научные и технические аспекты охраны окружающей

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ВСЕРОССИЙСКИЙ ИНСТИТУТ НАУЧНОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
(В И Н И Т И )
НАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ
ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Обзорная информация
Выпуск № 6
Издается с 1979 г.
Москва 2012
Выходит 6 раз в год
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Главный редактор – академик РАН Ю.М. Арский
Ч л е н ы ре дко л ле ги и :
В.А. Быков, Г.А. Лопухов,
И.И. Потапов (зам.главного редактора),
С.М. Резер, И.А. Щетинина, А.Г. Юдин
Е-mail: ipotapov37@mail.ru
© ВИНИТИ, 2012
ОТХОДЫ. МАЛООТХОДНАЯ И БЕЗОТХОДНАЯ
ТЕХНОЛОГИИ
УДК 504.064.43
СПРАВОЧНЫЙ ДОКУМЕНТ ПО НАИЛУЧШИМ
ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ В ОБЛАСТИ СЖИГАНИЯ
ОТХОДОВ
(Продолжение Главы 4 и Глава 5)
4.6 СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОСТАТКОВ
Возможность утилизации твердых остатков от сжигания отходов обычно
определяется с помощью:
▪ содержания органических соединений в остатках
▪ общего содержания тяжелых металлов в остатках
▪ выщелачиваемости металлов, солей и тяжелых металлов в остатках
▪ физической пригодности, например, размера и прочности частиц в
остатках.
Кроме того, рыночные факторы, регламенты и политика, относящаяся к
их применению, и специфические местные проблемы окружающей среды
также оказывают большое воздействие на степень их использования.
Было предпринято много усилий для улучшения экологического качества остатков от сжигания отходов и для утилизации или использования, по
крайней мере, части отдельных потоков остатков. Применяются как встраиваемые в процесс способы, так и способы, реализуемые после процесса
сжигания. Меры, встраиваемые в процесс, предназначены для изменения
параметров сжигания, для того чтобы повысить полноту сгорания или изменить распределение металлов в различных остатках. Способы после процесса сжигания включают в себя: старение (выдержку), механическую обработку, промывку, термическую обработку и стабилизацию. Ниже будут
обсуждаться различные способы.
Международная рабочая группа по золе (IAWG)1 идентифицировала ряд
принципов, которые необходимо учитывать при оценке выгод, а также препятствий, возникающих при утилизации остатков от сжигания:
▪ приведет ли процесс к значительному повышению качества?
▪ окажет ли процесс какие-либо воздействия на здоровье, окружающую
среду или проблемы безопасности?
▪ появляются ли вторичные остатки и где они окажутся?
▪ обладает ли конечный продукт высоким качеством?▪
▪ существует ли долговременный рынок для этого продукта?
▪ каковы затраты на процесс?
Международная рабочая группа по золе была создана в 1989 г. для проведения всесторонней
проверки существующих научных данных и подготовки научных монографий по определению характеристик, размещению, переработке и использованию остатков от сжигания муниципальных твердых отходов. IAWG является как подгруппа Международного энергетического
агентства в рамках деятельности по термической конверсии под эгидой Биоэнергетического
соглашения по теме “Утилизация энергии из муниципальных твердых отходов”.
1
2
Для некоторых остатков, образовавшихся в процессе сжигания отходов,
может потребоваться специальное законодательство по размещению этих
остатков. В таких ситуациях имеется меньше стимулов для выбора способов,
которые будут повышать качество и возможность утилизации остатков.
4.6.1 Улучшение дожигания шлака
Описание
Улучшение степени дожигания остатков моет быть достигнуто с помощью оптимизации параметров сжигания, для того произошло полное
сжигание связанного углерода. Это можно сделать с использованием одной или более мер, идентифицированных в разделе термической переработки (см. Раздел 4.2).
Более длительное воздействие отходов повышенным температурам в камере сгорания, более высокая температура слоя и механическое перемешивание отходов – все это вместе обеспечивает, что в образующейся золе будет меньше органических видов.
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Содержание органических веществ в шлаке выражается как ТОС (общий
органический углерод) или LOI (потери при прокаливании). Это ключевые
параметры как для размещения, так и для использования шлака. Критерии
приемлемости для полигонов обычно устанавливают максимальный уровень ТОС; а критерии использования обычно устанавливают или максимальный уровень ТОС, или нормированные предельные значения для органических соединений. Улучшение дожигания будет снижать содержание
остаточного углерода и, таким образом, ТОС. ТОС также связан с подвижностью тяжелых металлов в золе. Например, медь выщелачивается в форме
медьорганических комплексов. Поэтому улучшение дожигания будет снижать также и выщелачивание меди.
ТОC определяется в соответствии со стандартом EN 131372, который
также определяет элементарный углерод как ТОС, и который не вызывает
никаких проблем на полигонах. ТОС шлака содержит главным образом
элементарный углерод, но до некоторой степени обнаруживаются также и
органические соединения.
Воздействия между средами
Повышение температуры сгорания вместе с температурой слоя топлива,
как сообщают, вызывает рост образования СаО в шлаке. Это вызывает рост
значения рН шлака. Значение рН свежего шлака часто превышает 12.
Этот рост рН может также привести к росту растворимости амфотерных
металлов, таких как свинец и цинк, которые находятся в высоком количестве
в шлаке. Величина рН шлака может снизиться после стадии сжигания с помощью старения (см. Раздел 4.6.6). Рост рН может быть существенным; в
частности, так как свинец амфотерный, он может растворяться при рН 1112, а затем выщелачиваться.
Применение предварительной обработки для повышения дожигания должно привести к дополнительному потреблению энергии (и выбросам) на стадии
предварительной переработки, и, поэтому, соответствующим дополнительным
2 Европейский стандарт “Определение общего органического углерода в отходах, осадках сточных вод и в отложениях”. В ближайшее время вступит в действие новый стандарт EN 15936/
3
затратам. Они могут быть очень значительными, когда проводится масштабная
предварительная обработка, например, производство топлива из отходов.
Если требуются дополнительные топлива для содействия дожигания, их
потребление является воздействием между средами.
Экономика
Основная предварительная обработка (ограниченное измельчение
некоторых компонентов или смешивание в бункере) отходов может оказаться недорогой и может оказать значительное воздействие на дожигание в некоторых случаях.
Добавка потоков отходов с повышенной калорийностью (например,
пластмассы, автомобильные шредерные остатки, древесные отходы) или топлив для улучшения дожигания может привести к широкому варьированию
цены в соответствии с требуемым материалом и возможностью смешения
различных потоков. Эта практика может привести к росту выбросов СО и
снижению производительности по сжигаемым отходам. Изменение конструкции или замена камер сгорания и компонентов может быть очень затратным для существующих установок, но это можно безусловно рассматривать как часть общей концепции конструкции для всех новых процессов
или тех, которые связаны с существенной реконструкцией.
Оптимизация установки для различных отходов может потребовать дополнительных регулирующих устройств, например, измерительных приборов, элементов управления, контуров управления и т.д. Это может привести
к дальнейшим затратам, в дополнение к любой предварительной обработке.
Некоторые способы могут привести к большему снижению уровней органического углерода в золе, чем требуется согласно EC/2000/76. Значительный рост затрат можно принять, для того чтобы гарантировать самые
низкие уровни ТОС, которые можно достигнуть. Снижение уровней углерода обычно не требуется для повторного использования твердых отходов.
Движущая сила для внедрения
Нормативные положения, установившие предельные значения по ТОС
для остатков с целью их использования и размещения.
4.6.2 Отделение шлака от остатков очистки дымовых газов
Описание
Смешение остатков очистки дымовых газов со шлаком приводит к загрязнению шлака. Вследствие более высокого содержания металлов, выщелачиваемости металлов и содержания органического вещества в остатках
системы газоочистки снижается экологическое качество шлака. Это ограничивает варианты для последующего использования шлака.
Разделение шлака и остатков системы газоочистки состоит в раздельном
сборе, хранении и транспортировании обоих потоков остатков. Это связано, например, со специально выделенными бункерами для хранения и контейнерами, а также специализированными системами обращения для мелких фракций и пыльных остатков системы газоочистки.
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Отделение остатков системы газоочистки от шлака дает возможность
дальней переработки шлака (например, с помощью сухой обработки или
промывки водорастворимых солей, тяжелых металлов в экстракторе золы)
4
для выпуска материала для использования. Смешанный поток не дает возможности переработки в материал для утилизации и не оставляет никаких
вариантов для всего потока остатков, кроме полигонного депонирования .
Они заменяют природные строительные материалы, например, песок и гравий.
Экономика
Снижение затрат может быть, когда появятся рынки для шлака.
Затраты на размещение остатков газоочистки могут быть выше, но объемы их значительно снижены (объемы остатков системы газоочистки составляют 2-3% от массы поступающих отходов, в то время как вместе со
шлаком эта цифра доходит до 15%).
Движущая сила для внедрения
Возрастающие возможности для рециклинга шлака и возможное
снижение затрат.
4.6.3 Отделение стадии отделения пыли от других стадий очистки
дымовых газов
Описание
Удаление пыли перед стадиями газоочистки (стадии удаления кислых
газов и диоксинов), при использовании электрофильтров, циклонов или
рукавных фильтров, без добавки реагентов (аддитивов) позволяет рассмотреть переработку и последующую утилизацию удаленной пыли.
Когда установлен котел-утилизатор, раздельный сбор, транспортирование и хранение котельной пыли служат той же самой цели, хотя и с
меньшей эффективностью сбора.
Отделенная зола может быть возвращена на стадию сжигания для дальнейшей деструкции любых PCDD/F, что может привести к снижению общего выхода диоксинов с установки. Однако рециркуляция летучей золы
может вызвать риск обрастания в печи и случайной концентрации загрязнителей, содержащихся в золе.
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Отделение летучей золы и остатков системы газоочистки может дать
возможность их дальнейшей отдельной переработки и (или) утилизации
(если она разрешена местными нормативными положениями), и, следовательно, снизить количества, требующие конечного размещения.
Возможно снижение общего выхода по диоксинам в процессе сжигания
путем снижения выхода по твердым остаткам с помощью рециркуляции летучей золы в камеру сгорания. Нетермическая переработка летучей золы
(либо отдельно летучей золы, либо вместе с другими остатками очистки)
обычно не изменяет общего массового баланса PCDD/F, но концентрирует
PCDD/F в небольших количествах остатков.
Воздействия между средами
Предварительное обеспыливание может повысить надежность полусухой очистки дымовых газов и других систем газоочистки.
Предварительное обеспыливание с рукавным фильтром должно привести к большему падению давления, и, поэтому, к большему потреблению
энергии, чем с электрофильтром.
5
Эксплуатационные данные
Снижается унос твердых частиц в последующие стадии газоочистки (в
особенности системы мокрой газоочистки), что может улучшить их функционирование и снизить размеры и затраты на этих стадиях.
Экономика
Затраты на дополнительные компоненты технологического процесса и
производственные ресурсы можно скомпенсировать снижением затрат на
размещение остатков от газоочистки.
Движущая сила для внедрения
Когда местные стандарты по выщелачиваемости (и содержанию веществ) таковы, что они позволяют включать летучую золу в шлак, способ будет легко применим.
Высокие затраты на размещение остатков от газоочистки будут содействовать применению способа, для того чтобы снизить общее количество остатков газоочистки, требующих размещения.
Облегчение доступности (и, следовательно, низкие затраты) вариантов
размещения для летучей золы/остатков системы газоочистки будет препятствовать внедрению способа.
4.6.4 Сепарация металлов из шлака
Описание
Из шлака можно извлекать как цветные, так и черные металлы.
Сепарация черных металлов осуществляется с использованием магнита.
Шлак разбрасывается на движущийся транспортер или вибрационный конвейер, и все магнитные частицы притягиваются подвешенным магнитом.
Эта сепарация черных металлов может быть выполнена на необработанном
шлаке после того, как он покинул экстрактор золы. Для эффективной сепарации черных металлов требуется многостадийная обработка с промежуточной стадией дробления и просеивания.
Сепарация цветных металлов осуществляется с использованием сепаратора вихревых токов. Быстро вращающаяся катушка индуктивности
наводит магнитное поде в частицах цветных металлов, что выталкивает
их из потока. Способ является эффективным для частиц с размером от 4
до 30 мм и требует хорошего распределения материала на движущемся
транспортере. Сепарация осуществляется после отделения черных металлов, дробления просеивания.
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Сепарация металлов является необходимой стадией, дающей возможность утилизации различных соединений шлака. Фракцию черных металлов можно подвергнуть рециклингу, обычно после отделения примесей
(например, пыли) в качестве лома для доменных печей. Цветные металлы
перерабатываются за пределами установки для сжигания отходов, с помощью дополнительной сепарации в соответствии с типом металлов, после
чего их можно переплавить. Остающаяся фракция шлака имеет пониженное содержание металлов, и ее можно переработать для получения инертных вторичных строительных материалов.
6
Воздействия между средами
Сепарация черных металлов производится с использованием незначительного количества энергии. Для сепарации цветных металлов требуется
сепарация по размерам и разброс материала. Это связано с потреблением
электрической энергии.
Эксплуатационные данные
Количество утилизируемых металлов зависит от состава поступающих
отходов. Для черных металлов данные из Бельгии дают основание полагать,
что степень утилизации составляет 55-60% (отношение массы утилизированного металла к массе поступившего металла). Эта степень утилизации
подтверждается данными IAWG, согласно которым остаточное содержание
черных металлов в шлаке составляет от 1,3 до 25,8% [4].
Для цветных металлов использование сепарации с помощью вихревых токов после дробления и просеивания позволяет достичь степени утилизации
50% (отношение утилизированной массы к массе на входе). Реальное значение
зависит от условий эксплуатации в печи. Цветные металлы, такие как свинец и
цинк, обнаруживаются в котельной золе и в остатках от очистки дымовых газов.
Алюминий, медь, хром, никель предпочтительно остаются в шлаке. Окисление
этих металлов (например, алюминия до Al2O3) в течение сжигания будет препятствовать эффективной сепарации с помощью сепараторов вихревых токов.
Для сепарированной фракции цветных металлов характерен следующий состав: 60% Al, 25% другие металлы, 15% - остатки. Другими металлами являются
главным образом медь, смеси, цинк и нержавеющая сталь.
Применимость
Магнитная сепарация черных металлов применима на всех новых и существующих установках. Для сепарации цветных металлов требуется место
и достаточная производительность, и ее можно осуществить на внешней
(централизованной) установке для переработки шлака.
Применимость способа в значительной степени связана с содержанием
металлов в отходах, подающихся в печь. Это, в свою очередь, находится под
сильным влиянием режима сбора и предварительной обработки, которой отходы подвергаются перед подачей в печь. Например, районы с масштабными
и хорошо организованными схемами раздельного сбора муниципальных отходов могут удалять значительные количества металлов. Предварительная обработка ТБО для получения топлива из отходов должна производить похожий эффект. На некоторых установках для опасных отходов измельченные
бочки удаляют с использованием магнитов перед сжиганием.
Экономика
Металлическую фракцию можно продать дилерам по продаже скрапа. Цены зависят от чистоты (черные металлы) и состава (цветные металлы) материалов. Цены на цветные металлы определяются на фондовых биржах. Рыночные
цены на эти материалы обычно находятся в диапазоне от 0,01 до 0,05 евро/кг.
Скрап цветных металлов необходимо подвергнуть дополнительной переработке с разделением на фракции металлов. Цены на цветные металлы
зависят от количества примесей (т.е. степени необходимой переработки) и
состава (т.е. цены конечных продуктов). Содержание алюминия и рыночные
цены на вторичный алюминий являются главными определяющими факторами. Цены на фракцию цветных металлов из шлака от сжигания ТБО находятся в диапазоне от 0,1 до 0,6 евро/кг.
7
Движущая сила для внедрения
Заинтересованность рынка скрапа (т.е. рыночные цены) в образующихся
фракциях. Возрастающая рыночная рентабельность очищенного шлака.
Например, цветные металлы могут причинить ущерб, когда они повторно
используются в дорожных работах, такого типа как разбухание. Технические условия для шлака, подвергаемого утилизации, могут включать в себя
содержание металлов. Наиболее проблематичными металлами с точки зрения выщелачиваемости из шлака являются медь, молибден и цинк.
Примеры установок
Сепарация черных металлов осуществляется на большинстве европейских мусоросжигательных заводов либо по месту (главным образом после
сжигания), либо на сторонних установках для обработки шлака.
Сепарация цветных металлов: различные установки для обработки шлака в Нидерландах, Германии, Франции и Бельгии.
4.6.5 Грохочение и дробление шлака
Описание
Различные операции по механической обработке шлака предназначены
для подготовки материалов для дорожного строительства и земляных работ,
которые обладают удовлетворительными геотехническими характеристиками и не причиняют ущерб дорожным работам. Некоторые операции могут
проводиться в течение процесса подготовки:
▪ гранулометрическая сепарация с помощью грохочения
▪ уменьшение размеров с помощью дробления крупных фракций или
иных способов разрушения
▪ сортировка в воздушном потоке для удаления легких несгоревших
фракций.
Встречается три типа грохотов:
▪ вращающийся или барабанный грохот
▪ плоское сито (вращающееся или нет)
▪ грохот с декой звездообразного типа: грохочение осуществляется с помощью перемещения серии роликов, оснащенных рычагами звездообразного типа на каждой оси.
Первичные грохоты, которые используются для приготовления агрегатов из шлака, в большинстве случаев оснащены отверстиями с диаметром
40 мм. С их помощью получаются агрегаты с размером от 0 до 20 мм.
В линии переработки может быть установлена дробилка для разбивания больших кусков, обычно на выходе из первого грохота. Половина
установок оснащена дробилками, в некоторых используется оборудование на участке (механическая лопата, погрузчик, камнедробилка и т.д.)
для дробления блоков.
Разбивание больших кусков имеет несколько преимуществ:
▪ уменьшается количество крупного надситочного продукта
▪ повышается доля грубого дробления в материале, которое придает
опору агрегату
▪ повышается геотехническое качество.
Отделение легких несгоревших фракций или отделение в воздушном
потоке обеспечивается с помощью продувки или аспирации.
8
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Основной выгодой для окружающей среды от процесса механической
обработки является снижение объема отсева и отходов, и, поэтому, более
высокий общий уровень утилизации.
Воздействия между средами
Потребление энергии и возможность шумовых выбросов и пыли являются наиболее заметными такими воздействиями.
Применимость
Способ, в принципе, применим для всех установок, на которых образуется шлак, требующий переработки перед тем, как его можно использовать,
или когда такая переработка может привести к увеличению использования.
Экономика
Экономическая эффективность установки системы для дробления крупных кусков должна оцениваться на основе проектируемого количества и затрат на размещение. Имеется оценка, что срок окупаемости для дробилки
составляет порядка двух лет при дроблении 5% надситочного продукта в
случае установки производительностью 40000 т/год по шлаку или семь лет
для установки производительностью 20000 т/год.
Движущая сила для внедрения
Политика в области качества: она позволяет достичь общего уровня
утилизации более 95% для объекта по обращению со шлаком, образуется
меньше отходов, получается пролукт с повышенным геотехническим качеством и достигается экономическая эффективность.
4.6.6 Обработка шлака с использованием старения
Описание
После сепарации металлов шлак можно хранить на открытом воздухе
или специализированном крытом здании в течение нескольких недель.
Хранение обычно осуществляется в отвалах на бетонном полу. Дренаж и
сточная вода собираются для очистки. Отвалы могут быть увлажнены при
необходимости, с использованием спринклерного оросителя или рукавной
системы, для того чтобы предотвратить образование пыли и выбросов и
создания благоприятных условий для выщелачивания солей и карбонизации, если шлак недостаточно влажный.
Отвалы можно периодически переворачивать для обеспечения однородности процессов, которые происходят в течение процесса старения (поглощение CO2 из воздуха вследствие влажности, дренаж избыточной воды,
окисление и т.д.) и снижение времени пребывания каждой партии шлака на
специализированном объекте.
На практике обычно наблюдается период старения от 6 до 20 недель
(или он предписывается) для обработки шлака перед использованием в
качестве строительного материала или в некоторых случаях перед депонированием на полигоне.
В некоторых случаях весь процесс осуществляется в закрытом здании. Это помогает справиться с пылью, запахами, шумом (от машинного оборудования и транспортных средств) и контролировать фильт9
рат. В других случаях весь процесс полностью или частично проводится на открытом воздухе. Это обычно дает возможность иметь больше
места, что облегчает обращение со шлаком и обеспечивает большую
циркуляцию воздуха для созревания шлака [64], и появляется возможность избежать выбросов взрывоопасного водорода в сочетании с
алюминием в течение процесса старения.
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Свежий шлак не является химически инертным материалом. Старение
выполняется для снижения как остаточной химической активности, так и
выщелачиваемости металлов. Основную деятельность осуществляют CO2 из
воздуха и влажность материала, дождевая вода и распыление воды.
Алюминий в шлаке должен реагировать с Ca(OH)2 и водой с образованием гидроксида алюминия и газообразного водорода. Основной проблемой образования гидроксида алюминия является возрастание объема, так
как это вызывает раздувание материала. Образование газа будет вызывать
технические проблемы, если свежий шлак используется непосредственно
для целей строительства. Таким образом, старение необходимо для создания возможностей по использованию шлака.
Воздействие хранения и старения на выщелачивание можно классифицировать следующим образом:
▪ снижение рН вследствие потребления СО2 из воздуха или биологической активности
▪ создание бескислородных, восстановительных условий вследствие
биоразложения остаточного органического вещества
▪ местные восстановительные условия вследствие выделения водорода
▪ гидратирование и другие изменения в минеральных фазах, вызывающие сцепление частиц.
Все эти эффекты снижают выщелачиваемость металлов и приводят к
стабилизации шлака. Это делает шлак более пригодным для утилизации
или размещения (полигонного депонирования),
Воздействия между средами
Сточные воды от дождей или орошения могут содержать соли или металлы, и необходима их очистка. Вода может циркулировать в системе или
использоваться как техническая вода в установке для сжигания.
Может потребоваться контроль запахов и пыли.
В некоторых местах проблемы могут быть связаны с шумом от транспортных средств и машинного оборудования.
Могут потребоваться средства для предотвращения взрыва на объектах
старения в закрытых зданиях.
Эксплуатационные данные
Данные полномасштабной испытательной программы на немецком
мусоросжигательном заводе иллюстрируют воздействие, которое старение в течение 12 недель оказало на рН шлаков, и на результаты испытаний, полученные с помощью метода DEV S43. рН свежего шлака в испытаниях по методу DEV S4 обычно превышает 12 и снижается до 10 в
течение процесса старения.
3 Немецкий метод проверки на выщелачиваемость, который послужил основой для Европейского
стандарта для метода выщелачивания EN 12457 для определения общих характеристик отходов.
10
Изменение рН не оказало воздействия на свойства выщелачивания молибдена, который находится главным образом в виде молибдата. Устойчивость к выщелачиванию меди и цинка улучшилась в умеренной степени в
материале, подвергнутом старению, в то время как выщелачивание свинца
снизилось почти на 2 порядка величины.
Французское управление горнорудной промышленности провело исследование в течение 18 месяцев, посвященное старению и его воздействию на
выщелачивание 400 тонн отвалов шлака, и пришло к вывод, сходному с выводами немецкого исследования.
Если использовать долговременные периоды старения (например, >20
недель) для золы без черныхметаллов и без переворачивания, выдержанный
шлак заметно отвердеет.
Применимость
Этот способ можно применять ко всем новым и существующим установкам, на которых образуется шлак. Он используется главным образом на мусоросжигательных заводах.
Для некоторых потоков отходов содержание шлака не может существенно улучшиться от такого режима, для того чтобы появилась возможность его полезного использования. В таких случаях движущей силой
для использования этого способа может стать просто улучшение характеристик для размещения.
Экономика
Затраты на старение (выдержку) низкие по сравнению с остальными
установками для переработки. Имеет место экономия затрат на размещение при утилизации.
Движущая сила для внедрения
Законодательство, предусматривающее предельные значения выщелачивания для утилизации шлака в качестве вторичного сырья или для
депонирования.
4.6.7. Обработка шлака с использованием систем сухого обогащения
Описание
Установки для сухого обогащения шлака сочетают способы сепарации
черных металлов, уменьшения размеров и грохочения, сепарации цветных
металлов и старения обработанного шлака. Продукт представляет собой сухой заполнитель с контролируемым размером зерен (например, 0-4 мм, 0-10
мм, 4-10 мм), который можно использовать в качестве вторичного строительного материала.
Процесс состоит из следующих последовательных стадий:
▪ охлаждения шлака до температуры окружающего воздуха
▪ сепарации черных металлов
▪ просеивания
▪ дробления крупных фракций
▪ просеивания
▪ сепарации черных металлов
▪ сепарации цветных металлов
▪ старения .
11
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Способ обеспечивает получение материала, который можно использовать, а также снижает количество остатков для размещения.
Воздействия между средами
Установка потребляет электрическую энергию и может быть источников
выбросов пыли и шума.
Эксплуатационные данные
Данные шлака после обработки представлены в табл. 4.76 и 4.77 для установки, на которой используются следующие процессы:
▪ хранение свежего шлака в сухом состоянии в течение 4-6 недель
▪ предварительное просеивание частиц >150 мм
▪ удаление черных металлов из фракции >150 мм
▪ дальнейшее грохочение (<22 мм, 22-32 мм, >32 мм)
▪ фракция <22 мм продается как заменитель песка
▪ ручная сортировка фракции >32 мм и удаление несгоревших фракций
и сепарация черных металлов, дробление и рециркуляция
▪ воздушная сепарация легких фракций из фракции 22-32 мм и удаление
черных металлов
▪ сепарированные металлические фракции подвергаются грохочению, очистке и хранению перед повторным прохождением процесса отдельно от шлака.
Таблица 4.76
Данные концентрации в выходящем шлаке (мг/кг)
для примера объекта для обработки шлака
Содержание
в
шлаке (мг/кг)
As
150
Cd
10
Cr
600
Cu
600
Pb
1000
Ni
600
Zn
1
Hg
0,01
Таблица 4.77.
Данные, сообщенные о промывной воде для шлака
применительно к обработке шлака
Содержание
в
воде (мг/кг)
As
Cd
5
Cr
200
Cu
300
Pb
50
Ni
40
Zn
300
Hg
1
12
Применимость
Способ применим к новым и существующим установкам. Для достижения экономической целесообразности необходима минимальная производительность. Для полномасштабных установок могут использоваться внешние (централизованные) установки для обработки шлака.
Экономика
Основной выгодой является предотвращение затрат на размещение; помимо этого, экономика операций по обработке шлака зависит от рыночных
цен получаемых фракций. Обработанный шлак должен обычно продаваться,
с учетом транспортирования, при нулевых затратах. Доход создается за счет
качества фракций цветных и черных металлов. Алюминий является продуктом, имеющим самую высокую рыночную цену. Количество и чистота полученного алюминия является важным фактором в общей экономике установки.
Данные с мусоросжигательного завода в Швеции с использованием различных способов сухого обогащения и старения шлака:
Налог на депонирование на полигоне шлака составляет примерно 40 евро/т
Камни и гравий, которые отделяются на более ранних стадиях процесса
обработки, имеют коммерческую ценность порядка 6 евро/т
Коммерческая ценность остатков переработанного шлака как строительного материала составляет около 2,5 евро/т.
Данные с мусоросжигательного завода в Португалии, использующего удаление черных металлов и хранение в течение 1-2 дней перед депонированием:
Затраты на депонирование остатков на собственном полигоне составляют порядка 2 евро/т. Участок полигона географически близко от мусоросжигательного завода, и, таким образом, транспортные затраты низкие.
Затраты на депонирование остатков на участке, принадлежащем внешней компании, составляют 2 евро/т на транспортирование и 9 евро/т на
депонирование – итого 11 евро/т.
Данные с разных мусоросжигательных заводов в Португалии, использующих удаление черных и цветных металлов с последующей стабилизацией в течение 3 месяцев перед конечным депонированием:
Коммерческая ценность черных металлов составляет порядка 102,13 евро/т.
Затраты на полигон: 28 евро/т.
Транспортирование шлака на полигон: 3 евро/т.
Примечание: проводятся испытания, предназначенные для сертификации использования шлака в дорожном строительстве.
Движущая сила для внедрения:
Законодательство об утилизации остатков как вторичного сырья.
Примеры установок
Несколько участков в Нидерландах, Германии, Бельгии и Франции.
4.6.8 Обработка шлака с использованием систем мокрой очистки
Описание
Использование систем мокрой очистки для обработки шлака позволяет получать материал для рециклинга с минимальной выщелачиваемостью металлов
и анионов (например, солей). Шлак после сжигания обрабатывается с помощью уменьшения размеров, грохочения, промывки и сепарации металлов.
13
Основной особенностью этой обработки является мокрое разделение
фракции 0-2 мм. Так как большая часть выщелачиваемых компонентов и
органических соединений остается в мелкой фракции, это приводит к снижению выщелачиваемости остающейся фракции продукта (>2 мм).
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Способ позволяет получить материал, который можно использовать, и
снизить количество остатков для размещения.
Мокрая очистка для обработки шлака предназначена для удаления металлов, для того чтобы снизить содержание и выщелачивание металлов.
Другие составляющие, вызывающие озабоченность, это растворимые соли,
главным образом щелочные и щелочноземельные хлориды и сульфаты.
Примерно на 50% можно снизить содержание хлоридов с помощью промывки шлака. Самым простым способом является промывка шлака в закалочном баке, что уже осуществляется на некоторых установках в Германии.
Растворимость сульфатов контролируется с помощью равновесия растворимости преобладающих щелочноземельных сульфатов. Стабилизация
их или удаление затруднены.
Воздействия между средами
Мокрая очистка имеет своим результатом образование мелкой фракции
(0-2 мм) для размещения или утилизации. В зависимости от применяемого
законодательства выщелачивание металлов в этой фракции может превышать предельные значения. Дополнительно образуется фракция сточных
вод. Эти сточные воды можно вернуть в установку для сжигания как техническую воду, если качество их годится для процесса.
Эксплуатационные данные
Относительный выход различных фракций зависит от состава поступающих отходов. Эксплуатационные данные с работающей установки
приведены в табл. 4.78
Таблица 4.78
Относительный выход различных фракций мокрой очистки шлака
Тип остатка
% (масса выхода/масса шлака
на входе)
Остаток для размещения (0-2 мм)
47
Продукт для повторного исполь34
зования (2-60 мм)
Черные металлы
12
Цветные металлы
2
Несгоревший возврат в установку
5
В табл. 4.79 дан пример результатов выщелачивания произведенных гранул:
Другие данные о качестве шлака после обработки приведены ниже в
табл. 4.80 и 4.81 для установок, использующих следующие способы:
▪ промывка водой шлака в шлаковой ванне установки для сжигания на
выходе из печи (вода снижает уровни соли в шлаке)
▪ удаление черных металлов м крупных частиц с помощью грохочения и
ручной сортировки
▪ хранение более 1 дня для реакции с СО2
14
▪ дополнительное грохочение, дробление, сепарация (например, фракция >32 мм отдельный помол)
▪ удаление черных и цветных металлов
▪ рециркуляция фракции >10 мм после воздушной сепарации легкой
(например, пластмассы) фракции
▪ хранение продукта в течение 3 мес.
Таблица 4.79.
Пример результатов выщелачивания произведенных гранул
Выбросы мг/кг L/S = 10 (совокупные)
Гранулы 2-6 мм
Гранулы 6-50 мм
As
0-0,1
<0,05
Cd
0-0,025
<0,01
Cr
0,005-0.053
<0,053
Cu
0,19-0,85
0,24 – 0,55
Pb
0,04-0,12
<0,10
Ni
0,007-0,005
<0,057
Zn
0,61-1,27
<0,16
Примечание: L – жидкая фаза; S – твердая фаза
.
Таблица 4.80
Данные концентрации обработанного шлака (мг/кг), сообщенные
в примере для обработки шлака
Содержание в обработанном шлаке (мг/кг)
Диапазон
Среднее значение
As
25-187
74
Cd
1,1-16,7
3,7
Cr
84-726
172
Cu
1676-29781
6826
Pb
404-4063
1222
Ni
61-661
165
Zn
788-14356
2970
Hg
0,01-0,37
0,7
Таблица 4.81
Данные концентрации в стоке от шлака (мг/кг), сообщенные в
примере для обработки шлака
Содержание в стоке от шлака (мг/кг)
Диапазон
Среднее значение
As
<6,0-16,1
5,3
Cd
<0,5-2,5
0,8
Cr
1-113
15,2
Cu
14-262
60,7
Pb
8-59
11,4
Ni
<4,0-11,6
2,9
Zn
<5,0-230
19,4
Hg
<0,2
<0,2
15
Применимость
Способ применим для новых и существующих установок. Для того чтобы он был экономически жизнеспособным, необходима некоторая минимальная производительность. Для установок с небольшой производительностью часто используется внешняя (централизованная) обработка шлака.
Экономика
Экономика описанного способа зависит от рыночных цен на произведенные фракции. Обработанный шлак обычно должен продаваться бесплатно. Доход создается за счет качества фракций цветных и черных металлов. Алюминий является продуктом с наивысшей рыночной ценой.
Количество и чистота полученного алюминия является важным фактором в
общей экономике установки.
