Охрана окружающей среды

Деятельность российских железных дорог и других предприятий  ЖДТ по сбору и складированию (накоплению, временному хранению) бытовых  и опасных производственных отходов  обычно включает в себя три группы мероприятий, имеющих некоторые  отличия в зависимости от классов  и видов отходов, а также источников их образования:

раздельный сбор и  складирование промышленных отходов I – V классов опасности, образующихся на промплощадках предприятий;

сбор и складирование  промышленных отходов II – IV класса опасности, образующихся при эксплуатации железнодорожных  путей, находящихся на балансе предприятия;

сбор и складирование  принимаемых на муниципальные свалки бытовых и малоопасных промышленных отходов IV – V класса опасности, образующихся при перевозке грузов и пассажиров.

В цехах и на промышленных площадках предприятий ЖДТ организованы места для временного хранения отходов, откуда они по мере накопления передаются на использование, обезвреживание в  рамках собственной деятельности ОАО  «РЖД» или сдаются специализированным муниципальным организациям для  захоронения, использования или  обезвреживания.

Организация сбора мусора с пассажирских поездов на дорогах  осуществляется согласно СП 2.5.1198-03 «Санитарные  правила по организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте» 

В основу критериев, определяющими  эффективность проблему раздельного  сбора ТБО в поездах положены законы «Об отходах производства и потребления» от 24.06.99. №89 и «Концепцией обращения с твердыми бытовыми отходами в Российской Федерации», разработанной Госстроем РФ и др. документами.

К ним относятся:

экологическая безопасность всех элементов технологии, основанных на соблюдении законодательных норм, регламентирующих природоохранную  деятельность и снижение техногенной  нагрузки на окружающую среду;санитарная и эпидемиологическая безопасность всей системы сбора, транспортировки, сортировки и переработки отходов; эффективность технологических и конструктивных решений и надежность работы установок по переработке отходов; приемлемые технико-экономические показатели, включающие в себя минимальные капитальные и эксплуатационные затраты;

1.3 Общая характеристика золошлаковых отходов

Минеральными  компонентами углей являются неорганические вещества в виде силикатов, сульфидов, сульфатов, карбонатов, оксидов железа, кремния, алюминия, магния. Следует  отметить, что характер минерализации  углей определяет их обогатимость, а степень минерализации –  зольность. Общая зольность  разделяется  на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя  зола – органическая зола, находящаяся  в самом твердом топливе, а  внешняя зола – попадание в  топливо при добыче пород почвы, прослоек пустых пород. Зола  углей – это сложное, разнородное вещество, состоящее  из нескольких генетических классов минеральных  примесей. Можно выделить следующие классы  [26]:

Первый класс – биогенный. Минеральные  вещества привнесены в уголь самими растениями – углеобразователями. Действительно, хорошо известно, что в  золе любых растений содержатся элементы, входящие   в состав ферментов: марганец, кобальт, молибден и др.;

Второй класс – сорбционный. Это минеральные вещества, которые  были сформированы главным образом  на торфяной (буроугольной) стадии углеобразования. Самый характерный золообразующий элемент этого класса – кальций, отчасти к этому классу можно  отнести алюминий, магний, железо. Наиболее велика  доля этого класса минеральных  компонентов в золе бурых углей (до 50%);

Третий класс – конкреционный. В отличие от  сорбционного, где  компоненты связаны с органическим веществом углей (типа гуматов, хелатов), конкреционный класс представлен  минеральными формами – карбонатами  кальция, магния, железа (кальцит СаСО₃, доломит CaMg(СО₃), сидерит FeСО₃), пиритом FeS₂, каолинитом Al₂(OH)₄[SiO₅], вивианитом  Fe₃(H₂O)₈[PO₄]₂. Доля конкреционного класса – величина достаточно изменчивая для углей различных месторождений;

Четвертый класс – терригенный. Это то, что чаще  всего и  определяется термином “зола”. Терригенный  класс представлен в углях  минеральными частицами, которыми сложены  также и вмещающие уголь породы, то есть кварц, полевые шпаты, слюды, глины, апатит, циркон. Терригенные  компоненты содержат все элементы-примеси, присутствующие в углях. Но так как  минералогический состав их компонентов  близок к составу нормальных осадочных  пород, то содержания редких металлов в терригенном классе очень близки к соответствующим  кларкам для  осадочных пород.  Например, зола, представленная терригенным классом, обычно содержит около 1–3 г/т германия и 10–20 г/т галлия;

