Эколого-экономическая оценка технологии использования подземного пространства закрываемых шахт для размещения отходов тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Эколого-экономическая оценка технологии использования подземного пространства закрываемых шахт для размещения отходов"

Г 0 ^государственный комитет Российской Федерации г. ... по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи Я РУН И НА Ирина Сергеевна

УДК 622.012.2.002.68:502

ЭК0Л0Г0-ЭК0Н0Ш1ЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ЗАКРЫВАЕМЫХ ШАХТ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ

Специальность 08.00.19 — «Экономика природопользования и охраны окружающей среды»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель • докт. наук, проф. КОВАЛЬ В. Т.

Официальные оппоненты: докт. у£гп. наук, проф. РЕВАЗОВ М. А. канд. экон. наук КАПЛУНОВ Ю. В.

Ведущее предприятие — институт Центрогипрошахт.

г\ С*

Защита диссертации состоится

«гз ъб&фСр»'1994 г.

в час. на заседании специализированного совета К-053.12.06 Московского государственного горного университета по адресу: 117935, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. экон. наук СОКОЛОВСКАЯ М. Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ». Современные экономические условия работы топливно» - энергетического комплекса страны заставляют по-новому решать вопросы закрытия шахт с отработанными запасами или нерентабельных шахт. Как правило, при этой производится тампона* горных выработок с их полным выбытием, а используются только здания и сооружения на поверхности.

Отдельные проекты использования выработок околоствольных дворов под теплицы, для нувд гражданской обороны и др. оказывались нерентабельными.

В то же время опыт использования подземного пространства закрываемых шахт и рудников Германии и ряда других стран для размещения бытовых и промышленных отходов разной степени токсичности свидетельствует о перспективности этого направления. Значительный интерес к размещение отходов в подземных горных выработках в последнее время проявляется и в России. Сдерживающими факторами в реализации таких проектов являются довольно ограниченный объем поддерживаемых горных выработок и отсутствие оценки степени опасности возможного загрязнения водоносных горизонтов и атмосферы вредными веществами. Эти факторы могут быть в значительной степени нейтрализованы термическим обезвреживанием твердых бытовых и ряда промышленных отходов, так как при этом сгорает до 702 ог общего объема отходов и в выработках размещаются.только 30% негорючих и, как правило, нетоксичных Шлаков . Дополнительные полости в подземном пространстве, создаваемые при частичном извлечении технологических целиков (в частности при их подземном сжигании), позволяют еще более увеличить срок службы шахта как коммунального предприятия.

Однако данная технология для ее практической реализации должна на предварительном этапе пройти всестороннюю проверку !шк по экологическим, так и по экономическим контериям.

В свете изложенного эколого-экономическая оценка технологии размещения и переработки отходов в подземном пространстве закрыт© • мй вахт является актуальной научной задачей, имеющей важное значение для угольной промышленности в условиях рыночной экономики.

©на рп'Зэтп - зколого-экоиомстзекое обоснование, потенциальной возможности вариантов использования подземного пространства ззкри-

Е.амых угольных шахт для размещения в них ' продуктов ' термическое обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) с учетом технологичес ких факторов производства.

Нцея работы заключается в том, что оценка эффективности и обоснование выбора вариантов размещения отходов в подземном пространстве шахт производится комплексно по величине экологического ущерба и получаемой, при этом прибыли.

Науч'ние положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

1. Уменьшение эколого-экономичеорго ущерба окружающей среде и увеличение сроков полезного использования выработок закрываемых шахт- достигается размещением в них подвергнутых термическому обезвреживанию отходов, а также заполнением ими полостей от частичного погашения.целиков.

2. Эколого-экономическую оценку потенциальной возможности использования подземного пространства закрываемых шахт для размещения отходов следует осуществлять на основе систематизации имеющихся результатов производственной деятельности участков подземного сжигания угля и мусоросжигательных установок.

3. Предложенная экономико-математическая модель позволяет максимизировать эффект от переоборудования'закрываемой шахты для размещения отходов в подземном пространстве.

4. Результаты эколого-экономической оценки вариантов технологии размещения отходов в подземном пространстве шахт свидетельствуют о минимальном ущербе для окружающей среды и возможности создания высокорентабельного предприятия при модности мусоросжигательной установки от 30 до 100 т твердых бытовых отходов в сутки.

