Охрана окружающей среды утилизацией отходов горно- металлургического производства

Краткое описание

Общая характеристика работы...4

Глава I. Формирование загрязнения геологической среды г. Владикавказа...8

1.1. Природно-технические факторы загрязнения окружающей среды...8

1.3. Влияния техногенных ландшафтов на экологическую безопасность геосфер региона...24

1.4. Воздействие отходов геоматериалов на экосистему региона...30

1.5. Загрязнения территории г. Владикавказа тяжёлыми металлами...31

1.6. Цели, задачи и методы исследования...43

Глава П. Экологические исследования утилизации отходов горно-металлургического комплекса...45

2.1. Техногенное загрязнение г. Владикавказа...45

2.2. Геоэкология территории г. Владикавказа...56

2.3. Оценка влияния антропогенных факторов на здоровье населения...65

2.4. Исследования по комплексу переработки минерального сырья.

Направление экологических исследований...72

Выводы по главе II...82

Глава III. Мониторинг окружающей среды...83

3.1. Методы прогнозирования состояния окружающей среды...83

3.2. Оценка загрязнения городской среды транспортными системами...87

3.3. Экологическое состояние воздушного бассейна в районе

деятельности металлургических объектов...90

Выводы по главе III...96

Глава IV. Экономическая эффективность диссертационных исследований...97

4.1. Экологизация утилизации отходов горно-металлургического комплекса...97

4.2. Методика исследования...110

4.3. Аналитическое испытание технологии...114

3

4.4. Заводские испытания...121

4.5. Санитарно-экологическая характеристика выпускаемого строительного

материала...136

Выводы по главе IV...144

Заключение...145

ЛИТЕРАТУРА...149

ПРИЛОЖЕНИЯ...157
Введение

Общая характеристика работы

Несмотря на заметный спад производства в стране за последние десять лет, уровень загрязнения геосфер на территории Республики Северная Осетия-Алания остается высоким. Так, в 2000 г. выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от всех источников составили 121,097 тыс. т, в том числе от стационарных - 12,636 тыс. т. Как и прежде одним из основных загрязнителей атмосферного воздуха является ОАО «Победит», выбрасывая почти 568 т вредных веществ в год. Уровень загрязнения поверхностных вод высокий, причем основным источником загрязнения и здесь является ОАО «Победит» (загрязняющие вещества - вольфрам, молибден, кобальт, нефтепродукты). Содержания тяжелых металлов в почвах г. Владикавказа и его окрестностей, по данным Минприроды РСО-Алания, превышают ПДК в 41 раз.

На начало 2000 г. в республике накоплено около 10 млн. т отходов производства I-IV класса опасности. Кроме того, образуется ежегодно около 800 тыс. м3 твердых бытовых отходов, которые занимают активные участки городской агломерации и создают многоплановый негативный эголого-экономический эффект в целом регионе.

В регионе примерно 175 лет функционирует горно-металлургический комплекс с пиротехнологией получения полиметаллов, что отрицательно повлияло на состояние биосферы региона и продолжает влиять на демографические показатели населения г. Владикавказа и ее окрестностей.

Мониторинговыми исследованиями установлены главные факторы загрязнения геосфер, включающие выделение загрязняющих веществ из открытых свалок металлургических отходов и отходов обогатительного производства, а также выбросы металлургических производств в атмосферу города. Таким образом, дальнейшая деградация окружающей среды снижает жизненный потенциал населения, может привести к устойчивым отрицательным демографическим показателям и патологическим отклонениям в генофонде

проживающего в этих условиях населения. Поэтому разработка технологических решений по использованию вторичных ресурсов молибденового производства, научное обоснование принципов вовлечения занимаемых ими территорий в хозяйственном использовании и создание механизма регулирования экологией городской агломерации г. Владикавказа являются актуальной задачей настоящего времени.

Существенный вклад в разработку теоретических основ повышения экологичности промышленных предприятий городской агломерации внесли Алборов И.Д., Алкацев М.И., Алкацева В.М., Выскребенец А.С., Голик В.И., Катаев В.А., Остроушко И.А., Сведлик Г.И., Свистунов Н.В., Трощак Л.А., Трощак С.А. и другие.

Цель работы: повышение экологической безопасности городской агломерации (г. Владикавказа) за счет частичной утилизации отходов пиротех-нологий получения металлов путем вовлечения их в керамическое производство.

Идея работы — основываясь на многолетнем мониторинге основных источников загрязнения биосферы разработать способы снижения повышенного фона полютантов из отходов молибденового и вольфрамового производства.