Пятый класс – инфильтрационный. В отличие от ранее приведенных  четырех классов, сформировавшихся   вместе с углем, компоненты этого  класса появились в углях на последующих  стадиях. Это минералы, отложившиеся в трещинах и порах угольных  пластов из подземных вод. Если  в углях присутствует  этот класс, то в нем  мы обнаружим сульфиды металлов, например  сфалерит ZnS, пирит FeS₂.

Изучено распределение некоторых  элементов  в углях  для выявления  приуроченности  их к органическим и минеральным компонентам углей. Если  использовать коэффициент  распределения  D = С₀ / С_м, где С₀  – концентрация  элемента в легкой  фракции угля (плотность <1,2 г/см³), богатой органическими веществами, а С_м – концентрация элемента в тяжелой фракции (плотность >1,6 г/см³), богатой минеральными веществами, то получим ряд, показывающий связь элемента или с органической массой угля (D > 1), или с минеральными компонентами (D < 1).

Для  отдельных  элементов  этот  ряд  имеет  вид:

Ge   W      Ga       Be      Nb      Mo      Sc       Y       La        Zn        Pb

2,6   2,2   1,7      1,1      0,7      0,6      0,4      0,2     0,2      0,03      0,02

Здесь отчетливо выражена преимущественная связь с органическими компонентами у германия, вольфрама, галлия, тогда  как скандий, иттрий и лантан тяготеют к минеральным компонентам.

Из данных  таблицы 1.1 видно, что концентрирование для некоторых редких элементов в золах достигает  10-кратного по отношению к осадочным породам,  содержание их в золах выше, чем в рудах цветных металлов. Обогащение углей германием, скандием, иттрием и другими элементами – явление глобальное.   Оно отмечено в угольных бассейнах как России, так и Англии, Германии, Канады, Японии, Польши, Чили  других стран.

Но наблюдается и аномальное содержание редких металлов в некоторых  угольных пластах. Так, например,  в  Польше (Верхняя Силезия) содержание германия достигает 22 г/т, гораздо выше в Венгрии (месторождение  Боршод) – 650 г/т.  В отдельных  пластах  Канско-Ачинского угольного бассейна (Красноярский край) содержание скандия  достигает 15 г/т, иттрия – 20 г/т, иттербия – 2 г/т.

При термической обработке углей (сжигание, газификация, химическая переработка  на жидкие продукты) образуются твердые (золы, шлаки) и газообразные выбросы. Эти продукты – коллекторы химических элементов многофазны, полиминеральны и представляют собой в определенном смысле техногенный концентрат, в частности концентрат редких металлов.

Таблица 1.1 - Кларки осадочных пород, углей, зол и коэффициент концентрирования (КК) некоторых редких металлов

•  КК = кларк зол всех углей / кларк осадочных пород

Ежегодно в мире образуется около 700 млн. т. золошлаковых  отходов. Выход  и утилизация золошлаковых отходов  составляют (первое число выход, тыс. т/год,  второе –  утилизация, %):  Швеция - 50 и 70;   Польша - 15 000 и 40;   США - 67 000 и 25;  Россия - 60 000  и 5.  Основные области  использования  отходов – при получении строительных  материалов и сооружении дорог. В  составе зол условно можно  выделить три группы веществ: стекловидные,  кристаллические и органические.

Стекловидная группа по химическому  составу сложна и многообразна. Золы каменных и бурых углей, содержащие до 20%  СаО,  включают преимущественно  ферроалюмосиликатное стекло, в котором  основные  стеклообразующие компоненты Fe₂O₃,  Al₂O₃  и SiO₂   составляют 80–90%. Кристаллическая часть зол представлена как первичными минералами, присутствующими в углях, так и новообразованными (техногенными) в топочном процессе. Наиболее широко представлены гематит Fe₂O₃, муллит 3Al₂O₃∙2SiO₂, кварц SiO₂ ;  менее – геленит Ca₂Al₂SiO₇, фаялит Fe₂SiO₄.  Из минералов, являющихся новообразованиями, следует отметить силикаты, алюминаты и ферриты кальция различной основности. Эти минералы известны как цементные (клинкерные) материалы [26].

