Концепция избавления биосферы от токсичных отходов в последние десятилетия развивалась во всем мире стремительными темпами. Застрельщиком в этом выступила Федеративная Республика Германия, где высокая стоимость земли сочетается с высокоразвитой горнодобывающей и перерабатывающей промышленностью, при функционировании которой образуется большое количество токсичных отходов, и где при добыче полезных ископаемых в недрах создаются большие объемы неиспользуемых пустот.
Суть изменений, которые стали вноситься в ранее существовавшую концепцию, сводилось к тому, что значительную часть отходов нецелесообразно сжигать или подвергать нейтрализации, а необходимо захоронять или складировать в геологических формациях, являющихся природными изоляторами, поскольку при современном уровне науки и техники невозможно исключить образование неутилизируемых, не подлежащих сжиганию и неподдающихся нейтрализации токсичных отходов, и в связи с тем, что их размещение и накопление на земной поверхности представляет серьезную угрозу жизнедеятельности человека и биосфере в целом, а в будущем возможно их использование.
Геологическими формациями-изоляторами, потенциально пригодными для гарантированного вывода из биосферы любых токсичных отходов, являются: соленосные толщи, толщи глин, вулканические породы, туфы, гнейсы, граниты, эффузивы и другие геологические формации [13, 31].
Естественно, что наиболее привлекательными для захоронения и складирования токсичных отходов являются те из названных толщ, в пределах которых уже существуют горные выработки, образованные при добыче соответствующих полезных ископаемых (каменной и калийной солей, строительных материалов и т. п.). Ибо при этом в распоряжение организаций, которые будут выводить отходы из окружающей среды таким способом, попадет в готовом виде вся инфраструктура горнодобывающего предприятия, необходимая для его функционирования (шахтные стволы, шахтный подъем, вентиляция, надшахтные здания, околоствольные дворы, электроподстанции, все коммуникации и т. д. и т. п.). Это существенно удешевляет и упрощает все работы, связанные с захоронением и складированием токсичных отходов в природных изоляторах. И в особенности в тех случаях, когда для этой цели оказываются пригодными уже существующие горные выработки, если их образование не вызывает опасности возникновения в окружающем массиве воздухе и водопроводящих нарушений сплошности.
Размеры и срок службы подземного хранилища промышленных отходов определяются технико-экономическим обоснованием. При размещении в хранилище отходов, требующих постоянного наблюдения за их состоянием, или отходов, переработка которых возможна в обозримом будущем, срок устойчивости выработок хранилища, а соответственно и самого хранилища, должен быть рассчитан на этот период.
В последние годы реализация концепции надежного избавления окружающей среды от нереализованных, не уничтоженных и не нейтрализованных токсичных отходов путем их захоронения и складирования в геологических формациях, являющихся природными изоляторами, стала набирать темп [13].
Материалы по проектированию технологических схем, выбору методов и организации производства процессов утилизации, обезвоживания и захоронения по типам промышленных отходов представляются проектной организации заказчиком проекта, который, в свою очередь, получает их от соответствующих министерств, ведомств, акционерных обществ.
В Приложении 3 [29] существует полная классификация объектов размещения отходов.
2.1. Выбор места размещения хранилищ
Согласно современным требованиям размещение неутилизируемых промышленных отходов должно осуществляться в пределах специальных полигонов, обеспечивавших их изоляцию и экологическую безопасность на такой срок, пока они не станут безвредными для человека или не будут разработаны экономически приемлемые технологии их переработки и последующего использования.
К подземным хранилищам промышленных отходов относятся такие, которые располагаются в удаленных от земной поверхности геологических формациях, обеспечивая долговременную изоляцию отходов от биосферы.
Подземные хранилища являются природоохранными сооружениями и предназначены для централизованного сбора и размещения отходов (в том числе и токсичных) промышленных предприятий, научно-исследовательских организаций и учреждений [31]. Размещение промышленных отходов в хранилищах может преследовать две цели – их последующее использование (хранение) и навечное захоронение.
Количество и мощность хранилищ определяются технико-экономическим обоснованием их строительства.
Подземные хранилища могут создаваться как самостоятельные предприятия или существовать совместно с горнодобывающими предприятиями на его шахтном поле.
