Убери планету за собой
Передовой опыт внедрения природоохранных технологий угольными предприятиями Кузбасса за период 2010-2014 годов
Угольная промышленность Кузбасса создает мощное загрязняющее воздействие на окружающую природную среду. Воздействие это проявляется в загрязнении атмосферного воздуха, образовании значительного объема загрязненных сточных вод, накоплении отходов производства.
Кроме того, негативное воздействие усугубляется возникновением в результате горных выработок и взрывных работ напряжений в земной коре и развитием движений техногенного порядка, истощением и загрязнением подземных и поверхностных вод, изъятием из хозяйственного оборота земельных площадей, сокращением видового разнообразия живых организмов и деградацией природных ландшафтов.
При ежегодном увеличении производственных мощностей добычи твердого топлива без целенаправленных научно обоснованных капитальных финансовых вложений угольщиков в мероприятия по охране окружающей среды экологическая ситуация в регионе будет катастрофически усугубляться.
Данный обзор направлен на обобщение современного опыта угольных предприятий Кузбасса по внедрению природоохранных технологий за 2012-2014 годы.
Уменьшение выбросов в атмосферный воздух
Источники загрязнения атмосферного воздуха при добыче угля — отвалы пустой породы, угольные склады, а также вентиляционные стволы шахт, через которые происходят выбросы парникового газа метана в процессе дегазации и проветривания.
В процессе угледобычи угольные предприятия выбрасывают в атмосферу порядка 1,0-1,5 млрд м3/год метана. Из данного объема примерно 100-200млн м3 — вентиляционные газы. В 2013 году выбросы метана на предприятиях по добыче угля составили 99,4% от общего количества выбрасываемого метана по области.
Вторым крупнотоннажным загрязнителем атмосферы является пыль, образующаяся в угольных карьерах при различных технологических процессах, а также сдуваемая с внешних отвалов.
Кроме того, отвалы вскрышных пород со значительным содержанием угля подвержены самовозгоранию. Горение терриконов сопровождается выделением оксида углерода, сернистого газа и канцерогенных продуктов возгонки смолистых веществ (бензопиренов). Одним из главных источников пыле- и газообразования (окислов азота) являются также буровзрывные работы.
И, наконец, выбросы кислых газов (оксидов серы и азота) от котельных угольных предприятий также вносят существенный вклад в загрязнение атмосферы Кузбасса.
Исходя из вышеизложенного, наиболее эффективными мероприятиями по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух следует считать: утилизацию шахтного метана, использование его в качестве тепло- и энергоносителя, внедрение современных методов пылеподавления и ведения взрывных работ, а также совершенствование технологий сжигания углей, использование экологически чистого топлива.
Лидером в области использования угольного метана в Кузбассе является компания «СУЭК-Кузбасс». Для этих целей еще в 2009 году на предприятии была построена стационарная вакуум-насосная станция, смонтирована факельная установка для сжигания метана.
Теперь из-под земли метан подается в котельную, которая обогревает шахту. Туда же поступает электричество, вырабатываемое специальной установкой. И бывший враг метан сегодня «покрывает» уже 30% всей потребности предприятия в теплоэнергоресурсах.
За реализацию проекта по утилизации метана сервисное предприятие компании «СУЭК-Кузбасс» получило более 430 000 евро (средства по условиям Киотского протокола). Это первый подобный пример в российской угольной отрасли. Проект по утилизации осуществлен на шахте им. С.М. Кирова (г. Ленинск-Кузнецкий). Согласно экспертизе, сокращение выбросов парниковых газов за отчетный период составило 138 400 тонн эквивалента СО2.
Имеются и другие примеры использования шахтного метана.
В конце августа 2008 года на шахте «Красногорская» (компания «Прокопьевскуголь» холдинга «СДС-Уголь») запущена система по извлечению и утилизации шахтного метана.
На шахте «Комсомолец» ОАО «СУЭК-Кузбасс» в 2011 году начала работу новая установка по утилизации метана в рамках программы Европейского союза «Комет».
К сожалению, пока недостаточно внимания уделяется использованию вентиляционного метана, хотя уже появились современные технологии использования метана любой концентрации, в том числе и низкой.
В ОАО ХК «СДС-Уголь» внедрена и успешно применяется при производстве массовых взрывов система электронного взрывания DAVEYTRONIC. Применение систем электронного взрывания позволило значительно сократить выбросы пыли и газообразных продуктов взрыва, снизить сейсмическое действие производимых массовых взрывов, значительно повысить безопасность взрывных работ.