4.6.9 Обработка шлака с помощью термических систем
Описание
Различные способы были адаптированы из стекольного производства и переработки ядерных отходов для термической переработки шлака. Применяемые
температуры находятся в диапазоне от 1100 до 2000оС. Иногда используются
намного более высокие температуры для плазменных систем. Плазменные системы используются для остекловывания и плавления различных потоков неорганических отходов, включая шлак и летучую золу – температуры, используемые для остекловывания с помощью плазменной дуги, обычно находятся в
диапазоне от 1400 до 1500оС, с поставляемой электроэнергией.
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Результатом этого способа является снижение объема (на 33-50%), очень
низкий уровень выщелачивания и чрезвычайно стабильный остаток, который можно легко утилизировать как наполнитель.
Уровни PCDD/F в переработанном шлаке снижаются. Сообщалось о
следующих входных данных и выбросах PCDD/F для плазменной деструкции летучей золы от сжигания ТБО. Летучая зола появляется в рукавных
фильтрах, используемых для очистки дымовых газов:
Вход шлака
50 нг TEQ/г
Выход шлака
<0,001 нг TEQ/г
Выход летучей золы <0,005 нг TEQ/г
Выход дымовых газов <0,05 нг TEQ/г.
Воздействия между средами
Сообщалось об очень высоком потреблении энергии в диапазоне 0,7-2
кВт/ч/кг обрабатываемой золы.
Типичная потребность в электроэнергии: печь с дугой под слоем флюса
на переменном токе 650-1000 кВт/ч/т золы; плазменная печь на постоянном токе 600-800 кВт/ч/т золы.
Во Франции проблемой является рынок сбыта остеклованного остатка
вследствие отсутствия четких нормативов. Его не разрешено использовать,
и он должен удаляться на полигон. Доступный (разрешенный) рынок сбыта
основан на источнике золы, а не на ее свойствах.
Дымовые газы, выходящие после термической переработки твердых остатков, могут сами по себе быть источником выброса высокого уровня загряз16
няющих веществ, таких как NOx, TOC, SOx, пыль, тяжелые металлы и т.д. Поэтому очистка дымовых газов также требуется для удаления загрязняющих
веществ со стадии переработки золы из газовой фазы (или очищать дымовые
газы в системе газоочистки соседнего мусоросжигательного завода).
Сообщают, что процесс сложный, и решающим фактором может стать
коэффициент использования.
Эксплуатационные данные
Плазменные печи работают с удельной мощностью от 0,25 до
0,5 МВт/м2 и имеют производительность плавления 300 кг/ч/м2 . Зона
влияния процесса обычно небольшая.
Сообщается об устойчивости к подаваемому сырью. Сообщалось, что
потребление электродов с плазмой для печи на постоянном токе составляло 2 кг/т перерабатываемой золы. Для очистки отходящих газов требуется система газоочистки.
Применимость
Хотя способ используется в Японии, он характеризуется малым проникновением на другие рынки вследствие, главным образом, высоких затрат и
воспринимаемого отсутствия выгоды, когда существующие системы уже
производят продукцию достаточного качества.
Плазменная обработка применяется для переработки летучей золы, образующейся при сжигании отходов. Если добавляются химические остатки от
системы газоочистки, требуется увеличение производительности газоочистки.
Экономика
По сравнению с другими способами, сообщается, что затраты на термическую переработку высокие(табл.4.82).
Таблица 4.82
Относительные затраты некоторых способов переработки золы
Используемый способ пеЗатраты (евро/т Затраты (евро/т
реработки
шлака)
ТБО)
Непосредственное депониро35
12
вание на полигоне
Предварительная переработка
20
7
для использования
Плавка (ископаемое топливо,
100
30
без предварительной переработки)
Плавка (ископаемое топливо,
130
45
удаление скрапа)
Плавка (электрический нагрев)
120
40
Процесс плавки в Японии
100
30
Оценки процессов плавки
180
60
(IAWG)
Затраты на остекловывание обладают высокой чувствительностью к
стоимости электроэнергии. Сообщают, что затраты на переработку находятся в диапазоне от 100 до 600 евро/т золы. Капитальные затраты могут составить до 20 млн. евро для установки производительностью 1-15 т/ч.
17
Движущая сила для внедрения
Реализуется там, где требуются жесткие стандарты на выщелачивание
для утилизируемых наполнителей или для размещения на полигонах.
Примеры установок
Много примеров в Японии (по оценке, 30-40 установок). Некоторый
опыт имеется в Европе, например, во Франции.
4.6.10 Высокотемпературная вращающаяся печь (выпуск шлака)
Этот способ уже был описан (см. комментарии в Разделе 4.2.16) в отношении воздействий, относящихся к сжиганию. Воздействие на образующиеся твердые остатки отмечено также в этом разделе.
4.6.11 Переработка остатков системы очистки дымовых газов
Следующие разделы относятся конкретно к переработке остатков системы очистки дымовых газов. Область действия этого документа BREF не охватывает проблемы хранения этих остатков, и, поэтому, больше не рассматривается. Однако, отмечается что такой вариант имеется и разрешен в
некоторых государствах-членах.
4.6.11.1 Цементирование остатков от очистки дымовых газов
Описание
Обычно остатки смешиваются с минеральными или гидравлическими
вяжущими (например, цемент, летучая зола угля и т.д.), реагентами для регулирования свойств цемента (обычно для снижения выщелачиваемости
свинца используются реагенты на основе оксида кремния, а для снижения
выщелачиваемости других металлов – реагенты на основе сульфидов) и
достаточным количеством воды для обеспечения того, что произошли реакции гидратации для связывания цемента. Тем самым осадки вводятся в цементную матрицу. Обычно остатки должны реагировать с водой и цементом с образованием гидроксидов металлов или карбонатов, которые обычно
хуже растворимы, чем соединения исходных металлов в матрице остатка.
Способы отверждения на цементной основе используют оборудование,
которое легкодоступно. Методы смешения и обращения, связанные с этими
процессам, хорошо разработаны, и они надежны в отношении к изменениям характеристик остатков.
Отвердевшие продукты обычно либо депонируются на полигоне, на
уровне поверхности, или в подземных сооружениях, либо используются как
закладочный материал в старых соляных копях. Отметим, что в некоторых
случаях депонирование в шахтах запрещено местным законодательством; в
других случаях осуществляется непосредственное наполнение необработанных остатков, которые упаковываются в подходящие контейнеры (например, в эластичные контейнеры).
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Основным преимуществом затвердевания в цементе является уменьшение контакта между водой и остаткам, и в некоторой степени возможное
образование плохо растворимых гидроксидов металлов или карбонатов. С
отвердевшим продуктом относительно легко обращаться, и риск пылеобразования очень низкий. Выделение тяжелых металлов из продуктов в кратко18
срочной перспективе обычно относительно низкое; однако высокий уровень рН системы на цементной основе может привести к значительному
выщелачиванию амфотерных металлов (свинец и цинк).
Недостатками этого метода является то, что не затрудняется выщелачивание растворимых солей, и что это в конечном итоге приведет к физической дезинтеграции отвердевшего продукта, таким образом, к дальнейшему
выщелачиванию.
Добавка цемента и реагентов повышает количество отходов, с которыми приходится обращаться; обычно около 50% остатков по сухому
весу добавляется как цемент и реагенты, и от 30 до 100% по общему сухому весу добавляется как вода. Таким образом, выход остатков от летучей золы обычно возрастает от 20-30 кг/т поступающих отходов до
примерно 40-60 кг/т отходов, включая добавку воды, соответствующую
50% по общему сухому весу.
Воздействия между средами
Способ в некоторых случаях облегчает использование остатков в качестве засыпки или строительного материала в горнорудной промышленности.
Использование этого способа предполагает потребление цемента,
реагентов и воды.
Эксплуатационные данные
Потребление энергии и воды изменяется и не определяется количественно. Эксплуатация и контроль оборудования, использованного при применении этого способа, считаются относительно простыми и сопоставимыми с обычной практикой в производстве бетона.
Применимость
Отвердевание обычно осуществляется на специально предназначенных
для этого установках, расположенных вблизи конечного назначения продукта; таким образом, отдельные установки для сжигания не должны устанавливать оборудование для отвердевания. Способ можно использовать для
всех типов остатков системы газоочистки. Отвердевание с цементом используется также для многих других типов опасных отходов, включая размещение отходов с низким уровнем радиоактивности.
Экономика
В большинстве случаев остатки можно поставлять на существующие установки. Затраты на переработку только для затвердевания в цементе могут
существенно отличаться от страны к стране, и по оценке, они составляют
около 25 евро на т. остатков.
Движущая сила для внедрения
Способ относительно простой, и необходимые технические знания
легкодоступны. Кроме того, характеристики выщелачивания отвердевшего продукта существенно улучшаются по сравнению с необработанными остатками. Стабилизация остатков от системы очистки дымовых
газов с помощью затвердевания в цементе также используется и считается приемлемой компетентными органами во многих странах мира.
Основные типы затвердевания в цементе перечислены в табл. 4.83.
19
Таблица 4.83
Вариации в обработке отверждением остатков от системы очистки
дымовых газов между некоторыми странами
Страна
Характеристики
Германия
Несколько немецкий соледобывающих компаний
принимают остатки от систем газоочистки и осуществляют их отвердевание с цементом с использованием
остатков в качестве заполнителей. Отвердевшие остатки используются главным образом как наполнитель
или для армирования. Отвердевание с цементом для
некоторых рудников выполняется на одной централизованной установке с использованием различных рецептур в соответствии с конечным назначением и запросами. С централизованной установки отвердения
продукт транспортируется на принимающий рудник.
(Обычно остатки транспортируются на рудники, где
они используются в качестве наполнителей для производстве бетона, необходимого для рудника).
Швейцария
Вариант отвердения с цементом используется в
Швейцарии, где остатки промываются водой и обезвоживаются перед смешением с цементом. Это выгодно с точки зрения того, что удаляется большая
часть растворимых солей из остатков; таким образом,
повышается долговечность отвердевшего продукта.
После отвердевания остатки депонируются на уровне
поверхности на полигонах перед затвердеванием. На
некоторых установках смесь разливается в формы для
производства блоков, которые транспортируются для
покрытия поверхности полигонов.
Швеция
На одном полигоне в Швеции (Хогдален) остатки
от системы газоочистки, отвержденные в цементе,
разлиты в блоки и установлены на уровне поверхности на полигоне после затвердевания.
Франция
С 1992 г. остатки от системы газоочистки и летучая зола от систем удаления пыли были подвергнуты
отвердеванию/стабилизации с использованием минеральных и гидравлических вяжущих (например, цемент, летучая зола угля и т.д.) и реагентов перед полигонным депонированием. В 2001 г. 90% из 353 кг этих
остатков были переработаны на 12 установках, расположенных на 12 из 14 французских полигонов, выходящих на поверхность, для опасных отходов. С 2001 г.
были созданы две новых установки для отвердевания/стабилизации, что позволило повысить производительность переработки с 600 до 700 кг/год. В августе 2002 г. была проведена новая переработка в
промышленном масштабе: с производительностью 50
кг/год, которая работает на остатках газоочистки на
основе сухого бикарбоната натрия. Эти остатки очищаются и утилизируются на установке для производства кальцинированной соды; см. полное описание в
разделе 4.6.11.5 [74].
20
4.6.11.2 Остекловывание и плавление остатков от очистки
дымовых газов
Описание
Остекловывание и плавление приводит к мобилизации летучих элементов, таких как ртуть, свинец и цинк в течение процесса переработки;
это в некоторых процессах используется в сочетании с другими параметрами для производства утилизированного продукта с низким содержанием тяжелых металлов.
Способы, используемые для остекловывания и плавления остатков,
похожи во многих отношениях. Основное различие главным образом
состоит в процессе охлаждения, а также, что менее важно, в использовании специальных добавок, которые благоприятны для стеклообразной
или кристаллической матрицы.
Некоторые способы, используемые для нагрева остатков: системы
электроплавки, системы, отапливаемые горелками, и плавка с дутьем.
Они отличаются по способу передачи энергии и окислительному либо
восстановительному состоянию в течение работы и по количеству образующихся газообразных продуктов сгорания.
Обычно способы бывают навеяны печами, используемыми в черной
металлургии. Во всех системах остатки подают обычно в реакционную
камеру с помощью загрузочной системы. Процесс плавления может
проводиться таким образом, что поддерживается постоянный охлаждающий слой в верхней части плавильной печи, для того чтобы ограничить процесс плавления, или все количество остатков в реакционной
камере может в расплавленном состоянии.
В зависимости от системы плавления металлические сплавы можно
утилизировать из реакционной камеры. Можно утилизировать цинк и
свинец. В зависимости от температуры в реакционной камере и состояния окисления или восстановления в газовой фазе тяжелые металлы (в
особенности кадмий и свинец) должны испариться и удалиться с отходящими газами. Вся конфигурация системы очистки отходящих газов
ориентирована на снижение выбросов.
Работа в окислительных условиях позволяет избежать разделения фаз
и образования металлических капель в расплаве, в то время как восстановительные условия приводят к разделению фаз, а также разделению
металла и его испарению.
Для процессов с использованием горелок условия протекания процесса обычно бывают нейтральными, но объемы отходящих газов – высокие. Следовательно, должны быть большими размеры оборудования
для очистки отходящих газов.
Для процессов с использованием электроэнергии, т.е. нагрев сопротивлением, с использованием электрической дуги или плазменной горелки
прямого нагрева условия процесса являются восстановительными. Объем
дымовых газов бывает небольшим, но с ним также могут быть проблемы,
поскольку концентрация металлов и других испаряющихся веществ в отходящих газах бывает очень высокая, и может происходить конденсация в дымоходе. Часто вводят газ-носитель для предотвращения этого явления.
С плазменными горелками (т.е. с плазменными горелками непрямого нагрева) условия процесса являются сильно окислительными. Объем дымовых
газов средний, в газе-носителе нет необходимости, и габариты оборудования для очистки дымовых газов – приемлемые.
21
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Расплавленные и остеклованные продукты обычно обладают очень хорошими выщелачивающими свойствами. В швейцарских исследованиях, в
ходе которых были проверены остеклованные, стеклокристаллические и так
называемые спеченные продукты, было продемонстрировано, что спеченные продукты также обладают тенденцией достигать того же самого уровня
стабильности в отношении выщелачивания. Остекловывание обычно дает
наиболее стабильный и прочный продукт. Обычно органические соединения, такие как диоксины, разрушаются в этом процессе.
Неотъемлемым преимуществом этих процессов является деструкция органических загрязнителей, таких как диоксины. Благодаря выделению испаряющихся тяжелых металлов из процесса, термическая переработка требует дополнительной системы очистки дымовых газов, которая может проводиться на тех
же самых системах очистки дымовых газов мусоросжигательного завода.
Основной недостаток этих методов состоит в том, что для них требуется
существенное количество энергии, и, поэтому, они могут быть дорогими.
Может быть также и проблема рнка сбыта для этих переработанных остатков.
Воздействия между средами
Результатом остекловывания и плавления является мобилизация летучих
элементов, таких как ртуть, свинец и цинк в течение процесса переработки.
Процессы термической переработки используют значительное количество энергии. Кроме того, в процессах образуются твердые остатки от очистки отходящих газов. В дымовых газах, образующихся при термической
переработке твердых остатков, выделяются загрязняющие вещества, такие
как NOx, TOC, SOx, пыль, тяжелые металлы и т.д., и требуется очистка дымовых газов для удаления этих загрязняющих веществ (или же очистка дымовых газов в системе газоочистки расположенного рядом мусоросжигательного завода, когда это бывает возможно).
Может быть также проблема рынка сбыта для переработанных остатков.
Эти остатки имеют ограниченное использование по сравнению с гранулами, поступающими от установок холодной переработки шлака; причиной
является физическое состояние, которое не обеспечивает высокой стабильности в применениях в зданиях/строительстве.
Эксплуатационные данные
Обычно приблизительно 700-1200 кВт/ч/т требуется при переработке
остатков для достижения и поддержания повышенных температур, но были
сообщения и до 8000 кВт/ч/т. Потребление энергии и тип эксплуатации
меняются в зависимости от типа печи и конструкции установки.
Обычно поступающие на переработку остатки должны соответствовать
определенным требованиям качества, например: водосодержание <5%, содержание несгоревших частиц <3%, содержание металлов <20% по весу и
размер золы <100 мм. Установки для термической переработки обычно снижают объем остатков примерно до одной пятой от объема, поступающего на
вход. Плавление повышает плотность продуктов обычно до 2,4-2,9 т/м3.
Сообщали, что эти процессы могут быть сложными, и серьезной проблемой может быть коэффициент использования.
22
Применимость способа
Термическая переработка используется широко, главным образом в
Японии и США для переработки шлака, а также совместно шлака и остатков от газоочистки. Вследствие высокого содержания солей и тяжелых металлов в остатках системы газоочистки, отдельная очистка остатков системы газоочистки может вызвать необходимость в масштабной
очистке дымовых газов, таким образом, снижая общую выгоду отдельной
переработки этих остатков.
Экономика
Обычно способ является дорогим по сравнению с другими вариантами
переработки. Затраты на переработку, как сообщают, составляли порядка
100-600 евро/т остатков [4, 38]. Капитальные затраты могут доходить до 1020 млн. евро для установки с производительностью 1-2 т/ч.
Движущие силы для внедрения
Основной причиной внедрения способа являются хорошие свойства
выщелачивания конечного продукта, трансформация токсичных остатков в
инертный продукт, в особенности при остекловывании, а также значительное снижение объема.
В плотно населенных районах, таких как Япония, где имеется дефицит
полигонов, полигонное депонирование является относительно дорогим.
Органические соединения, такие как диоксины и фураны (с муниципальными отходами 90 или более % диоксинов и фуранов образуется при сжигании, и они концентрируются в остатках системы газоочистки и в летучей
золе), почти полностью разрушаются, а неорганические соединения (т.е.
тяжелые металлы) плотно связываются в атомном масштабе в плотной матрице с очень длительным сроком службы.
Примеры установок
Термическая переработка, включающая в себя плавление и остекловывание, чаще всего используется в Японии, где, по оценкам, эксплуатируется
порядка 30-40 установок; однако примеры таких установок можно найти
также в США и Европе табл. 4.84.
Таблица 4.84
Процессы остекловывания остатков газоочистки в США и Японии
Страна
США
Характеристики
Процесс остекловывания, предложенный компанией
Corning, Inc4. [4], включает в себя начальные стадии удаления
воды, обезвоживания и сушки при 500оС перед добавкой добавок, способствующих образованию стекла, и плавлением.
Была сделана начальная промывка и сушка для удаления хлоридов и остаточного органического углерода.
4 Мировой лидер в производстве специальных стекол и керамики, имеющий 160-летний опыт
в материаловедении и разработке новейших технологий. Изделия компании используются в
электронике, мобильных системах контроля выбросов и биологии.
23
Страна
Япония
Характеристики
Установки для термической переработки как шлака, так и
остатков систем газоочистки включают:
В
ПланиМощработе руется
ность
(т/день)
Электроплавка
Дуговые печи
4
2
655
Плазменные печи
4
2
183
Печи электросо2
3
148
противления
Горелки
С
отражающей
12
209
поверхностью
С вращающейся
5
84
поверхностью
Дутьевая плавка
Коксовая постель
3
170
Сжигание
оста1
15
точного углерода
Итого
31
7
1464
Процесс плазменной плавки с мощностью 0,5 МВт для переработки как
летучей золы, так и шлака пущен в эксплуатацию вблизи Бордо, Франция, с
1997 г. Сообщалось, что на этой установке не перерабатывали шлак, а только летучую золу после электрофильтров. Кроме того, на ней нельзя перерабатывать котельную золу из-за содержания в ней серы и галогенов.
4.6.11.3 Экстрагирование кислотой котельной и летучей золы
Описание
Котельная и летучая зола очищаются кислыми стоками с первой (кислотной) стадии мокрого скруббера. Затем очищенные остатки промываются и обычно смешиваются со шлаком перед депонированием на полигоне.
Этот процесс, известный как процесс FLUWA, сочетает экстрагирование
кислотой растворимых тяжелых металлов и солей с использованием (кислотной) продувки скруббера. Перед использованием жидкости скруббера
удаляется ртуть либо с помощью фильтрации (когда активированный уголь
вводится в скруббер) и (или) с помощью специального ионообменника. Как
котельная зола, так и летучая зола очищаются этим способом. Отношение
L/S на стадии экстрагирования составляет примерно 4; рН контролируется
на уровне 3,5 с помощью добавки гашеной извести. В течение времени
пребывания примерно 45 мин сульфат (из скруббера для очистки от SO2)
осаждается до гипса. Остаток обезвоживается, затем промывается в противотоке на ленточном фильтре и в конечном итоге депонируется на полигоне,
обычно в смеси со шлаком.
Фильтрат должен быть обработан, для того чтобы удалить тяжелые металлы с помощью нейтрализации, осаждения и ионного обмена. В обезвоженном и промытом отфильтрованном осадке содержится около 25% цинка, и, поэтому, он подвергается рециклингу в металлургических процессах.
24
Достигаемые выгоды для окружающей среды
В процессе удаляется значительная часть общего количества тяжелых
металлов из остатков (Cd: ≥85%; Zn: ≥85%; Pb, Cu:≥33%; Hg:≥95%). Выщелачиваемость остатка снижается в 100-1000 раз, цинк, кадмий и ртуть подвергаются рециклингу. Испытания на экотоксичность (MICROTOX, Ceriodaophnia5, рост водорослей, летальность червей и рост салата-латука), как
сообщают, были положительными.
Воздействия между средами
Содержание диоксинов в шлаке возрастает, когда он депонируется вместе с летучей золой; однако свойства выщелачивания смеси даже лучше
вследствие большей плотности.
Соль и металлы из остатков газоочистки переводятся в поток сточных
вод, так что затем может потребоваться очистка перед сбросом.
Эксплуатационные данные
Пуск первой установки состоялся в 1996 г. Большая часть установок работает круглосуточно, и обычно они работают от 4 до 7 дней в неделю в зависимости от появления остатков очистки дымовых газов.
Применимость способа
Систему можно использовать только на мусоросжигательных установках с мокрой системой газоочистки, которая может сбрасывать
очищенные сточные воды.
Экономика
Затраты на переработку остатков от системы очистки дымовых газов:
около 150-250 евро/т (включая платежи за рециклинг отфильтрованного
остатка с цинком, что эквивалентно 10 евро/т отходов.
Движущая сила для внедрения
Способ используется как метод для очистки остатков согласно швейцарскому законодательству и имеет конкурентную цену по сравнению с основными альтернативными вариантами.
Примеры установок ( табл.4.85)
Таблица 4.85
Примеры установок, использующих процесс экстрагирования кислотой для обработки остатков газоочистки
Установки (все для
Страна
Год пуска
сжигания ТБО)
Берн
Швейцария
1996
Букс
Швейцария
1997
Эменшпиц
Швейцария
1998
Либерец
Чешская республика
1999
Нидерурнен
Швейцария
2001
Тун
Швейцария
2003
Лозанна
Швейцария
2005
Цериодафния – ветвистый рачок, который часто используется при проведении испытаний на
токсичность, например, сточных вод.
5
25
В ряде других процессов также используется более или менее сходная
технология экстрагирования кислотой (табл. 4.86).
Таблица 4.86
Характеристики некоторых процессов экстрагирования кислотой,
используемых для очистки остатков от очистки дымовых газов
Процесс
MR
ALS
3R
Характеристики
Процесс MR сходен с процессом 3 R. Он объединяет экстрагирование кислотой с термической переработкой. Сначала котельная и летучая зола промываются с
раствором скруббера первой стадии с последующим
обезвоживанием. Затем остатки перерабатываются во
вращающейся печи в течение одного часа при температуре порядка 600оС c деструкцией диоксинов и ртути.
Отходящие газы очищаются с помощью фильтра с активированным углем. Сточные воды очищаются для
удаления тяжелых металлов. Раствор из второго скруббера используется для промывки шлака и нейтрализации кислых стоков.
Сульфидный процесс экстрагирования кислотой
(AES) объединяет летучую золу и скруббер с раствором
NaOH с водой в соотношении L/S 5. После смешения
рН корректируется до примерно 6-8 с добавкой HCl для
экстрагирования тяжелых металлов, и добавляется NaHS
для связывания тяжелых металлов в виде сульфидов. Затем добавляется коагулянт и суспензия обезвоживается.
Фильтровальный остаток депонируется на полигоне, а
сточные воды очищаются на последующих очистных
сооружениях для удаления тяжелых металлов.
Процесс 3 R сходен с процессом FLUWA, и в нем
используется раствор кислотного скруббера для экстрагирования тяжелых металлов, с последующей стадией
обезвоживания. Однако твердые частицы возвращаются
в камеру сгорания. Подобно процессу FLUWA, требуется очистка образующихся сточных вод.
4.6.11.4 Обработка остатков от очистки дымовых газов, появляющихся в процессе очистки сухим бикарбонатом натрия, для использования в производстве кальцинированной соды
Описание
Остатки от очистки дымовых газов, появляющиеся в процессе очистки
сухим бикарбонатом натрия, хранятся в бункере в ожидании обработки. Затем остатки растворяются при регулировании рН и при добавке определенных реагентов. Образующаяся суспензия проходит через фильтр-пресс, в
котором отделяются нерастворимые вещества: гидроксиды тяжелых металлов, активированный уголь и летучая зола. Таким образом, получается неочищенный рассол и отфильтрованный остаток.
Неочищенный рассол затем проходит через песочный фильтр и поступает в колонку с активированным углем, который абсорбирует органические соединения, которые могут находиться в рассоле. Конечные
26
следовые количества тяжелых металлов удаляются в двух колонках с ионообменными смолами, для того чтобы достичь класса качества природного рассола, который можно использовать в промышленном производстве кальцинированной соды.
Остаток фильтрования, который является единственным остающимся
отходом, депонируется на полигоне. Общее количество составляет не более
2-4 кг на тонну сжигаемых ТБО.
Очищенный рассол и остаток фильтрования являются единственными
конечными продуктами. Промывная вода, реагенты ионообменных смол и
т.д. полностью подвергаются рециклингу в процессе растворения, так что
на установке не образуется никаких водных отходов.
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Очистка остатков снижает конечное количество отходов, требующих
депонирования на полигоне.
Образующийся рассол можно использовать для промышленного получения кальцинированной соды.
Воздействия между средами
Для процесса требуется дополнительная энергия и потребление сырья.
Требуется осторожность для обеспечения улавливания загрязняющих
веществ, содержащихся в остатках от газоочистки, с тем, чтобы они не попали в окружающую среду
При реализации способа образуется небольшое количество остатка, что
полезно с точки зрения снижения транспортных затрат.
Эксплуатационные данные
Установка управляется в соответствии с требованиями системы гарантии
качества, которая гарантирует, среди прочего, контроль сырья, с одной стороны, и контроль очистки рассола, с другой стороны.
При прибытии на установку остатки газоочистки на основе натрия анализируются для проверки того, чтобы их состав соответствовал техническим требованиям на приемку.
Очищенный рассол, получаемый на установке, регулярно анализируется
для подтверждения соответствия с техническими условиями перед отправкой на завод по производству кальцинированной соды.
Применимость
Применяется только для остатков, появляющихся в системе очистки дымовых газов сухим бикарбонатом натрия.
Экономика
Способ запатентован.
При сравнении с отвердеванием и депонирование на полигоне остатков
от очистки дымовых газов:
(1) отвердевание облегчается за счет отделения растворимой фракции;
(2) снижается количество конечных остатков.
Сообщается, что эксплуатационные затраты низкие, а капитальные затраты на установку для переработки являются ключевым фактором. Для минимизации их процесс можно реализовывать на централизованных установках, обслуживающих несколько мусоросжигательных заводов.
27
Движущая сила для внедрения
Высокие затраты на переработку остатков от газоочистки являются важной движущей силой для использования процесса.
Пример установки
Была спроектирована промышленная пилотная установка для демонстрирования возможности очистки и рециклинга в среднем масштабе. Проектная производительность, поэтому, составляет 350 кг остатков/ч, или 2800
т/год. После проведения пилотных испытаний получено разрешение на
переработку 13000 т/год. Услуги будут предоставляться итальянским мусоросжигательным заводам.
4.6.11.5 Обработка остатков от очистки дымовых газов, появляющихся в процессе очистки сухим бикарбонатом натрия, с использованием гидравлических вяжущих
Описание
Остатки от очистки дымовых газов, появляющихся в процессе очистки
сухим бикарбонатом натрия, хранятся в бункере в ожидании обработки. Затем остатки смешиваются с гидравлическим вяжущим, а потом вводятся в
водный раствор с некоторыми реагентами. Образующаяся при этом суспензия проходит через фильтр-пресс, где происходит отделение нерастворимых веществ (содержащих, в частности, большинство тяжелых металлов).
Получающимися продуктами являются рассол и остаток от фильтрования.
Рассол затем подвергается очистке таким образом, чтобы его можно было повторно использовать при производстве кальцинированной соды.
Остаток от фильтрования, содержащий гидравлические вяжущие,
отверждается в инертном материале (согласно французским стандартам),
что соответствует условиям депонирования на полигоне.
В процессе не образуется никаких жидких отходов: только подвергаемый
утилизации рассол и остаток от фильтрования.
Достигаемые выгоды для окружающей среды
Очищенные соли утилизируются при производстве кальцинированной
соды в форме рассола, заменяя часть поставок соли на завод.
Конечные остатки уже стабилизированы и отвердевают, когда они отправляются с установки, и они транспортируются на лицензированный полигон.
Воздействия между средами
При реализации способа образуется небольшое количество остатков.
Для минимизации транспортных воздействий целесообразно размещать установку вблизи завода по производству кальцинированной соды.
Эксплуатационные данные
Установка управляется в соответствии с требованиями системы гарантии
качества, которая гарантирует, среди прочего, контроль сырья, с одной стороны, и контроль очистки рассола, с другой стороны.
При прибытии на установку остатки газоочистки на основе натрия анализируются для проверки того, чтобы их состав соответствовал техническим требованиям на приемку.
28
Очищенный рассол, получаемый на установке, регулярно анализируется
для подтверждения соответствия с техническими условиями перед отправкой на завод по производству кальцинированной соды.
Применимость
Применяется только для остатков, появляющихся в системе очистки дымовых газов сухим бикарбонатом натрия.
Экономика
Способ запатентован.
При сравнении с отвердеванием и депонирование на полигоне остатков
от очистки дымовых газов:
(1) отвердевание облегчается за счет отделения растворимой фракции;
(2) снижается количество конечных остатков.
Сообщается, что эксплуатационные затраты низкие, а капитальные затраты на установку для переработки являются ключевым фактором. Для минимизации их процесс можно реализовывать на централизованных установках, обслуживающих несколько мусоросжигательных заводов.
Движущая сила для внедрения
Высокие затраты на переработку остатков от газоочистки являются важной движущей силой для использования процесса.
Пример установки
Установка имеется во Франции с производительность 50 тыс. т/год.
Глава 5. НАИЛУЧШИЕ ДОСТУПНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Общее введение к главе ВАТ
Для понимания этой главы и ее содержания внимание читателя возвращается к предисловию к этому документу, и в особенности к пятой части
этого предисловия: “Как понимать и как пользоваться этим документом”.
Технологии и связанные с ними выбросы и (или) уровни потребления, или
диапазоны уровней, представленные в этой главе, были оценены с помощью итеративного процесса, связанного со следующими шагами:
▪ идентификация ключевых проблем окружающей среды для сжигания отходов
▪ рассмотрение технологий, наиболее важных для обращения к этим
ключевым проблемам
▪ идентификация наилучших уровней экологических показателей на основе существующих данных в ЕС и мире
▪ рассмотрение условий, при которых эти уровни показателей достигаются, такие как затраты, воздействия на различные среды и основные движущие силы, связанные с реализацией этих технологий
▪ выбор Наилучших доступных технологий (ВАТ) и связанных с ними
выбросов и (или) уровней потребления для этого сектора в общем смысле в
соответствии со Статьей 2(11) и Приложением IV к этой директиве (имеется
29
в виду Директива 2008/1/EC Европейского Парламента и Совета от 15
января 2008 г. о комплексном предотвращении и контроле загрязнений, заменившей Директиву Совета 96/61/EC от 24 сентября 1996 г. с
аналогичным названием).
Экспертная оценка Европейского бюро по комплексному предотвращению и контролю загрязнений и соответствующей Технической рабочей
группы сыграла ключевую роль в каждом из этих шагов и в способе представления здесь информации.
На основе этой оценки технологи, и насколько это возможно, уровни
выбросов и потребления, связанные с использованием ВАТ представлены в
этой главе, которые считаются более приемлемыми для сектора в целом, и
во многих случаях отражают нынешние показатели некоторых установок в
секторе. Когда представлены уровни выбросов или потребления, “связанные с наилучшими доступными технологиями”, это следует понимать как
означающее, что эти уровни представляют экологические показатели, которые можно предполагать как результат применения в этом секторе описанной технологии, принимая во внимание баланс затрат и преимуществ, присущих определению ВАТ. Однако ни выбросы, ни потребления не
являются предельными значениями, и их не следует понимать таким образом. В некоторых случаях может быть технически возможно достижение
лучших уровней выбросов или потребления, но вследствие понесенных затрат или соображений различных сред, они не считаются подходящими как
ВАТ для сектора в целом. Однако такие уровни можно считать обоснованными в более конкретной ситуации, когда имеются особые движущие силы.
Уровни выбросов и потребления, связанные с использованием ВАТ,
следует рассматривать вместе с любыми определенными исходными условиями, когда имеются особые движущие силы.