Методика исследований включает анализ теоретических обобщений ранее выполненных работ по рассматриваемым вопросам, экспериментальные исследования по ряду антропогенных геохимических полей (хранилищ отходов), математическое (в том числе и вероятностно-статистическое ) моделирование различных зависимостей экологической нагрузки на биосферу, технологическая проверка рекомендаций по частичной утилизации отходов молибденового производства путем вовлечения их в керамическое производство. Защищаемые научные положения:

1. Теоретические обобщения и экспериментальные исследования по выявлению техногенных факторов и условий, воздействующих на биосферу города Владикавказа, и оценка загрязнения.

2. Математическая модель оценки зависимости демографических показателей от уровня экологической нагрузки на биосферу.

3. Теоретические и экспериментальные исследования по использованию отходов молибденового производства в качестве отощающих добавок при изготовлении кирпича, как один из способов их утилизации.

4. Эколого-математическая модель ранжирования производств по устанавливаемой экологической нагрузке и взаимодействию объектов техногене-за.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается достаточной верификацией предложенных математических моделей (tq= =0,95), экспериментальной проверкой и результатами испытаний керамических изделий с утилизированными отходами молибденового производства в промышленных масштабах.

Научная новизна:

1. Доказано, что экологическая безопасность в рамках городской агломерации может быть значительно улучшена даже за счет частичной утилизации отходов молибденового производства с использованием их в качестве отощающих добавок при изготовлении кирпича.

2. Доказано, что демографические показатели зоны действия полигона отходов напрямую связаны с экологической нагрузкой на биосферу, получены многофакторные аналитические зависимости.

3. Разработана технологическая цепочка производства экологически безопасных керамических изделий по предлагаемой рецептуре, обеспечивающая при меньших энергетических затратах снижение брака готовой продукции и улучшение ее товарного вида.

Практическое значение исследований заключается;

в научном обосновании разработанной методики по частичной утилизации твердых отходов (при получении чистых солей молибдена и вольфрама путем) вовлечения их в керамическое производство в качестве ото-щающих добавок;

в снижении уровня загрязнения биосферы городской агломерации полютантами металлургического производства;

результаты исследований учтены при составлении научно-технической программы «Экологическая безопасность РСО-Алания» и приняты для использования при реализации новых экологически чистых технологий (2002 г.).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационных исследований доложены и одобрены на кафедре «Экология» (Владикавказ, СКГМИ (ГТУ), 2001 г.), в институте ОАО «Кавказцветметпроект», на коллегии Министерства охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов РСО-Алания (Владикавказ, 2002 г.). Диссертация в полном объеме была доложена на заседаниях кафедр: ИЗОС МГГУ «Инженерные методы защиты окружающей среды» (г. Москва), МГИУ «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология» и РНЦ «Курчатовский институт» (г. Москва, 2003 г.).

Публикации. Научные положения диссертации опубликованы в семи печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, 48 таблиц, 16 рисунков, заключения, библиографического списка из 93 наименований, изложена на 156 страницах машинописного текста и приложений (12 стр.).

Автор выражает искреннюю благодарность доктору геолого-минералогических наук, профессору Келоеву Т.А. за оказанную методическую помощь в решении отдельных вопросов.

Глава I. Формирование загрязнения геологической среды

г. Владикавказа

1.1. Природно-технические факторы загрязнения окружающей

среды

Одной из ключевых экологических проблем человеческого общества на современном этапе остается создание сбалансированных равновесных отношений с окружающей природной средой. Научный анализ опыта взаимоотношений человеческого сообщества и окружающей природной среды дает возможность прогнозировать допустимый уровень хозяйственной деятельности населения Земли с учетом сохранения основных свойств биосферы. Однако имеющаяся база геоинформационных данных не позволяет проигрывать возможные сценарии предполагаемых взаимоотношений из-за ограниченности контролируемых параметров экосферы на глобальном уровне. Что касается параметров экосферы объектов локальною уровня, то, надо сказать, мониторинговые наблюдения здесь отличаются более глубоким уровнем и многофункциональным характером, так как экологические факторы являются исходными для проектирования объектов. Это позволяет распознавать все формы пороговых возмущений и деградации окружающей природной среды.

Горное производство, история развития которого уходит в глубокую древность, характеризуется представительной базой данных о взаимодействии его с окружающей средой. Влияние этой отрасли человеческой деятельности на горные территории является объектом особой заботы социума из-за их большой значимости в жизни людей и ограниченных эколого-ресурсных возможностей по сравнению с равнинными зонами.