Обоснованность и достоверность научрых положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических дан ных по кубатуре поддерживаемых' выработок закрываемых шахт (расхожд^ ние не более 15Х);

- систематизацией фактических данных экологической оценки пос ледствий сжигания ТБО на мусоросжигательных заводах'и подземной-сжигания угля на экспериментальных участках Подмосковного и Донец кого бассейнов;

- корректным применением апробированных методой при экономя ческой оценке технологии размещения и переработки отводов в подзеу ном пространстве шахт.

Значение работы. Научное значение работы состоит в обосновании перспективности -использования подземного пространства закрываемых угольных шахт для размещения отходов по экологическим и экономическим факторам.

Практическое значение работы заключаете» в эколого-экономической оценке технологии совместного сжигания ТБО и оставленных запасов угля и установлении рациональной производственной мощности предприятия по размещению отходов в подземном пространстве закрываемых угольных шахт.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты зколого-экономической оценки технологии совместного термического обезвреживания ТБО и подземного сжигания угля в целиках, а также рекомендации по установлению рациональной производственной мощности предприятия по размещению отходов в подземном пространстве закрываемых шахт приняты для использования в проектных разработках института Центрогипрошахт.

Апробация работа. Основные положения диссертации доложены в составе научно-технических отчетов в компании "Росуголь" и ПО "До-нецкуголь" в 1992-1994 г.г. и на III конференции представителей стран-членов СНГ "Оценка воздействия на окружающую среду: методология' и практические применения" (Москра, 1993).

Публикации. По результатам выполненных исследований опублико вано 2 научные статьи и выдан патент на изобретение.

QtHcu и структура диссертации . Диссертация состоит из введения , четырех глав и заключенияизложенных на Ifi6 страницах машинописного текста, содержит i i рисунков, 48 таблиц, список литературы из Í3 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одной из важнейших экологических проблем городов, в которых в СНГ проживает около 707. населения, является проблема утилизации всех видов муниципальных и промышленных отходов.

Основную массу твердых отходов составляют бытовые отходы.

Средние дифференцированные годоЕы'е нормы накопления ТБО на 1 человека в бывшем СССР составляли 160-195 кг в зависимости от количества населения в городе.

Промышленные отходы (ПО) можно разделить на отходы производства и-отходы потребления.

Конечным этапом обезвреживания большинства неутилизируемых городских ПО, исключая особо токсичные, а также инертный строительный мусор и т.п., в настоящее время является сжигание, что подтверждается опытом Дании, Финляндии, Германии, Швеции и др. стран.

Ликвидация и обезвреживание отходов является сложной санитарной, 'технической и экологической проблемой.

Этим вопросам посвящены работы АКХ им.К.Д.Памфилова, • Экотех-прома и других организаций.

75-802 всех твердых отходов складируется на свалках и полигонах. Складирование отходов в виде наемных холмов или в карьерах и оврагах приводит к загрязнению грунтовых вод фильтратом, а окружающей территории - легкими фракциями отходов.

Даже под высотные полигоны требуются весьма значительные площади, что .выгывает уже сейчас большие затруднения с отводом территорий.•

Основными'термическими методами обезвреживания ТБО являются их сжигание и пиролиз.

Достоинства термических методов: полное обеззараживание отходов в кратчайшие сроки; 'возможность использования образующейся при ежи- алии отводов теплоты для производства тепла или электроэнергии; , получение жидкого топлива и горючих газой (при пиролизе); минимальные размеры землеотвода по сравнению со всеми остальными методами обезвреживания отходов; возможность сооружения установок в -• черте города.

В результате сжигания отходов уменьшаются объемы ТБО, достигается уничтожение патогенной микрофяоры и разложение пи?ателыюй среды для яиц гельминтов и личинок мух.

Анализ зарубежного опыта свидетельствует о том, что почти все европейские города сжигают мусор с немалой выгодой.

Выбор метода обезвреживания. ТБО зависит от местных условий и определяется технико-экономическими показателями при обязательном учете санитарно-эпидемиологической обстановки, климатических условий, численности населения города, возможности отвода земельного участка.

