Устойчивое развитие экологической системы согласно концепции устойчивого развития, принятой на Конференции ООН по охране окружающей среды, которая прошла в 1972 г. в Стокгольме, включает социальный, экологический и экономический аспекты. В связи с этим наиболее точным, по моему мнению, является следующее определение устойчивого развития экономической системы. Под устойчивым развитием экономической системы понимается ее способность обеспечивать и поддерживать стабильное развитие на высоком качественном уровне в течение определенного времени, сохранять динамические характеристики, несмотря на влияние стратегических и тактических факторов, благодаря их предвидению и предотвращению, реализуя свои функциональные задачи - удовлетворение потребностей людей в жизненных благах [3].
1.2 Проблемы устойчивого развития при обращения с химотходами
Темпы роста объемов отходов в индустриально развитых странах как минимум вдвое превышают динамику материального производства и естественного прироста населения. Ежегодно выбрасывается в атмосферу 1 млрд. т загрязняющих веществ (без диоксида углерода), а в гидросферу -- 17 млрд. т. Всего на планете каждый год образуется 85 млрд. т отходов (в России -- 7 млрд. т). Их общий объем к концу 1990-х годов достиг 1500 км 2, что эквивалентно 600 000 пирамид Хеопса. В составе промышленных отходов около 15% приходится на токсичные отходы, содержащие тяжелые металлы и другие ядовитые вещества. Большую опасность представляют отходы, содержащие фенольные соединения. В общей сложности в мире ежегодно образуется около 350 млн. т токсичных отходов, причем 80% из них -- в США [4].
По приблизительным оценкам, к концу ХХ века в мире в отходах накоплено (в млн. т) меди -300, цинка - 200, хрома - 70, свинца - 20, никеля - 3,5, кадмия - 0,9, ртути - 0,5. Полигоны хранения токсичных отходов представляют собой «химические бомбы». Так, недалеко от города Санкт Петербурга находится полигон «Красный бор», на котором хранятся сотни тысяч тонн особо токсичных отходов, содержащих мышьяк, фтор, ртуть, свинец, синильную кислоту, фосфор. Это одна из самых мощных «бомб» в России. Увеличение выбросов загрязняющих веществ в ОС связано с изношенностью оборудования.
Наибольшей проблемой служит то, что в металлургическом производстве, в частности в черной металлургии, при технологических мероприятиях образуется огромное количество твердых отходов. Твердыми промышленными отходами принято считать остатки материалов, сырья, утратившие полностью или частично свои потребительские свойства при производстве продукции или выполнении работ. Отходы складируются на больших площадях полезных земель, измеряющихся в тысячах гектаров. Шлакоотвалы в большинстве случаев оказывают на окружающую среду отрицательное воздействие [4].
К сожалению, но практически на всех стадиях производства образуются твердые отходы. Например, на получение 1 тонны стали используется 4,7 т сырья, из которых 0,406 тонн уходит в твердые отходы. Все металлургические шлаки содержат железо, а также большие количества соединений фосфора и СаО и другие элементы, которые активно используются в качестве удобрений для сельского хозяйства. В сталеплавильном производстве образуется в два раза меньше шлаков [5].
Как было сказано выше, твердые отходы занимают полезные площади, что приводит к сильному истощению земель и окружающей их среды. Из-за ветров происходит постоянное пыление отвалов, что приводит к отравлению воздушного бассейна. Осадки же выщелачивают из отвалов опасные химические элементы и соединения, что приводит к заражению почвы. После того, как земли освобождают из-под отвалов, их невозможно использовать для сельскохозяйственного назначения, они становятся непригодными, тем самым образуются так называемые «индустриальные пустыни» [Там же].
В наше время черная металлургия является мощнейшим загрязнителем окружающей среды, поэтому практически все промышленные предприятия являются источниками образования многотоннажных отходов производства. Часть отходов не может быть переработана, поэтому необходимо строительство специального полигона. Полигоны являются природоохранными сооружениями и предназначены для сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленности.