Концепция “уровней, связанных с ВАТ”, описанная выше, отличается от
термина “достижимый уровень”, используемого в других местах этого документа. Когда уровень описывается как “достижимый” с использованием определенной технологии или сочетания технологий, его следует понимать,
как означающий, что можно ожидать достижения этого уровня через существенный период времени на хорошо обслуживаемой и эксплуатируемой
установке или технологическом процессе с использованием этих технологий, хотя определенные обстоятельства (например, технические условия, затраты, влияние загрязнения одной среды на другую), которые приводят к
повышению достижимого уровня, могут означать, что эти уровни обычно
не рассматриваются как ВАТ.
При наличии данных, относящихся к затратам, их следует приводить
вместе с описание технологий, представленных в предыдущих главах. Это
дает грубое указание на величину сопутствующих затрат. Однако реальные
затраты при применении технологии будут зависеть в значительной степени от конкретной ситуации, относящейся, например, к налогам, платежам и
техническим характеристикам рассматриваемой установки. Невозможно
полностью оценить такие зависящие от местных условий факторы в этом
документе. При отсутствии данных, относящихся к затратам, заключения в
отношении экономической жизнеспособности технологий составляются по
наблюдениям за существующими установками.
Предполагается, что типичные ВАТ в этой главе являются своеобразной
точкой отсчета, по отношению к которой принимается суждение о нынешних показателях существующей установки или оценивается предложение
для новой установки. Таким путем будет оказываться помощь при определении оптимальных условий “на основе ВАТ” для установки или при уста30
новлении общих обязывающих норм в рамках Статьи 9(8). Предусматривается, что новые установки можно проектировать с эксплуатационными качествами, которые будут даже лучше, чем уровни ВАТ, представленные здесь,
и что существующие установки могут стремиться к уровням типичных ВАТ
или выше, в соответствии с технической и экономической применимостью
технологий в каждом случае.
В то время как справочные документы ВАТ не устанавливают юридически
обязательных норм, имеется в виду, что они дают информацию для руководства промышленности, государствам-членам и общественности о достижимых
уровнях выбросов и потребления при использовании конкретных технологий.
Соответствующие предельные значения для любого конкретного случая необходимо определять с учетом целей Директивы IPPC и местных факторов.
Дополнительные предварительные вопросы,
специально излагаемые для этих BREF
(справочников по наилучшим доступным технологиям)
Отношение между предельными значениями для выбросов
и показателями ВАТ
Многие европейские мусоросжигательные установки были предметом
специальных нормативных положений, относящихся к выбросам их в воздух – в некоторых случаях на много лет. Нормативные положения включают в виде приложения предельные величины выбросов (ELVs) для некоторых веществ, когда они сбрасываются в воздух. Самое последнее
Европейское законодательство – Директива 2000/76/EC, которая включает
в себя ряд эксплуатационных условий и ELVs, применимые к большинству
ситуаций, когда отходы сжигаются в промышленных установках.
Когда анализируются уровни выбросов и показатели, связанные с использованием ВАТ, о которых сообщается в этой главе, важно, чтобы читатель понимал следующее:
▪ уровни выбросов и показатели, связанные с использованием ВАТ, не
то же самое, что ELVs
▪ среди стран ЕС-25 (в настоящее время 27), в которых это вопрос компетенции национальных или местных органов власти, ELVs устанавливаются и приводятся в исполнение различными способами
▪ уровни выбросов и показатели, приведенные здесь, являются уровнями эксплуатационных характеристик, которые обычно можно ожидать
от применения ВАТ
▪ соответствие с ELVs, установленными в разрешениях и законодательстве, проявляется в том, что в нормальных условиях эксплуатации эти уровни бывают ниже ELVs
▪ важно отметить, что на определенной установке пониженный уровень
выбросов в диапазоне ВАТ, представленном здесь, не может представлять
собой наилучшее общее решение, относящееся к затратам и воздействиям
загрязнения одной среды на другую. Кроме того, может существовать антагонизм между ними, т.е. снижение в одной среде может приводить к росту в
другой среде. По этим причинам не ожидается, что установка будет работать со всеми параметрами на самых низких уровнях в диапазонах ВАТ.
ELVs, которые появляются в различных нормативных положениях,
применимых к сжиганию отходов, были использованы в контрактах на
поставки оборудования как минимальные гарантированные уровни показателей для поставщиков установки, которые должны быть достигнуты при самых неблагоприятных условиях эксплуатации. Это затем при31
водит к ситуации, при реальных условиях эксплуатации, когда некоторые мусоросжигательные установки демонстрируют рабочие выбросы,
которые значительно ниже ELVs. Поэтому важно оценивать различие
между уровнями эксплуатационных показателей, которые приведены
как ВАТ в этой главе, и более высокими ELVs, которые являются источником этого уровня показателей.
В гипотетическом примере, если ELV для HCL установлено на уровне
10 мг/нм3, поставщик определенной технологии может как часть контракта
на поставку своего оборудования, предпочесть представить гарантированный показатель в диапазоне 7-8 мг/нм3. В такой ситуации установка может
тогда обычно работать при уровне 1-5 мг/нм3 с некоторыми временными
изменениями выше этого значения.
Реальный пример ELV и подтвержденные результаты выбросов для пыли
на мусоросжигательном заводе в одном государстве-члене (данные 2001 г.):
▪ ELV, приведенная в разрешении, составляла: 15 мг/нм3 (получасовое среднее)
▪ диапазон реальных измеренных значений: 0-12,6 мг/нм3 (получасовое среднее)
▪ среднемесячные значения (на основе всех измеренных получасовых
средних значений): 0,4-1,8 мг/нм3
▪ среднегодовое значение (на основе всех измеренных получасовых
средних значений): 0,8 мг/нм3.
Можно видеть, что усредненные значения выбросов ближе к нижнему уровню измеренного диапазона и намного ниже ELV, установленного в этом примере. Следует, однако, отметить, что нельзя автоматически предполагать, что подобные отношения между ELVs и
реальными результатами будут существовать в других случаях или других отраслях промышленности.
Для некоторых веществ и некоторых технологий снижение ELV может привести к трудностям в обеспечении более низкого уровня выбросов. Это может затем вызвать принятие другой технологии для контроля
этого вещества и потребует пересмотра общей конструкции установки.
Снижение ELVs в воздух само по себе, без рассмотрения общих комплексных показателей установки может при улучшении показателей в
одном отношении привести к общему снижению показателей и (или) к
значительному воздействию на затраты. Это обычно подтверждается для
этого сектора результатами европейских исследований оценки воздействия на здоровье – которые, на основе нынешних данных и современных
показателей выбросов предполагают, что местные воздействия выбросов
установки для сжигания в воздух являются либо незначительными, либо
неопределимыми.
Уровни выбросов и показатели, связанные с использованием ВАТ, как
приведено в этой главе, при необходимости, даются с исходными условиями, при которых они применяются, например, для соответствующих периодов мониторинга и отбора проб. Для выбросов в воздух концентрации
веществ стандартизованы для 11% О2, сухого газа, 273 К и 101,3 кПа.
Сочетание ВАТ для сжигания отходов, перечисленных в этой главе
При рассмотрении ВАТ, описанных здесь для сжигания отходов,
важно учитывать, что оптимальное решение для определенной установки для сжигания, в целом, изменяется в соответствии с местными условиями. Контрольный перечень для наилучшего местного решения не
32
тот, который обеспечивают ВАТ, перечисленные здесь, так как это потребует рассмотрения местных условий в такой степени, которая не может быть достигнута в документе, имеющем дело с ВАТ, в общем, без
рассмотрения местных условий, вероятно, не приведет к оптимизированному местному решению в отношении окружающей среды, в целом.
Отношение между ВАТ и выбором участка для установок
для сжигания отходов:
Этот документ сам по себе не имеет дела с критериями для выбора подходящих участков для установок для сжигания отходов, но это как раз случай, когда для некоторых выполненных ВАТ требуется участок со специальными условиями. Однако сам по себе выбор участка обычно требует
рассмотрения многих других важных критериев, например, доступность
участка, транспортирование отходов на установку и т.д.
Например, в определенных местных обстоятельствах возможны ситуации, когда придется строить либо:
(а) установку с очень высокими уровнями утилизации энергии в месте, в котором потребуется большое расстояние для транспортирования отходов, либо
(b) установку со сниженным уровнем утилизации энергии, для которой
будет снижено расстояние транспортирования отходов.
Такие преимущества и недостатки сами по себе часто рассматриваются
вместе сбалансированным образом при выборе места. Результатом тогда
может стать то, что благодаря выбранному месту некоторые ВАТ, включенные здесь, окажутся просто непригодными на уровне установки.
Понимание применения ВАТ, описанных в этой главе:
Эти BREF имеют дело с отходами различных типов (например,
опасные отходы, муниципальные твердые отходы, осадки сточных вод),
которые отличаются очень широким диапазоном характеристик между
различными классами и даже в пределах самих классов, например, размер частиц, теплотворная способность, влагосодержание и содержание
золы, тип и концентрация загрязняющих веществ. Поэтому при рассмотрении ВАТ, представленных в этой главе, применимость технологий, описанных в главе 4, всегда должна проверяться на определенной
установке. В Статье 9 Директивы это учитывается, когда формулируется,
что условия получения разрешения на применение установки должны
основываться на ВАТ “без предписания использования любого способа или определенной технологии, но с учетом технических характеристик рассматриваемой установки, ее географического расположения и местных условий окружающей среды”.
ВАТ, которые перечислены в этой главе, включают в себя типичные
ВАТ (см. 5.1) и специальные ВАТ (см. 5.2, 5.3, 5.4, 5.5 и 5.6) для определенных типов отходов. Типичные ВАТ – это такие ВАТ, которые считаются обычно применимыми ко всем типам установок для сжигания отходов. ВАТ для конкретных типов отходов – это такие ВАТ, которые
считаются типичными ВАТ для установок, имеющих дело в основном
или полностью с определенными типами отходов (т.е. специализированные установки). На установках, которые принимают больше одного
вида отходов, сочетание специальных ВАТ может представлять ВАТ; однако нет оценки того, когда и в какой степени они должны применяться,
и потребуется местная оценка (таблица 5.1.).
33
Таблица 5.1
Как сочетать ВАТ, описанные для конкретного случая
Типичные
ВАТ
Как описано в
5.1
Общие ВАТ для конкретного случая
Специальные ВАТ для типа отходов
Сжигание муниципальных отходов – раздел 5.2
Предварительно обработанные или селективные муниципальные отходы (включая топливо из муниципальных отходов) – раздел 5.3
Сжигание опасных отходов – раздел 5.4
Сжигание осадков сточных вод – раздел 5.5
Сжигание медицинских отходов – раздел 5.6
Поскольку невозможно получить исчерпывающие ответы и вследствие
динамического характера отрасли и кратковременного характера этого документа, существует возможность того, что могут быть дополнительные
технологии, не описанные в этой главе, но которые соответствуют или превышают критерии ВАТ, установленные здесь.
5.1 Типичные ВАТ для сжигания всех отходов
Типичные ВАТ в этом разделе являются дополнительными для тех, которые
перечислены далее в этой главе для индивидуальных частей отрасли сжигания.
Считается, что, в общем, для каждой установки для сжигания отходов
сочетание ВАТ, перечисленных здесь (раздел 5.1), вместе с специфичными
ВАТ для типа отходов, перечисленными в разделах 5.2-5.6, представляет собой стартовую точку для процесса определения надлежащих местных технологий и условий. Поэтому практическая цель состоит в местной оптимизации в условиях установки, с учетом этого руководства для ВАТ и других
местных факторов.
Для сжигания отходов местные факторы, которые должны быть учтены,
среди прочих, обычно включают в себя:
▪ местные экологические факторы, например, исходное качество окружающей среды, могут оказывать влияние на требуемые местные показатели
в отношении выбросов с установки или наличия определенных ресурсов
▪ характерная особенность отходов, которые образуются в данном месте,
и воздействие инфраструктуры управления отходами на тип и характер отходов, прибывающих на установку
▪ затраты и техническая возможность реализации определенной технологии в отношении ее потенциальных преимуществ – это особенно важно,
когда рассматривают показатели существующих установок
▪ наличие, степень использования и цена вариантов для утилизации/размещения остатков, образующихся на установке
▪ наличие и цена, получаемая за утилизируемую энергию
▪ местные экономические/рыночные/политические факторы, которые
могут оказывать влияние на приемлемость более высоких платежей за прием отходов, которые могут сопутствовать добавке некоторых технологических вариантов.
Поэтому в сочетании с дополнительным потоком отходов для специальных ВАТ, перечисленных в последующих разделов этой главы, для того
34
чтобы предусмотреть уровни показателей, которые обычно совместимы с
ВАТ, в типичных ВАТ для сжигания отходов следует рассмотреть:
1. Выбор конструкции установки, которая годится для характеристик
принимаемых отходов, как описано в 4.1.1, 4.2.1 и 4.2.3
2. Обслуживание участка, обычно опрятного и находящегося в чистом
состоянии, как описано в 4.1.2
3. Поддержание всего оборудования в надлежащем исправном состоянии и проведение технического контроля и планово-предупредительного
ремонта для достижения этого
4. Установление и поддержание контроля качества в отношении поступающих отходов, в соответствии с типами отходов, которые могут поступать на установку, как описано в:
4.1.3.1 Установление входных ограничений и идентификация ключевых рисков
4.1.3.2 Связь с поставщиками отходов для улучшения контроля качества
поступающих отходов
4.1.3.3 Контроль качества загружаемых отходов на участке МСЗ
4.1.3.4 Проверка, отбор проб и испытания поступающих отходов
4.1.3.5 Детекторы радиоактивных материалов
5. Хранение отходов в соответствии с оценкой риска их свойств, для того чтобы риск потенциального выделения загрязняющих веществ был минимизирован. В общем, это ВАТ для хранения отходов в местах, которые
имеют закрытые стойкие поверхности, с контролируемым и раздельным
дренажом, как описано в 4.1.4.1.
6. Использование технологий и процедур для ограничения и управления
временем хранения отходов, как описано в 4.1.4.2, для того чтобы в целом снизить риск выбросов при хранении отходов/разрушения контейнера и технологических трудностей, которые могут возникнуть. В общем, это ВАТ для:
▪ Предотвращения того, чтобы объемы хранящихся отходов не были
слишком большими для предусмотренного хранения
▪ Насколько это достижимо, осуществление контроля и управление поставками путем коммуникаций с поставщиками отходов и т.д.
7. Минимизация образования запахов (и других потенциальных неорганизованных выбросов) от мест хранения крупногабаритного мусора (включая контейнеры и бункеры, но исключая небольшие объемы отходов, хранящиеся в контейнерах) и в местах предварительной обработки отходов с
помощью продувки этой зоны воздухом для горения (см. 4.1.4.4).
В дополнение к этому рассматривается также ВАТ, предусматривающие
контроль запаха (и других потенциальных неорганизованных выбросов), когда мусоросжигательное устройство недоступно (например, в течение обслуживания) путем:
(а) предотвращения перегрузки при хранении отходов;
(b) экстрагирования соответствующей атмосферы с помощью альтернативной системы контроля запаха.
8. Отделение хранения отходов в соответствии с оценкой риска их химических и физических характеристик для обеспечения безопасного хранения и переработки, как описано в 4.1.5.
9. Четкая маркировка отходов, которые хранятся в контейнерах, таким образом, чтобы их можно было постоянно идентифицировать, как описано в 4.1.4.6.
10. Разработка плана предотвращения, определения и контроля (описано в 4.1.4.7) пожарной опасности на установке, в частности для:
▪ зоны хранения и предварительной обработки
▪ зон загрузки мусоросжигательной установки
35
▪ систем электроуправления
▪ тканевых фильтров и фильтров со статическим слоем.
Обычно ВАТ для реализации такого плана включают в себя использование:
(а) автоматизированную систему пожарной сигнализации
(b) использование либо ручной либо автоматической системы пожаротушения и контроля, как требуется в соответствии с проведенной оценкой риска.
11. Смешивание (т.е. использование бункерного крана для смешения)
или дополнительная предварительная обработка (например, смешивание
некоторых жидких и пастообразных отходов, или измельчение некоторых
твердых отходов) гетерогенных отходов до степени, которая требуется для
соответствия проектным техническим характеристикам принимающей установки (4.1.5.1). При рассмотрении степени использования смешения/предварительной обработки особое значение имеет учет воздействия
между средами (например, потребление энергии, шум, запах или другие выбросы) более широкомасштабной предварительной обработки (например,
измельчение). Предварительная обработка с наибольшей вероятностью
требуется, когда установка была спроектирована для ограниченных требований, гомогенных отходов.
12. Использование технологий, описанных в 4.1.5.5 или 4.6.4, насколько
это практически и экономически оправдано, удаление черных и цветных,
подвергаемых рециклингу металлов для их утилизации либо:
(а) после сжигания из остатков шлака или
(b) при измельчении отходов (например, когда для них используются определенные системы сжигания) из измельченных отходов до стадии сжигания.
13. Предоставление операторам средств для визуального мониторинга,
непосредственно или с использованием телеэкрана мест хранения отходов
и загрузки, как описано в 4.1.6.1.
14. Минимизация неконтролируемых выбросов в воздух из камеры сгорания при загрузке отходов или в других ситуациях как описано в 4.1.6.4
15. Использование моделирования потоков, которое может помочь в предоставлении информации для новых или существующих установок в отношении сжигания или показателей системы очистки дымовых газов (таких, которые
описаны в 4.2.2) и для предоставления информации, для того чтобы:
(а) оптимизировать геометрию печи и котла-утилизатора таким образом,
чтобы улучшить показатели сжигания отходов;
(b) оптимизировать подачу воздуха для горения таким образом, чтобы
улучшить показатели сжигания отходов;
(c) при использовании SNCR или SCR для оптимизации мест инжекции
реагентов таким образом, чтобы повысить эффективность снижения выбросов NOx при минимизации образования закиси азота, аммиака и потребления реагентов (см. общие разделы по SNCR и SCR в 4.4.4.1 и 4.4.4.2).
16. Для того чтобы снизить общие выбросы, для установления рабочего
режима и выполнения процедур (например непрерывная работа предпочтительнее чем периодическая, системы планово-предупредительного ремонта) с тем, чтобы минимизировать насколько это практически возможно плановые и неплановые остановы и пуски, как описано в 4.2.5
17. Идентификация принципов регулирования сжигания отходов и использование ключевых критериев сжигания и системы регулирования сжигания для мониторинга и поддержания этих критериев в надлежащих граничных условиях, для того чтобы поддерживать эффективные показатели
сжигания, как описано в 4.2.6. Технологии, рассматриваемые для регулирования сжигания, могут включать в себя использование инфракрасных камер
36
(см. 4.2.7), или другие средства, такие как ультразвуковые измерения или регулирование разности температур.
18. Оптимизация и регулирование условий сжигания с помощью сочетания:
(а) регулирования подачи воздуха (кислорода), распределения и температуры, включая смешение газа и окислителя
(b) регулирования температуры горения и распределения температур
(c) регулирования времени пребывания неочищенного газа.
Соответствующие технологии для обеспечения этих целей описаны в:
4.2.8 Оптимизация стехиометрии подаваемого воздуха
4.2.9 Оптимизация и распределение подачи первичного воздуха
4.2.11 Инжекция вторичного воздуха, оптимизация и распределение
4.2.19 Оптимизация времени, температуры, турбулентности газов в зоне сжигания и концентрации кислорода
4.2.4 Конструирование для повышения турбулентности в камере вторичного сгорания
19. В общем, это ВАТ для использования тех условий эксплуатации (т.е.
температура, время пребывания и турбулентность), которые определены в
Статье 6 Директивы 2000/76/EC. Использования эксплуатационных условий, превышающих те, которые требуются для эффективного обезвреживания отходов, обычно следует избегать. Использование других эксплуатационных условий также может быть ВАТ, если они предусмотрены для
обеспечения подобного или лучшего общего уровня экологических показателей. Например, когда используются рабочие температуры ниже 1100оС
(как определено для некоторых опасных отходов в Директиве 2000/76/EC),
и было продемонстрировано обеспечение сходного или лучшего общего
уровня экологических показателей, использование таких пониженных температур рассматривается как ВАТ.
20. Подогрев первичного воздуха для горения для отходов с низкой теплотворной способностью при использовании тепла, утилизируемого в установке, в условиях, когда это может привести к улучшенным показателям
сжигания (например, когда сжигаются отходы с низкой теплотворной способностью/высоким влагосодержанием), как описано в 4.2.10. В общем, эта
технология не применима для установок по сжиганию опасных отходов.
21. Использование вспомогательной горелки (горелок) для пуска и останова и для поддержания требуемых рабочих температур сжигания (в соответствии с обезвреживаемыми отходами) в любое время, когда в камере сжигания имеются несгоревшие отходы, как описано в 4.2.20.
22. Использование сочетания отбора тепла ближе к печи (например, использование водяного экрана в печах с колосниковыми решетками и (или)
камерах вторичного горения) и изоляции печи (например, огнеупорные
участки или другие облицованные стенки печи, которое в соответствии с
низшей теплотворной способностью и коррозионными свойствами сжигаемых отходов предусмотрено для:
(а) адекватного удержания тепла в печи (отходы с низкой теплотворной
способностью требуют повышенного удержания тепла в печи)
(b) дополнительной передачи тепла для утилизации энергии (для отходов с повышенной теплотворной способностью может оказаться допустимым/потребоваться отбор тепла из более ранних стадий печи).
Условия, при которых применимы различные технологии, описаны в
4.2.22 и 4.3.12.
23. Использование размеров печи (включая камеры вторичного горения
и т.д.), которые являются достаточно большими для обеспечения эффективного сочетания времени пребывания газов и температуры таким обра37
зом, чтобы реакции горения могли завершиться с образованием низких и
стабильных выбросов СО и ЛОС (летучих органических соединений), как
описано в 4.2.23.
24. Когда используется газификация или пиролиз, для того чтобы избежать образования отходов, ВАТ должны:
(a) объединить стадию газификации или пиролиза со стадией последующего сжигания с утилизацией энергии и очисткой дымовых газов, чтобы обеспечить рабочие уровни выбросов в воздух в диапазоне выбросов,
связанных с ВАТ, которые определены в этой главе ВАТ
(b) утилизировать или поставлять для использования вещества (твердые,
жидкие или газообразные), которые не являются горючими.
25. Для того чтобы избежать неисправностей при эксплуатации, которые
вызваны повышенной температурой вязкой летучей золы, используется
конструкция котла-утилизатора, которая позволяет в достаточной степени
снизить температуру газа перед пучком конвективного теплообмена (например, обеспечение достаточного количества радиационных экранов в печи/котле и (или) водяных экранов либо других систем, помогающим охлаждению), как описано в 4.2.23 и 4.3.11. Реальная температура, выше которой
происходит значительное образование накипи, зависит от типа отходов и
параметров пара котла-утилизатора. В общем, для MSW это обычно
600-750оС, ниже для опасных отходов и выше для осадков сточных вод. Радиационные теплообменники, такие как пластинчатого типа пароперегреватели, могут использоваться при более высоких температурах дымовых газов,
чем другие конструкции (см. 4.3.14).
26. Общая оптимизация энергоэффективности установки и утилизации
энергии, с учетом технико-экономической осуществимости (с особым акцентом на высокие коррозионные свойства дымовых газов, что является результатом сжигания различных видов отходов, например, хлорированных
отходов) и наличия пользователей утилизируемой энергии, как описано в
4.3.1, и, в общем, состоит:
(a) в снижении потерь энергии с дымовыми газами, при использовании
сочетания способов, описанных в 4.3.2 и 4.3.5
(b) в использовании котла-утилизатора для передачи энергии дымовых
газов для производства электроэнергии и (или) поставки пара/тепла с КПД
преобразования тепловой энергии:
(i) для смешанных муниципальных отходов, по крайней мере, 80%.
(ii) для предварительно подогретых муниципальных отходов (или подобным им отходам), обезвреживаемых в устройствах с кипящим слоем, от
80 до 90%
(ii) для опасных отходов, вызывающих рост рисков коррозии котлаутилизатора (обычно вследствие содержания хлора/серы) выше 60-70%
(iv) для других отходов этот КПД должен обычно находиться в диапазоне 60-90%
(c) в процессах газификации и пиролиза, которые комбинируются со
стадией последующего сжигания, используется котел-утилизатор с КПД
преобразования тепловой энергии, по крайней мере, 80% или использование газового двигателя, либо другой технологии генерации электроэнергии.
27. Обеспечение, когда это реально, долговременных контрактов на поставку тепловой энергии/пара при базовой нагрузке для крупных потребителей тепловой энергии/пара (см. 4.3.1), для того чтобы существовал более
постоянный спрос на утилизируемую энергию, и, поэтому, можно использовать большую долю энергетической ценности сжигаемых отходов.
38
28. Размещение новых установок таким образом, чтобы можно было в
максимальной степени использовать тепловую энергию и (или) пар, генерируемый в котле-утилизаторе, с помощью любого сочетания:
(a) генерации электроэнергии с поставкой тепловой энергии или пара
для использования (т.е. использование СНР)
(b) поставки тепловой энергии или пара для использования в распределительных сетях районного теплоснабжения
(c) поставки технологического пара для различных, главным образом,
промышленных использований (см. примеры в 4.3.18)
(d) поставки тепловой энергии или пара для использования для использования в качестве движущей силы для систем охлаждения/ кондиционирования воздуха.
29. В случаях, когда генерируется электроэнергия, оптимизация параметров пара (согласно требованиям потребителя для любой производимой тепловой энергии и пара), включая рассмотрение (см. 4.3.8):
(а) использования пара высоких параметров для повышения генерации
электроэнергии;
(b) защиты материалов котла-утилизатора с использованием подходящих стойких материалов (например, покрытия или специальные материалы
для котельных труб).
Оптимальные параметры для промышленной установки в значительной
степени будут зависеть от коррозионной активности дымовых газов, и, следовательно, от состава отходов.
30. Выбор турбины, подходящей для:
(a) режима поставки электрической и тепловой энергии, как описано в 4.3.7
(b) высокого электрического КПД.
31. На новых или модернизированных установках, где генерация электроэнергии является приоритетной по отношению к тепловой энергии,
следует минимизировать давление в конденсаторе.
32. Общая минимизация полного спроса на энергию установки, включая
рассмотрение следующих аспектов (см. 4.3.6):
(a) для требуемых уровней эксплуатационных показателей выбор технологий с пониженным общим потреблением энергии, отдавая предпочтение
технологиям с повышенным потреблением энергии
(b) при наличии возможности заказ систем очистки дымовых газов таким образом, чтобы предотвращался подогрев дымовых газов (т.е. систем с
максимальной рабочей температурой по отношению к системам с более
низкими рабочими температурами)
(c) при использовании SCR:
(i) применять теплообменники для подогрева SCR на входе дымового
газа с энергией дымовых газов на выходе SCR
(ii) обычно выбирать систему SCR таким образом, чтобы для требуемого уровня эксплуатационных показателей (включая при возникновении неисправностей и снижении эффективности) была более низкая рабочая температура
(d) когда необходим подогрев дымовых газов, использование теплообменных систем для минимизации потребности в энергии на подогрев дымовых газов
(e) предотвращение использования первичных топлив с помощью использования энергии собственного производства, которым отдается предпочтение по отношению к заимствованной энергии.
39
33. Когда требуются системы охлаждения, выбор технического варианта
системы охлаждения конденсатора пара, который лучше всего подходит к
условиям местной окружающей среды, с учетом потенциальных воздействий между различными средами, как описано в 4.3.10.
34. Использование сочетание подключенного и автономного способов
очистки котла-утилизатора для снижения времени пребывания пыли и ее
накопления в котле, как описано в 4.3.19
35. Использование общей системы очистки дымовых газов, которая при
подключении ко всей установке обычно обеспечивает рабочие уровни выбросов, перечисленные в табл. 5.2 для выбросов в воздух, связанных с использованием ВАТ.
ПРИМЕЧАНИЯ к таблице 5.2.:
1. Диапазоны, приведенные в этой таблице, представляют собой уровни
при рабочих показателях установок, которые обычно можно ожидать в результате применения ВАТ – они не являются имеющими обязательную силу предельными значениями выбросов (ELVs)
2. Σ других металлов = сумма Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V и их соединений, выраженных как металлы
3. Измерения с перерывами являются усредненными в течение периода
отбора проб от 30 мин до 8 ч. Периоды отбора проб обычно для таких измерений составляют 4-8 ч
4. Данные стандартизованы при 11% кислорода, сухом газе, 273 К и
101,3 кПа
5. Диоксины и фураны рассчитываются с использованием коэффициентов эквивалентности согласно EC/2000/76
6. При сравнении показателей в отношении этих диапазонов, во всех
случаях необходимо учитывать следующее: доверительные интервалы, связанные с проведенными определениями: относительная ошибка таких определений возрастает по мере снижения измеренных концентраций в сторону более низких уровней определения
7. Рабочие данные, подкрепляющие вышеупомянутые диапазоны ВАТ,
были получены в соответствии с принятыми недавно приемами надлежащего мониторинга, требующими измерительного оборудования с инструментальной шкалой 0-3 WID ELV(предельные значения выбросов Рамочной
директивы по отходам). Для параметров со структурой выбросов очень низкими базовыми значениями в сочетании с пиковыми выбросами в течение
коротких периодов особое внимание следует обращать на инструментальную шкалу. Например, при изменении инструментальной шкалы для измерения СО от тройного WID ELV до значения в 10 раз большего, как сообщалось в некоторых случаях, происходил рост измеренных значений в 2-3
раза. Это необходимо учитывать при интерпретировании этой таблицы.
8. Одно государство-член сообщало о том, что в некоторых случаях
приходилось сталкиваться с техническими трудностями, когда проводилась
модернизация системы SCNR для существующих небольших мусоросжигательных установок, и что экономическая эффективность (т.е. снижение NOx
на единицу затрат) системы подавления выбросов NOx (например, SCNR)
ниже на небольших установках (т.е. на установках для сжигания MSW
<6 отходов/ч).
40
41
Диоксид
(SO2)
серы
Хлорид водорода
(HCl)
Фторид водорода
(HF)
Общая пыль
Вещества
Табл. 5.2: Диапазоны уровня рабочих выбросов, связанных с использованием ВАТ
(см. примечания ниже), для выбросов в воздух (в мг/нм3 или как установлено)
Пробы с Получасовые СреднесуКомментарии
перерысредние
точные
вами
1-20 (см. ком1-5
В общем, использование рукавных фильтров
бинировандает более низкие уровни в этих диапазонах
ный режим 2)
выбросов. Очень важно эффективное обслуживание систем пылеудаления. Необходимо
повышать потребление энергии при снижении средних выбросов. Регулирование выбросов пыли обычно приводит и к снижению выбросов металлов
Контроль отходов, дозирование и смешение
1-50
1-8
могут снизить колебания в концентрациях неочищенного газа, что может вызвать повы<2
<1
шенные кратковременные выбросы.
(см. комб.
Системы мокрой газоочистки обычно облареж. 2)
дают максимальной абсорбционной способностью и дают минимальные уровни вы1-150
1-40
бросов для этих веществ, но обычно
(см. комб.
(см. комб.
являются более дорогими. См. табл. 5.3 для
реж. 2)
реж. 2)
анализа критериев при выборе между основными системами газоочистки, включая
воздействия между средами
Рабочие уровни выбросов, связанные с использованием ВАТ для выбросов в воздух
от установок для сжигания отходов
Таблица 5.2.
42
Монооксид азота
(NO) и диоксид
азота (NO2), выраженные
как
диоксид
азота
для установок, не
использующих
SCR
Монооксид азота
(NO) и диоксид
азота (NO2), выраженные
как
диоксид
азота
для
установок,
использующих
SCR
Вещества
Табл. 5.2: Диапазоны уровня рабочих выбросов, связанных с использованием ВАТ
(см. примечания ниже), для выбросов в воздух (в мг/нм3 или как установлено)
Пробы с Получасовые СреднесуКомментарии
перерысредние
точные
вами
Способы контроля отходов и сжигания в сочетании с SCR обычно обеспечивают работу в
0-300
40-100
этом диапазоне выбросов. Использование SCR
(см. комб.
(см. комб.
вызывает дополнительную потребность в энерреж. 2)
реж. 2)
гии и затраты. В общем, на более крупных установках использование SCR связано с менее значительными дополнительными издержками на
тонну обезвреживаемых отходов. Повышенное
содержание азота в отходах приводит к росту
концентраций NOx в неочищенном газе
Способы контроля отходов и сжигания в сочетании с SCNR обычно обеспечивают работу в
30-350
120-180
этом диапазоне выбросов. Для среднесуточных
значений ниже этого диапазона обычно требуется SCR, хотя уровни ниже 70 мг/нм3 были
достигнуты с использованием SCNR, например,
когда концентрации NOx в неочищенном газе
низкие и (или) при использовании высоких доз
реагентов. Когда используются высокие дозы
внесения реагента SCNR, образующееся количество NH3 можно контролировать с использованием мокрой газоочистки с соответствующими мерами для обработки образующимися
аммонийными сточными водами. Повышенное
содержание азота в отходах приводит к росту
концентраций NOx в неочищенном газе (см.
