2809

Окончание табл. 2

141

В бумажной промышленности при производстве бумаги широко используется крахмал. Его добавляют:

–при размоле целлюлозы, что увеличивает набухание волокон, их гибкость и эластичность, способствует образованию дополнительных межволоконных связей в готовой бумаге;

–на мокром конце бумагоделательной машины для повышения прочности бумаги, для придания упругости и устойчивости к истиранию и излому;

–для улучшения внешнего вида и типографских свойств бумаги, увеличения прочности, придания гидрофобности;

–при производстве картона для проклейки плоских слоев и для склеивания листов гофрокартона [4].

Обширное использование крахмала отражается в повышенном содержании ХПК сточных вод отрасли. Снизить данный показатель – достаточно непростая задача. Сточные воды целлюлозно-бумажного предприятия, пройдя через систему очистки, далеко не всегда соответствуют нормативам по показателю ХПК.

На сегодняшний день существуют несколько методов очистки сточных вод, которые можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические методы. Применение нескольких методов очистки вместе называется комбинированным методом.

Системы очищения сточной воды целлюлозно-бумажного про-

изводства включают в себя установки механической, химической и биологической очистки. Они предназначены для удаления взвешенной, коллоидной и растворенной фазы загрязнений из сточной воды. Выбор методов и их комбинаций на каждом этапе определяется исходными свойствами сточной воды, а также требованиями, предъявляемыми к качеству очищенных стоков.

Основные способы очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности представлены на рис. 2 [5].

В бумажной промышленности часто комбинируют методы химической и биологической очистки вещества со сточных вод.

Наиболее перспективным, безопасным, экономически выгодным методом понижения уровня ХПК сточных вод целлюлознобумажного комбината является биологический метод очистки. Одним из наиболее показательных примеров является применение BioRemove 1100. ЦБК с обычной системой активного ила в среднем превышает ежедневно максимально разрешенный уровень ХПК на 64 %, вследствие чего предприятие вынужденно платить высокие штрафы.

142

Способы очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности

Испарение Мембранные технологии

Расширенная

флокуляция

Рис. 2. Способы очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности

После применения BioRemove 1100 уровень ХПК в сточных водах был снижен на 36 %. Максимальные суточные нарушения ХПК снизились. Без использования биопрепарата из 112 дней наблюдения 72 дня ХПК был превышен. Во время применения биопрепарата (90-дневная программа) уровень ХПК был превышен только в первые 12 дней после начала использования, в остальные дни он был в норме. Эффективность удаления ХПК увеличилась с 72 % перед программой до 80 % во время ее проведения [6]. Производственное предприятие уменьшило свои эксплуатационные расходы, снизив связанные с нарушением штрафы.

На основании проведенных теоретических исследований можно сделать следующие выводы:

1. Российская Федерация обладает огромными запасами лесных ресурсов, что является основным фактором развития целлюлозно-бу- мажной промышленности. Отрасль играет немаловажную роль в экономическом развитии страны. Но вместе с тем целлюлозно-бу- мажная промышленность является крупнейшим источником загрязнения окружающей среды, в частности водных объектов.

143

2. На целлюлозно-промышленных комбинатах внедрены очистительные системы сточных вод, которые позволяют повысить качество сточных вод, сбрасываемых в водные объекты. Системы очищения сточной воды целлюлозно-бумажного производства включают в себя установки механической, химической и биологической очистки, а также используют комбинированные методы очищения. Однако, несмотря на существующие на данный момент методы очистки, качество сточных вод ЦБК не всегда соответствует общепринятым требованиям. Наиболее распространенным нарушением является повышения уровня ХПК. Это связанно с применением крахмала на различных этап производства бумаги.

3. Актуальной технико-экологической задачей современных исследований является создание более эффективного и менее затратного способа очистки сточных вод ЦБК.

Список литературы

1.Производство бумаги и картона в России [Электронный ре-

сурс]. – URL: http://geo.1september.ru/2005/ 07/24k.htm (дата обращения: 15.10.2015).

2.Степанов А. Сульфитно-целлюлозные заводы: прошлое, настоящее, будущее // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2000. – № 1.

3.Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения / М-во здравоохранения СССР. – М., 1988.

4.Лоутон Д. Первичный крахмал // Зерно. – 2004. – № 1–3. –

С. 195–202.

5.Wastewater solutions – biological wastewater treatment products. – URL: http://www.novozymes.com/en/solutions/ wastewater-solutions (дата обращения: 15.10.2015).

Об авторах

Залевская Юлия Михайловна – магистр кафедры охраны ок-

ружающей среды, Пермский государственный национальный исследо-

вательский университет, e-mail: ylia_15@list.ru.

Белик Екатерина Сергеевна – кандидат технических наук,

доцент кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: zhdanova-08@mail.ru.