Что касается ПО, то до середины 70-х годов в СССР, ввиду отсутствия эффективных средств обработки и утилизации большого числа ПО, были широко распространены методы их складирования на городских свалках вместе с ТБО или на примитивных специализированных свалках ПО. В настоящее время такой метод складирования ПО запрещен.

- 4 -

Основное условие приема ПО на полигоны ТБО - соблюдение санитарно-гигиенических требований по охране атмосферного .воздуха, почвы, грунтовых и поверхностных вод.

В связи с изложенным ясно, что в мире проявляется большой интерес к подземному захоронению и обезвреживанию отходов.

Практика глубокого подземного захоронения показала, что наибо,-лее пригодными породами для этих целей являются высокопроницаемыв песчаники, известняки и доломиты, залегающие ниже уровня грунтовых вод, пригодных для хозяйственно-пищевых и промышленных целей, залегающие, как правило, ниже 300-400 м.

Захоронение твердых (за/вердевших) отходов в искусственные или естественные пустоты (горные выработки, выработанные пространства и т.п.) может производиться на различных глубинах - от относительно близких к поверхности до глубин, типичных для глубокого геологического захоронения в различных геологических формациях. Глубина хранилища не обязательно является самым важным параметром, поскольку самым главным является способность к изоляции отходов всей системы.

В настоящее время наиболее активно ведутся работы в этом направлении в Германии. Потенциальная применимость этой концепции широко признается, и сейчас к этой работе приступают Великобритания, Россия и ряд других стран.

При захоронении отходов, содержащих вредные для окружающей среды вещества, необходимо обеспечить долговременное складирование материалов с таким расчетом, чтобы предотвратить попадание недопустимых концентраций вредных веществ в биосферу.

Избавление от отходов путем их подземного хранения, ввиду отсутствия подходящих альтернатив, будет приобретать все большее значение. Это относится к хранению отходов, а особенно к утилизации остаточных материалов, например от сгорания разнообразных остатков.

Бесспорно, имеющаяся потребность в избавлении от отходов путем их подземного хранения вынуждает, настойчиво проводить испытания имеющихся полостей от горных разработок и специально сооружаемых горных предприятий на предмет их пригодности для размещения отходов и остаточных материалов.

Особенно остро данная проблема встает в связи с закрытием убыточных и имеющих весьма ограниченные запасы шахт России, Украины и других стран СНГ. "

Однако отечественный опыт захоронения отходов в подземном пространстве шахт отсутствует.

- Б -

Дл« проработки вопросов размещения и термического обезвреживании отходов в подземном пространстве шахты необходимо решение следующих задач:

1. Подсчет объемов горных выработок на закрываются шахтах.

2. Обоснование технологических вариантов размещения и обезвреживания отходов в шахте.

3. Экологическая оценка технологии одновременного подземного сжигания ТБО и угля и размещения шлаков в подземном пространстве шахт.

4. Экономическая оценка предложенных вариантов данной технологии.

'Вагой исследования по оценке возможностей использования горних выработок для захоронения отходов были приняты шахты ПО "Донецку-голь". • • -

Било сделано предположение о наличии корреляционной связи между объемом горных выработок на различных этапах работы шахты и годовой производственной мощностью предприятия (А) в тыс.т/год, суммарной мощностью рабочих пластов (ш) в м, количеством рабочих пластов (п) , максимальной глубиной разработки (Ь) в м, углом падения шестов (3) в градусах, величиной оставшихся запасов (ч) в тыс.т.

К рассмотрению принимаются следующие уравнения корреляции.

Коэффициент . множественной корреляции Коэффициент детерминации Г-статистика для проверки нулевой гипотезы Количество наблюдений

0,7977 0,6364 4,667 ¿3

V - 293б75+83А-118274т+97205пМ78Ь-5170з+3,8д (1)

0,6850 0,4693 6,843 23

V - 498434 + 282А + 1,6д (2)

Анализ показал, что наибольшее влияние на объемы поддерживаемых горных выработок оказывают производственная мощность шахты и величина оставшихся запасов. Остальные рассматриваемуе факторы существенного значения не имеют.

Сопоставление фактических объемов выработок и расчетных показало, что расхождение составляет около 15%. Для шахт Донбасса объем выработок, пригодных для размещения отходов, составляет в среднем

- б -

300 Tuc.Md, а для шахт Подмосковного бассейна - только 100 тыс. м:\ что недостаточно для длительного функционирования Сыылей шахты к-лк коммунального предприятия.

