Современные подходы к проектированию, эксплуатации и рекультивации промышленных отходов

В статье рассмотрены основные принципы осуществления проектирования, эксплуатации и рекультивации промышленных отходов (ПО). Выявлены основные подходы в области обращения с отходами производства. Приведены современные способы и инновационные технологии, предложены пути решения проблем. На основе изученных данных сделаны выводы о возможностях модификации существующих подходов в области управления местами временного размещения и захоронения промышленных отходов.
Необходимость решения проблемВ современных условиях, характеризующихся стремительным ростом уровня антропогенного воздействия на окружающую природную среду, вопросы обеспечения благоприятных условий для жизни человека, рачительного природопользования приобрели особенную актуальность. Последствия пагубного воздействия на природную среду, по оценкам экспертов, превышает по некоторым позициям вред, наносимый общей преступностью, а ущерб от загрязнения окружающей среды составляет половину национального дохода страны. В связи с этим, вне всякого сомнения, экологическая проблема должна стать одной из важнейших составляющих государственной политики.
Изменения в российском законодательстве, ужесточающие ответственность за несоблюдение экологических и санитарно-эпидемиологических требований при обращении с отходами производства и потребления являются свидетельством тому, что, с одной стороны, существует серьезнейшая проблема в сфере обращения с отходами, а с другой – понимания остроты проблемы, актуальности вопроса на самом высоком государственном уровне [1].
30 апреля 2012 года Президентом Российской Федерации утверждены «Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года». 29 декабря 2014 года был издан Федеральный закон №89 «Об отходах производства и потребления». В обоих документах экологически безопасное обращение с отходами отнесено к одной из важных проблем страны. Такое признание объясняется тем, что в России быстрыми темпами идет наращивание объёмов отходов производства и потребления, негативно воздействующих на окружающую среду, экологическую безопасность и здоровье населения.
По данным Росприроднадзора, ежегодно в Российской Федерации (РФ) образуется более семи миллиардов тонн отходов, включая промышленные, бытовые и сельскохозяйственные отходы. Серьёзную угрозу для окружающей среды России представляют накопленные годами эксплуатации отходы производства (и потребления), полигоны, свалки. Сложившаяся практика использования, размещения и захоронения отходов ведёт к реальной опасности загрязнения поверхностных и подземных вод, почвенного покрова, атмосферного воздуха, загрязнения их токсичными компонентами, в конечном итоге создаёт угрозу здоровью населения [2].
Производственные отходы: дело в объемах
По классам опасности, которую несут отходы различных промышленных предприятий, они подразделяются на 5 групп. В данной статье мы подробно не рассматриваем отходы повышенных классов опасности (I и II класс), так как в сфере обращения с ними природоохранное законодательство соблюдается достаточно строго и непредвзято. Промышленные предприятия, связанные с производством радиационно опасной продукции, химические и нефтехимические производства и т. д. находятся под строгим контролем государства.
Что касается отходов III, IV и V классов опасности, то проблему представляет объем данных отходов. Отсюда соответствующие вопросы: где хранить, размещать, утилизировать и как перерабатывать не слишком опасные, но достаточно объемные отходы?
Особенно большие объемы подобных отходов образуются в горнообогатительной, металлургической, энергетической, машиностроительной, химической, лесной и деревообрабатывающей отраслях народного хозяйства. Среди экологических проблем, связанных с отходами производства, выделяют несколько видов, в зависимости от причин происхождения таких отходов (по отраслевому признаку):
Отвалы отработанных пород горно-обогатительных комбинатов;
Карьеры, образованные в процессе добычи полезных ископаемых открытым способом;
Шламонакопители горнометаллургического и химического производства;
Хвостохранилища;Нефтезагрязнения почвы и почвенных покровов.