1.3 Состав отходов и срок эксплуатации хранилищ
Пруды-накопители проектируются для хранения химотходов производства холоднокатного листа и коксохимического производства ОАО «Северсталь». В накопитель коксохимического производства (№1) поступает:
1) кислая смолка улавливания химпродуктов (ЦУХП);
2) мусор с территории ЦУХП-I, ЦУХП -II, смолоперегонного цеха (СПЦ), пекококсового цеха (ПКЦ), цеха ректификации сырого бензола (ЦРСБ) и установки биохимической очистки сточных вод (БХУ) [11].
Также в него вывозится все, что извлекается их химаппаратуры вышеперечисленных цехов и установок при ее очистке. Кислая смолка образуется в процессе улавливания аммиака из коксового газа раствором серной кислоты и представляет из себя жидкое смолистое вещество в смеси, с водными растворами серной кислоты и сульфата аммония. Часть кислой смолки утилизируется в внутри производства, а 1000 т/год складируется в накопителе химотходов. Смолка в накопитель доставляется самосвальным транспортом. В кузов самосвала ставится коробка со сливным штуцером, которая заполняется через верхний люк. Полное опорожнение осуществляется подъемом в кузовах.
Состав, класс токсичности и объемы отходов, предназначенных для хранения в проектируемых хранилищах, принят на основании справок, выданных в ОАО «Северсталь» в качестве исходных данных для проектирования.
Годовой объем отходов от коксохимического производства составляет 5000 т/год, в том числе жидкая смолка -1000 т/год, общепроизводственный мусор - 4000 т/год. Класс токсичности отходов - II. Кислая смолка (отходы сульфатных отделений цехов химического улавливания и цеха ректификации сырого бензола) смолообразная масса из продуктов полимеризации непредельных углеводородов, бензольных углеводородов и сернистых соединений. Общепроизводственный мусор от уборки помещений, территории, строительно-монтажных работ, а также от очистки оборудования в химических цехах [11].
Годовой объем отходов от производства холоднокатного листа составляет 5000 т/год, состоит из обводненного замасленного шлама и общепроизводственного мусора. Класс токсичности отходов - II.
Хранение отходов от каждого цеха предусматривается раздельно. Всего устраиваются две секции ёмкостью 119,5 тыс. м3 для КПХ и 119,5 тыс. м3 для ПХЛ. Площади зеркала отходов в секциях при полном их заполнении составляют соответственно 21370 м2 и 20980 м2.
Срок заполнения хранилищ с учетом выпадающих атмосферных осадков составит в среднем 12 лет. Увеличение ёмкости хранилищ на отведенной площадке не представляется возможным из-за ограниченности рассматриваемой территории в плане
Загрязняющие вещества при эксплуатации хранилищ химотходов выделяются только от отходов сульфатных отделения цеха ректификации сырого бензола. Загрязняющими веществами, испаряющимися с поверхности хранилищ, является: бензол, фенол, стирол.
1.4 Конструктивные элементы и система сооружений хранилища
Предусматривается строительство хранилищ химотходов на отдельной территории площадью 111,16 га с ограждающими дамбами, высотой 12,0 м, из суглинков, разрабатываемой на территории промышленной площадки ОАО «Северсталь». С отведенной под хранилища территории с площадью 2,5 га убираются отходы производства с перемещением их в тело основной свалки [12].
Примыкание секций с однотипными видами отходов существующего и проектируемого хранилищ позволяет вести работы в направлении закрытия действующего хранилища после полного его заполнения твердыми отходами. С этой целью в гребне северной дамбы действующего хранилища устраиваются две водосливные трубы для сброса вытесняемых жидких отходов из действующего хранилища в проектируемое хранилище химотходов.
Проектом предусматривается проведение работ по благоустройству прилегающих к хранилищу территорий, включая откосы разбираемой свалки промышленных отходов с посадкой саженцев деревьев смешанных пород и засевом трав. Для наблюдения за уровнем грунтовых вод и их загрязнением устраивается сеть наблюдательных скважин, охватывающих территорию, занимаемую обоими хранилищами химотходов и прилегающими к ним промышленными свалками. Также предусматривается устройство на внешнем откосе ограждающих дамб четырех площадок, отсыпаемых из шлака, с установкой на них поверхностных и глубинных реперов для наблюдения за свалками гребня и основания дамб. Здесь же устраиваются глубинные пьезометры для контроля за положением кривой депрессии. Четыре пьезометра (основные) устанавливаются на придамбовом проезде в проектируемых створах.