В связи с этим перспективным представляется размец^ние в выработках не самих отходов, а продуктов их термического обезьро^ш лния (на поверхности или в шахте). При этом ввиду практической но"о: нежности использования на закрытых шахтах старых выработанни: т ранств целесообразно создание дополнительных полостей за счет чь -тичного извлечения (в том числе подземного сжигания) технологических целиков (патент РФ N2025639, полученный автором с коллективом ученых МГГУ). ;

Идея изобретения заключается в совместном сжигании в шахте от ходов и оставленных в недрах запасов угля с размещением в подземпон пространстве продуктов термического обезвреживания отходов и получением на поверхности различных видов энергоносителей: газа, горячей воды, пара, а на их основе и электроэнергии. Управление процессом достигается применением всасывающей схемы поступления воздуха в очаг горения. Депрессия вытяжных вентиляторов или дымососов обеспечивает направленность и темп движения газовоздушных потоков в подземный теплогааогенератор.

lia современном уровне проработки вопроса экологическая оценка технологии размещения и термического обезвреживания отходов в пол-земном пространстве шахт может быть выполнена только косвенно, л именно по сопоставлению уровня загрязнения окружающей среды при двух составных частях исследуемой технологии: подземного сжигания угля н термического обезвреживания отходов на специальных мусоросжигательных заводах.

Экологическая оценка по первому -элементу выполнялась ранее мги совместно с ПНИУИ и ХГМИ, однаго дачные не были систематизированы.

Экологическая оценка по второму элементу выполнялась на основе систематизации данных работы Московского спецзавода N 3 с использованием фондовых материалов завода.

Общая экологическая оценка совместного сжигания угля и отходов для установки заданной производительности находится путем суммирования концентрации вредных веществ, выделяющихся как при ПСУ, так и при термическом обезвреживании отходов.

Содержание вредных примесей в дымовых газах при подземном сжигании угля представлено в табл. 1.

Таблица 1

Оэдержание вредных примесей в дымовых гагах при подземном сжигании угля

Шахта, марка угл я вредные компоненты Объемная концент- 1 рация',% Массовая концентрация, мг/м ПИК,-, мг/м Мощность выброса в атмосферу, г/сут

Киреевская, б2 Окись углерода СО 0,120,16 0,12-0,25 3,0 2,2-3,7

Диоксид серы 50г 0,0350,040 0,06-0,13 0,5 1,4-2,1

Сероводород Н23 0,0070,0075 0,0040,013 0,008 0,170,34

Пыль - 220-250 0,5 0,44

Острый, (модель) Окись углерода СО 0,250,45 1,07-1,68 3,0 0,070,16

Диоксид серы 302 ! 0,017 0,3 0,15-0,24 0,5 0,0120,024

« Сероводород н2э . 0,0020,007 0,0140,622 0,008 0,00080,0028

Окислы азота (НО + N02) 0,0040,009 0,0360,056 0,0085 0,00280,0052

Пыль 0,5 0,0072

Помимо определения максимальной приземной концентрации вредных и загрязняющих веществ, проанализировано распространение фенолов в атмосфере и в составе откачиваемых из сЗчага горения шахтных вод. Отмечено, что наиболее опасным следствием является загрязнение воздуха и подземных вод фенолами на расстояниях соответственно до 750 м и до 3-4 км.

Экологическая оценка работы мусоросжигательных заводов проводилась по всем продуктам сжигания ТБО.

Исследования работы МСУ за рубежом и в России показали, что в процессе сжигания 1 т ТБО образуется 4-6 тыс. м3 газообразных продуктов сгорания, 250-350 кг шлаков (25-35X) и 25-40 кг волы с . электрофильтров (2.5-4Х).

Анализ и систематизация фактических данных работы спецзавода N3 и литературных данных по другим отечественным и зарубежным мусоросжигательным заводам проводились последовательно по дымовым газам,

- 8 -

.'¡■.'тучей аоле, тяжелым «гг.илго», диоксинам л полиароматл о :к;:м у шдородам (ПЛУ) и псирцин загрязнения атмосферы, пса/; .>

С|У.-ДЫ.