Отходы горной промышленности: новые правила
Наиболее сложная ситуация связана с накоплением и утилизацией отходов горнопромышленной отрасли. Этот вид отходов по своим масштабам имеет несопоставимые объемы по сравнению с другими видами отработанных продуктов техногенеза. Общий объем горнопромышленных отходов на территории России, по разным данным, составляет 40-80 млрд. тонн. Отходы скапливаются в виде огромных отвалов отработанных пород – терриконов, нарушающих не только природные ландшафты, но и служащих мощным источником загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы [3].
Горнодобывающие предприятия относятся к объектам, оказывающим максимальное воздействие на окружающую среду (ОС). В соответствии Федеральным законом «Об охране окружающей среды №7-ФЗ (в ред. от 29.07.2017) и постановлением Правительства от 28.09.2015 № 1029, горнодобывающая промышленность вызывает накопление отходов к I (высшей) и II категориям опасности, а все объекты с 01.01.2019 должны пройти освидетельствование на виды воздействия.
В первую очередь, это касается высокотоксичных отходов и отходов III-IV классов опасности, образующихся в больших количествах. Данные категории отходов имеют паспорта, и для них обязателен расчет ежегодных платежей за негативное воздействие на ОС. Количество отходов таких видов на предприятии может быть очень высоким. К «безопасным» отходам V класса отнесены вскрышные почвы и грунты, «пустые» породы, терриконы. Они также подлежат декларации и обязательным природоохранным платежам.
Главный вопрос, на наш взгляд, вызывают вскрышные породы или отвалы. Их, согласно Федеральному классификационному кадастру отходов (ФККО), относят к V классу опасности. Паспорта здесь не обязательны; природоохранные платежи при определенных условиях близки к нулю (ст. 16.3 ФЗ-7), поэтому предприятия не несут строгих обязательств в отношении их рекультивации. Согласно приказу Минприроды № 541 от 05.12.2014, предприятию необходимо свидетельство о принадлежности данного вида отходов к безопасному классу [4]. Без паспортизации невозможно произвести с отходами никаких операций по их перемещению, утилизации или переработке. Это вызывает определенные трудности предприятий.
Стоит отметить, что принадлежность отходов к V классу опасности не рассматривает производные выбросы в атмосферу, вызванные пылением отвалов, испарениями, разложениями и другими последствиями), а также проникновениями продуктов выделения в водные объекты на территории отвалов.
Вопросы накопленного ущерба
По оценкам Министерства природных ресурсов РФ, наиболее «проблемные» регионы России в этом отношении – Забайкальский край, Кемеровская обл., Свердловская обл., Республика Саха (Якутия). Всего выявлено 340 объектов накопленного экологического ущерба, содержащих около 400 млн. т загрязнений. Для ликвидации ущерба Федеральная целевая программа «Ликвидация накопленного экологического ущерба» предполагает за затратить более 217 млрд. руб., из них 39% – на восстановление территорий деятельности горнодобывающей промышленности и территорий, содержащих нефтяные загрязнения [5].
Так, на Урале разработка месторождений руд, драгоценных и цветных металлов и других твердых полезных ископаемых продолжается с времен Петра I, более 300 лет. Столь давний срок привел к экологической запущенности освоенных территорий. В целом, в горнодобывающих регионах экологические условия находятся под влиянием природных и одновременно – техногенных факторов, к которым относятся геолого-географические свойства территорий, периоды освоения и способы горнодобычи, применяемые технологии, возможность обогащения полезных ископаемых, наличие отвалов вскрышных пород, хвостохранилищ и т. п. В зависимости от продолжительности ведения горнодобывающей деятельности, использования опасных способов извлечения полезных элементов добычи ископаемых (например, кучное выщелачивание), экологическая ситуация на месторождении и окружающей территории усугубляется.
Крупные города и поселения изначально формируются вокруг месторождений. По мере их освоения и роста городов, развития промышленных производств (металлургических, машиностроительных, энергетических, транспортных и др.), на этих территориях появляется большое количество нарушенных земель – площадей, занятых отвалами горных пород, шлаков, твердых коммунальных (ТКО) и промышленных (ПО) отходов [7].