В соответствии с классификацией отходов (см. Приложение 2, Таблицы 1, 3, 4) представляется целесообразным рассмотреть необходимые требования к выбору места расположения хранилища, его проектированию, строительству и эксплуатации. При складировании нескольких типов отходов может возникнуть необходимость в размещении каждого из них в отдельной камере (выработке), если они не совместимы друг с другом. Кроме того, следует предусмотреть пути и механизмы доставки отходов, определить последовательность доставки в хранилище, разработать способы нейтрализации, если отходы токсичные, и мероприятия по уборке незапланированного просыпа и пролива отходов [31].
В общем виде подземное хранилище представляет собой сложное сооружение, состоящее из наземного и подземного комплексов и соединяющих их выработок, предназначенных для доставки отходов в хранилище, проветривания и проведения необходимых наблюдений за состоянием выработок и самих отходов.
Подземное хранилище является дорогостоящим сооружением, поэтому оно должно быть ориентировано на прием отходов I, II, III и, при необходимости, IV классов опасности, перечень которых в каждом конкретном случае согласовывается с органами
и учреждениями санитарно-эпидемиологической службы, заказчиком и разработчиком проекта хранилища, а при размещении хранилища на территории горнодобывающего предприятия – с этим предприятием.
Твердые промышленные отходы IV класса в основе своей являются инертным и нетоксичным материалом. По согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы, гортехнадзора и администрацией горнодобывающего предприятия они могут размещаться в выработанном пространстве в качестве закладки или же при согласовании с учреждениями коммунальной службы могут вывозиться на полигоны складирования городских бытовых отходов и применяться в качестве изолирующего материала.
Размещение взрывоопасных отходов может представлять опасность при транспортировке, складировании и хранении. Для уменьшения опасности (до размещения отходов в хранилище) целесообразно предусматривать возможные мероприятия по переводу их из одного класса в другой: по переводу из взрывоопасных в невзрывоопасные, из самовозгорающихся в несамовоагорающиеся, из выделяющих при разложении вредные газы в не выделяющие их, из растворимых в воде в нерастворимые [31].
Перевод отходов из одной группы в другую необходимо производить на предприятиях в соответствии с имеющимся оборудованием и технологией. Для уменьшения объема отходов целесообразно, предусматривать обезвоживание или флегматизацию жидких и прессование твердых промышленных отходов на предприятиях – производителях отходов. Высвобождающуюся воду можно пустить в технологический процесс, уменьшив объем отходов и количество доставочных средств.
При малых объемах работ, а соответственно, и малом объеме отходов бывает технически и экономически нерационально обезвоживать и обезвреживать отходы на самом предприятии, выгоднее построить завод по обезвоживанию, обезвреживанию и прессованию отходов.
Помимо геологических формаций, являющихся безусловными изоляторами, для вывода токсичных отходов из биосферы могут использоваться и те толщи, заключенные в них, которые не являются проводниками вод и рассолов. Для этого и в тех, и в других толщах должны существовать природные или создаваться техногенные объекты, пригодные или предназначенные для этой цели.
Основными природными объектами, которые могут использоваться для вывода токсичных отходов из биосферы, являются пласты-коллекторы, освобождающиеся при отборе из них нефти и газа, а также располагающиеся на больших глубинах (5 и более км) толщи трещиноватых пород, сквозь которые не циркулируют воды и рассолы [13].
Возможность использования природных объектов этих двух типов для надежного вывода токсичных отходов из окружающей среды, как правило, не требует дополнительных обоснований, так как полная изоляция их от биосферы существует миллионы лет.
К основным техногенным объектам, пригодных при определенных условиях для использования с той же целью, относятся [13, 31]:
- выработанные пространства, образованные при добыче солесодержащих полезных ископаемых (каменной соли, калийных солей) как через скважины методом подземного выщелачивания, так и шахтным способом;
- выработанные пространства, образованные при шахтной добыче строительных материалов (гипсов, туфов, мраморов) и различных руд;
- выработанные пространства, образованные при подземной выплавке серы и подземном сжигании угля с целью получения газа;
- выработанные пространства, образованные в нетрещиноватых породах специально для захоронения и складирования токсичных отходов (в глинах, в солях, в гранитах, гнейсах и эффузивах);
- зоны разуплотнения, разрыхления и расслоения, возникшие в породной толще над и под выработанными пространствами, образующимися при добыче полезных ископаемых;
- конверсируемые военные объекты различного назначения (ракетные шахты, подземные склады и т.п.);