Даже при но са»ли.< совершенных системах очистки .угя'.г.тл.. пик газов максимальные припемные концентрации гамя.ораг.;лж и Н''".-рмх вредных веществ значительно ниже максимально разовых 1Щл Ско пили - в 442 раза, N01 - в 43 раза, № в 1160 рю, - б

500 рдз, М0Х - в 94 р.ла). Приземные концентрации как тяжелых металлов, так и диоксинов, и ПАУ, содержащихся в летучей золе, значительно ниже ПДК, причем по диоксину ТХДД - 2, 3, 7, 8 - почти в 104 раз меньше.

Шлаки состоят в огаю».ноы из инертных негорючих компонентов исходных ГБО: боя стекла, кер.чмики, уличного смета, лома металлов (Ре, А1 и др.) и клинкера - сп-гжгося в топке мелкого материала.

По содержанию шлакооСрчг.V,кимошятоь продукты мусорсски-гания близки, к металлургическ;л: и сшигтаньм горным породам,

неполностью сгоревшая органика соо'/амяет е&то че более 1,5-21 по массе. *

По составу главных компонентов шлак и зола в экологическом и эпидемическом отношении представляют меньшую опасность, чем сырой бытовой мусор.

В то же время концентрация тяжелых металлов в шлаке и золе на один-два порядка выше, чем ЩК в почве, что исключает возможность бесконтрольного складирования продуктов мусоросжигания.

Оценка класса опасности ишаков и нелетучей золы по индексам токсичности по максимальным значениям вредных компонентов в отходах позволяет отнести шлак и золу спецзавода N3 к IV классу опасности (малоопасные).

Согласно нормативным документам, действующим в России, шлаки мусоросжигания принимаются на полигоны ТБО без ограничения и используются в качестве изолирующего материала.

При захоронении на полигонах основную опасность представляет распространение токсичных металлов водно-миграционным путем. Концентрация почти всех металлов в водных вытяжках из шлака и большинства металлов - из золы ниже или почти равна ПДК в водных вытяжках (ДЦКв.в.)•

По правилам Агентства по охране окружающей среды США отходы считаются опасными, если содержание в них токсичных компонентов превышает установленные ПЦКВ.В. после разбавления в 100 раз. При

- 9 -

т.лкчи оценке вола, как и шлак, малоопасна с позиций вагряоненип гругговых вед тяжелыми металлами.

Однакс учитывая, что концентрация тяжелых металлов в золе выше, ч(м в шлаках, прием золы на полигоны ТБО должен быть ограничен и строго дозирован. При этом зола должна транспортироваться отдельно от шлака.

При анализе на диоксин проб почвы и воды прилегающих к заводу территорий и водоемов, выполненном специализированными организациями. диоксинов обнаружено не было. Содержание наиболее опасного диоксина ТХДД уменьшается с увеличением загрузки печи. Образование диоксинов и ПАУ зависит от качества основного горючего, от режима работы печи, а также от химического состава отходов. 4

Исследования подтвердили, что установки по термическому обезвреживанию отходов с современными очистными сооружениями можно оценить как наименее вредные для окружающей среды.

Экологическая оценка совместного сжигания угля и термического обезвреживания отходов в подземном пространстве шахт проводилась для условий шахты "Смирновская" как типичной для Подмосковного бассейна, характеризующейся весьма сложными условиями для размещения отходов в подземном пространстве.

При определении максимальной производственной мощности подземного предприятия по размещению и переработке (термическому обезвреживанию) ТБО ориентировались на расчет количества ТБО, накапливаемого в поселках и других населенных пунктах типичных шахтерских регионов с населением до ЕЮ тыс. человек.

С другой стороны, использовались рекомендации по установлению минимальной мощности мусоросжигательных установок, принятые за рубежом, следуя которым она равна 100 т ТБО в сутки.

Следовательно, минимальная для условий шахт Подмосковного бассейна мощность подземных МСУ составит от 29 до 100 т/сутки. В последнем случае подземная МСУ будет обслуживать регион с населением 170 тис. человек, что по существующей классификации включает в себя средние и большие города.'