Поэтому так необходимы сегодня государственные меры, устраняющие экологические последствия промышленных регионов, в отношении отвалов отработанных пород, полигонов и хвостохранилищ.
Если рассматривать проблему с точки зрения современного подхода к хранению данного вида отходов, то стоит обратить особое внимание на выбор подходящей территории для организации хранилищ. Так, по мнению экспертов, изучающих геологические признаки различных рельефов местности, из рассмотрения в целях размещения отходов ПО, необходимо исключать следующие территории:
− непосредственного проявления экзогенных геологических и инженерно-геологических процессов: оползней, осыпей, овражной эрозии, карстово-суффозионных процессов, воронок обрушения на подрабатываемых территориях;
− распространения с поверхности высокопроницаемых водоносных грунтов (галечники, трещиноватые известняки и другие скальные породы, щебенистые грунты);
− с уклонами рельефа более 15 град.;
− участки распространения полезных ископаемых;
− с высоким залеганием грунтовых вод (менее 3 м от дневной поверхности);
− с зоной аэрации, сложенной проницаемыми грунтами (дресвянощебенистыми, песками, галькой);
− территории, расположенные в радиусе до 500 м от водоемов, пойм, временных водотоков;
− территории возможной активизации экзогенных геологических процессов и др. [6].
В настоящее время, найдены современные способы выбора подходящей территории для хранения отходов производства и потребления, например, с помощью ГИС-технологий [7]. Однако в специальной литературе говорится и о том, что перед тем, как проводить работу в области временного и постоянного хранения ПО, следует с достаточной степенью уверенности представлять себе другие, более современные способы решения данной проблемы.
Новые способы решения проблемы
Одним способов является заполнение отработанных карьеров в регионах добычи полезных ископаемых промышленными отходами IV и V классов опасности, предложенный Н.Н. Ендураевой (г. Самара), с опорой на исследования других ученых [8].
В диссертационном исследовании приводится разработка научно-обоснованного метода рекультивации отработанных карьеров путем размещения в их пространстве коммунальных и промышленных отходов для минимизации антропогенного воздействия карьеров и отходов на окружающую среду.
В работе говорится о возможности комплексного решения экологических и горнотехнических проблем, путем проведения рекультивации с заполнением выработанного пространства карьеров В качестве материалов для заполнения могут выступать коммунальные и промышленные отходы. С другой стороны, функциональной потребностью различных сфер производства и коммунального хозяйства на современном этапе развития общества является размещение в природной среде не утилизируемых отходов. Поэтому размещение отходов в выработанном пространстве карьеров является альтернативным направлением рекультивации горных выработок. Одновременно решаются две важнейшие задачи – восстановление природного ландшафта и безопасное размещение отходов.
Однако, существующие методы рекультивации с использованием отходов не учитывают особенности месторасположения и геометрического строения отработанных карьеров Проблему деградации земель при открытом способе разработки полезных ископаемых позволит решить комплексный подход, учитывающий геометрические особенности горной выработки, свойства и характеристики коммунальных и промышленных отходов с точки зрения их использования в качестве рекультивационных материалов. При таком подходе осуществляется экологически обоснованное размещение отходов в окружающей среде, и как следствие происходит восстановление нарушенного ландшафта до первоначального природного состояния [8, с. 10].
На сегодня есть успешные примеры комплексного решения экологических проблем, связанных с промышленными отвалами и отработанными карьерами. Например, на Высокогорском горно-обогатительном комбинате (добыча открытым и подземным способом железных руд и их переработка, г. Нижний Тагил, Свердловская область) отходы производства используются для рекультивации 8 карьеров. Использование карьерных выемок обеспечило отказ от изъятия из землепользования 5,8 тыс. га [9].