В горных провинциях проживает более 10 % населения мира, в горах сосредоточено около половины всех минеральных ресурсов, потребляемых в настоящее время. В итоговом документе всемирного форума РИО-92 проблемам устойчивого развития горных территорий в XXI в. посвящена специальная глава.

Северный Кавказ является горно-равнинной страной, все административные образования его в той или иной мере включают горные ландшафты, являющиеся территориями особой заботы и взвешенного отношения.

В техногенном отношении горная система региона является достаточно развитой и в основном представлена рудниками полиметаллических ископаемых, добывающих цинк, свинец, серебро, молибден, вольфрам, медь, кадмий, радиоактивные компоненты, бурый уголь и др.

Из нерудных ископаемых добывают известняк (почти во всех предгорных территориальных образованиях региона), доломит (наиболее богат им Боснийский карьер в Северной Осетии), мрамор, туф и др. Общий объем добываемых нерудных полезных ископаемых не превышает 1 млн. м3 в год.

В горных районах Северного Кавказа проживает около 5-7 % всего населения республик и краев. В горах идет формирование всего имеющеюся на этой территории речного стока. Горные реки являются основными источниками питьевого и хозяйственного водоснабжения региона.

В процессе технологической переработки добываемой рудной массы сырья в металл около 90 % сырья уходит в отходы в виде хвостов обогащения, отвалов пустых пород, отходов молибденового производства и различных шламов. Образование хвостохранилищ на пойменных участках ущелий, по которым протекают горные реки, а также отвалов вскрышных и пустых пород на склонах создают условия для возникновения негативных явлений, которые нередко перерастают в локальные и региональные катастрофы [1].

В районах деятельности горно-промышленных и металлургических объектов расширяется спектр воздействия человека на природу, что приводит к сокращению площади лесов, опустыниванию, эрозии и загрязнению почв. К этому добавляются постоянные аварийные физико-химические воздействия, приводящие к загрязнению всех геосфер, и расширению районов экологического неблагополучия. Уровень риска от оставленных горными предприятиями Северного Кавказа экологических проблем с каждым годом возраста-

10

ет и ждет своего разрешения.

Решение экологических проблем, связанных с отходами производства и потребления (ОПП), с каждым годом становится сложнее. Все больше веществ и материалов попадает в категорию отходов, хотя, образуясь в одной отрасли промышленности, они одновременно могут быть сырьем для другой. Наряду с этим не урегулированы вопросы складирования, временного хранения и захоронения отходов, не решены вопросы экологической оценки производственных процессов предприятий, приводящих к образованию отходов, нет нормативов образования отходов.

Такая ситуация характерна и для Республики Северная Осетия-Алания. Более того, до 1994 г. в республике отсутствовала полная и достоверная информация об объемах образования и размещения ОПП, схемах размещения полигонов и мест захоронения ОПП, а также технологических производств по их переработке. Размещение отходов носило в значительной степени неорганизованный характер, что приводило к бесконтрольному загрязнению окружающей среды (ОС) [2-6].

В связи с этим возникла крайняя необходимость создания единой государственной системы управления ОПП на территории республики. Разработка такой системы была осуществлена в 1995 г. В основу республиканской системы управления отходами был положен экологический мониторинг при обращении с ОПП, который вошел составной частью в «Единую систему экологического мониторинга РСО-Алания», утвержденную Правительством республики 14 апреля 1995 г. [7-11].

Реализация механизмов экологического мониторинга при обращении с ОПП или системы управления отходами в республике на данном этапе была поручена Государственной экологической инспекции, в составе которой для этой цели была организована специальная инспекция Госэкоконтроля за охраной окружающей среды от загрязнения отходами.

Республиканская система управления отходами разрабатывалась с це-

и

лью оздоровления экологической обстановки в республике путем упорядочения деятельности в области обращения с ОПП, обеспечения контролируемости их размещения, ограничения отрицательного воздействия отходов на окружающую среду, формирования отрасли по переработке отходов, сбережения природных ресурсов и формирования сознания общественности в духе грамотного и ответственного использования природных ресурсов.

В рамках системы управления ОПП решаются следующие задачи:

- организация учета образования, использования, размещения отходов на территории предприятий и за их пределами;

- организация размещения отходов в республике с соблюдением нормативов качества окружающей среды;

- организация контроля за размещением отходов на предприятиях и в целом по республике;

- определение размеров экологического ущерба, наносимого ОС в результате размещения отходов;

- организация удаления и утилизации отходов с учетом возможностей республики;

- прогнозирование объемов размещения отходов в республике [12-15]. Схема региональной системы управления отходами показана на рис. 1.1.