Рассматривались четыре варианта размещения отходов: без термического обезвреживания и с термическим обезвреживанием при размещении отходов или только продуктов их переработки в существующие горные выработки объемом ~100 тыс.м3 или в эти выработки и дополнительные полости за счет погашения целиков с коэффициентом извлечения 0,6 (~500 ткс.м3). Показана перспективность и технологическая

- 10 -

осуществимость варианта 2 с одновременным извлечением (саиг.'ш.л м) целиков и ТЕО, при котором продолжительность работы пахты как коммунального предприятия составляет от 68 до 234 лет. При этом су-точно из целиков извлекается или сжигается от 12 до 43 кг.

В табл. 2 приведены максимальные приземные концентрации вредных веществ в отходящих газах при одновременном сжигании ТБО и ПСУ при минимальной (вариа!Т 2) и максимальной (вариант 2а) прожюди-тельностях мусоросжигательной установки для рациональных параметров дымовой трубы.

Таблица 2

Максимальные приземные концентрации вредных веществ в отходящих газах при одновременном сжигании ТБО и ПСУ

Варианты Вредные вещества Параметры дымовой трубы, м Максимальные приземные концентрации, мг/ил цш<„ МГ/М"

диаметр высота

г> с. СО S02 Пыль N0x(N02) HCl HF 1,5 45 0,00001 -V") 0,000053/ 0,000168 0,000048 V 0,0000628 0,0000011 3.0 0,5 0,5 0,085 0,05 0,02

2а СО S02 Пыль N0^(N02) HF 3,0 50 0,0001165 0,000367 0,0013437 0,0003728 0,0004889 0,0000064 3,0 0,5 0.5 0,085 0,05 0,02

Полученные данные свидетельствуют об очень большой разнице между ЩК и максимальными приземными концентрациями всех вредных компонентов отходяидох газов.

Аналогичный анализ по солям т'яжелых металлов в отходящих газах показал, что их содержание в приземном слое ниже среднесуточных и максимально-разовых ПДК.

При расчете для максимальной приземной концентрации ПАУ и диоксинов учтены данные датской фирмы "Волунд" о содержании ПАУ на 1 кг сжигаемых ТБО и угля в зависимости от интенсивности горения, а также использованы данные анализов летучей золы на спецзаводе N3, пересчитанные для условий анализируемых вариантов.

Результаты расчетов сведены в табл. 3.

- 11 -

Таблица 3

Массовые расходы и максимальные приятие концентрации 11ЛУ и диоксинов при термическом обезвреживании ТБО и ПСУ в условиях шахты "Смирнове^" (по вариантам 2 и 2а)

ПАУ, диоксины Массовые м, ю расходы, Максимальные приземные концентрации См, 1О~0 мг/м3 пдк 10 !? мг/мл

Варианты

о {, 2а 2 2а

Еензапирен 0,057 0,350 0,0000325 0,0004516 нет

Гензепирен 0,962 5,580 0,0005495 0,007209 нет

15г.ч;-антрацен 0,136' 0,868 0.0000776 0,0011201 ' 0,15

К' зронен 0,655 0,902 0,0003742 0,001164 нет

<1гнактрен 3.279 23,106 0,0018732 0,0298182 нет

Мирен 2,654 £6,911 0,0015162 0,0347206 30

::.:1.,7,8 -1Ш, 0,000010 0,000036 0.6213-10'е 0,20565-10"7 0,2^2- 10 °

По результатам исследований сделан вывод о высокой экологической чистоте подземного термического обезвреживания ТБО совместно с | одновременным сжиганием угля для образования дополнительных полостей в плане загрязнения атмосферы, при этом принципиально возможно существенное увеличение^производительности МСУ.-

Острым остается вопрос загрязнения подземных вод фенолами при сжигании угля.

Шлаки от сгорания ТБО и угля являются практически нетоксичными и могут без ограничений размещаться в горных выработках и в выработанном пространстве.

Нелетучая зола должна складироваться на полигонах с учетом изложенных выше требований.

Экономическая оценка анализируемой технологии предусматривала на начальном этапе поиск базы данных по капитальным и эксплуатационным затратам на сооружение полигонов и мусоросжигательных заводов, а также стоимость размещения 1 т ТБО на полигонах или сжигания 1 т ТБО на мусоросжигательных заводах. Кроме того, проанализирована стоимость сооружения и эксплуатации опытно-промышленных участков подземного сжигания угля.