Использование DaveyTronic на участке открытых горных работ «Шахты №12» значительно снизило негативное воздействие на окружающую среду. Применение современной системы взрывания уже положительно оценили жители прилегающих поселков. То, что при взрыве практически не образовывается пылегазовое облако видно визуально. При каждом взрывании специалисты предприятия с помощью прибора «Дельта-03М» документально фиксируют уровень сейсмических колебаний. Он настолько мал, что без прибора почувствовать его невозможно.
К снижению выбросов газов и пыли в атмосферу привело также внедрение на ОАО «Кокс» системы бездымной загрузки коксовых батарей и беспылевой выдачи кокса.
Большая работа проводится предприятиями угольно-энергетического комплекса Кузбасса по совершенствованию технологии сжигания угольного топлива на котельных установках. Так, для улучшения качества сжигания топлива и, следовательно, уменьшения атмосферных выбросов Южно-Кузбасской ГРЭС была разработана и реализована программа по сжиганию углей «Южного Кузбасса», основанная на изучении опыта работы других станций с твердыми видами углей и рекомендациях специализированного проектного института.
Сегодня станция работает только на южно-кузбасских углях. С января по апрель 2012 года было проведено 103 замера воздушной среды в санитарной зоне Калтана — и не выявлено ни одного случая превышения ПДК.
В 2011-2012 году Сибирской генерирующей компанией была проведена реконструкция девяти котлоагрегатов Ново-Кемеровской ТЭЦ с переводом их с проектной марки углей «СС» на сжигание углей марки «Д», в результате чего удалось достигнуть почти двукратного снижения выбросов в атмосферу окислов азота. Удачное техническое решение было применено и на Кемеровской ГРЭС, где на угли марки «Д» были переведены шесть аналогичных котлоагрегатов.
Уменьшение сбросов в водные объекты
Основные источники водоснабжения области — реки Томь и Иня, а также подземные водоносные горизонты.
В настоящее время качество воды в реке Томь, одного из наиболее крупных притоков реки Обь, по общепринятой классификации качества вод характеризуется от «умеренно загрязненной» до «загрязненной». Согласно статистическим данным, главным загрязнителем водных объектов является угольная промышленность Кузбасса. Основное загрязняющее действие на водные объекты (реки, озера, водоемы, подземные водоносные горизонты) предприятиями угольной промышленности оказывают сточные воды шахт и разрезов, откачиваемые на дневную поверхность одновременно с добычей угля.
Наиболее характерными загрязняющими веществами водных объектов Кемеровской области являются: сульфаты, нефтепродукты, фенолы, соединения азота, железа, меди, цинка, марганца, взвешенные вещества, органические соединения.
Кроме того, к настоящему времени вследствие длительной и интенсивной угледобычи в шламонакопителях угледобывающих предприятий и обогатительных фабрик накоплены миллионы кубических метров жидких угольных шламов — отходов технологий добычи и переработки угля, которые занимают огромные территории и представляют реальную угрозу загрязнения поверхностных и подземных водных объектов.
Таким образом, основными направлениями работы по охране водных ресурсов являются: внедрение новых технологических процессов водоочистки, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах, а также совершенствование технологий углеобогащения и ликвидация шламоотстойников.
Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сброс сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.
Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.
Первая инновационная станция по глубокой очистке сточных вод запущена на разрезе «Виноградовский» в Беловском районе. Система, включающая девять ступеней очистки вместо четырех-пяти устраняет и органические соединения и тяжелые металлы. На выходе вода получается питьевой.
В 2013 году ОАО «Угольная компания «Северный Кузбасс» запустила в эксплуатацию новый объект — электрокоагуляторную станцию. На реализацию проекта было направлено 730 миллионов рублей, он был начат в 2011 году и рассчитан на 5 лет. Реализовываться проект будет на четырех крупных объектах: два предназначены для очистки хозяйственно-бытовых стоков шахт «Березовская», «Первомайская» и еще два — для очистки шахтных вод. Также разработаны проекты строительства и реконструкции очистных сооружений для шести шахт «Южкузбассугля», на которые получены положительные заключения государственной экспертизы.