Блок наблюдений за образованием ОПП.

Система сбора, учета образования ОПП.

Блок наблюдений за размещением

ОПП.

Система наблюдений за состоянием ОС в зоне расположения объекта размещения ОПП.

Блок контроля.

Система проверок хозяйственной деятельности предприятий при обращении с ОПП.

Блок оценки и прогноза.

Оценка существующего и прогнозируемого состояния ОС при обращении с ОПП.

Блок управления.

Регулирование хозяйственной деятельности при обращении с ОПП.

Рис. 1.1. Схема регулирования ОПП.

12

Система сбора и учета образования ОПП включает:

- ведение государственной статистической отчетности по обращению с

отходами;

- инвентаризацию мест захоронения и хранения отходов;

- формирование и ведение Государственного кадастра мест захоронения отходов на территории республики;

- составление форм учета и согласование нормативов;

- составление схем потоков отходов.

В основу наблюдения за образованием ОПП положен балансовый метод учета образования и движения их, предполагающий подтвержденное документально подведение балансов отходов на всех этапах обращения с ними на двух уровнях - предприятия и республики.

Уравнение баланса отходов на уровне предприятия представляется следующим образом [7-15]:

Мост = Мбаз + Мр + Мв+ - Мв. - My,

где Мост - объем отходов, оставшихся на территории предприятия на конец отчетного периода, т;

Мбаз - объем отходов, находившихся на территории предприятия к началу отчетного периода, т;

Мр - объем отходов, рассчитанный по нормативам их образования, или реальный объем отходов предприятия (по отчету предприятия), т;

Мв+ - объем отходов, ввезенных на территорию предприятия в отчетном периоде, т;

Мв. - объем отходов, вывезенных с территории предприятия в отчетном периоде, подтвержденный принимающей стороной документально (по каждому виду отходов отдельно), т;

My - объем отходов, утилизированных и использованных на территории предприятия, т.

Контроль образования и движения отходов на территории региона осуществляется подведением общего баланса отходов республики и опреде-

13

ляется следующим выражением:

2ост = ?баз + QTep + QB+ + Qoxp + QHxp - Qy - QB_,

где Q0CT - объем отходов, оставшихся на территории республики на конец отчетного периода, т;

?баз - объем отходов, оставшихся на территории предприятий

(Q6a3 - I М .), где п - количество учитываемых предприятий), т;

QB+ - объем отходов, ввезенных на территорию республики в отчетном периоде, т;

Qoxp - объем отходов, вывезенных в места организованного хранения в отчетном периоде, т;

бнхр - объем отходов, вывезенных в места неорганизованного хранения в отчетном периоде, т;

Qy - объем отходов, утилизированных и использованных на специализированных предприятиях республики, т;

QB- - объем отходов, вывезенных с территории республики, т.

Экологический мониторинг воздействия объектов размещения и захоронения ОПП на ОС обеспечивается наблюдениями за состоянием этих объектов и включает в себя контроль состояния и оценку:

- атмосферного воздуха;

- подземных и наземных вод, источников водоснабжения;

- радиационного загрязнения территории;

- почвенного покрова, растительности и донных отложений;

- угнетения жизнедеятельности лесных массивов и иных природных объектов;

- негативного воздействия на здоровье человека.

Контроль за размещением отходов осуществляется по следующим направлениям:

- проверка деятельности предприятий в части охраны окружающей

14

среды от загрязнения ОПП;

- установление порядка накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения ОПП;

- классификация отходов и определение класса их опасности;

- сертификация отходов;

- проверка порядка сдачи-приемки ОПП на утилизацию, переработку, складирование и захоронение;

- экологическая оценка продукции, получаемой при вторичной переработке ОПП;

- контроль порядка приема, складирования и захоронения ОПП на полигонах ТБО, ПО и в иных местах.

Оценка и прогнозирование образования ОПП и их влияния на окружающую природную среду осуществляется на базе получаемой информации мониторинговых наблюдений и контроля хозяйственной деятельности по обращению с ОПП.

Задачей блока управления системы экологического мониторинга при обращении с ОПП является регулирование хозяйственной деятельности по обращению с ОПП в республике с целью оздоровления ОС в местах их образования и размещения и включает в себя следующие составные части:

а) экономическое регулирование - платежи за загрязнение ОС при обращении с ОПП; система экономического стимулирования экологически безопасного обращения с ОПП; система налоговых льгот, стимулирующих природоохранную деятельность при обращении с ОПП и экологическое предпринимательство;

б) административное регулирование - ограничение и закрытие производств, наложение штрафных санкций, изменение нормативно-правовых, методических и экономических механизмов управления отходами;

в) организационное регулирование - разработка и реализация мероприятий, направленных на защиту ОС при обращении с ОПП, установление

15

норм накопления отходов на территории предприятий республики, выдача разрешений на комплексное природопользование при обращении с ОПП, установление порядка приема, складирования, захоронения, утилизации, переработки ОПП [16].