Вокруг хранилища предусматривается устройство ограждения, с воротами в местах его пересечения с проездами. Ограждение устраивается вокруг проектируемого и существующего хранилища химотходов [12].
На основании указанного в главе сделаны следующие выводы:
1. В связи с нарастающей угрозой экологической катастрофы и сильнейшим экологическим кризисом в России необходим переход к устойчивому развитию.
2. Темпы роста объемов отходов в индустриально развитых странах как минимум вдвое превышают динамику материального производства и естественного прироста населения.
3. Полигоны хранения токсичных отходов представляют собой «химические бомбы».
4. Состав, класс токсичности и объемы отходов, предназначенных для хранения в проектируемых хранилищах, принят на основании справок, выданных в ОАО «Северсталь» в качестве исходных данных для проектирования.
5. Срок заполнения хранилищ с учетом выпадающих атмосферных осадков составит в среднем 12 лет.
2. Материалы и методы исследований
2.1 Объекты исследований
Объектом исследования является хранилище химотходов коксохимического производства в г. Череповец. Площадка строительства проектируемых хранилищ химических отходов производства холоднокатаного листа и коксохимического производства расположена на территории существующего накопителя химических отходов ОАО «Северсталь», на северо-западной окраине города Череповец, на правобережье реки Кошта. Выбор площадки проектируемых хранилищ обусловлен природными экономическими факторами с учетом сложившейся обстановки с хранением и утилизацией отходов и с учетом наличия свободных земель, отведенных ОАО « Северсталь». Отведенная под хранилища площадка имеет удобны подъезды с восточной и западной сторон. Поверхность площадки плоская, занята смешанным, частично вырубленным лесом. Часть площадки затоплена. В восточной части площадка занята отвалами промышленных отходов и стройматериалов. На юге площадки располагаются действующие хранилища практически заполненные химотходами [8].
Строительство проектируемых хранилищ химотходов в непосредственной близости от действующих хранилищ позволяет уменьшить затраты на строительство. Чтобы снизить общее их негативное воздействие на экологическую обстановку в рассматриваемом районе по сравнению с другими вариантами их размещения и дает возможность вести, в перспективе, работы по закрытию и рекультивации действующих хранилищ после заполнения последних твердыми отходами [Там же].
С этой целью складирование твердых отходов от обоих цехов должно производиться в действующее хранилище до полного их заполнения, по отработанной технологии с вытеснением жидкой фракции химотходов в проектируемые хранилища.
2.2 Методы исследований
Для успешного решения задач использовался комплексный методический подход, включающий как описательные, так и лабораторные методы исследования.
Обязательным является метод географического описания по следующим показателям:
a) рельеф и полезные ископаемые;
b) климат и погодные условия;
c) гидрографические и гидрогеологические условия;
d) почвенные условия;
e) флора и фауна.
Для объективного понимания расположения исследуемых объектов, необходим метод экологического картографирования, который основан на получении необходимой информации при помощи карт соответствующего профиля.
При использовании в работе цифровых материалов применялся метод ретроспективного анализа - метод изучения сложившихся в прошлом тенденций технического, социального и экономического развития объекта для формирования его стратегии развития.
Аналитический - метод исследования, при котором изучаемый предмет мысленно или практически разделяется на составные части. Используется для выяснения причин, лежащих в основе самого явления.
Из методов теоретического уровня в работе использовались обобщение, описание и сравнение. Теоретические методы позволяют обнаружить скрытые закономерности в тех или иных объектах или научных фактах.
3. Геоэкологическая характеристика района и площадки для размещения объекта проектирования
3.1 Природно-климатические условия
Район строительства хранилищ химотходов, расположенный в г. Череповец Вологодской области, имеет умеренно-континентальный климат с коротким прохладным летом и затяжной холодной зимой. В течение всего года наблюдается неустойчивость температур [9]. Безморозный период составляет 120 - 128 дней. Средняя температура января -11,3 °С, а минимальная - 49 °С. Средняя температура июля + 17,3 °С, максимальная + 36 °С. Среднегодовая температура района + 6 °С. Максимальная суточная норма осадков составляет 49 мм, среднемноголетняя норма осадков - 757 мм. Среднемноголетняя норма испарения с поверхности хранилищ химотходов составит 531 мм. Относительная влажность воздуха составляет 80 %.