Экономико-математическая модель экономического эффекта от пе-

- 12 -

реоборудования закрываемой шахты для размещения огходог имеет шк

Э - АЛ - (С + Ец'К) + ЛУ -- шах, (3)

где ЛП - годовая прибыль от работы подземной МСУ и размещения шлаков в подземном пространстве шахты;

ЛП - Шо-Со)-В-3+(Цто-Сто).В-0+Шту-СГ1,)-Д.Т, (4)

Цо - плановая стоимость термического обезвреживания 1 т ТБО; С0 - себестоимость термического обезвреживания 1 т ТБО; Иго-отпускная цена 1 т пара, получаемого при утилизации тепла от сжигания 1 т ТБО; Сто - себестоимость 1 г пара от утилизации тепла при сжигании ТБО; Цту - цена 1 т пара, отпускаемого потребителю и получаемого за счет ПСУ; СТу - цена 1 т пара при сжигании 1 т угля; Д - количество сжигаемого (вынимаемого! угля в час;

ДУ - ущерб окружающей среде.;

ЛУ - ЛУВ + ДУвд + ЛУз + йУн ЛУФ, (5),

ДУВ - ущерб от загрязнения воздуха; ДУВд - ущерб от загрязнения водного бассейна; ЛУЭ - ущерб земельным ресурсам; ДУН - ущерб • недрам; ЛУФ - ущерб флоре и фауне;

Иц-|Спсу+Сису+Слр^Снир+Ен(Кпер4Кстр+Кпог)

С + Е„К--, (6)

В-0

Сш - затраты на эксплуатацию шахтных выработок, В1иючающие затраты на обеспечение их проветривания, водоотлива, подъема и транспорта; Спсу - затраты на создание дополнительных полостей • в угольном пласте, связанные с механическим погашением целиков или подземным сжиганием целиков и некондиционных запасов угля; Смсу - затраты, связанные с эксплуатацией подземной мусоросжигательной установки с утилизацией тепла и системой газоочистки; СПр - затраты на проектирование комплекса; СНир - затраты на научно-исследовательские работы; КПер - капитальные вложения на переоборудование шахты для приема и доставки отходов и продуктов их термического обезвреживания; КСтр - капитальные' затраты на строительство подземной мусоросжигательной усганов-

- 13 -

ки, теплоэнергетического комплекса и системы газоочистки; Клог - капитс'шьные затраты на строительство участка по . создашь дополнительных полостей в угольном пласте путем погашения или сжигания технологических целиков и некондиционных запасов угля; В - производственная мощность мусоросжигательной установки. т/ч; а - число часов работы установки, ч/год (И - 87В0 ч/год); Ен - нормативный коэффициент экономической э^ективности, Ен- 0,12. Гранитные условия:

СтОШКи с£?<ПДК?3; (7)

2i.iL + + ... + < 1; ~ (8)

ГШК1 ПЯК2 ВДКп

Тел > 30 лет ; (9)

К < Дпог + Фпр ; (10)

Ток < т^к ; ГШ

1,5 млрд. руб. ШК8,0 млрд.руб.., (12)

где Ом 1, С^Т - соответственно максимальные приземные концент-

рации 1-го вредного вещества в приземном слое, в рабочей зоне и

среднесуточные; ТСл - продолжительность захоронения отходов в шах- . те; Дпог - дотации на пвгааение шахты; Фпр - собственные средства

предприятия; т£к - нормативный срок окупаемости капитальных вложений К.

Расчет, выполненный без оценки эффекта от сокращения ущерба природе для условий шахты "Смирновская", показал, что предприятие становятся прибыльным уже в первый год его выхода на проектную мощность. даже если не нормировать капитальные вложения.

Однгшэ при затруднениях со сбытом тепловой энергии, нужно либо снижать издержки предприятия, либо искать дальнейшие пути совершенствования данного направления.

Одним из перспективных направлений повышения экономичности термического обезвреживания ТБО является переработка шлаков на вторсырье. Сортировка шлаков ТБО по назначению и методам аналогична обогащению природного минерального сырья. При проектируемой мини- 14 -

мальной и максимальной производительности подземных МСУ i-.>ahc¡ ожидать годового выхода лома черных металлов от 219 до 755 т и лома цветных материалов - от 44 до 153 т. Из этой оценки следует, что существуют немалые резервы повыпения эффективности термическою обезвреживания ТБО и в подземных условиях.