Наряду с минеральной частью в золошлаковых отходах обычно содержатся несгоревшие органические включения. Органическая часть углей (недожог) имеется во всех золах. Обычно содержание органической части в золе составляет менее 5%. Оно представлено полукоксами  и коксом с низким выходом летучих. Недожог присутствует в золе либо в виде самостоятельных органических частиц, либо в виде включений в  агрегаты, образованные разными фазами.

Что касается шлаков сжигания углей, то они представлены стеклом, а среди сопутствующих  минералов в шлаки входят анортит CaO·Al₂O₃∙2SiO₂,  нефелин NaAlSiO₄,  лейцит  K₂O·Al₂O₃·4SiO₂. По отдельным признакам (фракциям) часть шлаков характеризуется по удельной плотности, электропроводности, магнитной восприимчивости, твердости и хрупкости, гранулометрическому составу [26].

1.4 Технологии  вторичного использования золоотходов

Золы  и шлаки от сжигания твердого топлива  представляют собой ценные сырьевые источники - сырье, полуфабрикаты или  готовые продукты для использования  в различных отраслях. Эти отходы являются минеральными ресурсами, а  скопление таких отходов по количеству и качеству минерального сырья следует  считать техногенными месторождениями. Вопросами использования золоотходов в народном хозяйстве отечественная и зарубежная наука занимается много лет.

В Германии около 80%, во Франции 65%, в  Великобритании 54%, в Финляндии 52% золоотходов (минеральных отходов твердого топлива) перерабатывается в различные строительные материалы и изделия. В США 48% золы, вырабатываемой электростанциями, используется при изготовлении бетонов, в Чехии  и Словакии 75% изделий, в Польше более 50% изделий из ячеистого бетона изготавливаются  с применением золы [13].

Экспериментально установлена  возможность использования золоотходов  от сжигания твердого топлива для  производства различных материалов и изделий.

1) Золошлаковые отходы:

• для производства цемента, силикатного кирпича, древесно - минеральных блоков, асфальтобетона, шлакоблоков, минеральных добавок для зольного гравия; искусственных пористых заполнителей, сборного и монолитного бетона, строительных растворов [17];
• золошлаковые смеси Апатитской ТЭЦ - для получения 
  алюмосиликатных огнеупорных материалов, заменяющих  шамотные; предельная температура новых материалов - 1300°С; на их основе возможно  создание высокотемпературных изолирующих материалов;
• золы и золошлаковые отходы - для производства изделий из бетона (особенно актуально применение при производстве легкого бетона, применение  которого в ограждающих изделиях и конструкциях требует снижения его плотности и теплопроводности при сохранении требуемой прочности);
• золы и золошлаковые отходы - для приготовления  строительных растворов, для производства цемента, искусственных пористых заполнителей бетона, силикатных и керамических изделий, теплоизоляционных материалов, используются при производстве обжигового керамического кирпича и искусственных пористых заменителей;
• ультракислые золошлаковые смеси отличаются стабильным составом и могут использоваться для получения шунгизитозолопенобетона широко применяемых марок и  обеспечивают  экономию 13%  цемента и до 50%  шунгизитового песка;

- сообщается о создании водостойкого магнезиального вяжущего на основе MgO и золошлаковых отходов ТЭС.

Использование низкомагнезиальных (зола и шлак бурых углей ТЭС) и высокомагнезиальных (шламы) техногенных отходов позволяют  получать магнезиальные вяжущие  с требуемыми свойствами.

2) Золоотходы:

•  после химической   обработки   золы   водным   раствором   щелока  (являющимся отходом целлюлозно-бумажного производства) гидрат кальция не обнаруживается и золу можно использовать как мелкий заполнитель в бетонные смеси и наполнитель в цементы;
• для изготовления полых керамических блоков, как добавка к цементным  смесям и легковесным бетонам;
• золы Карагандинских  и Экибастузких  углей  рекомендованы для производства керамических материалов обжиговым методом;
• производство концентратов редких металлов – германия, галлия, скандия, иттрия.