Следует отметить, что заполнение отработанных карьеров отходами производства и потребления не является панацеей: применение данного метода требует тщательного и всестороннего рассмотрения в каждом индивидуальном случае, с точки зрения предотвращения возможных серьезных последствий. Анализ возможности природоохранного строительного освоения отработанных карьеров с учетом всех перечисленных критериев отбора показал, что для организации объектов размещения отходов пригодно лишь 18,8% из 53 рассмотренных в исследовании горных выработок. Поэтапная система отбора отработанных карьеров обеспечивает минимизацию антропогенного воздействия со стороны объектов размещения отходов на окружающую среду при их организации и эксплуатации в соответствии с проектными решениями.
Выводы и заключения
В современных исследованиях по представленной проблеме говорится о необходимости разработки специальных технологий рекультивации, технологий, способных при сравнительно небольших материальных затратах дать заметный экологический эффект. Использование инновационных технологий, может принести и ощутимый экономический эффект, при рациональном применении НДТ в целях предотвращения вредного воздействия и консервации отходов металлургического производства. Так, в зоне экологического бедствия Карабаш Челябинской области еще с демидовских времен скопились промышленные отходы, содержащие элементы цветных, редкоземельных и других металлов. По различным оценкам экспертов, возможность переработки при соответствующем инвестировании может принести прибыль до 5-6 млрд. руб.
В настоящее время в России слабо внедряются результаты прежних научных разработок в части использования отходов производств в строительстве и производстве строительных материалов, практически не ведутся новые исследования. Также объектом пристального внимания в целях сохранности окружающей среды являются техногенные продукты машиностроительного комплекса. Неблагополучно обстоят дела с использованием отходов угледобычи. При разработке рудных и угольных месторождений ежегодный объем вскрышных пород достигает сотен миллионов кубометров, однако, их широкое использование еще не организовано.
Проблемой отходов промышленности занимаются не только в нашей стране, но и во всем мире. В настоящее время в мире и в России пока отсутствует, но вырабатывается единый комплексный подход к проблеме переработки и использования вторичного сырья и отходов промышленности в строительстве. Эта проблема имеет большое значение в плане сохранности окружающей среды.
Применяется система административного наказания за нарушения, связанные с ненадлежащим хранением отходов, используется экономическое стимулирование деятельности в области обращения с отходами осуществляется посредством понижения размера платы за размещение отходов индивидуальным предпринимателям и юридическим лицам, осуществляющим деятельность, в процессе которой образуются отходы, при внедрении ими технологий, обеспечивающих уменьшение количества отходов; применения ускоренной амортизации основных производственных фондов, связанных с осуществлением деятельности в области обращения с отходами [10].
Однако, стоит отметить, что принимаемых мер пока недостаточно, чтобы решить все накопленные проблемы, ликвидировать экологический ущерб, предотвратить экологические угрозы, связанные с отходами производства.
Проблема утилизации отходов в Российской Федерации ставит на повестку дня целый блок вопросов, решить которые можно только в совокупности, привлекая специалистов разного профиля. Для реализации подобных действий рекомендуется интеграция зарубежного опыта, и применение наилучших доступных технологий [11].
Снижение ущерба от промышленных отвалов могут обеспечить следующие мероприятия:
1. Переработка – вторичное использование промышленных отходов в том же или других производствах.
2. Реставрация – полное восстановление нарушенных земель путем нанесения почвенного покрова необходимой мощности и передача в землепользование.
3. Консервация – сохранение техногенного месторождения с созданием на его поверхности плодородного слоя и последующим озеленением.
Необходимо создать практически новую отрасль производства в стране, которая бы включала территориально рассредоточенную инфраструктуру для индустриального сбора, сортировки, временного хранения, переработки, использования вторичного сырья и захоронения неутилизируемой части переработанных отходов. Это важнейшая междисциплинарная проблема, для решения которой необходимо привлечь научный потенциал страны. Помимо внедрения современных технологий переработки отходов, важное значение имеет научное обоснование размещения полигонов с учетом требований сохранения окружающей среды, организация комплексного экологического мониторинга. Несомненно, что в решении этих задач в рамках глобальной проблемы обращения с отходами не последняя роль отводится смежным наукам: геоэкологии, инженерной геологии, грунтоведению, гидрологии, биотехнологии и другим.