Особенно перспективны здесь радиометрические методы сепарации, дающие возможность обработки крупнокускового материала (искднч;шгсн операции среднего и мелкого дробления и измельчения), не требующие воды и других реагентов, простые, надежные и экономичные.

Вторым направлением увеличения прибыли предприятия является размещение и обезвреживание промышленных отходов 3 и 4 классов токсичности. Анализ промышленных отходоз предприятий в радиусе до 40 км от шахты "Смирновская" показывает перспективность проработки данного направления в шахтерских регионах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научной задачи -эколого - экономической оценки технологии размещения и переработки отходов в подземном пространстве закрываемых шахт.

Проведенные исследования позволили сделать следующие основные быеоды:

< 1. Установлены тесные корреляционные зависимости объема поддерживаемых горных выработок на момент закрытия пахт от производственной мощности шахты и величины оставшихся запасов. Объемы пригодных для захоронения отходов горных выработок на шахтах Подмосковного и Донецкого бассейнов составляют от 100 до 800 тыс.м3, что, как правило, является недостаточным для создания на базе закрываемых шахт коммунальных предприятий с длительным сроком, службы.

2. С учетом экономических и экологических факторов обоснованы принципиальные технологические ^решения по размещению и обезвреживанию отходов в закрываемых пахтах. Предпочтение отдается варианту с термическим обезвреживанием ТБО и созданием дополнительных полостей в подземном пространстве шахт за счет сжигания технологических целиков у главных выработок, защищенный патентом на изобретение. В горных выработках и. дополнительных полостях размещаются не сами отходы, а продукты их термической переработки, что позволяет полностью обеспечить размещение £5 подземном пространств0 тахты ТБО, на- 15 -

,-:.и"лирл*мне в регионе с населением до 170 тыс. человек в течение r.ici.io 100 лет.

а. Систематизация ранее полученных результатов экологической

• чкнки производственной деятельности экспериментальных участков по !.o.r,:..fмному сжиганию угля и мусоросжигательных установок показала, ¡тс основным вредным компонентам (дымовые газы, ПАУ, диоксины, гели тяжелых металлов) превышения ПДК при имеющихся системах газоочистки ,не наблюдается.

4. Для рекомендованного диапазона производительности подземных муос^ссжигагельных установок (от 29 до 100 т ТБО в сутки при 16-ча-соы'м режиме работы) выполнена экологическая оценка технологии- одновременного сжигания-ТВО и угля в целиках.

Установлено, что максимальные приземные концентрации вредных стхоаящих газов, ПАУ и диоксинов значительно ниже ПДК. Шлаки от пе-Р-'работки ТГО можно размещать в подземном пространстве шахт без ог-piUinvt'HHii, нелетучую золу с фильтров на первом этапе следует скла-' дировать на полигонах.

5. Разработана экономико-математическая модель, позволяющая максимизировать эффект от переоборудования закрываемых шахт для переработки и размещения отходов в подземном пространстве. Прибыль предприятия складывается из доходов от размещения отходов в шахте и продажи тепловой энергии, утилизируемой из отходящих газов.

б. Окономичрские расчеты ■ для условий шахты "Смирновская" "0 "Тулауголь" показали, что проектируемое производство окупается в первый год его эксплуатации после достижения проектной мощности. Дополнительный эффект достигается при создании цеха сортировки шлаков с извлечением черного и цветного лома и захоронения ряда нетоксичных промышленных отходов.

Основшэ положеши диссертации опуйлииовани в следуюиппг работая:

1. 'Экологическая оценка совместного сжигания угля и термического обезвреживания твердых 6ытобых отходов в санируемых шахтах. ГИАБМГГУ, 1994. вып. 3. '

2. Экономическая оценка возможности использования подземного пространства закрывающихся шахт для складирования продуктов термического обезвреживания твердых Ситовых отходов. - ГИАБ МГГУ, 1934, ЫЯ1. 4.

0. Патент Р1> Н 2028639 на изобретение "Способ переработки отходов" (приоритет от 15.04.93 г.). - Опубл. е "Ei", 1934, 1J24 (в соавторстве).

J и -