Бурмистрова Маргарита Вячеславовна – студентка кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

144

УДК 622.002.8:622.831.3

М.Д. Здоровцева, Т.В. Свиридова

УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ РЕГИОНОВ С РАЗВИТОЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТЬЮ ПУТЕМ РЕКУЛЬТИВАЦИИ КАРЬЕРОВ

Рассмотрена ситуация с отходами на Южном Урале в настоящее время. Проанализированы вопросы рекультивации выработанного карьерного пространства. Подробно рассмотрены примеры различных вариантов рекультивации.

Ключевые слова: отходы, рекультивация, карьер, отвалы, металлургическое производство.

M.D. Zdorovtseva, T.V. Sviridovа

IMPROVE THE ENVIRONMENTAL SITUATION REGIONS WITH DEVELOPED METALLURGICAL INDUSTRY

BY RECULTIVATION OF PITS

The article describes the current situation of waste in the South Urals. Analyze issues reclaiming mined quarry area. Examples are considered in detail the various options reclamation.

Keywords: waste, reclamation, pit mining, dumps, metal production.

Среди важнейших теоретических и прикладных проблем в сфере охраны природных ресурсов все более актуальное значение приобретают проблемы предотвращения и ликвидации последствий отрицательного влияния металлургического производства на природные ландшафты [1].

На Южном Урале насчитывается около 60 техногенных образований минерального сырья. Занимаемая ими площадь составляет порядка 10 тыс. га. По данным регионального министерства промышленности, к 2011 году в Челябинской области в отвалах накоплено свыше 2,5 млрд м3 различных горных пород, 250 млн т отходов обогатитель-

145

ных и металлургических производств, около 100 млн т шлаков и золы теплоэлектростанций.

Накопление отходов горно-металлургического производства осуществляется непрерывно, однако ежегодно утилизируется не более 30 % образующихся отходов.

Металлургическое производство находится в тесной взаимосвязи с горнодобывающей промышленностью. Отходы металлургического производства могут быть использованы для рекультивации техногенных пустот, образованных в результате добычи полезных ископаемых открытым способом.

Известно, что любой способ добычи полезных ископаемых значительно влияет на природную среду. Особое воздействие испытывает верхняя часть литосферы, происходят значительная выемка пород и их перемещение. Первичный рельеф заменяется техногенным. В горной местности это приводит к перераспределению приземных потоков воздуха. Нарушается цельность определенного объема пород, увеличивается их трещиноватость, появляются крупные полости, пустоты. Большая масса пород перемещается в отвалы, высота которых достигает 100 м и более. Откачка воды из карьеров и шахт создает обширные депрессионные воронки, зоны снижения уровня водоносных горизонтов. При карьерной добыче диаметры этих воронок достигают 10– 15 км, площади – 200–300 км2. Проходка шахтных стволов приводит также к соединению и перераспределению вод между ранее разобщенными водоносными горизонтами, прорывам мощных потоков воды в туннели, забои шахт, что значительно затрудняет добычу. Истощение грунтовых вод в районе горных выработок и осушение поверхностных горизонтов сильно влияют на состояние почв, растительного покрова, величину поверхностного стока, обусловливают общее изменение ландшафта.

В настоящее время в России накоплено около 100 млрд т отходов горнодобывающей отрасли. Значительную часть из них составляют породные отвалы. Породы отвалов могут иметь широкое применение в качестве сырья для различных отраслей промышленности. Однако масштаб использования этих пород в целом незначителен и находится в пределах 3–10 %. Это является следствием того, что формирование отвалов зачастую осуществляется без учета возможности их дальнейшей переработки. Бессистемное складирование с перемешиванием горных пород различных типов впоследствии приводит к значительному росту издержек на их переработку [2].

146

Острая экологическая ситуация сложилась на Урале, где горными работами существенно нарушен и продолжает нарушаться ландшафт местности. В Челябинской области в течение 30 лет исчезла гора Магнитная, в которой находились запасы железных руд (рис. 1), эта же участь постигла горы Высокую и Благодать в Тагило-Кувшинском районе [5].

Рис. 1. Отвалы горы Магнитной

На сегодняшний день вокруг городов с тяжелой промышленностью насчитываются десятки отработанных и действующих карьеров, являющихся источником загрязнения окружающей среды. Несмотря на истощение близлежащей сырьевой базы, перерабатывающие предприятия продолжают функционировать за счет использования сырья из других регионов, стран и континентов. Крупные промышленные предприятия, обладающие собственными отработанными карьерами, размещают в них отходы производства, одновременно решая вопрос их рекультивации [2].

Анализ горнотехнической литературы показал, что в настоящее время нет четкого понятия технической рекультивации техногенных пустот. В основном под этим мероприятием понимается засыпка пустот после отработки карьера различными материалами, чаще всего отходами горного производства. Достаточно часто образовавшиеся пустоты просто заполняются водой.