В настоящее время завершается строительство современных очистных сооружений на шахте «Усковская» и реконструкция действующей системы на шахте «Абашевская». Также разработаны проекты строительства новых очистных сооружений для шахт «Абашевская» и «Алардинская», в ближайшее время планируется начать строительство ливневой канализации на ЦОФ «Абашевская». Современными очистными сооружениями оснащена шахта «Ерунаковская-VIII», запуск которой в эксплуатацию состоялся в феврале 2013 года.
В октябре 2013 года на шахте им. А.Д. Рубана ОАО «СУЭК-Кузбасс» состоялось открытие очистных сооружений, построенных по инновационной немецкой технологии. Смонтированное всего за три месяца оборудование немецкой фирмы ЭНВИРОХЕМИ Гмбх позволяет очищать 350 кубометров воды в час. Стоимость очистных сооружений составляет 300 миллионов рублей.
Технология основана на многоступенчатости процесса. Сточные воды предварительно очищаются от грубых примесей с помощью грубого фильтра с обратной промывкой. На флотационной установке предусмотрена тоже автоматическая станция дозировки реагентов. Здесь сточная вода под давлением насыщается воздухом, загрязняющие вещества вместе с ее пузырьками всплывают, и образовавшийся флотошлам идет на обезвоживание, а очищенная вода — на автоматическую доочистку.
Уровень очистки позволяет возвращать воду после использования в производстве чище, чем в поверхностном водном объекте — практически питьевого качества. Оборудование включает в себя фильтр-пресс для брикетирования осадков угольного содержания, которые будут использоваться для присадок к рядовому углю. После ввода в эксплуатацию очистных сооружений отстойники, занимающие 13 га арендованной предприятием земли, уже не нужны.
Очистные сооружения на шахте имени А.Д. Рубана — часть большого экологического проекта Сибирской угольной энергетической компании, рассчитанного до 2020-го года. В 2014 году современная мобильная станция появится на шахте «Котинская», а в 2017-м — на «Талдинской-Западной 1».
Таким образом, за 2010-2014 год целым рядом угольных предприятий произведена существенная модернизация обогатительных фабрик и очистных сооружений. Однако подавляющее большинство эксплуатируемых очистных сооружений требует дальнейшей реконструкции и модернизации.
***
Неотъемлемой частью расчистки отстойников очистных сооружений от ожиженного шлама (осадка), является предварительное обезвоживание обводненных отходов перед их транспортировкой к месту размещения (захоронения). Однако до сих пор перечень возможных технологий для решения этой задачи был ограниченным.
Неотъемлемой частью решения задач по расчистке шламонакопителей является интенсификация процесса предварительного обезвоживания обводненного отхода, а обезвоживание обводненных шламов в фильтровальных контейнерах Geotube® (Мактуб®).
Это контейнер, сшитый из водопроницаемого, но непроницаемого для грунта геотекстиля, предназначенный для удержания водонасыщенного материала. Заполняется с помощью гидравлического насоса. В процессе наполнения геотуб испытывает высокое давление смеси земли с водой, которое выталкивает воду через поры, задерживая при этом твердые частицы.
Высвобожденную воду можно использовать в оборотном цикле предприятия повторно или возвратить в природу. Консолидированное шламовое тело удобно для дальнейшей транспортировки и утилизации или использования в качестве удобрений или строительного материала.
Геотубы помогают решить задачи по очистке вод и обезвоживанию осадка в более короткие сроки по сравнению с традиционными технологиями (фильтрпрессы, декантеры, центрифуги) без нарушения ландшафта со значительной экономией средств. Они безопасны для окружающей среды, просты в установке и не нуждаются в обслуживании.
Последние 20 лет данная технология с успехом применяется во всем мире для обезвоживания различных осадков, образующихся при расчистке водоемов, отстойников промышленных предприятий, хвостохранилищ, иловых карт, и открывает новые возможности оперативно и без капитальных затрат решать крупномасштабные природоохранные задачи по расчистке накопителей с экономическими затратами существенно ниже тех, что дают известные аппаратурные процессы обезвоживания.
Уменьшение негативного воздействия на земли
Добыча угля сопровождается разрушением почвенного покрова и естественных ландшафтов. В результате освоения и разработки месторождений происходит полное изменение рельефа, нарушение водного, воздушного и пищевого режима почв, что приводит к полному нарушению биогеоценоза в целом.