также примечание 8 ниже в отношении небольших установок)
43
Газообразные и
парообразные
органические
вещества, выраженные как ТОС
(общий органический углерод)
Монооксид углерода (СО)
Ртуть и ее соединения (как Hg)
Вещества
Табл. 5.2: Диапазоны уровня рабочих выбросов, связанных с использованием ВАТ
(см. примечания ниже), для выбросов в воздух (в мг/нм3 или как установлено)
Пробы с Получасовые СреднесуКомментарии
перерысредние
точные
вами
Технологии, которые улучшают условия
1-20
1-10
сжигания, снижают выбросы этих веществ.
Обычно концентрации выбросов не находятся под сильным влиянием газоочистки.
Уровни СО могут быть более высокими в
течение пуска и останова, а в случае новых
котлов-утилизаторов, на которых еще не
установлен нормальный режим работы,
5-100
5-30
уровень бывает повышенным
<0,05
Обычно требуется адсорбция с использо(см. комб.
0,001-0,03
,001-0,02
ванием реагентов на основе углерода для
реж. 2)
достижения этих уровней выбросов со
многими видами отходов – так как металлическая ртуть труднее удаляется, чем
ионная ртуть. Точные способы и характеристики очистки, которые требуются, зависят от уровней и распределения ртути в
отходе. В некоторых потоках отходов
имеются очень высокие и переменные
концентрации ртути, и может потребоваться предварительная обработка отходов
в таких случаях для предотвращения пиковой перегрузки системы газоочистки. В
соответствии с Директивой 2000/76/EC
непрерывный мониторинг ртути не требуется, но он проводится некоторыми государствами-членами
44
Табл. 5.2: Диапазоны уровня рабочих выбросов, связанных с использованием ВАТ
(см. примечания ниже), для выбросов в воздух (в мг/нм3 или как установлено)
Пробы с Получасовые СреднесуКомментарии
перерысредние
точные
вами
Общий кадмий и 0,005-0,05
См. комментарии для ртути. Более высокая
таллий (и их со- (см. комб.
летучесть этих металлов, чем ртути означает,
единения, вырареж. 2)
что методы контроля пыли и других металженные как мелов являются более эффективными при
таллы)
борьбе с выбросами этих веществ, чем в случае ртути
Σ других метал- 0,005-0,5
Технологии, которые применяются для
лов
обеспыливания, обычно годятся и для этих
металлов
Диоксины и фу0,01-0,1
Технологии сжигания приводят к деструкраны
(нг (см. комб.
ции PCDD/F в отходах. Специальная конTEQ/нм3)
реж. 2)
струкция и контроль температуры снижают
вторичный синтез диоксинов и фуранов. В
дополнение к таким мерам способы подавления с использованием абсорбентов на основе углерода, позволяют снизить конечные
выбросы до указанного диапазона. Повышенные уровни дозирования углеродного
абсорбента может снизить уровень выбросов
в воздух ниже 0,001, но результатом являются повышенное потребление и остатки
Вещества, не включенные в Директиву 2000/76/EC по сжиганию отходов:
Аммиак (NH3)
<10
1-10
<10
Системы с эффективным контролем снижения
(см. комб.
выбросов NOx, включая дозирование реагенреж. 2)
тов, способствуют снижению выбросов NH3.
Мокрый скруббер абсорбирует NH3 и передает его в поток сточных вод
Вещества
45
Бенз(а)пирен
PCBs
PAHs
Закись азота
(N2O)
Вещества
Табл. 5.2: Диапазоны уровня рабочих выбросов, связанных с использованием ВАТ
(см. примечания ниже), для выбросов в воздух (в мг/нм3 или как установлено)
Пробы с Получасовые СреднесуКомментарии
перерысредние
точные
вами
Для этих веществ не имеется достаточного Способы, которые используются для контроля
количества данных, чтобы сделать четкое PCDD/F, позволяют также контролировать
заключение о ВАТ для уровней выбросов. бенз(а)пирен, PCBs и PAHs
Однако данные, представленные в главе 3, Эффективное окислительное сжигание и сисуказывают, что уровни выбросов этих ве- темы контроля подавления выбросов NOx соществ обычно низкие. PCBs, PAHs и действуют снижению выбросов N2O. Более
бенз(а)пирен могут контролироваться с ис- высокие уровни можно наблюдать в установпользованием технологий, применяемых ках с кипящим слоем, работающих при более
для PCDD/F. Уровни N2O определялись низких температурах, например, ниже 900оС
при технологии сжигания и оптимизации и
оптимизации SCNR с использованием мочевины
КОМБИНИРОВАННЫЕ РЕЖИМЫ:
1. ВАТ 35: На основе своих данных о показателях существующих установок
некоторые государства-члены и экологические НПО выразили комбинированный режим, при котором в течение 24 ч диапазон выбросов NH3, связанных с
использованием ВАТ, должен быть <5 мг/нм3 (вместо <10 мг/нм3)
2. ВАТ 35: Одно государство-член и экологическая НПО выразили комбинированный режим в отношении диапазонов ВАТ в табл. 5.2 (воздух).
Эти комбинированные режимы были основаны на их данных о показателях
ряда существующих установок и их интерпретации данных, представленных
Тематической рабочей группы, а также на тех данных, которые включены в
документ BREF (например, в главе 3). Конечным результатом встречи Тематической рабочей группы были диапазоны, представленные в табл. 5.2, но
со следующими зарегистрированными комбинированными режимами: общая пыль усредненная за полчаса 1-10 мг/нм3; NOx (как NO2) с использованием SCR (среднее за полчаса) 30-200 и среднее за сутки 30-100 мг/нм3;
ртуть и ее соединения (как Hg) при измерениях с перерывами 0,001-0,3
мг/нм3; общий Cd + Tl при измерениях с перерывами 0,005-0.03 мг/нм3;
диоксины и фураны измерениях с перерывами 0,01-0,05 нг TEQ/нм3. На
основе того же самого обоснования экологическая НПО также зарегистрировала следующие комбинированные режимы: HF (среднее за полчаса) <1
мг/нм3; SO2 (среднее за полчаса) 1-50 мг/нм3 и среднее за 24 ч 1-25 мг/нм3.
36. При выборе общей системы очистки дымовых газов учитывают:
(a) общие факторы, описанные в 4.4.1.1 и 4ю4.1.3
(b) потенциальные воздействия на потребление энергии на установке,
как описано в разделе 4.4.1.2
(c) дополнительные общие проблемы совместимости системы, которые
могут появиться при модернизации существующих установок (см. 4.4.1.4)
37. При выборе между мокрой и полусухой системами газоочистки учитывают (неисчерпывающие) общие критерии выбора, приведенные в качестве примера в табл. 5.3:
38. Для предотвращения сопутствующего повышенного потребления
электроэнергии (если только не имеется местного специфического фактора) избегают использования двух рукавных фильтров на одной линии газоочистки (как описано в 4.4.2.2 и 4.4.2.3).
39. Снижение потребления реагентов в системе газоочистки и образования остатков от газоочистки в сухой, полусухой и промежуточной системах
газоочистки с помощью подходящего сочетания:
(a) корректировки и контроля количества инжектируемых реагентов, для
того чтобы соответствовать требованиям для очистки дымовых газов таким
образом, чтобы была выполнена цель конечных рабочих выбросов
(b) использования сигнала, поступающего от датчиков быстрого реагирования, расположенных выше и ниже по потоку дымовых газов, контролирующих уровни HCl или SO2 (или других параметров, которые могут оказаться полезными для этой цели) для оптимизации уровней дозирования
реагентов в системе газоочистки, как описано в 4.4.3.9
(c) рециркуляции части собранных остатков дымовых газов, как описано
в 4.4.3.9
Применимость и степень использования упомянутых технологий, которые представляют ВАТ, будет меняться, в соответствии, в частности: с характеристиками отходов и соответствующих особенностей дымовых газов,
конечным требуемым уровнем выбросов и техническим опытом, наработанным при их практическом использовании на установке.
46
47
-
Потребление
воды
+
+
в
Мокрая
система
(W)
Образование
остатков
Показатели
выбросов
воздух
Критерии
0
0
0
Полусухая система
(SW)
+
-
Сухая
система
с известью
(DL)
-
+
0
Сухая
система с
бикарбонатом
(DS)
0
▪ в отношении HCl, HF, NH3 и SO2 мокрые системы обычно дают минимальные уровни выбросов в воздух
▪ каждая система обычно сочетается с дополнительным оборудованием для обеспыливания и
очисткой от PCDD/F
▪ системы DL могут достичь сходных уровней выбросов с DS и SW, но только с повышенным
уровнем дозирования реагентов и соответствующим ростом образования остатков
▪ образование остатков на тонну отходов обычно
выше с системами DL и ниже с системами W с
большей концентрацией загрязняющих веществ в
остатках от систем W
▪ возможна утилизация материалов из остатков с
системами W с последующей очисткой стоков
скруббера, и с системами DS
▪ потребление воды обычно выше с системами W
▪ в сухих системах используется мало воды, или
она не используется
Комментарии
Пример оценки некоторых важных критериев IPPC, которые можно учитывать при выборе между вариантами
мокрой и полусухой газоочистки
Таблица 5.3
48
Мокрая
система
(W)
-
-
+
+
Критерии
Образование
стоков
Потребление
энергии
Потребление
реагента
Способность
справиться с
изменением загрязняющих
веществ
на
входе
0
-
0
+
Полусухая система
(SW)
-
-
0
Сухая
система
с известью
(DL)
+
0
0
0
Сухая
система с
бикарбонатом
(DS)
+
▪ образующиеся стоки (если они не испаряются) в
системах W требуют очистки и обычно сброса,
когда можно найти соответствующее приемное
устройство для соленых очищенных стоков (например, морская среда); сам по себе сброс не является значительным недостатком
▪ сложным может оказаться удаление аммиака из
стока
▪ потребление энергии выше с W системами
вследствие потребности в насосе, и она дополнительно возрастает, когда (как обычно) они сочетаются с другими компонентами газоочистки, например, для удаления пыли
▪ обычно минимальное потребление реагентов у
систем W
▪ обычно максимальное потребление реагентов у
систем DL, но оно может быть снижено при рециркуляции реагентов
▪ системы SW, DL и DS могут быть выгодными
при использовании мониторинга кислых неочищенных газов (см. 4.4.3.9)
▪ системы W в наибольшей степени приспособлены в случае широкого диапазона и быстро изменяющихся на входе концентраций HCl, HF и SO2
▪ системы DL обычно являются менее гибкими,
хотя это можно улучшить при использовании
мониторинга неочищенных кислых газов (см.
4.4.3.9)
Комментарии
49
максимальная
Обычно
выше
средние
Капитальные
затраты
Эксплуатационные затраты
-
Видимость
шлейфа
загрязнений
Сложность
процесса
Мокрая
система
(W)
Критерии
Обычное
ниже
средние
средняя
0
Полусухая система
(SW)
средние
Обычно
ниже
минимальная
Сухая
система
с известью
(DL)
+
Обычно
ниже
Обычно
ниже
минимальная
Сухая
система с
бикарбонатом
(DS)
+
▪ видимость шлейфа загрязнений обычно выше у
мокрых систем (если только не принимаются
специальные меры)
▪ сухие системы обычно имеют минимальную видимость шлейфа загрязнений
▪ системы W сами по себе являются довольно
простыми, но требуются другие компоненты технологического процесса для обеспечения работы
всей системы газоочистки, включая установку для
очистки сточных вод и т.д.
▪ дополнительные затраты для мокрых систем
связаны с дополнительными затратами на дополнительные компоненты газоочистки и вспомогательное оборудование, наиболее значительные
для малых установок
▪ не имеются дополнительные эксплуатационные
затраты на очистку стоков для W систем, наиболее
значительные затраты на малых установках
▪ выше затраты на размещение остатков, когда образуется больше остатков и потребляется больше
реагентов. W системы обычно работают с минимальным количеством реагентов, и, поэтому, могут
иметь ниже затраты на размещение реагентов
▪ эксплуатационные затраты включают расходные
материалы, затраты на размещение и обслуживание. Они зависят в значительной степени от местных ц расходные материалы и размещение остатков
Комментарии
Примечание к таблице 5.3.: + означает, что использование технологии обычно дает преимущество в отношении оценки рассматриваемого
критерия; 0 означает, что способ обычно не связан со значительными преимуществами или недостатками в отношении оценки рассматриваемого
критерия; - означает, что использование технологии обычно связано с недостатками в отношении оценки рассматриваемого критерия.
40. Использование первичных (относящихся к сжиганию) мер по снижению образования NOx вместе либо с SCR (4.4.4.1) либо SCNR (4.4.4.2), в
соответствии с требуемой эффективностью снижения их концентрации в
дымовых газах. В общем, SCR рассматривается как ВАТ, когда требуется более высокая степень эффективности очистки от NOx (т.е. при высоких
уровнях NOx в неочищенных газах) и когда желательными являются низкие
конечные концентрации NOx в выбросах дымовых газов.
Одно государство-член сообщало, что в некоторых случаях встречались
технические трудности, когда проводили модернизацию систем SNCR на
существующих мусоросжигательных установках небольшой производительности, и что экономическая эффективность (т.е. снижение уровня выбросов NOx на единицу затрат) подавления выбросов NOx (например,
SNCR) ниже на небольших установках для сжигания отходов (т.е. с производительностью < 6 т отходов/ч).
41. Для снижения общих выбросов PCDD/F во все компоненты окружающей среды рекомендуется использование:
(a) способов для повышения уровня знаний и контроля отходов, включая в частности характеристики их сжигания, использование подходящего
выбора способов, описанных в 4.1
(b) первичных (относящихся к сжиганию) способов (подытоженных в
4.4.5.1) деструкции PCDD/F в отходах и возможных прекурсоров PCDD/F
(c) конструкций установок и средств эксплуатационного контроля, которые позволяют избежать условий (см. 4.4.5.2), которые могут привести к
росту вторичного образования PCDD/F или первичного образования, в частности предотвращать снижение уровней образования пыли в температурном диапазоне 250-400оС. Сообщалось о некотором дополнительном снижении вторичного синтеза PCDD/F, когда рабочая температура для
снижения уровней образования пыли была дополнительно снижена с 250
до 200оС (и ниже)
(d) подходящего сочетания одной или более следующих дополнительных мер подавления PCDD/F:
(i) адсорбции с помощью инжекции активированного углерода или
других реагентов при соответствующем уровне дозы реагента, с использованием рукавных фильтров, как описано в 4.4.5.6
(ii) адсорбции с использованием неподвижных слоев с соответствующим уровнем повторного наполнения адсорбента, как описано в 4.4.5.7
(iii) многослойный процесс SCR, с соответствующим размером слоев
для обеспечения контроля PCDD/F, как описано в 4.4.5.3
(iv) использование каталитических рукавных фильтров (но только, когда обеспечены другие положения для эффективного контроля металлической и элементарной ртути), как описано в 4.4.5.4
42. Когда используются мокрые скрубберы, проводится оценка накопления PCDD/F (эффект памяти) в скруббере и принимаются надлежащие меры для борьбы с этим накоплением и предотвращением проскока их через
скруббер. Особое внимание следует уделять возможности эффекта памяти в
течение периодов пуска и останова.
50
43. Если применяется дожигание остатков от газоочистки, должны использоваться соответствующие меры для предотвращения рециркуляции и
накопления ртути в установке.
44. Для контроля выбросов ртути, когда применяются мокрые скрубберы как
единственное или основное эффективное средство контроля выбросов ртути:
(a) используется первая стадия с низким рН, с добавкой специальных
реагентов для удаления ионной ртути (как описано в 4.4.6.1, 4.4.6.6 и
4.4.6.5), в сочетании со следующими дополнительными мерами для подавления металлической (элементарной) ртути, как требуется, для того
чтобы снизить конечные выбросы в воздух до диапазонов выбросов
ВАТ, приведенных для общей ртути
(b) инжекция активированного угля, как описано в 4.4.6.2 или
(c) активированный уголь или кокосовые фильтры, как описано в 4.4.6.7
45. Для контроля выбросов ртути, когда применяется полусухая или сухая
система газоочистки, используется активированный уголь или другие эффективные адсорбирующие реагенты для адсорбции PCDD/F и ртути, как описано в
4.4.6.2, с контролем уровня дозы реагента таким образом, чтобы конечные выбросы в воздух находились в диапазоне выбросов ВАТ, приведенном для ртути
46. Общая оптимизация рециркуляции и повторного использования
сточных вод, образующихся на участке с установкой, как описано в 4.5.8,
включая, например, при условии надлежащего качества использование дренажного стока котла-утилизатора в качестве источника водоснабжения для
мокрого скруббера, для того чтобы снизить потребление воды скруббером
путем замены питательной воды для него (см. 4.5.6)
47. Использование отдельных систем для дренажа, очистки и сброса дождевой воды, которая выпадает на участке, включая воду с крыш с тем, чтобы она
не смешивалась с потенциально или реально загрязненными потоками сточных
вод, как описано в 4.5.9. Для некоторых таких потоков сточных вод может потребоваться только небольшая очистка (или ее отсутствие) перед их сбросом, в
зависимости от риска загрязнения и местных факторов сброса
48. Когда применяется мокрая очистка дымовых газов:
(a) используется физико-химическая очистка по месту стоков скруббера
перед их сбросом с участка, как описано в 4.5.11, и, тем самым, достижение
в месте сброса с установки для очистки стоков (ЕТР) уровней сбросов,
обычно находящихся в уровне рабочих диапазонов, связанных с ВАТ, как
идентифицировано в табл. 5.4
(b) раздельная очистка потоков кислых и щелочных сточных вод, образующихся на стадиях скруббера, как описано в 4.5.13, когда имеются определенные факторы для дополнительного снижения сбросов в воду и (или)
когда осуществляется утилизация HCL и (или) гипса
(c) рециркуляция стока мокрого скруббера в системе газоочистки и использование электропроводности (мСм/cм) рециркулируемой воды как меры контроля с тем, чтобы снизить потребление воды скруббером путем замены питательной воды скруббера, как описано в 4.5.4
(d) обеспечение емкостей для хранения/буферных емкостей для стоков
скруббера для проведения более устойчивого процесса очистки сточных
вод, как описано в 4.5.10
(e) использование сульфидов (например, тримеркапто-S-триазина) или
других связующих ртуть веществ для снижения концентрации ртути (и других тяжелых металлов) в конечном стоке, как описано в 4.5.11
(f) при использовании SNCR с системой мокрой очистки уровни аммиака в
сбрасываемых стоках можно снизить при использовании отгонки аммиака, как
описано в 4.5.12, и утилизировать аммиак с помощью его рециркуляции для
использования в качестве реагента для снижения выбросов NOx.
51
Таблица 5.4
ВАТ, связанные с рабочими уровнями выбросов для сбросов
сточных вод от установки для очистки стоков,
принимающей стоки с системы газоочистки
Параметр
Общее количество
взвешенных частиц, как
определено Директивой 91/271/EEC
Химическая потребность в кислороде
рН
Ртуть и ее соединения,
выраженные как Hg
Кадмий и его соединения, выраженные как Cd
Таллий и его соединения, выраженные как Tl
Мышьяк и его соединения, выраженные как As
Свинец и его соединения, выраженные как Pb
Хром и его соединения,
выраженные как Cr
Медь и ее соединения,
выраженные как Cu
Никель и его соединения, выраженные как Ni
Цинк и его соединения,
выраженные как Zn
Сурьма и ее соединения, выраженные как Sb
Кобальт и его соединения, выраженные как Со
Марганец и его соединения, выраженные как
Mn
52
Диапазон ВАТ
в мг/л (если не
указано иное)
10-30 (95%)
10-45 (100%)
50-250
рН 6,5 - 11
0,001-0,03
(см. комб. реж.
1)
0,01-0,05
(см. комб. реж.
1 и 2)
0,01-0,05
(см. комб. реж.
2)
0,01-0,15
(см. комб. реж.
1)
0,01-0,1
0,01-0,5
(см. комб. реж.
2)
0,01-0,5
(см. комб. реж.
2)
0,01-0,5
(см. комб. реж.
2)
0,01-1,0
(см. комб. реж.
2)
0,005-0,85
(см. комб. реж.
1)
0,005-0,05
0,02-0,2
Отбор проб и данные информации
▪ на основе суточного отбора
проб или пробы, отбираемой
пропорционально расходу за
24 ч
▪ на основе суточного отбора
проб или пробы, отбираемой
пропорционально расходу за
24 ч
▪ непрерывное измерение
▪ на основе ежемесячных измерений пропорционально расходу представительной пробы
на сбросе в течение периода в
24 ч с одним измерением в год,
превышающим
приведенные
значения, или не более чем 5%,
когда в год оценивается 20 проб
▪ имеется несколько позитивных опытов с непрерывным
мониторингом ртути
▪ общие уровни хрома ниже
0,2 мг/л предусмотрены для
контроля
шестивалентного
хрома
▪ Sb, Mn, V и Sn не включены
в Директиву 2000/76
Параметр
Ванадий и его соединения, выраженные как V
Олово и его соединения, выраженные как Sn
PCDD/F (TEQ)
Диапазон ВАТ
в мг/л (если не
указано иное)
0,03-0,5
(см. комб. реж.
1)
0,02-0,5
Отбор проб и данные информации
0,01-0,1 нг
TEQ/л
(см. комб. реж.
1 и 2)
▪ среднее за 6 месяцев измерений пропорционально расходу
представительной пробы на
сбросе в течение периода 24 ч
ПРИМЕЧАНИЯ к таблице 5.3.:
1. Значения выражены в концентрациях по массе для неотфильтрованных проб
2. Величины относятся к сбросу очищенных стоков скруббера без
разбавления
3. Диапазоны ВАТ не те же самые, что для ELVs – см. комментарии
во введении к Главе 5
4. рН – один важный параметр для контроля за процессом очистки
сточных вод
5. Уровни доверительности снижаются при снижении измеренных
концентраций до уровней определения
КОМБИНИРОВАННЫЕ РЕЖИМЫ:
1 ВАТ 48: Одно государство-член и экологическая НПО выражали комбинированные режимы по отношению к диапазонам ВАТ в табл. 5.4 (вода).
Эти комбинированные режимы были основаны на их знаниях показаний
для ряда существующих установок и их интерпретации данных, представленных Тематической рабочей группой, и они также включены в этот документ BREF (например, в Главе 3). Конечным результатом встречи Тематической рабочей группы стали диапазоны, приведенные в табл. 5.4, но со
следующими зарегистрированными комбинированными режимами: Hg
0,001-0,01 мг/л; Cd 0,001-0,05 мг/л; As 0,003-0,05 мг/л; Sb 0,005-0.1 мг/л; V
0,01-0,1 мг/л; PCDD/F <0,01-0,1 нг TEQ/л.
2 ВАТ 48: На основе того же самого обоснования экологическая НПО
также зарегистрировала следующие комбинированные режимы: Cd 0,0010.02 мг/л; Tl 0,001-0,03 мг/л; Cr 0,003-0,02 мг/л; Cu 0,003-0,3 мг/л; Ni 0,0030,2 мг/л; Zn 0,01-0,05 мг/л; PCDD/F <0,01 нг TEQ/л.
49. Использование подходящего сочетания технологий и принципов,
описанных в 4.6.1, для повышения выгорания отходов до степени, которая
требуется, для того чтобы достичь величины ТОС в зольном остатке ниже 3
вес.%, а обычно ниже 1-2 вес.%, включая в частности:
(a) использование сочетания конструкции печи (см. выбор технологии
сжигания в 4.2.1), работы печи (см. 4.2.17) и производительности сжигания
отходов (см. 4.2.18), которое обеспечивает достаточное перемешивание и
время пребывания отходов в печи при достаточно высоких температурах,
включая любые места выгорания золы
(b) использование конструкции печи, которая насколько возможно физически оставляет отходы в камере горения (например, небольшое расстоя53
ние между колосниковыми решетками, вращающиеся или стационарные
печи для ощутимо жидких отходов) для возможности их сжигания. Ранний
возврат отсева с колосниковых решеток в камеру сгорания для повторного
обжига может стать средством для повышения полного сгорания отходов,
когда это вносит значительный вклад в дожигание (см. 4.2.21)
(c) использование технологий для смешивания и предварительной обработки отходов, как описано в ВАТ 11, согласно типам отходов, принимаемых на установку
(d) оптимизация и контроль условий сжигания, включая подачу воздуха
(кислорода) и его распределение.
50. Раздельное управление шлаком и летучей золой и другими остатками газоочистки, для того чтобы избежать загрязнения шлака, и, тем самым, повысить
возможность утилизации шлака, как описано в 4.6.2. Котельная зола может обнаруживать сходные или очень различающиеся уровни загрязнения по сравнению со шлаком (в соответствии с местными эксплуатационными, конструктивными особенностями или характеристикой отходов) – поэтому нужны ВАТ
также и для оценки уровней загрязнений котельной золы и для оценки того,
стоит ли ее отделять или смешивать со шлаком. ВАТ нужны для оценки каждого отдельного потока твердых отходов, так как это повышает возможность их
утилизации либо отдельно, либо в сочетании.
51. Когда используется стадия предварительного пылеудаления (см. 4.6.3
и 4.4.2.1), должна проводиться оценка собранной летучей золы для определения того, можно ли ее утилизировать, либо непосредственно, либо после
переработки, вместо размещения
52. Сепарация остающихся черных и цветных металлов из шлака (см.
4.6.4), насколько это практически и экономически целесообразно, для их
утилизации.
53. Переработка шлака (либо по месту, либо за пределами участка) с
помощью подходящего сочетания:
(а) переработки сухого шлака с выдержкой или без выдержки, как описано в 4.6.6 и 4.6.7
(b) переработки влажного шлака с выдержкой или без выдержки, как
описано в 4.6.6 и 4.6.8
(c) термической переработки, как описано в 4.6.9 (для раздельной переработки) и 4.6.10 (для термической переработки в ходе процесса)
(d) грохочения и дробления (см. 4.6.5)
54. Переработка остатков газоочистки (либо по месту, либо за пределами участка) до степени, необходимой для соблюдения требований к приемке для варианта обращения с отходами, выбранного для них, включая соображения об использовании способов переработки остатков газоочистки,
описанных в 4.6.1
55. Выполнение мер по снижению уровня шума для соответствия местным требованиям по шуму (способы, описанные в 4.7 и 3.6)
56. Применение экологического менеджмента. Ряд способов экологического менеджмента определен как ВАТ. Область действия (например, уровень подробностей) и характер системы экологического менеджмента (EMS)
(например, стандартизованная или не стандартизованная) обычно должна
относиться к характеру, масштабу и сложности установки и диапазону воздействий на окружающую среду.
ВАТ выполняются и следуют принципам Системы экологического менеджмента, которая встраивается соответствующим образом к индивидуальным обстоятельства, в следующие компоненты (см. Главу 4.8):
54
▪ определение экологической политики для установки высшим руководством (обязательства высшего руководства рассматриваются как предварительное условие успешного применения других элементов EMS)
▪ планирование и установление необходимых процедур
▪ выполнение процедур, обращая внимание на:
- структуру и ответственность
- обучение, информированность и правомочия
- коммуникацию
- участие работников
- ведение документации
- эффективный контроль процесса
- программу обслуживания
- готовность и реагирование на чрезвычайные ситуации
- гарантированное соблюдение природоохранного законодательства
▪ проверка функционирования и принятие корректирующих действияй
обращая особое внимание на:
- мониторинг и измерения (см. также Справочный документ по мониторингу выбросов)
- корректирующие и предупредительные действия
- ведение регистрации
- независимый (при возможности) внутренний аудит, для того чтобы
определить, соответствует или не соответствует система экологического менеджмента запланированным распоряжениям и выполняется ли она должным образом
▪ проверку высшим руководством.
Три дополнительных компонента, которые могут дополнять упомянутый
поэтапный подход, рассматриваются как поддерживающие меры. Однако их
отсутствие обычно несовместимо с ВАТ. Этими тремя дополнительными
элементами являются:
▪ наличие аккредитованного органа сертификации или внешнего проверяющего EMS, который проверяет и подтверждает функционирование системы менеджмента и осуществляет процедуру аудита
▪ подготовка и публикация (и возможно внешнее подтверждение) регулярный отчет о состоянии окружающей среды, описывающий все значительные воздействия на окружающую среду различных аспектов работы установки, позволяющий проводить ежегодные сравнения
соблюдения природоохранных целей и заданий, а также критериев сектора при необходимости
▪ выполнение и следование признанной на международном уровне добровольной системе, такой как EMAS (система природопользования и аудита окружающей среды), EN ISO 14001:1996. Такой добровольный шаг может придать большее доверие EMS. В особенности EMAS, которая
включает в себя все вышеупомянутые компоненты, придает наибольшее доверие. Однако не стандартизованные системы могут, в принципе, обладать
равной эффективностью при условии, что они надлежащим образом запланированы и реализуются.
При этом, для данного промышленного сектора важно рассмотреть следующие важные потенциальные компоненты EMS:
▪ рассмотрение воздействия на окружающую среду от окончательного прекращения эксплуатации установки на стадии проектирования новой установки
▪ рассмотрение разработки чистых технологий
55
▪ при возможности анализ сектора на основе эталонных показателей на
регулярной основе, включая энергоэффективность и деятельность по экономии энергии, выбор поступающих материалов, выбросов в воздух, сбросов в водные объекты, потребления воды и образования отходов
▪ разработка и использование процедур для ввода в эксплуатацию стадий новых установок, обычно включая:
▪ предварительную подготовку подробной программы работ, описывающей программу ввода в эксплуатацию
▪ начальный сравнительный анализ требований к обучению для идентификации потребностей в обучении до сдачи в эксплуатацию
▪ потребности в охране здоровья и технике безопасности, которые соответствуют европейским и местным требованиям
▪ наличие достаточной и новейшей документации, относящейся к установке
▪ планирование предотвращения чрезвычайных событий и аварий,
обычно включающее процедуры действий в случае:
опасных пожаров
крупных взрывов
саботажа/применения взрывчатых веществ
незаконного вторжения на участок
серьезного ущерба/смерти работника/посетителя/подрядчика
дорожно-транспортного происшествия
воровства
экологического инцидента
аварии в энергосистеме
▪ когда ввод в эксплуатацию установки и период наладки могут привести
к росту выбросов, превышающих возможности обычного автоматического
регулирования.
Для всех установок для сжигания отходов, и в особенности для тех, которые принимают опасные отходы, программы обучения персонала считаются важной частью всех систем управления безопасностью, в особенности
обучения:
- действиям для предотвращения взрыва и пожара
- действиям при тушении пожара
- приобретения знаний о химических рисках (маркировка, канцерогенные вещества, токсичность, коррозия, пожар) и транспортировании.
5.2 Специальные ВАТ для сжигания муниципальных отходов
В дополнение к типичным мерам, приведенным в Разделе 5.1, ВАТ для
сжигания муниципальных отходов обычно рассматривается следующее:
57. Хранение всех отходов (за исключением отходов, специально подготовленных для хранения, или крупногабаритных предметов с низким потенциалом загрязнения, например, мебели) на герметизированной поверхности с контролируемым дренажом внутри покрытых и обнесенных
стенами зданий.
58. Когда отходы накапливаются (обычно для последующего сжигания),
их обычно следует пакетировать (см. Раздел 4.1.4.3) или иным образом готовить для такого хранения, для того чтобы их можно было хранить таким
образом, чтобы осуществлялся эффективный контроль запахов, вредителей,
мусора, пожаров и выщелачивания.
56
59. Предварительная подготовка отходов, для того чтобы повысить их
гомогенность, и, тем самым, характеристики сжигания и полного сгорания с помощью:
(a) смешения в бункере (см. 4.5.1)
(b) использования измельчения или дробления для крупногабаритных
отходов, например, мебели (см. 4.1.5.2), чтобы они сжигались до такой степени, чтобы это было благоприятно в соответствии с используемой системой сжигания. В общем, для установок с колосниковыми решетками и вращающихся печей (когда они используются) требуются меньшие уровни
предварительной обработки (например, смешение отходов с дроблеными
крупногабаритными отходами), в то время для систем с кипящим слоем требуется больший отбор отходов и их предварительная обработка, обычно
включая полное измельчение MSW.
60. Использование конструкции колосниковых решеток, которые
объединяют достаточное охлаждение решеток таким образом, чтобы
была возможность изменения подачи первичного воздуха для основной
цели контроля горения, а не для охлаждения самих решеток. Воздухоохлаждаемые колосниковые решетки с хорошим распределением потока
охлаждаемого воздуха обычно годятся для отходов со средней низшей
теплотворной способностью до приблизительно 18 МДж/кг. Для отходов с более высокой низшей теплотворной способностью может потребоваться охлаждение водой (или другой жидкостью), для того чтобы предотвратить потребность в чрезмерных уровнях первичного воздуха (т.е.
уровней, когда происходит большая подача воздуха, чем оптимально требуется для регулирования горения) для регулирования температуры решеток и
длины/позиционирования огня на решетке (см раздел 4.2.14).
61. Размещение новых установок таким образом, чтобы использование
СНР и (или) использование тепла и (или) пара могло происходить в максимальной степени, таким образом, чтобы обычно превышался общий уровень удельного потребления энергии в 1,9 МВт/ч/т MSW, на основе средней низшей теплотворной способности в 2,9 МВт/ч/т отходов.
62. В ситуациях, когда можно получить меньше чем 1,9 МВт/ч/т
MSW (на основе средней низшей теплотворной способности в
2,9 МВт/ч/т отходов):
(а) генерация среднегодового количества 0,4-0,65 МВт/ч электроэнергии/т (на основе средней низшей теплотворной способности в 2,9 МВт/ч/т
отходов) перерабатываемых отходов, с дополнительной поставкой тепла/пара, насколько это целесообразно в местных обстоятельствах1;
(b) генерация, по крайней мере, того же самого количества электроэнергии
из отходов, ежегодное среднее потребление электроэнергии на всей установке,
включая (когда используется) предварительную переработку отходов на участке
и операции по переработке на участке остатков (см. табл. 3.48).
