выходит шахта Коксовая последние 30 лет не только добывала высококачественный  кокс , но работала как крупный завод по переработке и утилизации отходов( около220тыс.т в год, не затратив ни копейки на свое существование, см. выше).

   Для поощрения  такой деятельности необходимо выработать механизм стимулирования таких предприятий (например в снижении налоговой нагрузки) на федеральном или региональном  уровне, чтобы предприятия не стремились прекращать разработку крутых пластов с закладкой из-за дополнительных затрат, а наоборот, были заинтересованы  в совершенствовании технологий отработки крутых пластов с закладкой.