Основные направления снижения негативного воздействия на земельные ресурсы Кузбасса это: снижение землеемкости горных работ, внедрение современных технологий угледобычи, переработка отходов угледобычи, совершенствование технологий рекультивации, а также тщательная разработка проектов ведения горных работ с привлечением научных организаций.
Одним из таковых является проектная разработка ОАО ХК «СДС-Уголь» совместно с научным институтом и проектной организацией плана ведения горных работ с одновременной реализацией комплекса природоохранных мероприятий, направленных на минимизацию экологических рисков, сохранение благоприятной окружающей среды, восстановление нарушенных земель.
Институтом вычислительных технологий СО РАН ведется разработка научно-методического обеспечения планируемых горных работ угледобывающего района. По окончании работ будут сформированы электронная модель и база данных для оценки существующего воздействия на окружающую природную среду, экологического потенциала территории.
***
В настоящее время существующие темпы рекультивации нарушенных земель существенно отстают от темпов нарушения. Ежегодно угольными предприятиями рекультивируется всего 4-5% от отработанных нарушенных земель. По оценкам специалистов площадь нарушенных земель увеличивается на 5-6 000 га в год, а восстанавливается в год не более 2,5 тысяч.
При этом качество проведения рекультивации часто не обеспечивает воспроизводства земельных ресурсов.
Например, в ходе проведенного филиалом «Бачатский угольный разрез» мониторинга качества растительности рекультивированной территории ОАО «УК Кузбассразрезуголь» были рассчитаны коэффициенты качества растительного покрова и исследованы такие основные параметры, как видовой состав, плотность произрастания, площадь покрытия и приживаемость древесных растений. Результаты исследования показали, что данные земли нуждаются в проведении повторных мероприятий по биологической рекультивации, так как качество растительного покрова является неудовлетворительным.
Основным направлением рекультивации в Кузбассе является создание лесных насаждений, при котором наиболее предпочтительной древесной породой оказалась сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), ее участие в структуре лесных культур составляет около 10 тыс. га или 70% всех рекультивированных площадей.
Однако возобновление хозяйственно ценных древесных пород, в том числе сосны обыкновенной, оценивается как слабое, кроме того, лесная рекультивация без использования лиственных пород и травосмесей не способствует почвообразованию, оцениваемому по формированию гумусового горизонта.
Восстановление нарушенных земель — длительный процесс, основной задачей которого можно считать интенсификацию почвообразовательных процессов. К сожалению, нарушению подвержены именно наиболее продуктивные и трудновосстанавливаемые почвы: черноземы, темно-серые лесные и другие. Создание условий для черноземообразования возможно лишь при использовании потенциально плодородных пород (лессовидных суглинков) с последующим нанесением плодородных слоев почвы.
Необходимым фактором качественного проведения рекультивации является внесение гуматов (натрия, калия, аммония), которые повышают влагоемкость, улучшают порозность и водопроницаемость почвы.
Существенно ускорить процесс почвообразования можно также технологией внесения почвенных микроорганизмов в техногенные элювии породных отвалов. Это доказано экспериментами, которые проводились на породном отвале «Южный» разреза «Кедровский». Установлено, что внесение биомассы почвенных микроорганизмов в техногенные элювии способствует увеличению продукционных процессов овса, что выражается в более высоких показателях фотосинтетической способности листьев и их площади. Наилучшие показатели отмечены при внесении биомассы микроорганизмов, разлагающих силикаты, в комплексе с олиготрофами и грибами.
***
По прогнозам администрации Кемеровской области, объем добычи угля в Кузбассе к 2015-2020 году составит 200-220 миллионов тонн. Однако рост угледобычи пока, к сожалению, не сопровождается пропорциональным ростом природоохранных мероприятий, в результате чего усугубляются неблагоприятные условия окружающей среды и обитания человека.
Для сохранения стабильной экологической ситуации необходимо уделять особое внимание постоянному обобщению передового опыта минимизации негативного воздействия отечественных горнодобывающих предприятий на окружающую среду. В этой связи назрела необходимость создания единого информационного интернет-ресурса по обмену опытом внедрения наилучших доступных технологий добычи и переработки угля предприятиями топливно-энергетического комплекса.
Наиболее важной и сложной задачей является уменьшение негативного воздействия на природные ландшафты и рекультивация нарушенных земель, которая требует постоянного пристального внимания всех административно-надзорных, производственных структур и научных организаций.
Любовь Ефимова,
доцент ФГАОУ Кемеровского регионального института повышения квалификации Минэнерго РФ