Список использованной литературы:
Сергеевские чтения: Научная конференция в рамках IX Международного форума «Экология»: материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. // Научный совет РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. – 2018. – Том. Выпуск 20. Обращение с отходами: задачи геоэкологии и инженерной геологии. – [Электронный ресурс]. – URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_32796478_32010781.pdf – с.3.
Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации, контроля // XIV Международная научно-практическая конференция, май 2010 г.: сборник статей. – Международная акад. наук экологии и безопасности жизнедеятельности [и др.] под ред. В. В. Арбузова]. – [Электронный ресурс]. – URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32796478
Сергеевские чтения: Научная конференция в рамках IX Международного форума «Экология» : материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. // Научный совет РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. – 2018. – Том. Выпуск 20. Обращение с отходами: задачи геоэкологии и инженерной геологии. – [Электронный ресурс]. – URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_32796478_32010781.pdf – С. 6.
Гуман О.М., Антонова И.А. Особенности инженерно-экологических изысканий в горнодобывающих регионах // Материалы V международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы». Севастополь, 13- 15 сентября, 2017. – [Электронный ресурс]. – URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_32796478_32010781.pdf – С. 120-123.
Слепцова М.В., Васильева Г.С. Совершенствование законодательства в сфере обращения отходами производства и потребления // Инновации в современной науке // Материалы IX Международного летнего симпозиума. Центр научной мысли. – 2015. – Изд-во: Издательство «Перо» (Москва) – https://elibrary.ru/download/elibrary 24267077 82836282.pdf – С. 198-201.
Антонова И.А., Гуман О.М., Грязнов О.Н. Районирование территории Среднего Урала по оптимальным условиям размещения крупных полигонов твердых коммунальных и промышленных отходов // Сергеевские чтения: Научная конференция в рамках IX Международного форума «Экология» // Научный совет РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. – 2018. – Том. Выпуск 20. Обращение с отходами: задачи геоэкологии и инженерной геологии. – [Электронный ресурс]. – URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_32796478_32010781.pdf – С. 60.
Миронов О.К. Полевода С.Н. О задаче выбора места размещения полигона хранения твердых бытовых отходов с помощью ГИС-технологий // Сергеевские чтения: Научная конференция в рамках IX Международного форума «Экология» // Научный совет РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. – 2018. – Том. Выпуск 20. Обращение с отходами: задачи геоэкологии и инженерной геологии. – [Электронный ресурс]. – URL: https://elibrary.ru/download /elibrary_32796478_32010781.pdf – С. 81.
Ендураева Н.Н. Совершенствование технологии рекультивации отработанных карьеров с использованием коммунальных и промышленных отходов. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. – Самара. – 2005. – Самарский гос. тех. ун-т. – [Электронный ресурс]. – URL: http://earthpapers.net/sovershenstvovanie-tehnologii-rekultivatsii-otrabotannyh-karierov-s-ispolzovaniem-kommunalnyh-i-promyshlennyh-othodov#ixzz5WXQ7jsi3
Зотеев В.Г., Костерова Т.К., Морозов М.Г., Рудницкая Н.В. Обоснование технологии захоронения отходов обогащения медно-цинковых руд, обеспечивающей защиту окружающей среды и возможность их повторной переработки // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2004. № 5. С. 85-90. 8
Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году» [дата опубликования 28.12.2016 г.] // Официальный сайт Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации. http://www.mnr.gov.ru (дата обращения: 20.02.2017 г.).
Официальный сайт Наилучших доступных технологий (НДТ) – [Электронный ресурс]. – URL: https://www.gost.ru/portal/gost/home/activity/NDT