В результате внедрения разработанной системы управления ОПП в республике определены объемы образования отходов на 1470 предприятиях и организациях, а также объемы их накопления на территориях предприятий, в местах организованного и неорганизованного хранения. Налажен учет движения отходов как внутри предприятий, так и по республике. Выявлено, что в республике накоплено 7,9 млн. т промышленных отходов I - IV класса опасности, из которых 7,3 млн. т - это отходы АО «Электроцинк», «Победит», Унальского и Фиагдонского хвостохранилищ, Садонского свинцово-цинкового комбината.

Промышленные отходы предприятий металлургического комплекса складируются на территориях предприятий и на отвальных полях на площади 147,35 га. Отходы этого комплекса содержат свинец, цинк, ртуть, мышьяк, кобальт, торий и другие вредные для ОС вещества. На хвостохранилищах Садонского свинцово-цинкового комбината складируются отходы, содержащие цинк - 0,08 %, свинец - 0,16 %, серу - 2 %, кремнезем - 64 % и ряд редких и благородных металлов. На остальных предприятиях отходы складируются в основном неорганизованно на промышленных площадках или вывозятся на полигоны твердых бытовых отходов (ТБО).

Из образующихся промышленных отходов только 4,5 % возвращаются ежегодно в производство в виде вторичного сырья (макулатура, стеклобой, отработанные шины с текстильным кордом, металлолом черный и цветной, полимерная пленка, микросхемы, содержащие драгмегаллы, отработанные нефтепродукты).

Количество образующихся ежегодно отходов потребления составляет более 250 тыс. т, 80 % которых размещаются на полигонах ТБО г. Владикав-

16

каза и других населенных пунктов республики и 20 % вывозятся на так называемые «несанкционированные свалки», в основном располагающиеся в водоохранных зонах рек или в зонах отдыха населения.

На основе анализа ситуации при обращении с ОПП определены приоритетные направления по утилизации, обезвреживанию и переработке особо опасных отходов, в том числе:

- переработка сурьмяно-мышьяковых отходов;

- демеркуризация ртутьсодержащих ламп и отходов;

- утилизация шламов цинкового производства;

- строительство полигонов ТБО с предварительной переработкой отходов;

- использование иловых осадков очистных сооружений в народном хозяйстве;

- ликвидация неорганизованных свалок;

- утилизация отходов резинотехнических изделий;

- утилизация пришедших в негодность и просроченных гербицидов и химреактивов.

17

1.2. Перспективы оздоровления экосферы г. Владикавказа

Назревший к концу нынешнего столетия острейший кризис в отношениях между человеком, обществом и природой властно ввел в политику государств и повседневную жизнь людей экологический императив, приобретающий безоговорочный характер не только из-за уже нанесенного природе ущерба, но и потому, что научно-техническая и технологическая революции, последствия которых непредсказуемы, могут сделать этот ущерб необратимым. Отсюда вытекает вполне правомерный вывод о необходимости глубокой экологизации политики, экономики, техники, науки и культуры.

Наконец-то проблема охраны природы начала осознаваться нашим обществом как опасность. Экология остро задевает интересы народа, поскольку связана с охраной здоровья нынешнего поколения, с сохранением генофонда, с продовольственной программой, с индустриальным строительством. Наша страна - часть биосферы всей планеты, и охрана природы у нас вплотную смыкается с международной политикой. Решение этих вопросов охраны окружающей природы кроме энтузиазма и здравого смысла требует еще и общей культуры, точных знаний о законах природы [1], поднятия уровня специальных знаний и экологического мышления, формирования экологического мировоззрения. Мы должны четко знать по каким законам существует и развивается природа, как реагирует она на воздействие человека, какие ПД -нагрузки на природные системы может позволить себе общество, чтобы не разрушить их.

Экология человека в современных условиях становится одним из ведущих звеньев социально-экономическою и общественного развития. Здоровье, как полное физическое, психическое и социальное благополучие, а не только отсутствие болезней или физических дефектов, представляет собой необходимое условие поступательного движения человеческой цивилизации по пути духовного совершенствования. С экологической точки зрения именно такое понятие здоровья отражает наличие полного приспособления орга-

Список литературы