63. Снижение среднего потребления электроэнергии на установке (исключая предварительную переработку или переработку остатков) обычно до величины ниже 0,15 МВт/ч/т перерабатываемых отходов (раздел 4.3.6.) на основе
средней низшей теплотворной способности в 2,9 МВт/ч/т отходов.
Непосредственное использование тепла/пара (экспорт и (или) потребление для собственных
нужд) будет снижать генерацию электроэнергии, и, поэтому, служит для тепловой нагрузки, и
это может означать, что генерация электроэнергии составит меньше, чем 0,4 МВт/ч/т отходов.
1
57
5.3 Специальные ВАТ для предварительной обработки или сжигания
некоторых видов муниципальных отходов
В дополнение к типичным мерам, приведенным в разделе 5.1, для предварительной обработки или сжигания некоторых видов муниципальных отходов (включая топливо, полученное из муниципальных отходов) ВАТ, в
общем, рассматривается для:
64. Хранения отходов:
(a) в закрытых бункерах
(b) на герметичных поверхностях с контролируемым дренажом внутри
покрытого и обнесенного станами здания.
65. Когда отходы накапливаются (обычно для последующего сжигания),
их обычно следует упаковывать (см. раздел 4.1.4.3) или иным образом готовит для такого хранения с тем, чтобы их можно было хранить таким образом, чтобы эффективно контролировались риск образования запахов, появления вредителей, мусора, пожара и выщелачивания.
66. На новых и существующих установках генерация большего:
(a) среднегодового количества, обычно, по крайней мере, 0,6-1,0 МВт/ч
электроэнергии/т отходов (на основе средней низшей теплотворной способности в 4,2 МВт/ч/т);
(b) среднегодового потребления электроэнергии на всей установке,
включая (когда используется) предварительную переработку отходов на
участке и операции по переработке остатков на участке.
67. Размещение новой установки таким образом, чтобы:
(а) так же, как и в случае генерации 0,6-1,0 МВт/ч/т электроэнергии,
можно было утилизировать тепло и (или) пар для СНР, для того чтобы, в
общем, можно было достичь дополнительного уровня экспорта тепловой
энергии на уровне 0,5 – 1,25 МВт/ч/т отходов (на основе средней низшей
теплотворной способности в 4,2 МВт/ч/т);
(b) когда нет генерации электроэнергии, можно достичь экспорта тепловой энергии на уровне 3 МВт/ч/т отходов (на основе средней низшей теплотворной способности в 4,2 МВт/ч/т).
68. Для снижения потребности установки в энергии и для достижения
средней потребности установкой в электроэнергии (исключая предварительную обработку или переработку остатков) до обычно величины ниже
0,2 МВт/ч/т перерабатываемых отходов (раздел 4.3.6) на основе средней
низшей теплотворной способности в 4,2 МВт/ч/т отходов.
5.4 Специальные ВАТ для сжигания опасных отходов
В дополнение к типичным мерам, приведенным в разделе 5.1, для сжигания опасных отходов ВАТ обычно рассматривается с учетом следующего:
69. В дополнение к контролю качества, отраженному в ВАТ4, в устройстве
для сжигания опасных отходов используются специализированные системы и
процедуры, с использованием подхода на основе риска, в соответствии с источником отходов, в отношении маркировки, проверки, отбора проб и испытания
отходов, которые должны храниться/перерабатываться (см. 4.1.3.4). Аналитические процедуры должен выполнять соответствующий квалифицированный
персонал и использовать соответствующие процедуры. В общем, требуется
оборудование для проверки:
▪ теплотворной способности
▪ точки воспламенения
▪ PCBs
▪ Галогенов (например, Cl, Br, F) и серы
58
▪ тяжелых металлов
▪ совместимости и химической активности отходов
▪ радиоактивности (если она еще не охвачена ВАТ с помощью детекторов,
установленных на входе установки.
Важными являются знания о процессе или происхождении отходов, так как
некоторые характеристики опасности (например, токсичность или инфекционные свойства) трудно определить аналитически.
70. Смешивание, дозировка и предварительная обработка отходов, для того
чтобы повысить их гомогенность, характеристики сжигания и дожигания до соответствующей степени с надлежащим учетом соображений безопасности. Примерами являются измельчение затаренных в бочки и упакованных опасных отходов, описанные в 4.1.5.3 и 4.1.5.6. Если проводится измельчение, затем должна
проводиться обработка в инертной атмосфере.
71. Использование системы уравнивания подачи твердых опасных отходов
(например, как описано в 4.1.5.4 или другая сходная технология подачи), для того
чтобы улучшить характеристики сжигания подаваемых отходов и повысить стабильность состава дымовых газов, включая улучшенный контроль кратковременных пиковых выбросов СО.
72. Непосредственная инжекция жидких и газообразных опасных отходов, когда для этих отходов требуется определенное снижение воздействия, риска выделения запахов, как описано в 4.1.6.3
73. Использование конструкции камеры сжигания, которая предусматривает
герметизацию, перемешивание и транспортирование отходов, например: вращающихся печей – с системой водоохлаждения или без нее. Водоохлаждение
вращающихся печей (см. 4.2.15) может оказаться благоприятным в ситуациях, когда:
(a) низшая теплотворная способность поступающих отходов является высокой (например, > 15-17 ГДж/т)
(b) используются повышенные температуры, например, > 1100оС (например,
для ошлаковывания золы или деструкции определенных отходов).
74. Для снижения потребления энергии установкой и, в общем, для достижения среднего потребления электроэнергии установкой (исключая предварительную обработку или обработку остатков) обычно ниже 0,3-0,5 МВт/ч/т перерабатываемых отходов (4.3.6). Для небольших установок уровни потребления обычно
находятся на верхнем конце этого диапазона. Погодные условия могут оказывать
значительное воздействие из-за требований к нагреву и т.д.
75. Для коммерческих установок для сжигания опасных отходов, когда
поступающие отходы отличаются высокой вариацией состава и источников, используют:
(a) влажную газоочистку, как описано в 4.4.3.1, так как обычно ВАТ предусматривает улучшенный контроль кратковременных выбросов в воздух (см. заключительные замечания 7.4.3, относящиеся к другим системам, и ВАТ в отношении выбора системы газоочистки)
(b) специальные технологии для снижения выбросов элементарного йода и
брома, как описано 4.4.7.1, когда такие вещества имеются в отходах в заметных
концентрациях.
5.5 Специальные ВАТ для сжигания осадков сточных вод
В дополнение к типичным мерам, приведенным в разделе 5.1, для сжигания осадков сточных вод ВАТ обычно рассматривается с учетом следующего:
76. На установках, которые предназначены главным образом для сжигания
осадков сточных вод, в качестве ВАТ обычной технологией может быть кипящий слой вследствие повышенной эффективности сжигания и меньших объемов дымовых газов, что обычно характерно для таких систем. Здесь может быть
риск засорения слоя для некоторых составов осадков сточных вод.
59
77. Сушка осадков сточных вод, предпочтительно с использованием утилизации тепла при сжигании в такой степени, чтобы обычно не требовалось дополнительного топлива для сжигания при нормальной эксплуатации установки (т.е. в
этом случае нормальная эксплуатация исключает пуск, останов и случайное использование вспомогательных топлив для подержания температуры горения).
5.6 Специальные ВАТ для сжигания медицинских отходов
В дополнение к типичным мерам, приведенным в разделе 5.1, для сжигания
медицинских отходов ВАТ обычно рассматривается с учетом следующего:
78. Использование не ручной системы обращения и загрузки отходов.
79. Прием и хранение медицинских отходов в закрытых контейнерах,
которые достаточно стойки к утечкам и проколам.
80. Промывка контейнеров для отходов, которые будут повторно использоваться, в специально предназначенном и сконструированном устройстве для промывки, с дезинфекцией при необходимости, и подачей любых
накопленных твердых отходов в устройство для сжигания.
81. Когда используются колосниковые решетки, использование такой конструкции, которая позволяет достаточного охлаждения решеток таким образом,
что изменение подачи первичного воздуха производилось для основной цели
регулирования горения, а не для охлаждения самих решеток. Воздухоохлаждаемые решетки с хорошим распределением потока охлаждающего воздуха обычно годятся для отходов с низшей теплотворной способностью до приблизительно 18 МДж/кг. Для отходов с более высокой теплотворной способностью
может потребоваться вода (или другая жидкость) для охлаждения, для того чтобы предотвратить необходимость в чрезмерных уровнях первичного воздуха
для контроля температуры решеток, т.е. уровней, которые требуют большей
подачи воздуха, чем оптимально для регулирования горения (см. раздел 4.2.14).
82. Использование конструкции камеры горения, которая предусматривает герметизацию, перемешивание и транспортирование отходов, например, вращающиеся печи с водяным охлаждением или без него. Водяное охлаждение для вращающихся печей, как описано в 4.2.15, может быть
благоприятным в ситуациях, когда:
(a) имеется повышенная теплотворная способность подаваемых отходов
(например, > 15-17 ГДж/т
(b) используются повышенные температуры, например, > 1100оС (например, для ошлаковывания или деструкции некоторых отходов).
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ УТИЛИЗАЦИИ
ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО ОСАДКА ВОДОПРОВОДНЫХ
СТАНЦИЙ
Е.П. Янин
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН,
Москва
В России значительная доля ресурсов подземных вод представлена железосодержащими водами, что чрезвычайно осложняет их использование
для хозяйственно-питьевых целей [5]. В данном случае необходимость очистки воды от железа вызвана рядом нежелательных последствий эстетического, технического, экономического и органолептического характера:
60
привкус и цветность воды; следы на белье, посуде, кухонном и санитарном
оборудовании; коррозия и забивание трубопроводов; вывод из строя бытовых умягчительных систем; проблемы в пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной, химической и других отраслях промышленности; загрязнение
продукции и материалов промышленного применения и др. [4, 9, 17, 30].
Кроме того, несмотря на то, что железо является необходимым элементом в
питании человека, его поступление в организм в больших количествах может приводить к различным негативным явлениям [23].
В ходе очистки железосодержащих вод на станциях водоподготовки при
промывке фильтров возникают большие объемы сточных вод, которые представляют собой суспензию железосодержащего осадка (ЖСО), выделенного в
ходе технологического процесса, обладающего специфическими свойствами и
нередко являющегося источником загрязнения окружающей среды [31]. В составе
твердой фазы суспензии максимальная доля приходится на оксидногидроксидные соединения железа, остальное составляют оксиды кремния, кальция, магния с незначительными примесями других элементов [8, 10, 16, 29]. Например, ЖСО, образующийся на станциях водоподготовки в населенных пунктах Западной Сибири, состоит преимущественно из гетита и лепидокрокита,
включающих железо в оксидно-гидроксидной форме [8–10, 22, 27, 28]. Объемы
образующегося на станциях обезжелезивания подземных вод ЖСО достаточно
велики. Например, при очистке подземных вод на станции обезжелезивания
Томского водозабора ежегодно выделяется более 600 т ЖСО [10, 27]. Безусловно,
своевременная и эффективная утилизация ЖСО является актуальной природоохранной и хозяйственно-технической проблемой [8, 11, 16, 29, 31].
В отечественной практике до 1970-х гг. ЖСО и необработанные промывные
воды в основном сбрасывались в поверхностные водоемы или в канализационные сети; в последующие годы сброс осадка и необработанных промывных вод в
водные объекты был запрещен [16]. Сброс Fe-содержащих промывных вод и
осадка в канализационные сети вызывает необходимость увеличения пропускной
способности канализационных очистных сооружений и увеличивает вероятность
засорения сетей [16]. В настоящее время основным приемом обработки ЖСО
является его обезвоживание на фильтрующих (иловых) площадках (с промораживанием в зимний период) [16, 18]. Считается, что ЖСО является малоопасным
веществом 4-го класса опасности, поэтому его можно (после обезвоживания)
складировать на полигонах или в накопителях [6]. В то же время химический состав и геохимические особенности ЖСО изучены недостаточно полно, поэтому
не исключено, что в каждом конкретном случае его опасность для окружающей
среды должна устанавливаться специальными исследованиями [31]. Во многих
регионах страны проблемы хранения и утилизации ЖСО все еще не решены
удовлетворительно. Например, существующая на станции обезжелезивания Томского водозабора технологическая схема утилизации шлама предусматривает
только его захоронение [27].
К настоящему времени предложены различные способы использования
ЖСО, дающие определенный экономический эффект, например, применение в
качестве полупродукта в производстве катализаторов стирола, адсорбентов, пигментов, некоторых химических реактивов, строительных материалов (керамзита),
для получения чугуна и стали, применение осадка для создания жаростойкого
покрытия при изготовлении поддонов и изложниц, в качестве добавок при выпуске портландцемента, для получения охры [2, 8, 15, 16, 18, 24, 26]. В частности,
установлено, что использование ЖСО в качестве опудривателя гранул керамзита
позволяет повысить качество последнего и увеличить его выпуск при том же расходе сырья взамен дорогостоящих высокоогнеупорных опудривателей (глинозема). ЖСО можно использовать при изготовлении шпатлевок и мастик, заменяя им мел или меловую пасту, а также в качестве вяжущего (до 50%) в кладочных растворах М 4, 10, 25, 50 и бетонах марки 50, 70 (до 30%). При изго61
товлении гипсолита или сухой штукатурки допустимо в состав вяжущего
вводить ЖСО до 40–45% по сухому веществу. Осадок может применяться
для очистки газов от сероводорода [4]. После обработки ЖСО серной либо
соляной кислотой можно получить коагулянт – Fe2(SO4)3 или FeCl3, при
этом наблюдается изменение структуры осадка и происходит сокращение
его объема [2]. Использование образовавшегося хлорида железа уже более
разнообразно: в радиотехнической промышленности – для травления печатных плат, в коммунальном хозяйстве – для очистки сточных вод, на
станциях обезжелезивания – для повышения эффективности и скорости
окисления ионов двухвалентного железа. На заводе (г. Комсомольск-наАмуре), которому принадлежит станция обезжелезивания подземных вод, в
свое время были осуществлены успешные эксперименты по утилизации
обезвоженного ЖСО – приготовление из него железного сурика, краски
общего применения [7].
Перспективно применение ЖСО в производстве пигментов для лаков и
красок на масляной основе. Так, авторами [2] проведены поисковые исследования и получены положительные результаты для изучения возможности
использования ЖСО для получения красящего пигмента – сурика. Технологическая схема включает два основных цикла: 1) очистка грязных промывных вод и извлечение ЖСО в концентрированном влажном виде методом вакуум-фильтрования; 2) обработка влажного ЖСО и получение на его
основе красящего пигмента. Технология получения густотертой краски на
основе предлагаемого пигмента заключается в его тщательном перемешивании и растирании с олифой в специальных машинах-краскотерках до
получения однородной суспензии. Количество олифы, необходимое для
достижения малярной консистенции, составляет не более 70%. Свойства
пигмента удовлетворяют основным требованиям ТУ 6-10-1216-72 (табл. 1).
Хотя некоторые показатели и уступают свойствам пигмента, получаемого
по традиционной химической технологии, разработанный авторами способ
(принципиальная схема) получения сурикоподобных пигментов на основе
ЖСО) значительно проще и экономичнее (рис. 1).
Таблица 1.
Свойства сурика на основе ЖСО [2]
Показатели
Остаток на сите №
0016, не более, %
То же, № 0063
Укрывистость, не более,
г/м2
Массовая доля железа,
не менее, %
Массовая доля воды, не
более, %
рН водяной вытяжки
Цвет
62
Сурик на основе ЖСО
отсутствует
Марки сурика АК, Э, К
(ГОСТ 8135-74)
отсутствует
0,2
30-35
0,3
20
70-75
65-70
0,1
0,1
7
не темнее
нормы
6,5-7,5
не темнее нормы
Рис. 1. Принципиальная схема получения сурикоподобных пигментов
на основе ЖСО
В работах [19, 21] показана возможность использования сорбентов на
основе ЖСО (станция водоподготовки водозабора Томского Академгородка) и алюмосиликатных микросфер (образующихся при сжигании угля на
ТЭС) для очистки сточной воды от нефтепродуктов и фенола. ЖСО, во
влажном состоянии представляющий собой гелеобразную массу светлокоричневого цвета, при высыхании твердеет в виде агломератов, которые
легко растираются в тонкодисперсный порошок, обладающий полидисперсным составом. Основу порошка составляют частицы средним размером
0,032 мкм, а размеры агрегатов, образующихся в результате слипания первичных частиц, находятся в пределах 0,368–1,72 мкм. Основная минеральная
фаза осадка представлена гидратированным (аморфным) оксидом трехвалентного железа – Fe2O3 x (H2O)n. Высокие сорбционные свойства ЖСО
определяются его пористостью, развитой удельной поверхностью и наличием активных центров, представляющих собой оксидные и гидроксидные
группы. При прокаливании осадка наблюдается снижение его удельной
поверхности, что обусловлено удалением межкаркасной воды и последующим слипанием и формированием более крупных частиц (табл. 2).
Таблица 2.
Характеристика ЖСО различной температурной обработки [21] *
Удельная Суммарный Размер
поверхобъем пор, пор, d,
ность,
мм
м3/г
м2/г
25
230
1,258
4
180
171
1,756
4
220
151
1,642
4
250
135
1,871
4 и 21
300
148
1,965
4 и 21
* Атмосфера – воздух, продолжительность – 3 ч.
Температура
обработки,
0С
Объем
микропор
< 2 нм,
см3/г
0,004583
0,001302
отс.
отс.
отс.
Средний
размер
частиц,
мкм
0,036
0,046
0,046
0,053
0,061
63
Установлено, что температурная обработка осадка при 2500С (ЖСО-250)
приводит к увеличению эффективности извлечения им из сточных вод
нефти и фенола до 96,6 и 60,0% соответственно, что объясняется необратимым удалением воды из структуры осадка и появлением новых пор и активных центров. Для улучшения эксплуатационных свойств мелкодисперсного сорбента на основе ЖСО проводили его модификацию путем получения гранул и криогель-сорбента (КС) с различными связующими добавками [21]. В качестве последних использовались жидкое стекло Na2SiO3
(ЖС) и поливиниловый спирт (ПВС). На основе ЖСО-250 были получены
гранулы диаметром от 0,5 до 5 мм. Эксперименты показали, что сорбенты в
дисперсном виде, в виде КС и гранул, а также сорбент, полученный путем
механического смешивания ЖСО-250 с алюмосиликатными микросферами
(АСМС) могут использоваться для эффективного извлечения нефти, нефтепродуктов и фенола из оборотных и сточных вод нефтехимических
предприятий (табл. 3), причем дисперсный ЖСО-250 обладает наиболее
высокими сорбционными свойствами в отношении указанных поллютантов. Это обусловлено развитой мезопористой структурой сорбента, образованной в результате необратимого удаления физически и структурносвязанной воды с поверхности материала при его температурной обработке,
а также наличием активных сорбционных центров. Сорбция углеводородов
нефти на поверхности ЖСО происходит под действием дисперсионных и
электростатических сил, при этом сначала сорбируются высокомолекулярные полярные соединения нефти, а затем происходит сорбция легких углеводородов. Сорбция полярных веществ может происходить в результате
возникновения водородных связей между оксидной группой поверхности
сорбента и молекулой сорбата.
Более детально способ получения композитного криогель-сорбента
(КС) на основе поливинилового спирта (ПВС) и ЖСО (водозабор Академгородка, г. Томск) рассмотрен в работе [25]. Перед использованием ЖСО
осуществляли его предварительную подготовку путем растирания воздушно-сухого материала в фарфоровой ступке с последующим просеиванием
через сито Drufsieb ISO (размер ячеек 0,3 мм). Исследования сорбционных
свойств КС по отношению к нефти и фенолу при очистке воды показали
что наиболее высокой фенол- и нефтепоглощающей способностью обладает криогель-сорбент на основе термообработанного при 2500С ЖСО.
Степень очистки воды при одноступенчатой очистке составила 89,5 и 93,5%
по нефти и фенолу, соответственно. Установлено, что степень извлечения
нефти с использованием синтезированного КС несколько снижается по
сравнению с использованием дисперсного ЖСО, а степень извлечения фенола значительно увеличивается. Это связано с уменьшением площади
удельной поверхности и содержания пор ЖСО при формировании КС, а
также увеличением содержания гидроксильных групп за счет ПВС, с которыми фенол взаимодействует, образуя водородные связи.
Для решения проблемы комплексной утилизации железосодержащих
промывных вод фильтровальных сооружений станций водоподготовки
авторами [12, 13] разработана экологически чистая технология. Сырьевая
смесь из осадка, молотых отходов стекла и глины служит для получения
путем обжига керамических материалов: кирпича, клинкерной плитки,
кровельной черепицы и т.п. Одним из путей утилизации ЖСО может
быть его использование в производстве керамических фильтрующих
материалов. Исследования показали, что предложенная композиция,
включающая ЖСО (4–10 масс. %), молотый стеклянный порошок (4%),
глина – остальное [20], отвечает требованиям ГОСТ Р 51641-2000 [3].
64
65
100
100
70
90
90
90
Дисперсный ЖСО-250
Смесь ЖСО-250 с АСМС (1:1)
КС на основе ЖСО-250
Гранулы на основе ЖСО-250: АСМС
(1:1) и ЖС *
Гранулы на основе ЖСО-25: АСМС (1:1)
и ЖС (250)**
Гранулы на основе ЖСО-25 и ПВС (1%)
* Прокаливание ЖСО до грануляции.
** Прокаливание гранулированного сорбента.
100
Исходная вода,
мг/л
Дисперсный ЖСО-25
Очищенная вода,
мг/л
9,0
10,8
24,3
7,21
0,3
3,4
13,0
Извлечение, %
90,0
88,0
73,0
89,7
99,7
96,6
87,0
Емкость
сорбентна, мг/г
4,05
3,96
3,28
3,14
19,90
9,70
4,35
20
20
20
20
5
10
20
Расход сорбента,
мг/л
0,074
0,074
0,074
0,074
0,074
0,074
0,074
Извлечение фенолов
0,007
0,010
0,024
0,005
0,003
0,029
0,053
Очищенная вода,
мг/л
Извлечение нефтепродуктов
90,0
87,0
68,0
93,5
96,0
60,0
27,8
Извлечение, %
Сорбент
Исходная вода,
мг/л
Результаты экспериментов по очистке воды от нефтепродуктов и фенола
с использованием сорбентов на основе ЖСО [21]
3,33
3,20
2,50
3,45
3,55
2,25
1,05
Емкость сорбента,
мг/г
Таблица 3.
20
20
20
20
20
20
20
Расход сорбента,
мг/л
Детально технология применения ЖСО в производстве керамического
фильтрующего материала (содержащего 3–8% осадка) рассмотрена в [10].
Как известно, при производстве керамических строительных материалов
для снижения температуры обжига используют оксиды железа. Поэтому
логичным было использовать ЖСО в качестве добавки к сырьевой массе,
предназначенной для изготовления керамики. Другой утилизируемой добавкой служил стеклобой (бой листового стекла), придающий материалу
прочность. Автором цитируемой работы была поставлена задача получить
из глины (местного сырья) и указанных выше отходов керамический фильтрующий материал (КФМ), который планировалось применять в качестве
зернистой загрузки в фильтрах для обезжелезивания воды. Оценка влияния
введения ЖСО в сырье показала, что осадок является отощающей добавкой,
которая снижает пластичность сырьевой смеси. Присутствие в составе сырья оксидов железа, щелочных и щелочноземельных металлов обеспечивает
легкоплавкость глин, способствует образованию красного цвета обожженных образцов керамики. Использование стеклобоя в качестве плавня, наряду
с оксидными соединениями железа, также способствует снижению температуры обжига. Известно, что при производстве кирпича добавки оксидов
железа могут составлять около 3–8%. Исходя из этих соображений, добавка
ЖСО при получении КФМ составила 4–10% от общей массы исходного
материала. Опытным путем была установлена оптимальная концентрация
размолотого стекла – 3–4%. Из проб с разным содержанием измельченных
глинистых пород, ЖСО и стеклобоя формовали образцы цилиндрической
формы диаметром 5 мм и высотой 10 мм при удельном давлении 100 МПа.
Формование сырцовых гранул размером 10 мм производили на лабораторном прессе; затем их высушивали в сушильном шкафу при температуре
2000С до постоянной массы. Глубокая термическая обработка проводилась в
лабораторной электрической печи с платиновыми нагревателями в интервале от 100 до 11000С с изотермической выдержкой в течение 1 ч. Полученные образцы КФМ и исходные компоненты сырьевой смеси были исследованы комплексом физико-химических методов. В КМФ были обнаружены
такие минералы, как монотермит, гиперстен, гематит, стеатит. Основную
часть (до 80%) составляли кварц, гематит, ортоклаз, манганит, гидрогетит,
пирофиллит. Была также разработана технологическая схема установки
для получения КФМ. Входящие в установку устройства позволяют осуществить все необходимые технологические операции по изготовлению
КФМ: сушку, измельчение, дозирование исходного материала, гранулирование, обжиг. Показана возможность использования КФМ, отвечающего требованиям ГОСТ Р 51641-2000 [3], в качестве фильтрующей загрузки при очистке питьевых вод. Эффективность применения керамического материала в качестве фильтрующей загрузки проверена на пилотной установке на Томском водозаборе.
ЖСО предлагается также использовать в качестве сорбентов для извлечения тяжелых металлов из сточных вод и локализации отходов на иловых
площадках. Поскольку основным минералом в составе ЖСО является гетит,
то, проводя аналогию между геохимическим поведением гетита почв и гетита ЖСО, можно ожидать, что ЖСО способен выполнять роль сорбента для
многих металлов, содержащихся в сточных водах. Для проверки этой гипотезы авторами [10, 14] были выполнены эксперименты по адсорбции тяжелых металлов ЖСО, а также смешиванию и совместному хранению осадков
сточных вод гальванических производств и водопроводного осадка. Использовались реальные сточные воды и имитирующие их модельные растворы с заданным содержанием поллютантов. О степени очистки воды су66
дили по разности между содержанием тяжелых металлов в исходной воде и
после контакта с ЖСО. Были установлены катионы, которые имеют предпочтительную адсорбцию на ЖСО – Со+2, Со+3, Ni+2, Сa+2 , Zn+2 , Сd+2 ,
Pb+2 и получены следующие ряды, различающиеся для исходных вод, в зависимости от их состава: 1) Cu > Zn > Co > Pb > Mn; 2) Pb > Zn > Cd ; 3)
Cu > Pb > Zn > Co > Сd. Некоторые разногласия в поведении металлов в
ходе очистки стоков объясняются влиянием внешних факторов: значениями рН, наличием комплексообразователей, конкурентной адсорбцией. Высокая поглощающая способность ЖСО в отношении тяжелых металлов
может быть использована, во-первых, для выделения последних из сточных
вод, во-вторых, для обработки осадков гальванических производств. Например, возможна организация иловых площадок, где вместе с ЖСО размещаются осадки сточных вод гальванических производств. Для предотвращения
миграции металлов за пределы площадки необходимо соблюдение последовательности слоев (снизу вверх): глина, ЖСО, осадки сточных вод, содержащие тяжелые металлы, известь (если рН < 7, то необходимо довести его до 8).
В работе [8] при попытке получения пигмента из ЖСО (станция водоподготовки Томского водозабора) было показано, что нагревание высушенного образца в тигле до 4000С приводит к неконтролируемому увеличению
температуры в порошке выше 6000С и его спеканию в плотную массу,
имеющую черный цвет. Для исключения спекания порошка была предложена методика получения пигмента с использованием вращающейся печи и
с применением автоматического питателя. По данной методике был получен пигмент кофейного цвета. Авторами [27] разработан и экспериментально проверен более простой способ получения пигмента из ЖСО. Для получения пигмента исходный осадок высушивался, измельчался и обжигался
в муфельной печи при температуре выше 6000С. После остывания он приобретал насыщенный красный цвет. Изучена также возможность использования полученного пигмента в производстве окрашенных строительных
композиционных материалов. В частности, при изготовлении опытных образцов смешивались сухие компоненты: прокаленный шлам и кварцевый
песок. В качестве связующего использовался водный раствор силиката натрия с силикатным модулем m=3. Разработан и экспериментально проверен
способ получения железооксидного пигмента из шлама водоподготовки
путем его обжига в интервале температур 600–8000С. С помощью комплекса
физико-химических методов анализа установлено, что в составе полученного пигмента преобладающей фазой является α-гематит. Полученные материалы имели краснокирпичный цвет, обладали высокой прочностью, водостойкостью и термостойкостью. Лучшие результаты по физикомеханическим показателям были получены для образцов с одинаковом соотношением прокаленного шлама и кварцевого песка. Оптимальным содержанием водного раствора силиката натрия Na2SiO3 х nH2O в композиционной смеси является 20–21 мас.%. Установлена возможность использования железооксидного пигмента в производстве цветных строительных материалов в качестве красителя для цементно-песчаных смесей при производстве тротуарной плитки, черепицы и других объемно-окрашенных изделий
(оптимальное содержание пигмента в цементно-песчанной смеси по показаниям прочности при сжатии и цвету составляет 4%) [28].
В работе [1] предлагается безотходная технология нейтрализации и обезжелезивания природных и промышленных сточных вод, обработка осадков
которых исключает применение фильтров. В основе технологии использован процесс окисления двухвалентного железа с одновременным повышением рН, последующим образованием гидроксида железа и выделением его
67
при отстаивании. Нейтрализация и обезжелезивание вод достигается применением новых технических решений, заключающихся в использовании
отходов предприятий по производству стройматериалов, расположенных в
Азербайджане (Апшерон) и Украине (Донбасс). Технология включает новый способ обезвоживания образующегося в ходе очистки вод железосодержащего осадка. Суть процесса заключается в обработке осадка путем
введения в сгущенный осадок полиакриламида, перемешивания с последующим добавлением вспомогательного фильтрованного вещества, содержащего кальций, перемешивания до получения однородного структурированного осадка с последующим механическим обезвоживанием. В качестве
вспомогательного вещества использовали штыб от производства, например,
мела на Рубежанском заводе стройматериалов или известнякового камня кубика (Апшерон). При этом полиакриламид вводили в количестве 0,1–1,0 %, а
штыб – 10–100 % от массы сухого вещества осадка.
Предлагаемая технология нейтрализации и обезжелезивания кислых
природных и сточных вод предусматривает использование коррозионностойких материалов (нержавеющие стали, чугун, специальные пластмассы
и др.) и наличие (рис. 2):
– водозаборного сооружения;
– камеры аэрации и введения известнякового штыба, в которой должно
происходить интенсивное перемешивание воды со штыбом с одновременным аэрированием воды (по 10 – 20 мин на каждую порцию воды). Аэрирование обеспечивают с помощью воздушных компрессоров или специальных конструкций аэраторов-разбрызгивателей. Устройство камеры должно
предусматривать выведение из нее осадков. Для этого можно применять
многосекционную конструкцию камеры конусообразной формы;
– контактного резервуара, служащего для завершения процесса окисления двухвалентного железа в трехвалентное и полной нейтрализации воды.
В этом резервуаре обеспечивается постоянное перемешивание воды с остатками штыба и полное выведение осадков. В случае неравномерности ее расхода конструкция контактного резервуара должна быть многосекционной;
– пруда-отстойника, в котором происходит процесс осветления воды.
Рис. 2. Технологическая схема нейтрализации и обезжелезивания воды [1].
1 – водозаборное сооружение, 2 – камера аэрации и ввода известнякового штыба, 3 –
контактный резервуар, 4 – пруд-отстойник
68
По мере накопления на дне пруда-отстойника осадков необходимо их
систематическое удаление. Так как осадки представляют собою измельченную железную руду, то после утилизации их можно использовать при изготовлении облицовочных плит или в черной металлургии. После прудаотстойника осветленная нейтральная вода не представляет опасности для
окружающей среды и может быть использована либо для технических целей, либо сбрасываться в открытые водоемы.
Таким образом, к настоящему времени отечественными специалистами в
той или иной степени обоснованы основные направления утилизации и
предложены конкретные способы практического использования ЖСО. Безусловно, окончательное решение по выбору методов обработки и утилизации осадка должно приниматься только с учетом технико-экономического
сравнения различных вариантов и их эколого-гигиенической значимости в
каждом конкретном случае. В любом случае необходимо дальнейшее развитие исследований по изучению особенностей образования и важнейших
свойств ЖСО на различных водопроводных станциях, совершенствование
известных и разработка новых способов его экономически и экологически
оправданной утилизации, их внедрение в практику. Это позволит значительно улучшить работу водоочистных сооружений, будет способствовать
охране окружающей среды и обеспечит получение определенного экономического эффекта.
Литература
1. Алиев А.Ф. Безотходная технология обезжелезивания кислых вод //
Химия и технология воды, 2007, т. 29, № 6, с. 574–581.
2. Алферова Л. И., Курочкин Е. Ю., Дзюбо В. В. Повторное использование
промывных вод и утилизация осадка на станциях очистки подземных вод //
http://www.abok.ru /for_spec/articles.php?nid=3169.
3. ГОСТ Р 51641-2000. Материалы фильтрующие зернистые. Общие
технические условия. – М.: Изд-во стандартов. 2000. – 14 с.