Рекультированными называются земли, на которых восстановлены продуктивность, народно-хозяйственная ценность и улучшены

147

условия окружающей среды. Выделяют технический этап рекультивации (техническую рекультивацию) – этап рекультивации земель, включающий подготовку для последующего целевого биологического освоения и использования в народном хозяйстве. Следующим этапом рекультивации является биологический этап – этап рекультивации земель, включающий комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий по восстановлению плодородия нарушенных земель [1].

ВГермании осуществляют рекультивацию в несколько приемов, способствующих ускорению естественного восстановления биоценозов на карьерах, выводимых из эксплуатации. В частности, не рекомендуют открывать для добычи площади, превышающие несколько гектаров, а при переходе на следующий участок необходимо немедленно начинать работы по технической рекультивации выработанного участка. Это позволяет не только своевременно осваивать средства, предназначенные для работ по рекультивации, но и создает оптимальные условия для минимизации воздействия на окружающую среду

иуспешного самовосстановления растительности на рекультивируемых участках.

Восстановление растительности на склонах карьеров можно проводить в несколько этапов, например: на первом этапе – высев трав, на втором – высев семян древесных пород. При этом для сохранения всходов особенно важна влажность, так как гипс и известняк обладают огромной фильтрационной и водно-абсорбционной способностью. Если нет возможности регулярно увлажнять склоны в первую неделю после посева, то высев семян следует спланировать на благоприятный сезон, когда климатическая норма имеет ежемесячное максимально количество осадков (в Германии это конец марта, апрель)

идостаточную обеспеченность теплом [3].

Вкачестве примера удачной рекультивации сернокислых ландшафтов рассмотрим опыт ученых из Пермского национального иссле-

довательского политехнического университета. В районах добычи и переработки полезных ископаемых, содержащих серу, большое распространение получили сернокислые ландшафты. В поверхностных условиях происходит окисление сульфидов и органической серы, в результате чего формируется кислая реакция среды. Составными частями сернокислого ландшафта на территории Кизеловского угольного бассейна являются нарушенные земли, представленные зонами влияния отвалов и промплощадок, участками прежнего сброса кислых

148

шахтных вод. Общая площадь нарушенных земель измеряется сотнями гектаров. Были проведены лабораторные и натурные эксперименты по восстановлению данных площадей. В процессе эксперимента при совместном использовании отходов Березниковского содового завода

иактивного ила ОАО «Метафракс» на опытном участке площадью 150 м2 (участок сброса кислой воды шахты «Широковская» Кизеловского угольного бассейна) был создан почвенно-грунтовый слой, на котором в оптимальном соотношении развивались злаки (канареечник)

ибобовые (клевер) с фитомассой, соответствующей зональным суходольным пастбищам (рис. 2). Проведенные исследования доказали экологическую безопасность растений. Предлагаемый метод эффективен и экономичен, так как использование промышленных отходов снижает стоимость мероприятий в 4–6 раз [4].

Рис. 2. Результаты опытно-промышленного опробования метода рекультивации нарушенных земель

Для решения проблемы по восстановлению земель в Краснооктябрьском бокситовом рудоуправлении (Казахстан) была применена биологическая рекультивация. Первоначальной задачей ставилась рекультивация карьеров и отвалов Аятского рудника, расположенных на наиболее плодородных землях. Отвалы и террасы отвалов тщательно планировались, откосы было решено оставить в естественном состоянии, так как выполаживание привело бы к существенному дополни-

149

тельному нарушению земель (рис. 3). Спланированные отвалы были засыпаны почвенно-плодородным слоем мощностью не менее 30 см, был произведен посев трав. Чаши карьеров было решено использовать под водоемы, поскольку в Казахстане достаточно остро стоит проблема водных ресурсов. В дальнейшем в водоемы была запущена рыба.

Рис. 3. Карьер Аятского рудника

Следующим объектом, подлежащим рекультивации, был карьер рудного тела № 25. Он был полностью засыпан вскрышными породами близлежащего карьера, покрыт почвенно-плодородным слоем и засеян травами. Сейчас визуально площадь этого карьера невозможно обнаружить: настолько она слилась с местностью [6].

Рекультивированные земли используют не только для создания сельскохозяйственных угодий и лесопосадок, но и в качестве рекреационных зон.

В Шанхае (Китай) переделали заброшенный карьер в новую городскую достопримечательность. Вокруг горной выработки разбили ботанический сад, насчитывающий более 9000 видов растений. Центральным элементом парка стал заполненный водой котлован. Для визуальной связи «скрытого» водоема с окружающим пейзажем в саду обустроили искусственное озеро. Ботанический сад и район карьера соединили мостом со смотровыми площадками (рис. 4) [7].

В Англии на месте карьера по добыче каолина расположен огромный экологический парк Eden Project («Эдем»), включающий в себя ботанический сад и парковую зону общей площадью 15 га [7].

150