4. Золотова Е.Ф., Асс Г.Ю. Очистка воды от железа, фтора, марганца и сероводорода. – М.: Стройиздат, 1975. – 176 с.
5. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. – М.: Наука, 2004. – 677 с.
6. Кудрявцева Б.М. Гигиенические аспекты состояния водных объектов и
питьевого водоснабжения населения Российской Федерации // Здоровье
населения и среда обитания, 2000, № 6, с. 9–13.
7. Кулаков В.В., Сошников Е.В., Чайковский Г.П. Обезжелезивание и деманганация подземных вод. – Хабаровск: ДВГУПС, 1998. – 89 c.
8. Лисецкий В.Н., Брюханцев В.Н., Андрейченко А.А. Улавливание и утилизация осадков водоподготовки на водозаборах г. Томска. – Томск : Изд-во
НТЛ, 2003. – 164 с.
9. Лукашевич, О.Д. Совершенствование хозяйственно-питьевого водопользования для повышения уровня его экологической безопасности (на
примере Западной Сибири). – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та,
2006. – 350 с.
10. Лукашевич О. Д. Геоэкологическая безопасность хозяйственнопитьевого водопользования в Верхнем и Среднем Приобье: Автореф.
дис…. док. техн. н. – Томск, 2007. – 48 с.
69
11. Лукашевич О.Д., Андрейченко А.А., Алгунова И.В. Вопросы ресурсосбережения и охраны природы при использовании осадков промывных вод //
Вестник ТГАСУ, 2003, № 2, с. 252–259.
12. Лукашевич О.Д., Алгунова И.В., Саркисов Ю.С. Физико-химические аспекты комплексного использования осадков промывных вод // Вестник
ТГАСУ, 2004, №1, с. 129–145.
13. Лукашевич О.Д., Барская И.В., Усова Н.Т. Интенсификация осаждения и
утилизация железистых осадков промывных вод скорых фильтров // Вода:
технология и экология, 2008, № 2, с. 30–41.
14. Лукашевич О.Д., Усова Н.Т., Барская И.В. Комплексное решение технологических проблем очистки сточных вод и утилизации железосодержащих
осадков станций водоподготовки // Вестник ТГАСУ, 2009, № 1, с. 153–158.
15. Лысов В.А., Бутко А.В., Баринов М.Ю. и др. Утилизация гидрокисных
осадков водопроводов юга страны // Водоснабжение и санитарная техника,
1992, № 7, с. 9–10.
16. Любарский В.М. Осадки природных вод и методы их обработки. –
М.: Стройиздат, 1980. – 128 с.
17. Мушэ П., Герасимов Г.Н. Биологическая деферризация воды: обоснование и реализация // Водоснабжение и санитарная техника, 2006, № 11,
ч. 2, с. 40–47.
18. Николадзе Г.И. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1979. – 238 с.
19. Новоселова Л.Ю., Сироткина Е.Е., Погадаева Н.И. Утилизация осадков
водоподготовки в процессах извлечения нефти из водных сред // Нефтехимия, 2008, т. 48, № 1, с. 64–68.
20. Патент РФ № 34880. Установка для получения керамического фильтрующего материала с добавлением железистых отходов водоочистных сооружений/ Лукашевич О.Д., Алгунова И.В // БИПМ, 2003, № 35, с. 656.
21. Погадаева Н.И. Извлечение нефтяных примесей и фенола из водных
сред сорбентами на основе железосодержащего осадка водоочистки: Автореф. дис… канд. техн. наук. – Томск, 2010. – 23 с.
22. Покровский Д.С., Дутова Е.М., Рогов Г.М. и др. Минеральные новообразования на водозаборах Томской области. – Томск : Изд-во НТЛ, 2002. – 176 с.
23. Руководство по контролю качества питьевой воды. Т. 2: Гигиенические критерии и другая релевантная информация: Пер. с анг. – Женева:
ВОЗ, 1987. – 325 с.
24. Саркисов Ю.С., Дзюбо В.В., Алферова Л.И., Курочкин Е.Ю. Использование
железосодержащих осадков водоочистных станций для производства красящих
// Проблемы строительного материаловедения. – Томск, 1998, с. 88–91.
25. Сироткина Е.Е., Погадаева Н.И., Фуфаева М.С. Криогель-сорбент на
основе поливинилового спирта и железосодержащего осадка для удаления
нефти и фенола из воды // Известия Томского политехнического университета, 2010, т. 317, № 3, с. 49–53.
26. Станкевич К.С., Усова Н.Т., Лукашевич О.Д. Выделение и утилизация
отходов водоподготовки Томского водозабора // Использование и охрана
природных ресурсов в России, 2010, № 3, с. 12–15.
27. Усова Н.Т., Кутугин В.А., Лотов В.А., Лукашевич О.Д. Композиционные
материалы на основе высокожелезистого шлама водоподготовки // Известия Томского политехнического университета, 2011, т. 319, № 3, с. 36–39.
70
28. Усова Н.Т., Кутугин В.А., Лукашевич О.Д., Торопков Н.Е. Получение
цветных цементов на основе железооксидных отходов и исследование их
свойств // 1-я Междунар. Российско-Казахстанская конф. по химии и химической технологии, с. 201–204 // http://conferences.tpu.ru/assets/files/
russian-kazakhstan-chemistry/76poluchenie_tsvetnih_tsementov_na_osnove_
zhelezooks.pdf.
29. Усова Н.Т., Лукашевич О.Д., Герб Л.В., Гончаров О.Ю. Утилизация отходов водоподготовки станций обезжелезивания // Вестник ТГАСУ, 2011,
№ 2, с. 113–123.
30. Химическая энциклопедия: В 5 т.: Т. 1. – М.: Сов. энциклопедия,
1988. – 623 с.
31. Янин Е.П. Осадок железосодержащих подземных питьевых вод (образование, особенности, проблемы утилизации) // Научные и технические
аспекты охраны окружающей среды, 2008, № 4, с. 26–57.
УСТОЙЧИВОЕ УПРАВЛЕНИЕ МУНИЦИПАЛЬНЫМИ ТВЕРДЫМИ ОТХОДАМИ И СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В МАЛЛАЙЗИИ
K.H. Chua1, Endang Jati Mat
Sahid, Y.P. Leong
Один из основных вкладов в глобальные выбросы парниковых газов (ПГ) вносит сектор отходов, который включает в себя
муниципальные твердые отходы (MSW) и сточные воды. В Малайзии2 вклад сектора отходов в выбросы ПГ составил 18,64 и
11,83% в 1994 и 2000 г., соответственно. На мировом уровне
вклад этого сектора в выбросы ПГ составил только 3% в 2004 г.
Это различие указывает на то, что имеется потенциал для усилий по снижению выбросов в секторе отходов для Малайзии.
Комплексное управление MSW предусматривает средства для
достижения устойчивого развития в Малайзии, когда экономический рост не будет сопровождаться опасностями для окружающей среды. В этой статье рассмотрены потенциальные усилия
по снижению выбросов ПГ, такие как увеличение степени рециклинга отходов, содействие управлению органическими отходами
либо на макро - либо на микроуровне и применение комплексного управления твердыми отходами с помощью санитарнотехнических полигонов. Сообщается, что уровень рециклинга в
Малайзии составляет 5%. Это низкий уровень по сравнению с
другими странами, такими как Филиппины, где уровень рециклинга в 2003 г. составлял 23% в 2003 г. За счет содействия достижению уровня рециклинга в 22% можно будет снизить выбросы ПГ из сектора отходов на 25,5% в 2020 г. В этой статье также
1 Старший преподаватель Института энергетической политики и исследований
в КуалаЛумпур, Малайзия (UNITEN), ckh@uniten.edu.my
2 Малайзия – выборная конституционная федеративная монархия, состоящая из 13 государствсубъектов федерации (штатов) и трех федеральных территорий, состоящая из двух частей,
разделенных Южно-Китайским морем. Население – 28,3 млн. чел. (оценка 2011 г.), ВВП страны – 447,6 млрд. долл. (29-я экономика мира) (оценка 2011 г.), на душу населения – 14,7 тыс.
долл. (77-е место в мире).
71
исследуется потенциальное снижение выбросов в связи с содействием обработке органических отходов в источнике образования, с помощью таких способов как компостирование, анаэробное сбраживание в торговых комплексах, гостиницах и
столовых. Проблемами являются изменение общественного поведения и позиции по отношению к рециклингу, образованию
отходов и сортировке отходов в источнике образования. Настоятельно необходимо, чтобы правительство обеспечивало выполнение Закона об управлении твердыми отходами и санитарной
очистке территорий от 2007 г., для того чтобы достичь снижения
выбросов ПГ в Малайзии.
1. Введение
Урбанизация и рост населения приводят к повышению жизненного
уровня в Малайзии, но возрастает также и образование отходов. Муниципальные твердые отходы состоят из отходов, образующихся в жилом, коммерческом секторе, учреждениях и общественных парках. Закон об управлении твердыми отходами и санитарной очистке территорий от 2007 г.
определяет твердые отходы как контролируемые твердые отходы, которые
включают в себя коммерческие твердые отходы, бытовые твердые отходы,
отходы общественных учреждений и муниципальные твердые отходы
(Закон 672). Большая часть муниципальных твердых отходов размещается
на полигонах или свалках, и только небольшое количество на установках
для сжигания. Основными целями надлежащего размещения MSW являются
поддержание чистоты территорий, предотвращение загрязнения окружающей среды, распространения болезней и эстетические соображения. В последние годы важность стала приобретать проблема глобального потепления. Обнаружено, что при размещении твердых отходов на полигонах
образуется один из парниковых газов (ПГ) метан (CH4), который в 21 раз
более мощный, чем диоксид углерода (СО2). Следовательно, надлежащее
управление MSW будет не только обеспечивать поддержания здоровья и
здорового образа жизни, но также будет способствовать выбросам ПГ.
1.1. Образование и характеристики муниципальных твердых
отходов Малайзии
Образование муниципальных твердых отходов населением является
функцией социально-экономических предпосылок, т.е. покупательная способность, культурное происхождений, местоположение, т.е. городские или
сельские условия и экологическая информированность. Согласно (3а), образование и состав твердых отходов изменяется в соответствии с уровнем дохода. В этой работе также сообщается, что уровни образования отходов
варьируются от 0,5-0,8 кг/человека/день до 1,7 кг/человека/день в основных городах. В 9-м плане социально-экономического развития страны
[RMK9]3 сообщается, что среднедушевое образование отходов возросло
3 В настоящее время современные преобразования в Малайзии базируются на разработанном в
середине 1990-х годов стратегическом плане поэтапного развития страны “Видение 2020”. В
основе роста развития страны лежит заимствование японского опыта. В частности, специально
разработана программа “Седые волосы”, заключающаяся в привлечении на работу в Малайзию
высококвалифицированных японских специалистов, вышедших на пенсию. В настоящее время
в экономике страны нашли место более 50 тыс. высококлассных японских специалистов в области банковского дела, финансов, маркетинга, информационно-коммуникационных технологий, здравоохранения и т.д. Второй заимствованный из Японии опыт – модель государственночастного партнерства, которая дала мощный толчок развитию малого и среднего бизнеса.
72
с 0,67 кг/человека/день до 0,8 кг/человека/день [RMK9]. В работе (3) утверждается, что образование отходов на полуострове Малакка4 возросло с 16,2 т в день
до 19,1 т день. Принимая этот ежегодный рост в 3,6%, в 2020 г. количество образования отходов достигнет 31 т. т/день [9]. Некоторые из факторов, способствующих темпам роста MSW в Малайзии, связаны с ростом населения, быстрой урбанизацией, экономическим ростом и наличием мульти культурного
общества, в котором торжественно отмечаются различные празднества.
Характеристики состава MSW в Малайзии отличаются от характеристик
в других странах. Вследствие тропического климата с сильными осадками
MSW в стране отличаются высоким содержанием влаги, которое варьируется от 52,6 до 66,2% (1). Состав MSW изменяется со временем, как показано в
табл. 1. Другой отличительной характеристикой является высокое содержание биоразлагаемых фракций или органического вещества. В табл. 1 показан состав MSW по данным различных исследователей. Первое углубленное
исследование состава MSW было проведено в 2000 г. (3) на полигоне твердых отходов Taman Beringin, принадлежащем муниципалитету столицы Малайзии Куала-Лумпур.
Таблица 1
Состав муниципальных твердых отходов из различных
исследований и мест
Компоненты 20011 20012 20023 20033а 20044 20055 20056 20077 20108
Пищевые
68,4
32
56,3
37,4
49,3
45
47,5
43,5
отходы и органика
Смешанная
11,8
16
13,1
18,9
9,7
24
24,7
25,2
пластмасса
Смешанная
6,3
29,5
8,2
16,4
17,1
7
18,5
12,9
22,7
бумага
Текстиль
1,5
3,4
1,3
3,4
2,13
2,5
0,9
Резина
и
0,5
2
0,4
1,3
2,5
кожа
Древесина
0,7
7
1,8
3,7
4,41
5,7
Дворовые
4,6
6,9
3,2
2,72
отходы
Черные ме2,7
3,7
2,1
2,7
2
6
5,3
2,1
таллы
Стекло
1,4
5,5
1,5
2,6
3,7
3
1,8
2,6
Памперсы
5,1
3,81
Прочее
2,1
1,9
8,4
5,3
18,2
15
21,93
2,6
1,8
Итого
100
100
100
100
100
100
100
100
100
1 Hassan et al.”Управление твердыми отходами в странах юго-восточной Азии с особым вниманием
на Малайзию 8-й Международный симпозиум по управлению отходами и полигонам 2001 г. Данные отобраны из Куала-Лумпура.
2 Wan Ramle Wan A. Kadir “Сравнительный анализ” политики по отходам и организационной
структуры Малайзии и Соединенного Королевства, Конференция по управлению отходами, 2001 г.
3 Nazeri A.R. Отчет о составе твердых отходов из исследования, проведенного на полигоне Taman
Beringin в 2000 г.
3а S. Rathirvade et al. “Энергетический потенциал отходов в Малайзии, Journal of Renewal Energy,
2003 (data for Kuala Lumpur)
4 Малакка (Малайский полуостров) – крупный полуостров в юго-восточной Азии, южная часть
которого принадлежит Малайзии (западная часть страны, в которой проживает почти 80% населения страны).
73
4 JICA “Исследование национальной программы минимизации отходов” Июль 2004 – июнь 2006 г.
5 Публикация на веб-сайте Министерства жилищного строительства и местного самоуправления на
основе данных за 2005 г.
6 Отбор проб на санитарном полигоне Taman Beringin в 2005 г.
7 Muhammad Abu Eusuf et al. “Обзор характеристик образования отходов в некоторых выбранных
муниципалитетах в Малайзии”, Proceedings of International Conference on Sustainable Solid Waste Management, September 2007.
8 Siti Rohana M. Yatin “Характеристики бытовых твердых отходов и управление с низкими затратами в г. Петалинг Джайя, штат Селангор5” 2010 г.
1.2. Обращение с муниципальными твердыми отходами Малайзии
Правительство Малайзии использует полигонное депонирование как один
из главных способов удаления MSW. Его можно разделить на две широкие категории, т.е. свалка отходов без грунтовой засыпки и санитарно-технический полигон. Санитарно-технический полигон имеет характеристики, которые включают в себя
облицовку, сбор и очистку фильтрата, сбор биогаза и промежуточную и окончательную грунтовую засыпку. Свалка отходов представляет собой участок размещения MSW без таких элементов как облицовка или сбор/очистка фильтрата. Согласно данным на веб-сайте Министерства жилищного строительства и
местного самоуправления (в январе 2011 г.), в Малайзии имелось 296 полигонов/свалок, из которых находились в эксплуатации 166, включая 9 санитарнотехнических полигонов. В будущем планируется большее количество санитарно-технических полигонов либо для замены, либо для модернизации нынешних свалок отходов. Полигонное депонирование твердых отходов является анаэробным процессов. При депонировании образуется свалочный газ, состоящий
из CO2, CH4, H2S, NH3 и других следовых газов. Его можно собирать, очищать
и применять для генерации электроэнергии или для прямого обогрева, если он
не сжигается в факеле. Известно, что метан является одним из газов, вносящих
значительный вклад в глобальное потепление. Объем его образования зависит
от количества депонируемых отходов. Помимо образования биогаза, полигон
отличается тем, что для него требуются большие площади, и в процессе его
эксплуатации выделяются неприятные запахи и фильтрат, который требует
дальнейшей очистки. Некоторые санитарно-технические полигоны в Малайзии
– это Bukir Tagar в штате Селангор и Seelong в штате Джохор6.
Еще одним вариантом обращения с MSW является сжигание. Сжигание
MSW позволяет значительно сократить объем как MSW, так и опасных отходов. Имеется четыре мусоросжигательные установки, владельцем которых
является правительство, а владельцем одного является частная компания Recycle Energy Sdn Bhd в городе Семених (в окрестностях Куала-Лумпур) с
производительностью 1000 т/день. Четыре других мусоросжигательных установок расположены в Пулау Пангкор (на западном побережье Малайского
полуострова), на острове Пулау Лангкави (на северо-западе страны), на острове Пулау Тиоман (который является частью национального природного
парка Паханг) и Камерон Хайлендс (курортный район в гористой местности
штата Паханг, в восточной части Малайского полуострова). Даже, если бы
при сжигании отходов не образовывались бы ПГ, все равно образуются
опасные газы, твердые частицы и зола. Мусоросжигательные устройства ос-
5 Штат Селангор – федеративный штат, расположенный в западной части Малайского полуострова, имеющий самую развитую инфраструктуру в стране, самый многочисленный (7,2 млн.
чел. – 2007 г.), с высоким уровнем жизни населения и низким уровнем бедности.
6 Штат, находящийся в южной части Малайского полуострова, занимающий пятое место по
площади и третье по населению в стране (3,23 млн. чел.).
74
нащены системой газоочистки (скрубберами), и имеются другие технологии
для удаления вредных загрязняющих веществ.
Компостирование муниципальных твердых отходов является еще одним подходом, используемым либо на уровне муниципалитета, либо индивидуально. Некоторые используют дождевых червей для разложения твердых отходов,
в особенности пищевых отходов с помощью метода, который называется
вермикомпостирование. Некоторые частные компании используют установки для
анаэробного сбраживания для переработки своих органических отходов, хотя и в
небольшом масштабе.
1.3. Устойчивое управление твердыми отходами
Исторически управление твердыми отходами в Малайзии находится в
юрисдикции Министерства жилищного строительства и местного самоуправления (MHLG). В настоящее время проблемы изменения климата не
оказывают большого влияния на решения и политику, относящиеся к
управлению отходами в Малайзии. Но они получают все большее осознание и постепенно начинают играть важную роль в борьбе с выбросами ПГ
с помощью устойчивого управления твердыми отходами. Первая комплексная политика по управлению отходами была опубликована в 2005 г. под названием Национальный стратегический план по управлению твердыми отходами в Малайзии (NCP 2005)[9].
В рамках NCP 2005 предложено комплексное управление муниципальными твердыми отходами, в рамках которого предусмотрена иерархия
управления отходами, приоритетами которой является сокращение количества отходов с помощью стратегии 3R’s, т.е. сокращение, повторное использование и рециклинг как до, так и после стадии потребления. На стадии до потребления производители должны найти способы для снижения
использования избыточной упаковки, применяя систему “возврата вышедших
из строя изделий” и улучшение технологий производства, при которых минимизируется образование отходов. На стадии после потребления применяется принцип загрязнитель платит. Цель состоит в достижении уровня рециклинга 22% к 2020 г. Одним из основных моментов NCP 2005 является
введение в действие Закона об управлении твердыми отходами и санитарной очистке территорий от 2007 г. (Закон 672). Закон предоставляет полномочия Генеральному директору Департамента управления национальными
твердыми отходами руководить всей деятельностью по разделению, обращению и хранению твёрдых отходов. Любое лицо, которое будет нарушать
условия Закона, будет обязано выплатить штраф в размере, не превышающем 1000 малазийских ринггитов (MYR) (1 долл. США = 3,191MYR на 10
июня 2012 г.). Раздел 102 Закона обязывает производителей принимать
свою продукцию или изделия после использования потребителями за свой
счет. Ожидалось, что Закон вступит в силу с 1 сентября 2011 г. [13]. На начальной стадии штрафные санкции за неразделённые твердые отходы не является
обязательным. Он позволяет населению ознакамливаться с практикой разделения твердых отходов. Закон также официально назначает трех концессионеров Alam Flora Sdn Bhd7, Environment Idaman Sdn Bhd8 и SWM Environment Sdn Bhd9 управлять твердыми отходами на Малайском полуострове.
Крупнейшая в Малайзии компания по управлению твердыми отходами, обслуживающая 6,1
млн. чел. В центральных и восточных районах Малайского полуострова. Компания осуществляет сбор бытовых, садовых отходов и отходов строительства и сноса.
7
75
2. Парниковые газы
Выбросы парниковых газов (ПГ) из сектора обращения с отходами происходят на полигонах, в процессах очистки бытовых сточных вод, сточных
вод коммерческих предприятий и промышленных сточных вод. Основными
ПГ из сектора отходов являются метан СН4 с полигонов и закись азота N2O
от сточных вод и СО2 от сжигания отходов, содержащих углерод. В отчете
Межправительственной группы по изменению климата (IPPC) за 2007 г. утверждается, что в общем выбросе ПГ вклад сектора отходов составляет 3%.
В отличие от этого, в Малайзии в 2000 г. на сектор отходов вклад сектора
отходов в выбросы ПГ составил 12% [8].
Воздействие глобального потепления в виде повышения температуры
атмосферного воздуха у поверхности земли в Малайзии оценивается в
диапазоне от 1,5 до 2оС к 2050 г. на основе промежуточного сценария
[8]. Для некоторых регионов в Малайзии прогнозируется снижение
среднегодовых осадков для центральной части полуострова и штата Сабах на востоке полуострова (второго по величине). Для других регионов
прогнозируется рост среднегодовых осадков. Глобальное потепление
будет оказывать воздействие в четырех секторах, включая водные ресурсы, сельское хозяйство, лесоводство и биоразнообразие, прибрежные и
морские территории и здоровье населения.
2.1. Оценка выбросов ПГ от отходов
Оценка выбросов ПГ основана на руководствах, подготовленных IPPC.
Первое руководство было опубликовано в 1996 г. и затем пересматривалось.
Второе издание было опубликовано в 2006 г. Оценка выбросов ПГ от сектора отходов включает ПГ от полигонов, систем очистки бытовых и промышленных сточных вод. В Малайзии ПГ от полигонов вносят вклад общие выбросы
ПГ сектора отходов в размере 90%, по данным за 2005 г. [8]. На полигонах
образуются ПГ в виде CO2 и CH4. CO2 от полигонов имеет биогенное происхождение, и, поэтому, не регистрируется. Оценка выбросов метана, основанная на руководстве IPPC от 1996 г. [4], приводится ниже.
Уравнение 1
Выбросы метана (тыс. т/год)
(MSWT × MSWF × MCF = DOC ×DOCF × F × 16/12 –R) × (1 – OX)
Здесь:
MSWT = общее количество образующихся MSW (тыс. т/год)
MSWF = доля MSW, размещаемых для депонирования
MCF = переводной коэффициент для метана (доля)
DOC = разлагаемый органический углерод (доля)
DOCF = доля моделированного DOC
F
= доля CH4 в полигонном биогазе
R
= утилизируемый CH4 (тыс. т/год)
OX
= фактор окисления (по умолчанию = 0)
8 Компания, заключившая концессионное соглашение с федеральным правительством Малайзии на 22 года на управление твердыми отходами в штатах Кедах и Перлис, расположенных на
севере Малайского полуострова.
9 Частная компания, осуществляющая управление твердыми отходами и санитарную очистку
территорий в штатах Джохор, Мелака (на юге Малайского полуострова) и Негри Сембилан (в
центральной части Малайского полуострова).
76
Общее количество образующегося метана зависит от удельного количества образующихся отходов кг/душу населения/год и обслуживаемого населения. Доля MSW, депонируемых на участках для размещения отходов,
является остатком от отходов, остающихся после рециклинга, сжигания и
других вариантов обращения. В руководстве IPPC опубликована оценка
разлагаемого органического углерода DOC на основе шести компонентов
отходов – бумаги/картона, пищевых отходов, древесины, текстиля, резины
и кожи, садовых и парковых отходов и памперсов. Переводной коэффициент для метана учитывает типы участков для размещения отходов, т.е.
управляемые участки, глубокие (> 5 м) неуправляемые участки и мелкие (< 5
м) неуправляемые участки. Моделируемая доля DOC представляет собой
часть DOC, которая будет разлагаться. Руководство IPPC представляет по
умолчанию значение 0,77 для DOCF. В нем также принимается доля CH4 в
полигонном биогазе 0,5. F представляет долю газообразного метана, которая улавливается либо при сжигании на свече, либо при выработке электроэнергии. Фактор окисления учитывает потенциальное окисление от покрытия полигона. В руководстве IPPC от 2006 г. повышаются оценки для метана
за счет рассмотрения отходов, которые депонировались много лет назад.
Предполагается разложение отходов в соответствии с реакцией разложения
первого порядка. В большей части стран, включая Малайзию, пересмотренным руководством IPPC от 1996 г. для учета своих выбросов ПГ.
2.3. Потенциальное сокращение выбросов ПГ для сектора отходов
Выбросы метана с полигонов представляют собой основной вклад в выбросы ПГ от сектора отходов. Одним из возможных вариантов устойчивого управления отходами для снижения выбросов ПГ является минимизация отходов. Другими вариантами переадресации отходов от поступления на полигон являются
рециклинг, переработка на месте или термическая переработка и изменение состава отходов. Технологии снижения воздействия, такие как модернизация или строительство новых полигонов и эффективная утилизация полигонного биогаза являются дорогостоящими. Подобным образом варианты термической переработки,
такие как сжигание, газификация, пиролиз отходов также являются дорогостоящими. Еще одним вариантом является анаэробное сбраживание, но она снова
для него требуются высокие капитальные и эксплуатационные затраты.
Скорость образования отходов зависит от социально-экономических условий общества. Рециклинг является одним из “лежащих на поверхности”
вариантов для снижения выбросов ПГ. Рециклинг отходов бумаги и текстиля и переадресация пищевых отходов от поступления на полигон могут
быть осуществлены на макро- или микроуровне. В этой статье представлено
потенциальное снижение выбросов ПГ с помощью рециклинга и содействия переработке пищевых отходов по месту, так как муниципальные отходы в Малайзии содержат, по крайней мере, 59% органических отходов. Переработка
органических отходов по месту с помощью компостирования является еще
одним лежащим на поверхности вариантов.
3. Воздействие устойчивого управления отходами на выбросы ПГ
Был проведен анализ методом моделирования для исследования воздействия
рециклинга отходов на выбросы ПГ. Базовым годом был принят 2010 г. с соответствующим составом отходов. Предполагается, что темпы роста образования отходов будут составлять 1% в год на основе данных для 2002 г. (Nazeri, см. табл.
1) в размере 1,02 кг/душу населения/день для городской и 0,4 кг/душу населения/день для сельской местности. Количество населения в 2010 и 2020 г. принималось в 28,2 и 34,4 млн. чел., соответственно [8]. Степень урбанизации для
77
2010 и 2020 г. принималось 28,2 и 34,4%, соответственно [8]. Оценки метана для
каждого года подразделялись применительно к полигонам в городской и сельской местности. Для этого моделирования предполагалось, что большая часть
участков для размещения твердых отходов в сельских районах является неуправляемой и без установок для сбора биогаза. Что касается городских полигонов, принято, что имеется несколько санитарно-технических полигонов.
Предполагается, что состав отходов отвечает составу в соответствии с пробами,
отобранными на санитарно-техническом полигоне Buki Tagar в 2005 г. На основе исследования Nazeri (см. табл. 1) с темпом роста 1% в год и 1,05 кг/душу
населения/день в 2002 г. для городских районов, удельное образование оценивалось в 1,11 кг/душу населения/день в 2010 г. и 1,22 кг/душу населения/день в
2020 г. Подобным образом, для сельских районов оцененное удельное образование принято 0,43 кг/душу населения/день для 2010 г. и 0,48 кг/душу населения/день для 2020 г. Принято, что уровень рециклинга соответствует 5% для
нынешней ситуации. По крайней мере, было исследовано два затратных подхода для выбросов ПГ: рециклинг отходов бумаги и переадресация пищевых
отходов или минимизация отходов. Единственная оценка выбросов ПГ с полигонов основана на руководстве IPPC от 1996 г.
3.1. Снижение выбросов ПГ – анализ сценариев
Сценарий обычного развития 2010 г., 5% уровень
рециклинга
2010 г., уровень рециклинга 10%
2010 г., уровень рециклинга 15%
2010 г., уровень рециклинга 20%
Сценарий обычного развития 2020 г., 5% уровень
рециклинга
2020 г., уровень рециклинга 10%
2020 г., уровень рециклинга 15%
2020 г., уровень рециклинга 20%
78
Сокращение
(%)
Сокращение,
млн. т
Млн. т СО2экв в сельской местности
Итого млн. т
Млн. т СО2экв в городах
В табл. 2 показаны результаты моделирования воздействий рециклинга
на выбросы ПГ для 2010 и 2020 г. Рециклинг отходов бумаги в состоянии
предотвратить депонирование макулатуры на полигоне, но также предотвращает вырубку деревьев.
Таблица 2.
Снижение выбросов ПГ на основе уровня рециклинга
для 2010 и 2020 г.
9,882
1,500
11,382
7,399
1,059
8,458
2,924
25,70
5,887
0,860
6,747
4,635
40,88
4,991
0,727
5,718
5,664
49,76
15,263
1,495
16,758
11,428
1,055
12,483
4,275
25,51
9,093
0,857
9,950
6,809
40,63
7,709
0,724
8,434
8,325
49,68
Анализ методом моделирования показывает, что с помощью повышения
уровня рециклинга макулатуры с нынешних 5 до 20% возможное снижение
выбросов ПГ варьируется с 25,7 до 49,76% для 2010 г. с 25,51 до 49,68% для
2020 г. Рециклинг макулатуры не приводит к каким-либо затратам для правительства, и большинство компаний в Малайзии в настоящее время применяют рециклинг, как часть своей практической работы или выполнение
стандарта качества окружающей среды. Согласно данным Агентства по охране окружающей среды США, рециклинг макулатуры дает возможность
дать порядка 0,73 млн. т углеродного эквивалента (МТСЕ) на малую тонну
(907 кг) бумаги [15]. В табл. 3 приведено воздействие переадресации пищевых отходов от поступления на полигоны.
Сокращение,
млн. т
Сокращение
(%)
1,500
11,382
8,684
1,294
9,978
1,404
12,34
7,669
1,130
8,799
2,583
22,69
6,964
1,010
7,974
3,408
29,94
6,295
0,893
7,188
4,194
36,85
5,500
0,703
6,202
5,180
45,51
15,263
1,495
16,758
13,413
1,290
14,703
3,787
12,96
11,845
1,127
12,972
4,995
22,60
10,756
1,007
11,764
6,145
29,80
9,724
0,890
10,614
7,563
18,18
8,495
0,701
9,195
1,393
29,11
Итого млн. т
9,882
Млн. т СО2экв в городах
Сценарий обычного развития 2010 г., 5% уровень
рециклинга
2010 г., переадресация
10% пищевых отходов
2010 г., переадресация
15% пищевых отходов
2010 г., переадресация
20% пищевых отходов
2010 г., переадресация
25% пищевых отходов
2010 г., переадресация
30% пищевых отходов
Сценарий обычного развития 2020 г., 5% уровень
рециклинга
2020 г., переадресация
10% пищевых отходов
2020 г., переадресация
15% пищевых отходов
2020 г., переадресация
20% пищевых отходов
2020 г., переадресация
25% пищевых отходов
2020 г., переадресация
30% пищевых отходов
Млн. т СО2экв в сельской
местности
Таблица 3.
Воздействия переадресации пищевых отходов на снижение выбросов
ПГ в 2010 и 2020 гг.
79
Анализ методом моделирования показал, что с помощью повышения
уровня переадресации пищевых отходов с 10 до 30% имеется возможность
снизить выбросы ПГ с полигона с 12,34 до 45,52% в 2010 г. и с 12,26 до
29,11% в 2020 г. Согласно новому отчету, жители Малайзии ежедневно удаляют 930 т пищевых отходов [14]. Минимизация пищевых отходов требует
изменения манеры питания и жизненного стиля основной части населения. Снижение излишнего потребления пищевых отходов и привычки покупать их
избыточное количество должно быть включено в практику основной части
населения. Имеется несколько операторов ресторанных двориков и ресторанов, которые практикуют переработку пищевых отходов по месту либо с
помощью компостирования или с использованием имеющихся в продаже
установок для анаэробного сбраживания. Например, муниципальный совет
Субанг Джайя (город в штате Селангор, второй по численности населения
после Куала-Лумпур) проводит исследование в одном ресторанном дворике,
расположенном в городе. Такие гостиницы как Хилтон в Куала-Лумпур начали использовать систему вермикомпостирования для переработки своих
пищевых отходов. В другом исследовании правительство Японии также
внедрило систему японского компостирования, известную как метод Такакура10 для городского совета Сибу в штате Саравак (восточная Малайзия, самый крупный штат в стране). Индивидуальные домохозяйства поощряются
для внедрения этого метода при компостировании своих пищевых отходов.
В приводимой таблице 4 показано воздействие внедрения рециклинга
макулатуры и переадресации пищевых отходов от полигонов.
Сценарий обычного
развития 2010 г., 5%
уровень рециклинга
2010 г., снижение на
10% бумаги и переадресация на 10% пищевых отходов
2010 г., снижение на
15% бумаги и переадресация на 10% пищевых отходов
Сокращение
(%)
Сокращение,
млн. т
Итого млн. т
Млн. т СО2экв в сельской
местности
Млн. т СО2экв в городах
Таблица 4.
Снижение выбросов ПГ с помощью рециклинга и сокращения
количества пищевых отходов для 2010 и 2020 г.
9,882
1,500
11,382
5,883
0,807
6,640
4,741
41,66
4,620
0Ю757
5,377
6,005
52,76
Метод компостирования органических отходов, разработанный японским ученым Кодзи Такакура для производства компоста, в котором используются микроорганизмы, и срок изготовления компоста сокращается в два раза. Метод особенно пригоден для стран, в которых выращивается рис, так как рисовая шелуха является одним из основных компонентов.
10
80
Сокращение
(%)
Сокращение,
млн. т
Итого млн. т
Млн. т СО2экв в сельской
местности
Млн. т СО2экв в городах
2010 г., снижение на
15% бумаги и переадресация на 15% пищевых отходов
2010 г., снижение на
15% бумаги и переадресация на 20% пищевых отходов
Сценарий обычного
развития 2020 г., 5%
уровень рециклинга
2020 г., снижение на
10% бумаги и переадресация на 10% пищевых отходов
2020 г., снижение на
15% бумаги и переадресация на 10% пищевых отходов
2020 г., снижение на
15% бумаги и переадресация на 15% пищевых отходов
2020 г., снижение на
15% бумаги и переадресация на 20% пищевых отходов
4,015
0,550
4,565
2,075
31,25
3,388
0,464
3,851
7,531
66,16
15,263
1,495
16,758
9,010
0,929
9,938
7,901
40,70
7,136
0Ю765
7,901
8,857
52,85
6,202
0,714
6,916
9,842
58,73
5,233
0,663
5,896
10,863
64,82
С помощью содействия рециклингу бумаги и переадресации пищевых
отходов от полигонов имеется возможность достичь снижения выбросов на
66,16 и 64,82% в 2010 и 2020 гг., соответственно на основе сценария обычного развития. Все вышеупомянутые анализы являются гипотетическими.
Они демонстрируют потенциал снижения выбросов ПГ, если население будет использовать практику рециклинга. Изменение менталитета населения в
сторону применения практики рециклинга, минимизации отходов и их повторного
использования требует кампаний информированности и образования. В Индии едва ли имеются какие-либо пищевые отходы в составе муниципальных
твердых отходов, и уровень рециклинга там очень высокий – 56%.
В своем втором национальном сообщении в Рамочную Комиссию
ООН по изменению климата правительство Малайзии оценило, что за
счет повышения уровня рециклинга с 5 до 22% оно будет в состоянии
снизить выбросы ПГ из сектора отходов на 25,5% в 2020 г. [8], если будет иметься больше объектов для утилизации материалов и будет построено больше санитарно-технических полигонов. Воздействия, смо81
делированные выше, являются гипотетическими, но они указывают на
потенциал снижения выбросов ПГ.
Имеются другие технологии снижения выбросов, которые дают возможность снижения выбросов ПГ из сектора отходов, такие как термическая переработка, т.е. сжигание, газификация и пиролиз. Однако эти технологии являются дорогостоящими. Рециклинг и минимизация отходов являются
наименее затратным и устойчивым подходом.
Правительство Малайзии начало осуществлять свою первую кампанию
рециклинга в 1980-е годы. Воздействие является минимальным, так как население воспринимает муниципальные отходы, которые приходится выбрасывать. Информированность об уровне рециклинга, однако, все еще минимальная. Кампания по проведению рециклинга была повторена в 2001 г. Ее
результатом стало повышение уровня рециклинга до нынешних 5%, как сообщается в совместном исследовании правительства Японии и министерства жилищного строительства и местного самоуправления Малайзии. Одной
из инициатив зеленой политики Малайзии является содействие зеленому стилю
жизни с помощью образования. Предмет окружающая среда назывался “Alan dan
Manusia” (“Человек и окружающая среда”), и он был введен в программу начальной школы в 1982 г. Затем он был заменен предметом под названием “Kajian
Tempatan” (“Краеведение”). В средней школе экологическое образование, которое содействует рециклингу, включено среди таких предметов как физика и
география, и оно развивается с помощью деятельности в виде совместного
обучения и работы в школьных клубах. Однако оно все еще не принято
широко во всех школах [10].
В исследовании [1] указано, что большая часть заинтересованных сторон
в фокус-группе по твердым отходам, т.е. местные органы власти, НПО, правительственные агентства и частный сектор воспринимали, что к 2020 г.
возможно достижение уровня рециклинга 22%. Оно также демонстрирует,
что о политике 3R в Малайзии варьируется от умеренной до высокой. Заинтересованные стороны представляли точку зрения, что рециклинг должен
быть обязательным, и что приемлемо платить за лучшие услуги. Он также
требует сильной политики принуждения со стороны правительства.
Вселяет надежду, что правительство недавно объявило о введении в действие Закона об управлении твердыми отходами и санитарной очистке территорий от 2007 г., который должен стать обязательным к 1 сентября 2011 г.
во всех штатах полуостровной части Малайзии, за исключением Пенанга и
Селангора [13]. Каждое домовладение должно получить мусорное ведро емкостью 120 л. Требуется, чтобы каждое домовладение проводило разделение и рециклинг своих отходов. Те, кто отказывается от этого, обязаны платить штраф в размере не более, чем 1000 малазийских ринггитов.
Органические и бытовые отход должны собираться дважды в неделю, а
крупногабаритные отходы – раз в неделю.
Рециклинг и минимизация отходов являются наименее затратным подходом к снижению выбросов ПГ с полигонов. На Тайване правительство
ввело систему платежей за то, что выбрасывается в начале 2000-х годов. Она
оказала большое воздействие. Удельное образование отходов снизилось с
1,14 кг/день/человека в 1997 г. до 0,52 кг/день/человека в 2008 г. Уровень
рециклинга в стране возрос с 10% в 1997 г. до 42% в 2008 г. В своем отчете
об инвентаризации выбросов ПГ в 2000 г. правительство указало, что вклад
в ПГ от сектора отходов составил только 3,22% от общих выбросов [16]. В
Южной Корее уровень рециклинга в 2010 г., как сообщалось, составил 56%
[3]. Только 26% бытовых отходов было направлено на полигоны. Вклад сектора отходов в выбросы ПГ составил 2,95% [6]. По сравнению с Южной
82
Кореей уровень рециклинга в Малайзии был только от 3 до 5%, и вклад сектора в выбросы ПГ составлял 11,8%. К счастью, с помощью внедрения устойчивого управления отходами с помощью рециклинга и минимизации
отходов возможно снижение выбросов ПГ с полигонов.
4. Заключение
С помощью практики устойчивого управления муниципальными отходами имеется возможность снижения выбросов ПГ с 12 до 64% по сравнению со сценарием обычного развития. Однако для этого требуется активное
участие населения. Этого можно достичь, если Малайзия сможет повысить
уровень рециклинга и будет содействовать компостированию пищевых отходов по месту. Выполнение Закона 672 является своевременным, так как
оно дает возможность правительству принуждать выполнение программ
раздельного сбора и рециклинга твердых отходов. Практика устойчивого
управления отходами может принести множество выгод для здравоохранения, безопасности и окружающей среды, и попутно будет польза от снижения выбросов ПГ и повысится качество жизни.
Библиография
1. Agamuthu et al. (2007) Sustainable Waste Management – Asian Perspectives Proceedings of the International Conference on Sustainable Waste Management, 5-7 September 2007, India
2. Agamuthu et al. (2011) 3R Related Policies for Sustainable Waste Management
in Malaysia Innovation and Sustainability Transition in Asia Conference January 2011
3. Changkook Ryu (2010) Potential of municipal solid waste for renewable
energy production and reduction of greenhouse emission in South Korea Journal
of Air and Waste Management Association vol. 60 February 2010.
4. IPPC Intergovernmental Panel on Climate Change (1996) Guidelines for
National Greenhouse Gas Inventories, module6: WASTE 1996.
5. Junhee Cha & Youn Yeechang (2008) Paper Recycling of South Korea and
its Effect on Greenhouse Gas Emission Reduction and Forest Conservation
Journal of Korean Forest Society, Vol. 97, N0. 5, pp. 530-538.
6. Korea (2008). Second national communication of Republic of Korea under
the United Nations Framework Convention on Climate Change:
http://unfcc.int/resource/docs/natc/kornc02.pdf.
7. M.N. Hassan et al. (2001) Solid waste Management in Southeast Asian
Countries with Special Attention to Malaysia Proceedings 8th International Waste Management and Landfill Symposium, Italy October 2001
8. NC2, Malaysia Second NATIONAL Communication to the UNFCC,
January 2011 http://nc2.nre.gov.my
9. NSP 2005, National Strategic Plan for Solid Waste Management NSP, Ministry of Housing and Local Government 2005
10. Pudin et al. (2005) Environmental Education in Malaysia and Japan: A
comparative Assessment Education for a Sustainable Future International conference,
India, 2005.
11. Siti Rohana Mohd Yatim & Mohd Amir Arshad (2010) Household Solid
Waste Characteristic and Management in Low Cost Apartment in Petaling Jaya,
Selangor Health and Environment Journal. 2010 Vol. 1 No. 2
83
12. Sivapalan Kathirvale et al. (2003) Energy Potential from Municipal Solid
Waste in Malaysia Journal of renewable Energy 29 (2003)
13. The Star online (2011) Three companies approved for solid waste management, Saturday, 2 July 2011
14. The Star online (2011) 930 tons of food being thrown away every day,
Friday June 10 2011
15. USWPA, U.S. Waste Reductions Model WARM, http://www.epa.gov/
climatechange
16. UNFCC National Communication of the Taiwan, published by Environment Protection Administration ROC (Taiwan) July 2002, http://sta.epa.gov.tw/
nsdn/en/unfcc/
17. Zamali Tarmudi et al. (2009) An Overview of Municipal Solid Wastes
Generation in Malaysia Journal Technology, 51(F), December 2009. University Technology Malaysia
18. Zaini Sakawi (2011) Municipal Solid Waste Management in Malaysia: Solution for Sustainable Waste Management Journal of Applied Sciences in Environment
Sanitation, 6 (1): 29 – 38 Surabaya Indonesia.
РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ МАТРИЧНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ
СОСТАВОВ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ
ОТХОДОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ
НА АЭС И ПРЕДПРИЯТИЯХ «РосРАО»
«Наш разум по природе своей наделён
неутомимой жаждой познавать истину»
Марк Туллий Цицерон
О.Э. Муратов (ООО «ТВЭЛЛ», Санкт-Петербург),
С.М.Царева ( Северо-Западный государственный заочный
технический университет, г. Санкт-Петербург)
Под редакцией М.Н.Тихонова
Разработаны и экспериментально исследованы процессы
иммобилизации радиоактивных отходов, образующихся на
атомных электростанциях (АЭС) и предприятиях РосРАО, с
использованием наноструктурных материалов на основе минерального сырья.
Ключевые слова: радиоактивные отходы, радионуклиды,
отверждение жидких РАО, минеральные матричные материалы, цементный компаунд, физико-химические свойства, скорость выщелачивания радионуклидов, оценка механической
прочности образцов цементных компаундов.
84
WORKING OUT AND EXPERIMENTAL RESEARCH
OF MATRIX MINERAL STRUCTURES
FOR RADIOACTIVE WASTE IMMOBILIZATION
FORMED ON THE NUCLEAR POWER PLANTS
AND "RosRAO" ENTERPRISES
O.E. Muratov (Open Company "TVELL", St.-Petersburg)
S.M. Tsareva (Northwest state correspondence technical university, St.-Petersburg)
Under M.N.Tihonov's edition
Processes of immobilization the radioactive waste formed on
nuclear power plants and RosRAO enterprises, with using of
nanostructural materials on the basis of mineral raw materials are
developed and experimentally investigated.
Keywords: a radioactive waste, radionuclides , hardening of the
liquid waste, mineral matrix materials, cement compound, physical
and chemical properties, speed of radionuclide leaching, an estimation of mechanical durability of samples cement compounds
Содержание
1.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
2.
3.
3.1.
3.2
3.3.
3.4.
Разработка технологии иммобилизации радиоактивных отходов в цементную матрицу
Химические процессы цементирования РАО
Кубовые остатки от установок дистилляции ЖРО
Зольные остатки от установок сжигания горючих ТРО и
ЖРО
Ионообменные смолы
Эксплуатационные масла
Использование неорганических веществ для стабилизации
матрицы компаунда и минеральных природных сорбентов для
фиксации радионуклидов
Испытания цементных компаундов на выщелачивание радионуклидов
Результаты экспериментальных исследований
Лабораторные испытания образцов цементных компаундов
Проведение экспериментальных исследований
Результаты испытаний укрупненных цементных компаундов
Натурные испытания разработанных матричных смесей
Заключение
Приложения
Список использованных источников
1. Разработка технологии иммобилизации радиоактивных отходов
в цементную матрицу
Одной из наиболее актуальных задач радиохимического производства и
ядерного топливного цикла является безопасное обращение с радиоактивными отходами (РАО), предполагающее их кондиционирование с переводом в нерастворимую матричную форму.
85
Отверждённые отходы должны удовлетворять целому ряду нормативных
требований, таких как низкая скорость выщелачивания радионуклидов (РН),
механическая прочность на сжатие, водостойкость, морозостойкость и радиационная стойкость. К цементной смеси и отверждённому компаунду
предъявляется широкий спектр разнообразных требований, зачастую противоположно влияющих на систему. Обеспечение всех указанных требований может быть достигнуто проведением широкого спектра работ по подбору и испытанию оптимальных матричных составов, сочетающих в себе
как вяжущие, так и различные модифицирующие компоненты, а также
предварительной подготовкой отверждаемых жидких РАО (ЖРО) и подбором соответствующих параметров смешения.
Основными целями исследования были выбор, научное обоснование и
разработка технологии отверждения жидких и твёрдых РАО, образующихся
на АЭС и предприятиях «РосРАО», методом цементирования с получением
компаунда, пригодного для долговременного хранения и удовлетворяющего
нормативным требованиям.
1.1. Химические процессы цементирования РАО
Как отмечалось выше, не существует такого связующего, которое удовлетворяло бы всем предъявляемым к нему требованиям и было пригодным
для отверждения РАО любого состава. На основании многолетней практики из хорошо освоенных строительных связующих материалов для различных отходов наибольшее практическое распространение получили цемент, битум и стекло.
Наиболее простым и дешёвым методом отверждения отходов является
цементирование, которое не требует нагревания и сложной аппаратуры для
смешения компонентов. Однако процесс цементирования ЖРО до настоящего времени был ограничен обработкой отходов низкой активности. Кроме того, как показали многолетние исследования, захоронение цементных
компаундов с удельной активностью свыше 3,7·106 Бк/кг не рекомендуется
ввиду того, что закрепление (связывание) РН в цементном камне происходит недостаточно надёжно (обратимо). Невысокая стойкость компаундов
объясняется тем, что за время полного отверждения цементного камня (28
сут) химически связывается в виде твёрдых продуктов гидратации только 24
% исходной воды, а 56 % остаётся несвязанной в виде капиллярной влаги,
легко вступающей в обмен с атмосферной.
Процесс цементирования ЖРО различного состава и уровня активности
характеризуется взаимодействием вяжущих веществ, содержащихся в цементе, которые представлены в основном силикатами и алюминатами кальция,
с содержащейся в отходах водой.
Портландцемент – гидравлический вяжущий материал – получают совместным тонким измельчением цементного клинкера, активных добавок
(до 15 %) и гипса (1,5 – 3,5 % в пересчёте на SO3).
Для оценки качества цементов определяют следующие свойства: нормальную густоту цементного теста, равномерность изменение объёма цемента, сроки схватывания цементного теста, тонкость помола и удельную
поверхность, плотность, предел прочности при изгибе и сжатии образцовбалочек, изготовленных из цементных растворов.
Отобранные для испытания пробы цемента доставляют в лаборатории в
плотной таре и хранят до их испытания в сухом помещении. Перед испытанием (применением) пробу цемента просеивают сквозь сито с сеткой № 09
(размером ячейки в свету 0,9·0,9 мм).
86
Для испытания цемента применяют обычную водопроводную воду. Цемент и песок, а также спецдобавки и отходы надо взвешивать с точностью
до 1 г, а воду отмеривать с точностью до 0,5 мл.
Нормальную густоту цементного теста, или водопотребность цемента, выражают процентным содержанием воды по отношению к массе цемента, которое для различных цементов не одинаково. Из всех свойств цемента наиболее важным является его способность поглощать воду, определяющая в
результате расход цемента и объём захораниваемых отходов. Для определения нормальной густоты цементного теста и сроков схватывания применяют прибор Вика.
В России наибольшее распространение для этих целей получил портландцемент марки 400, основные окислы которого и их количественное содержание в нём приведены в табл. 1.
Таблица 1
Основные окислы и их количественное содержание
в портландцементах марки 400
№
1
2
3
4
5
6
7
Наименование окислов
SiO2 (), SO3 (),
Al2O3
FeO3
CaO
MgO
SO3
К2O + Na2O
Содержание, масс.%
17 – 25
3–8
0,3 – 6
60 – 67
0,1 – 4,5
0,3 – 1
0,5 – 1,3
Процесс твердения портландцемента в основном определяется гидратацией силикатов, алюминатов и алюмоферратов кальция. При затворении
цементного порошка водой происходит химическое взаимодействие минералов портладцемента с водой. Взаимодействие минералов портладцемента
(4-14 масс. % 3Са·А12O3, 10-18 масс. % 4СаO·А12O3·Fe2O3, 15-35 масс. %
2СаO·SiO2, 45-65 масс. % 3СаO·SiO2) с водой протекает по таким реакциям:
3Са·А12O3 + 6Н2O → 3Са·А12O3·6Н2O;
4СаO·А12O3·Fe2O3 + nН20 → 3Са·А12O3·6Н2O + СаO·Fe2O3·(n-6)Н2O;
2СаO·SiO2 + nН2O → 2СаO·SiO2·nН2O;
3СаO·SiO2 + (n+1)Н2O → 2СаO·SiO2·nН2O + Са(ОН)2..
Существуют две основные теории механизма гидратации портландцемента: гидратация идёт через раствор, из которого выпадают новообразования, менее растворимые, чем исходные вещества; гидратация происходит в
твёрдой фазе. Наряду с этим считают, что может идти и через раствор и топохимически – путём присоединения воды к твёрдому веществу и что в зависимости от состава и свойств вяжущего, а также условий его твердения тот
или иной процесс может преобладать.
Взаимодействие воды с клинкерными минералами происходит медленно.
Степень гидратации цементных компонентов наиболее интенсивна у двухкальциевого силиката (83) после 3 сут твердения и наименее интенсивна у двухкальциевого силиката (7) после 3 сут и (11) после 28 сут твердения. Предельное количество воды, которое может вобрать в себя цементный камень в результате
химических процессов и механического удержания воды, для портландцементов составляет 40-50 %. Схема изменения состава цементного камня в ходе гидратации приведена на рис. 1. Именно наличие большого количества несвязанной воды в цементных компаундах не позволяет проводить их захоронение.
87
60 см3
Вода
3,7 см3
33,5 см3
Капиллярная
вода
12 см3
Адсорбц. вода
30,8 см3
40 см3
Цемент
Незаполненные капиллярные поры
Твёрдые продукты гидратации
Свободная вода, 56 % от исходного
количества
20 % от исходного количества
Химически связано 14,5 % воды –
24 % от исходного количества
12 см3
негидратиров.
цемент
Рис. 1. Схема изменения состава цементного камня в ходе гидратации
Исследования по оценке прочности образцов, приготовленных на портландцементах марок М-400 и М-500 и водопроводной воде, при различных
раствороцементных отношениях и продолжительности твердения позволяют сделать вывод о том, что при всех исследованных отношениях вода :
цемент образцы, приготовленные на цементе М-400, приблизительно в
1,5 раза менее прочны, чем на цементе М-500. Однако прочность, обеспечиваемая цементом М-400, вполне удовлетворяет требованиям длительного
хранения радиоактивного цементного камня внутри естественных или искусственных хранилищ.
1.2. Кубовые остатки от установок дистилляции ЖРО
В настоящее время на АЭС России эксплуатируются три типа ядерных
реакторов:
• реакторы на тепловых нейтронах:
- одноконтурные кипящие реакторы типа РБМК (реактор канального
типа большой мощности), замедлитель – графит, теплоноситель – вода;
- двухконтурные корпусные реакторы с водой под давлением типа ВВЭР
(водо-водяной энергетический реактор), замедлитель и теплоноситель – вода;
• реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем (натрий) типа БН (двух- и трёхконтурные).
Работа АЭС неизбежно связана с образованием большого количества
РН. Это продукты деления ядер топлива урана-235 и плутония-239, и продукты активации нейтронами различных веществ, находящихся в активной
зоне реактора (конструкционные материалы и продукты коррозии, примеси
в теплоносителе и замедлителе). Большая часть РН обладает малым периодом полураспада, именно они влияют на формирование радиационной обстановки внутри АЭС, но из-за быстрого распада не представляют опасности при возможном выходе в окружающую среду.
В результате работы АЭС все образовавшиеся РН должны быть выведены из систем в виде отработавшего топлива, жидких, твёрдых и газообраз88
ных РАО. Отработавшее топливо отправляют на длительное хранение или
переработку, а РАО должны быть переработаны в форму, исключающую
распространение РН в окружающую среду.
Технологии обращения с РАО, образующимися в процессе эксплуатации АЭС с различными типами реакторов, практически одинаковы.
Различия систем переработки РАО для реакторов РБМК, ВВЭР и БН заключаются только в том, что количество жидких, твёрдых и газообразных РАО (особенно ЖРО) реакторов РБМК-1000 значительно больше.
Это связано с различными технологиями и используемыми реактивами
при промывке контуров от отложений продуктов коррозии, а также значительно меньшим объёмом контура реактора ВВЭР. Количество отходов при промывке контура реактора ВВЭР-440 составляет ~150 м3, а
РБМК-1000 – 1200 м3.
Химический состав ЖРО, образующихся при эксплуатации АЭС, практически не зависит от типа реактора и определяется главным образом тем, какая
вода (морская или пресная) используется для охлаждения конденсаторов турбин.
Основными источниками ЖРО на АЭС являются:
• протечки 1-го контура, содержащие теплоноситель с продуктами деления и продуктами активации нейтронами различных веществ;
• растворы и пульпы сорбентов и фильтроматериалов, образующиеся
при очистке теплоносителя;
• организованные и неорганизованные протечки теплоносителя;
• воды бассейнов выдержки отработавшего топлива;
• растворы, использованные при ремонте и дезактивации оборудования и помещений АЭС;
• растворы, использованные при стирке спецодежды;
• душевые воды санпропускников.
Все ЖРО, образующиеся при эксплуатации АЭС, поступают в специальное хранилище, в котором с целью снижения объёмов, производится их
предварительная переработка и кондиционирование.
Поступление продуктов деления (из-за нарушения целостности и герметичности оболочек ТВЭЛов) в теплоноситель приводит к значительному
повышению его активности.
Обычно активность циркуляционной воды лежит в пределах 104 – 106
Бк/л, в то время как при разгерметизации оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) она может повышаться до 108 – 109 Бк/л. Это максимально возможная активность ЖРО.
Активность дезактивационных вод зависит от материалов основных контуров АЭС, водно-химического режима и продолжительности работы оборудования и, как правило, не превышает 106 Бк/л.
В процессе стирки спецодежды образуются низкоактивные ЖРО. Активность вод спецпрачечных обусловлена наличием радиоактивных аэрозолей в воздухе производственных помещений и радиоактивной пыли на поверхности оборудования, подлежащего ремонту. Поэтому активность вод,
равная 103 Бк/л, может наблюдаться только во время ремонтов блоков.
Основными реагентами в них являются: моющие вещества, содержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), кальцинированную соду,
тринатрийфосфат и др., концентрация которых доходит до 10 г/л и более. Общее солесодержание и объём вод спецпрачечных сравнительно
небольшой, соответственно около 5 г/л и до 5 м3/ч для одного блока
АЭС. Однако их вклад в количество солей, направляемых на захоронение, велик и достигает 20 %.
89
Переработка отходов спецпрачечной методом дистилляции представляет собой довольно сложный и дорогостоящий процесс, но он универсален и эффективен. Присутствие в них ПАВ, фосфатов натрия различного
состава, отбеливателей и других компонентов моющих растворов вызывает
усиленное пенообразование, неглубокое концентрирование, проблемы с
последующим отверждением концентратов. Кроме того, в водах спецпрачечной присутствует большое количество органических соединений, таких
как жиры, белковые соединения и различного типа нефтепродукты, а также
разные микровзвеси и коллоидные вещества. При указанных количествах
этих агентов цементно-солевая смесь, как правило, практически не твердеет.
Химический состав кубовых остатков, получаемых после дезактивации
ЖРО методом дистилляции, для реакторов типа ВВЭР, РБМК и спецпрачечных, работающих в составе АЭС, существенно различается (табл. 2).
Таблица 2
Характерный химический состав кубовых остатков после
дистилляции ЖРО от АЭС с реакторами ВВЭР, РБМК
и спецпрачечной
Тип соли и мыльных
компонентов, масс %
NaNO3
Nа3РО4
Nа2С2О4
Nа2SО4
Nа2SiО3
Nа2СО3
NaOH, KOH
NaCl
Na2B4O7
Mn2O3
Fe2O3
Сульфонол
Мыло
АПАВ
НПАВ
Масло, взвеси и др.
Фильтроперлит
Ионит
ВВЭР
45
10
10,5
12
12,5
10
-
РБМК
54,5
7
8
8
1
1,2
2,9
3,6
4,5
8,7
Спецпрачечные
33
6
2
2
27
7
3
18
2
-
Активность кубовых остатков (КО), находящегося в ёмкостях хранилищах АЭС, определяется в основном цезием-137 – 57 %, цезием-134 –
41 %, остальное по убывающей приходится на кобальт-58, -60, марганец-54 (до 2 %). В КО спецпрачечных активность примерно поровну
обусловливается цезием-137 и стронцием-90, при незначительном присутствии кобальта-60 (1-2 %).
Регенерация катионитов на АЭС в СССР и России проводилась и проводится растворами азотной кислоты, поэтому основной составляющей
ЖРО станций является нитрат натрия. В США регенерацию катионитов
проводят серной кислотой, следовательно, основной солевой составляющей ЖРО становится сульфат натрия. Для реакторов ВВЭР второй состав90
ляющей являются соединения борной кислоты, затем углекислый натрий,
сульфонол (см. табл. 1).
Кубовые остатки АЭС имеют величину рН от 8 до 13, то есть являются
щелочной средой. В настоящее время хранилища многих АЭС заполнены
на 80-90 %, что создаёт проблемы с дальнейшей эксплуатацией станций и
возможность нарушения экологической обстановки.
Известно, что на процесс твердения цемента резко отрицательное
влияние оказывают соли фосфорной кислоты, ПАВ, соли жирных кислот,
которые в совокупности, например, в прачечных водах составляют более 61
% от общего количества солей (см. табл. 2).
Экспериментально было подтверждено, что для придания смеси цемента с такими КО способности к твердению необходимо использовать
порошковый хлористый кальций, который при введении его в КО приводит к образованию нерастворимых кальциевых фосфатов и вызывает коагуляцию ПАВ. В результате получается пастообразный сгусток, который при
смешивании с цементом достаточно быстро затвердевает с получением образцов требуемой прочности. Химическое описание этого процесса подробно описано в разделе 1.6.
На начальном этапе для экспериментальных исследований использовали
имитаторы РАО, так как для исследований требовалось большое количество образцов средних размеров, которые образовали бы значительное количество ТРО среднего уровня активности. Такая работа была организована в
радиохимической лаборатории (РХЛ) 2-го класса с использованием специального оборудования - разрывной машины модели Р-5 с установкой реверса вместо верхнего захвата. В РХЛ эксплуатируется лабораторный гидравлический пресс типа КЗФ, максимальное усилие которого составляет 4 т.
Солевую смесь (состав которой указан в табл. 2) заливали таким количеством водопроводной воды, чтобы получился раствор с содержанием солей
200 или 400 г/л. Его ставили на электроплитку и нагревали до кипения,
добиваясь полного растворения всех входящих компонентов. При этом дополнительно вводили определённое количество воды для восполнения потерь её от испарения.
После снижения температуры раствора до комнатной в него вводили
порошок хлористого кальция из расчёта 0,6 г на 1 г сухих солей и перемешивали в течение 3-5 мин до образования пастообразного сгустка, после
чего добавляли цемент и перемешивали не менее 2 мин до получения однородной смеси. Смесь заливали в формы с размером ячеек более 3 · 3 · 3
см. Формы простукивали и слегка вибрировали для предотвращения образования «пазух». Количество образцов в серии – 15-18. Для приготовления
смесей использовали портландцемент М-400 Белгородского завода.
Обычно через 1-2 сут образцы набирали прочность, достаточную для распалубки. Их освобождали из форм и укладывали в эксикатор для дальнейшего
твердения. Влажность в них составляла 100 %, температура – 16-20 0С.
В месячном возрасте (через 30 сут после приготовления) три образца извлекали из эксикатора и подвергали испытанию на прочность при сжатии по методике ГОСТ 310.4-87. По трём показателям выводилась средняя величина.
Прочность при сжатии определяли в такой последовательности. После
выдержки образцов в эксикаторе их высушивали 2-3 сут, а затем поочередно
устанавливали на нижнюю плиту гидравлического пресса посередине плиты. Образец прижимали в верхней плите давлением, создаваемым в прессе
за счёт перемещения ручки пресса вверх-вниз, затем повышение давления
продолжали до появления первой трещины (регистрирует показатель манометра), и фиксировали усилие, при котором образец разрушается. На91
пряжение в образце при его разрушении, то есть предел прочности при
сжатии, определяли по формуле.
Шесть образцов подвергали термическим испытаниям на замораживание-оттаивание в соответствии с методикой ГОСТ 1060-87. После завершения 40 циклов замораживания-оттаивания от –40 оС до +40 оС образцы подвергались испытаниям на прочность при сжатии. У образцов, имеющих в
месячном возрасте прочность менее 50 кгс/см2 (не удовлетворяющим требованиям ГОСТ Р 51883-2002), после циклов замораживаниия-оттаивания
прочность снижалась или даже происходило разрушение образцов. Образцы с прочностью 50 кгс/см2 и выше в результате замораживанияоттаивания сохраняли механическую прочность на прежнем уровне или
даже повышали её. Это свидетельствовало о том, что в таких образцах свободная вода отсутствует, то есть полностью поглощается образовавшейся
структурой.
1.3. Зольные остатки от установок сжигания
горючих ТРО и ЖРО
Сжигание – эффективный метод сокращения объёма ТРО. В цехах по
переработке РАО на АЭС и на сцециализированных предприятиях «РосРАО» на сжигание направляются выделенные в результате сортировки все
горючие компоненты РАО. Сжиганию подлежат: пластмассы на основе полиэтилена, древесина строительных лесов, опалубка, строительные детали и
мебель, корпуса фильтров, бумага, картон, спецодежда, спецобувь, обтирочные материалы, складская тара, турбинные и вакуумные масла и прочее.
Удельная активность сжигаемых РАО в среднем должна составлять: для
ТРО по бета- и гамма-нуклидам – не более 3,7 МБк/кг (10-4 Ки/кг), по альфа-активным нуклидам – не более 0,37 МБк/кг (10-5 Ки/кг); для ЖРО по
бета- и гамма-нуклидам – не более 0,037 МБк/л (10-6 Ки/л), по альфаактивным нуклидам – не более 0,0037 МБк/кг (10-7 Ки/л).
Количество пластиката и других галогеносодержащих ТРО не должно
превышать 5 % (по массе) количества разовой загрузки камеры сжигания.
На первом этапе достаточно простые установки сжигания ТРО были сооружены в МосНПО «Радон». Упаковки с ТРО через загрузочный узел подавались на трубчатую колосниковую камеру сжигания, на торцевой стенке
которой смонтирована топливная форсунка (в нее могли подаваться и жидкие
горючие отходы). Под колосниковую решётку подводилось основное количество воздуха. Зола при повороте колосниковой решётки выгружалась в камеру выдержки, откуда вибротранспортом (с дозировкой в неё цемента) подавалась в контейнер, где цементировалась.
Эксперименты показали, что ориентировочно 99 % РН в газовом потоке
присутствует в виде твёрдых частиц сажи, золы и солей.
По элементному составу зола с установки сжигания «Факел» является типичной для установок подобного назначения и содержит (в масс. %.):
Na2O – 2-7, K2O – 3-8, CaO – 10-15, MgO – 3-10, Al2O3 – 3-10, FexOy – 5-15,
SiO2 – 15-35, P2O5 – 13-25, SO32- – 1-3, Cl- – 1-4 и некоторые другие.
Недостатком сжигания РАО является образование опасного для
транспортировки, пылящего и непригодного для окончательного захоронения продукта – золы.
Важным механическим параметром для проверки отверждённых образцов является прочность при сжатии. Испытания проводили на разрывной машине модели Р-5, скорость нарастания нагрузки составляла в
среднем 20 кг/(см2·с).
92
1.4. Ионообменные смолы
На АЭС ионообменные смолы (ИОС) широко применяются для водоподготовки, очистки конденсатов турбин, продувочных вод реакторов, вод
бассейнов выдержки отработавших ТВЭЛов, а также для переработки малосолевых ЖРО. Для деминерализации воды и поддержания режимов радиационной безопасности в атомной энергетике наиболее широкое распространение получили синтетические ИОС, среди которых, прежде всего,
практикуются сильно кислотные сульфокатиониты типа КУ-2 и сильно основные аниониты типа АВ-17. Поскольку ИОС применяются в различных
системах водоподготовки и переработки РАО, их объёмы и удельная активность сильно зависят от способов их применения, а также от многих факторов, таких как засолённость обрабатываемых вод, тип и мощность энергетической установки, марка и химическая форма применяемой смолы.
На АЭС с реакторами типа ВВЭР очистка воды 1-го контура проводится
на фильтрах, загруженных шихтой с соотношением катионита КУ-2-8чс в
аммонийно-калиевой форме и анионита в ОН--форме в соотношении 1:1
или 1:2. На АЭС с реакторами РБМК реакторная вода после охлаждения до
50 0С проходит очистку от ионных примесей и РН на фильтрах, загруженных катионитом в Н+-форме и анионитом в ОН--форме в соотношении
1:1. При выработке ресурса отработавшие ИОС без регенерации выгружаются в виде пульпы гидротранспортом (при транспортировке Т: Ж составляет 1:5 – 1:10) в хранилище отходов. Хранение пульп смол обычно осуществляется отдельно от других категорий отходов. На действующих АЭС для
хранения отработавших сорбентов предусматриваются баки-хранилища из
нержавеющей стали, ёмкость которых рассчитана на хранение смол в течении срока службы станции 20 - 30 лет.
Помимо хранения отработавших ИОС (ОИОС) в виде пульп в стальных
ёмкостях, предназначенных для ЖРО объёмом 500-3000 м3, ОИОС часто
обезвоживают и хранят в переносных ёмкостях. Однако, практика захоронения пульп в нелокализованном виде не может гарантировать их безопасного хранения в течение длительного времени.
По мнению большинства специалистов, радиоактивные вещества (РВ)
можно рассматривать как относительно безопасные только тогда, когда
опасность делокализации из них РН будет сравнима с опасностью природной руды, из которой было произведено ядерное топливо и, в конечном итоге, сами РАО. Поэтому сброс пульпы ОИОС в специальные
ёмкости считается временным явлением, после чего необходима специальная обработка, обеспечивающая перевод их в безопасную для длительного хранения форму.
В настоящее время из промышленных методов отверждения ИОС наиболее надёжным и экономически выгодным считается битумирование.
Оптимальным наполнением битумной композиции ОИОС считается
величина до 40-60 % массы сухой смолы. При более высоком наполнении
по ИОС битумная композиция разбухает и может разрушаться. При заполнении битумных композиций до 40-50 масс. % скорость выщелачивания
137Cs составляет 10-4-10-5 г/см2·сут.
Одним из серьёзных недостатков процесса битумирования ИОС является явление образования газовой фазы (небольшие количества двуокиси углерода и серы, азота и его окислов) и пожароопасность.
Опыт огромной опасности возгорания РВ во время Чернобыльской катастрофы привел к необходимости использования для переработки ОИОС
негорючих материалов.
93
Особый интерес для отверждения ОИОС представляет технология цементирования. Цементирование является старейшим и технологически более простым способом отверждения любых РАО, который широко применяется во многих странах с развитой атомной энергетикой. В России
цементирование применялось в ограниченных масштабах, в основном, для
отверждения низкоактивных отходов. Однако в связи с повышением требований к безопасности захораниваемых РАО с точки зрения их пожаробезопасности для АЭС нового поколения должна предусматриваться переработка отходов с использованием цементирования в металлических бочках
объёмом 0,2 м3. Предполагается отверждение КО, содержащих 400 г/л солей, что приведёт к увеличению объёмов отходов при цементировании в
1,3 раза. Цементирование ОИОС является проблемой, так как отношение
смола:цемент обычно не превышает 1:10.
Основным недостатком цементных компаундов с включением ОИОС
является более высокое выщелачивание 137Cs по сравнению с цементными блоками на ЖРО, которое достигает около 100 % в течение 25 дней.
По всей вероятности, данный эффект может быть объяснён вытеснением ионов Cs+ из решётки ОИОС ионами Са2+, составляющими основу
портландцемента. Для уменьшения скорости выщелачивания 137Cs в цементном камне необходимо иметь специальные, тормозящие этот процесс, добавки. В качестве добавок практикуется использование вермикулита. При содержании в цементном камне 2,5 % вермикулита
коэффициент выщелачивания 137Cs уменьшается с 10-3 до 10-6 г/см2·сут
при сохранении неизменной механической прочности.
Низкая степень наполнения цементных продуктов ОИОС приводит к
заметному увеличению общего объёма отходов. Так, при содержании в отходах до 10 % ОИОС объём цементного продукта увеличивается в 2,2 раза
по сравнению с объёмом исходной пульпы (250 г/л ОИОС). Поэтому в таких условиях цементирование не может на равных конкурировать с включением ОИОС в битум.
Для увеличения степени наполнения цементных компаундов по ОИОС
предлагается предварительная их обработка растворами солей щелочноземельных металлов и металлов с валентностью 3+ и выше для перевода катионитов из Н+-формы в Са2+ и других тяжёлых катионов. Также предлагается предварительно обрабатывать солями кремниевой кислоты для
перевода ОН- в SiO32- форму и анионы.
В этих формах ОИОС химически не реагируют с компонентами цемента, что позволяет получать прочные водостойкие цементные блоки при содержании ОИОС 12-14 % (по сухой смоле). К сожалению, цементирование,
несмотря на свою сравнительную простоту, приводит к увеличению общего
объёма отходов более чем в 2 раза.
В качестве имитаторов ОИОС использовали ионообменные смолы
КУ-2 и АВ-17. Смолы смешивали в объёмном соотношении 1:1. В сухом
состоянии смесь имела объёмную плотность 0,7 г/см3. Отмеряли определённый объём смеси, например, 100 см3, и заливали его водой. Для полного заполнения пор в 100 см3 смолы требовалось 60 см3 воды. Получалась
густая зернистая суспензия плотностью 1,3 г/см3.
При достижении комнатной температуры отмеряли требуемую порцию
смолы, в неё вводили порошковую гашёную известь или смесь извести с
хлористым кальцием. Перемешивали в течение 5 мин. В этом случае сначала происходит увеличение вязкости смеси, затем некоторое разжижение.
Известь и хлористый кальций, по нашему мнению, «подавляют» способ94
ность зёрен смолы в дальнейшем поглощать воду или выделять её, соответственно увеличиваться или сокращаться в объёме в зависимости от влажности среды и температурных условий.
После того, как наступало разжижение смеси, вводили цемент, и вновь
перемешивали её 2-3 мин, затем пластичную смесь разливали по формам
для последующих испытаний.
1.5. Эксплуатационные масла
Для эксплуатационных нужд всевозможного типа механизмов и оборудования (паровые турбины, турбогенераторы, циркуляционные насосы) на
объектах атомной энергетики широко используются эксплуатационные
масла (ЭМ). По условиям эксплуатации ЭМ могут подвергаться радиоактивному загрязнению выше допустимых уровней и становиться радиационно
опасными. После выработки ресурса отработавшие масла требуют эпизодической замены, в связи с чем на АЭС постоянно возникают вопросы рационального обращения с образующимися радиоактивно загрязнёнными ЭМ,
так как их количество может достигать десятки тонн только для одного
энергоблока АЭС.
Под обращением с радиоактивными загрязнёнными маслами понимают
технологические аспекты их очистки от РН и последующую утилизацию
формирующихся конечных продуктов.
Практика эксплуатации оборудования АЭС свидетельствует о том, что
основная радиоактивность масла обусловливается наличием таких РН как
134,137Cs, 60Co и 90Sr, при этом общая активность может превышать ДК более
Б
чем в 50 раз и составлять (0,3-4,4) ·102 Бк/л (7,5·10-9-1,2·10-7 Ku/л).
Масло-цементные смеси не твердеют или очень медленно твердеют с
получением неудовлетворительных механических показателей. В лабораторных экспериментах доказана возможность цементирования масла, если
предварительно ввести в него минеральные порошковые сорбенты, которые способны его поглотить (связать). После этого в смесь добавляли воду
и цемент, перемешивали 2-3 мин, а затем заливали в формы.
1.6. Использование неорганических веществ для стабилизации
матрицы компаунда и минеральных природных сорбентов
для фиксации радионуклидов
В состав КО после дистилляции ЖРО спецпрачечных входят хорошо
растворимые фосфаты, оксалаты, силикаты, карбонаты натрия, натриевые
соли жирных кислот (табл. 2). При добавлении в КО катионов кальция все
перечисленные анионы образуют труднорастворимые соединения, что
приводит к созданию химически более стойких цементных компаундов.
В технологии дезактивации воды часто применяют фосфатную коагуляцию, которая осуществляется по реакциям:
3СаСl2 + 2 Na3РО4 → Са3(РО4)2 + 6NaCl
или
3Са(OН)2 + 2 Na3РО4 → Са3(РО4)2 + 6NaОН.
При оптимальных условиях проведения процесса (величина рН = 1012, Ссмеси равна 100 – 300 мг/л) получены следующие коэффициенты
очистки от РН (табл. 3):
95
Таблица 3
Элемент
Cs-137
Sr-90
РЗЭ
Zr (Nb)-95
Kочистки
1,2
10
1000
20-100
Высокая эффективность очистки цезия-137 (Коч=100-1000) может быть
достигнута введением в раствор смешанной соли ферроцианида никелякалия (ФЦНК). В этом случае протекает реакция:
K4[Ni(CN)6] + 4Cs+ → Cs4[Ni(CN)6] +4K+ .
Оптимальные условия осаждения: Сферроцианида = 0,002-0,006 моль/л,
величина рН = 10. Необходимо учитывать, что величина рН раствора не
должна превышать 10, так как в более щелочных средах ферроцианиды
растворяются.
В технологии дезактивации вод также широко используют природные
неорганические ионообменники, которые представляют собой силикаты.
Термином бентонит обозначают сильно коллоидные пластинчатые
глины, образованные при изменении вулканического пепла. Преобладающим глинистым материалом бентонитов является монтмориллонит, формула которого имеет вид Si8Al4O20(OH) · nH2O, что соответствует 66,7 % SiO2,
28,3 % Al2O3 и 28,3 % H2O, также встречаются каолинит и иллит.
Природные цеолиты. К ним относятся анальцит Na [Si2AlO6] · H2O, шабазит (Са, Na)[Si2AlO6] · 6 H2O, всего около 40 типов. Одним из типичных
представителей природных цеолитов является клиноптилолит.
С целью снижения скорости выщелачивания нуклидов из компаундов во
все матричные составы вводят (в виде порошка) различные природные сорбенты (бентонит, цеолит, естественную смесь бентонита с цеолитом и кембрийскую глину), а также смешанную соль ФЦНК для соосаждения радионуклида 137Cs (химический барьер).
Количество сорбента составляет, как правило, 10 % от массы цемента,
его добавляют в ЖРО (КО) до введения цемента. Смесь тщательно перемешивают и разливают по формам.
2. Испытания цементных компаундов на выщелачивание
радионуклидов
Скорость выщелачивания РН из отверждённых цементных компаундов является основным параметром при выборе матричного состава для
практического применения. При проведении экспериментов по исследованию скорости выщелачивания матричные смеси готовили с использованием реальных отходов.
В экспериментальных исследованиях использовали портландцемент
марки М-400 Волховского завода. Составы отверждаемых смесей, подвергаемых испытанию на выщелачивание цезия-137 и стронция-90, приведены в табл. 4–9. Предел прочности при сжатии образцов составлял от
50 до 110 кгс/см2.
Согласно требованиям нормативных документов и предъявляемым к
цементным образцам, предназначенным для изучения скорости выщелачивания РН, удельная активность наполнителей должна быть такой, чтобы в результате включения их в цементную матрицу образцы (например,
кубики с размером грани 2 – 3 см) имели суммарную активность не ме96
нее 4·105 – 4·106 Бк (10-5 – 10-4 Ки) по каждому РН. Такая активность необходима для надёжного определения скоростей выщелачивания РН из
отверждённых цементных образцов. Если в РАО, включаемых в матрицу,
активность была меньше указанных значений, то до стадии цементирования в отходы дополнительно вводили 0,5-1 мл высокоактивных (11,5 МБк/мл) водных растворов РН.
Цементные образцы для испытаний готовили следующим образом:
cначала взвешивали или отмеряли компоненты смеси согласно табл. 4. К
навеске, например, гумуса добавляли воду и 0,5 мл радиоактивного раствора
цезия-137, смесь тщательно перемешивали, затем добавляли навеску цемента и вновь проводили перемешивание. Необходимая последовательность
смешивания компонентов различных смеси указана в разделе 3.
После получения однородной цементной массы её разливали в полиэтиленовые ёмкости в форме параллелепипеда с размерами 20·25·20 мм,
предварительно смазанные машинным маслом, которые затем помещали в
эксикатор для твердения на 28 сут при температуре 18-22 0С на воздухе при
влажности 100 %. После окончания срока твердения образцы извлекали из
форм, высушивали в течение 2-3 сут, затем помещали в конические колбы
ёмкостью 150 см3 и заливали дистиллированной водой объёмом 100 cм3,
которая являлась выщелачиваемой средой.
Согласно ГОСТ 29114-91 контроль выщелачивания в дистиллированной
воде при температуре 25 0С рекомендуется проводить через 1, 3, 7, 10, 14, 21,
28 дней, а далее – через 10-14 дней. Испытания прекращают, когда скорость
выщелачивания становится практически постоянной (предел точности измерений ±10%).
Для определения активности цезия-137 по 30-50 мл выщелатов в колбах
передавали на гамма-спектрометрические измерения на гамма-анализаторе с
полупроводниковым германий-литиевым детектором. Активность водных
растворов стронция-90 измеряли с помощью радиометра УМФ-2000. Остатки растворов сливали в спецканализацию, а образцы вновь заливали дистиллированной водой.
В каждом контактном растворе определялись активности изучаемых РН
и рассчитывалась скорость их выщелачивания в (г/см2·сут) по формуле:
R
равновесна я
=
a⋅м
= К
Ао ⋅ s ⋅ v
а
Ао ⋅ v
, г/(см2·сут),
где: а – активность в аликвоте каждого нуклида, выщелаченного за интервал времени;
Ао – удельная активность нуклида в исходном образце, Бк/образец;
s – открытая геометрическая поверхность образца, см2;
ν – продолжительность n-го периода выщелачивания, сут.
Значения Ао и а должны корректироваться с учётом периода полураспада изучаемого РН.
При проведении лабораторных экспериментов коэффициент К = м/s
был равен ~ 1/2. Из анализа формулы скорости выщелачивания следует,
что для получения её с численным значением не более 1·10-3 необходимо,
чтобы соотношение а/Ао не превышало 1/5. То есть за время испытаний
(100 сут) из образцов должно выщелачиваться менее 20 % от первоначальной активности: Rравновесная = 1· 10-3 = 1/2 · 20/100 · 1/100.
97
3. Результаты экспериментальных исследований
3.1. Лабораторные испытания образцов цементных компаундов
На начальном этапе экспериментальных исследований определяли соотношения (массовые доли) цемента марки М-400 – наполнителя (имитаторы РАО: биологические осадки – гумус, морские соли, нитраты, бораты, кубовые и зольные остатки, индустриальное масло, ионообменные смолы и
некоторые смеси) и специальных добавок (хлористый кальций, известь,
ферроцианид калия и солей никеля – ФЦКН, бентонитовая и кембрийская
глина, природные ионообменные материалы – цеолит и природная смесь
бентонита с цеолитом), при использовании которых можно получать цементные компаунды с механической прочностью при сжатии в диапазоне
5-11 МПа (50-110 кгс/см2) – см. табл. 4.
Таблица 4
Серии экспериментов
Параметры отверждаемых смесей при цементировании различных
наполнителей и показатели качества цементных компаундов
Наименование компонентов и их
содержание (в граммах) для приготовления цементного компаунда
объёмом 1000 см3 (1 дм3)
1.1. Биоорганический осадок (гумус) - 750
Портландцемент М-400
- 500
Техническая вода***
- 360
1.2. Биоорганический осадок (гумус) - 750
Портландцемент М-400
- 750
Техническая вода
- 360
1.3. Биоорганический осадок (гумус) - 750
Портландцемент М-400
- 1000
Техническая вода
- 360
1.4. Биоорганический осадок (гумус) - 750
Руда (КМА)
- 750
Портландцемент М-400
- 500
Техническая вода
- 360
2.1. Раствор морских солей (700 г/л) - 750 мл
Портландцемент М-400
- 750
2.2. Раствор морских солей (700 г/л) - 750 мл
Портландцемент М-400
- 1000
3.1. Раствор нитрата натрия (600 г/л) - 750 мл
Глина****
- 75
Портландцемент М-400
- 750
3.2. Раствор нитрата натрия (600 г/л) - 750 мл
Глина
- 100
Портландцемент М-400
- 1000
4.1. Раствор нитрата натрия (600 г/л) - 300 мл
Катионит КУ-2
- 300
Б-Глина
- 75
Известь
- 300
Портландцемент М-400
- 750
98
Предел
прочности
при сжатии
образцов,
МПа*
Скорость
выщелачивания
цезия-137,
г/(см2·сут)*
*
20 - 30
2,5·10-4
50 - 75
2,5·10-4
80 - 110
2,5·10-4
50 - 75
2,5·10-4
50 - 75
2,5·10-4
80 - 110
2,5·10-4
50 - 75
7·10-5
80 - 110
6·10-5
50 - 75
8·10-4
Серии экспериментов
Наименование компонентов и их
содержание (в граммах) для приготовления цементного компаунда
объёмом 1000 см3 (1 дм3)
4.2. Раствор нитрата натрия (600 г/л) - 300 мл
Катионит КУ-2
- 300
Б-глина
- 75
Известь
- 300
Портландцемент М-400
- 750
5.1. Р-р тетрабората натрия (400 г/л) - 770 мл
Известь
- 450
Б-глина
- 75
Портландцемент М-400
- 750
5.2. Р-р тетрабората натрия (400 г/л) - 770 мл
Известь
- 450
БЦ-глина
- 75
Портландцемент М-400
- 1000
6.1. КО спецпрачечных (200 г/л)
- 680
Хлористый кальций
- 125
БЦ-глина
- 85
Портландцемент М-400
- 870
6.2. КО спецпрачечных (200 г/л)
- 705
Хлористый кальций
- 104
БЦ-глина
- 95
Портландцемент М-400
- 940
6.3. КО спецпрачечных (200 г/л)
- 710
Хлористый кальций
- 90
БЦ-глина
- 95
Портландцемент М-400
- 940
7.1. КО спецпрачечных (400 г/л)
- 680
Хлористый кальций
- 165
Портландцемент М-400
- 900
7.2. КО спецпрачечных (200 г/л)
- 480
Хлористый кальций
- 58
Зола
- 385
БЦ-глина
- 67
Портландцемент М-400
- 670
7.3. КО спецпрачечных (400 г/л)
- 500
Хлористый кальций
- 90
Зола
- 400
Портландцемент М-400
- 670
Техническая вода
- 200
7.3. КО спецпрачечных (200 г/л)
- 590
Хлористый кальций
- 107
Ионообменная смола
- 140
БЦ-глина
- 70
Портландцемент М-400
- 930
8.1. Зола (0,6 г/см3)
- 570
Техническая вода
- 430
Портландцемент М-400
- 930
Предел
прочности
при сжатии
образцов,
МПа*
Скорость
выщелачивания
цезия-137,
г/(см2·сут)*
*
80 - 110
8·10-4
50 - 75
3·10-4
80 - 110
6·10-5
80 – 110
90, 85, 115
6·10-5
150 – 200
170, 155, 190
6·10-5
180 – 220
190, 160, 220
6·10-5
50 – 75
55, 50, 130
4·10-3
50 – 75
63, 80, 65
1,5·10-4
50 – 75
67, 83, 90
4·10-3
120 – 150
145, 140, 150
7·10-4
50 – 85
60, 52, 83
5·10-3
99
Серии экспериментов
Наименование компонентов и их
содержание (в граммах) для приготовления цементного компаунда
объёмом 1000 см3 (1 дм3)
Предел
прочности
при сжатии
образцов,
МПа*
Скорость
выщелачивания
цезия-137,
г/(см2·сут)*
*
8.2. Зола (0,8 г/см3)
- 600
Техническая вода
- 600
50 – 85
1·10-4
70, 71, 74
БЦ-глина
- 72
Портландцемент М-400
- 720
9.1. Ионообменная смола (1,3 г/см3) - 560 мл
Известь
- 220
50 – 85
2·10-3
Техническая вода
- 110
76, 80 ,125
Портландцемент М-400
- 740
9.2. Ионообменная смола (1,3 г/см3) - 615 мл
Известь
- 245
50 – 85
7·10-4
БЦ-глина
- 57
65,
50,
52
Техническая вода
- 110
Портландцемент М-400
- 740
10. Эксплуатационные масла (ЭМ) - 450 мл
Известь
- 450
50 – 60
2·10-3
Техническая вода
- 300
70, - , Портландцемент М-400
- 820
11.1. Эксплуатационные масла
- 142 мл
Зола
- 430
50 – 60
8·10-5
БЦ-глины
- 57
50,
51,
54
Техническая вода
- 430
Портландцемент М-400
- 860
11.2. Эксплуатационные масла
- 220 мл
Зола
- 465
50 – 60
8·10-5
БЦ-глины
- 75
48,
44,
46
Техническая вода
- 330
Портландцемент М-400
- 820
12. Эксплуатационные масла
- 70 мл
Зола
- 220
50 - 80
4·10-5
КО спецпрачечных (220 г/л) - 450 мл
56,
73,
80
БЦ-глины
- 70
Портландцемент М-400
- 800
*) – в числителе указан желаемый (планируемый) предел прочности при сжатии, а в
знаменателе: пределы прочности в месячном возрасте, после 3-х циклов замораживания и после 3-х месячного хранения в воде;
**) – при определении скорости выщелачивания радионуклидов из компаундов на стадии
их изготовления в наполнители вводили радиоактивные метки – по 0,5 мл раствора, содержащего 1 МБк цезия-137 или стронция- 90 на 3 образца, что обеспечивало требуемую по ГОСТ начальную активность;
***) – техническая вода добавлялась практически во все составы до получения требуемой консистенции;
****) – глина в первые 3 серии цементных компаундов добавлялась разнообразная (Б, Ц,
К и Б-Ц) и было установлено, что её химический состав мало влияет на механические свойства – они примерно одинаковы для всех четырёх видов добавок, а в
дальнейшем в составах, где глина использовалась, – указывается её аббревиатура и
количество в составе.
100
Добавки считали совместимыми с компонентами цементируемой
смеси, если в результате получался компаунд, не разрушающийся и не
растрескивающийся в процессе отверждения и при контакте с водой.
Все образцы за время контакта с водой (90 – 120 сут) сохраняли
свои геометрические размеры, трещин и язв за указанный срок не прибавлялось. В выщелатах образцов серии 4 наблюдались небольшие
количества мелкоизмельченных продуктов, входящих в состав цементного компаунда. При нажатии на образцы пальцами руки происходило
их крошение, что указывало на значительную потерю механической
прочности компаунда.
Существенных отличий в поведении цементных образцов, содержащих цемент в количествах, которые обеспечивали механическую
прочность при сжатии от 3 до 22 МПа, выявлено не было.
Радиометрические измерения образцов серии 1, содержащих до 20 г
измельчённой руды КМА (Курская магнитная аномалия) и не содержащих её, показали, что добавки этого наполнителя в таком количестве
не изменяют (в пределах ошибки измерения) мощность дозы излучения от образцов.
При изготовлении образцов цементных компаундов, предназначенных для определения механической прочности при сжатии, после их
изготовления, выдержки в водной среде и 3-х циклов «замораживаниеоттаивание» последовательность ввода компонентов в компаунды была
строго определённой.
В КО сначала вводили сухой хлористый кальций. Он укреплял
структуру компаунда, придавая ей прочность. Смесь перемешивали в
течение 2-3 мин, затем добавляли техническую воду, цемент и вновь
перемешивали до образования однородной текучей смеси.
При изготовлении образцов из зольных остатков сначала смешивали глину с водой, затем в смесь добавляли малыми порциями при постоянном перемешивании золу, аналогично вводили цемент, при необходимости добавляли воду до получения однородной текучей смеси.
В КО вводили хлористый кальций, перемешивали смесь, затем золу
и воду, вновь смесь тщательно перемешивали и только в конце добавляли цемент. Компоненты перемешивали до образования однородной
текучей смеси. Матричные смеси с использованием золы получаются
жёсткими, малоподвижными. Такие смеси сложней перемешивать и заливать в бочки или контейнеры. Разжижение их водой нежелательно,
так как при этом снижается механическая прочность компаунда.
Можно смешивать влажную ионообменную смолу с золой, затем
добавлять цемент и при необходимости вводить такое количество воды, чтобы получалась однородная текучая смесь.
В эксплуатационные масла можно вводить золу (или наоборот),
компоненты затем необходимо тщательно перемешать, добавить цемент и вновь хорошо перемешать.
Глину, если она присутствует в составе компаунда, всегда требуется
вводить до добавления цемента. Необходимость и целесообразность
такой последовательности для получения кондиционных цементных
компаундов показана в табл. 5 – 7.
101
102
2 нед.
2,0-3
1,45
4,6-4
0,16
7,2-4
0,25
1,3-3
0,46
1,8-3
0,63
2,6-3
0,82
7,8-3
6,3
2,6-3
0,82
1 нед.
7,8-3
5,4
1,7-3
1,2
1,5-3
10,5
5,2-3
3,7
1,5-3
1,1
6,4-3
4,5
1,5-3
10,7
3,3-3
2,3
1,9-3
1,37
4,9-4
0,17
7,2-4
0,25
1,2-3
0,44
9,3-4
0,32
2,1-3
0,67
7,3-4
5,2
2,1-3
0,67
3 нед.
1,1-3
0,77
3,0-4
0,32
5,2-4
0,55
9,0-4
0,95
1,4-4
0,14
2,9-3
0,88
3,4-3
3,4
2,9-3
0,88
4 нед.
2,8-4
0,59
1,5-4
0,15
3,7-4
0,39
5,0-4
0,53
8,5-4
0,90
1,5-4
1,44
8,5-4
1,9
1,5-4
1,44
7 нед.
Удаляемая из цементных
2,4-4
0,34
4,9-4
0,17
7,2-4
0,25
1,2-3
0,44
9,3-4
0,32
2,1-3
0,67
8,3-4
1,2
2,1-3
0,67
9 нед.
1,3-4
0,37
3,0-4
0,32
5,2-4
0,55
9,0-4
0,95
1,4-4
0,14
2,9-3
0,88
4,8-4
1,3
2,9-3
0,88
13 нед.
15
нед.
1,3-4
0,35
1,5-4
0,15
3,7-4
0,39
5,0-4
0,53
8,5-4
0,90
1,5-4
1,44
4,2-4
0,65
1,5-4
1,44
компаундов активность, %
1,3-4
6,0-5
2,5-4
1,6-4
3,3-5
9,0-5
4,5-4
7,0-4
-
Rравнов.
Cкорость выщелачивания цезия-137 из компаундов, г/(см2·сут)
10,5
2,2
19,6
7,7
2,2
8,9
29,8
9,2
Всего
*) – в экспериментах использовали портландцемент М-400, его масса в компаундах создавала механическую прочность при сжатии на уровне 7,5 МПа; КО при технологии А содержал 220 г/л солей, при технологии Б – 530 г/л; в КО дополнительно вводили цезий-137,
суммарная активность 3-х образцов превышала 1,5·106 Бк;
**) – технология А включала концентрирование исходного объёма КО в присутствии Б-Ц-глины в 2,5 раза, при технологии Б глину выдерживали 4 ч и периодически перемешивали (1 раз за 0,5 ч), затем в КО добавляли СаСl2.
Компоненты
смеси
компаунда*
СаСl2
Б-Ц
Технология**
А
Б
1,8
1,8
+
1,8
2,0
+
1,3
1,5
+
1,3
1,5
+
2,5
1,7
+
2,5
1,8
+
1,8
1,0
+
1,3
2,0
-
Влияние технологии изготовления и состава цементных компаундов на выщелачиваемость цезия-137
Таблица 5
103
1 нед.
3,3-3
2,3
1,7-3
1,2
3,5-3
2,5
3,6-3
2,5
3,4-3
2,4
2,4-3
1,7
3,9-3
2,7
2,8-3
2,0
2 нед.
6,0-4
0,44
7,0-4
0,48
4,5-4
0,32
7,8-4
0,55
5,6-4
0,39
8,5-4
0,60
1,2-3
0,88
7,2-4
0,50
3 нед.
1,6-4
0,11
9,0-5
0,17
2,1-4
0,15
2,8-4
0,19
1,5-4
0,10
3,3-4
0,23
6,4-4
0,45
2,2-4
0,16
4 нед.
7,0-5
0,05
4,8-5
0,03
1,4-4
0,08
1,2-4
0,09
1,1-4
0,08
1,2-4
0,08
3,0-4
0,21
2,4-4
0,17
7 нед.
4,8-5
0,03
1,6-5
0,03
2,5-5
0,05
1,5-5
0,04
1,7-5
0,04
2,6-5
0,06
4,7-5
0,10
3,2-5
0,07
Удаляемая из цементных
9 нед.
1,7-5
0,03
1,5-5
0,07
3,3-5
0,25
3,6-5
0,05
3,3-5
0,05
3,4-5
0,07
7,1-5
0,32
8,4-5
0,12
13 нед.
1,3-5
0,03
3,1-5
0,09
1,9-5
0,06
4,7-5
0,13
1,5-5
0,13
2,8-5
0,08
2,5-5
0,16
4,4-5
0,12
15
нед.
1,4-5
0,02
2,3-5
0,03
2,0-5
0,03
2,0-5
0,03
1,5-5
0,13
2,5-5
0,08
3,5-5
0,16
4,4-5
0,12
компаундов активность, %
Rравнов.
1,4-5
2,5-5
2,0-5
3,3-5
1,5-5
2,5-5
3,0-5
4,4-5
-
Всего
3,1
2,1
3,1
3,6
3,4
2,7
5,0
3,2
Cкорость выщелачивания стронция-90 из компаундов, г/(см2·сут)
*) – в экспериментах использовали портландцемент М-400, его масса в компаундах создавала механическую прочность при сжатии на
уровне 7,5 МПа; КО при технологии А содержал 220 г/л солей, при технологии Б – 530 г/л, в КО дополнительно вводили цезий-137,
суммарная активность 3-х образцов превышала 1,5·106 Бк;
**) – технология А включала концентрирование первоначального объёма КО в присутствии Б-Ц-глины в 2,5 раза, при технологии Б глину
выдерживали 4 ч и периодически перемешивали (1 раз за 0,5 ч), затем в КО добавляли СаСl2.
Компоненты
смеси компаунда*
СаСl2
Б-Ц
Технология**
А
Б
1,8
1,8
+
1,8
2,0
+
1,3
1,5
+
1,3
1,5
+
2,5
1,7
+
2,5
1,8
+
1,8
1,0
+
1,3
2,0
-
Влияние технологии изготовления и состава цементных компаундов на выщелачиваемость стронция-90
Таблица 6
104
18
14,4
10,8
7,2
10,8
10,8
180
180
180
180
200
220
54
49
40
42
45
49
СаСl2
1,4-3
0,5
9,2-4
0,32
2,2-3
0,77
3,4-3
1,2
5,4-3
1,9
1,3-3
4,2
8,3-4
0,29
4,6-4
0,16
7,2-4
0,25
1,3-3
0,46
1,8-3
0,63
2,6-3
0,82
1,2-3
0,44
9,3-4
0,32
2,1-3
0,67
4,0-4
0,14
4,9-4
0,17
7,2-4
0,25
4,8-4
0,51
3,0-4
0,32
5,2-4
0,55
9,0-4
0,95
1,4-4
0,14
2,9-3
0,88
3,3-4
0,35
1,5-4
0,15
3,7-4
0,39
5,0-4
0,53
8,5-4
0,90
1,5-4
1,44
1,1-4
0,16
1,2-4
0,16
1,6-4
0,22
3,4-4
0,48
5,5-4
0,58
7,1-4
0,90
1,7-4
0,18
1,8-4
0,19
2,0-4
0,20
3,2-4
0,34
5,6-4
0,5
7,0-4
0,90
1,5-4
1,5-4
1,8-4
3,3-4
5,5-4
7,0-4
-
в.
Cкорость выщелачивания цезия-137 из компаундов, г/(см2·сут)
Удаляемая из цементных компаундов активность, %
1 нед. 2 нед. 3 нед. 6 нед. 9 нед. 13 нед. 16 нед. Rравно
2,1
1,5
2,6
4,4
5,1
9,2
Всего
*) – при изготовлении укрупнённых образцов, которые представляли собой усечённый конус с диаметрами 77 (основание) и 65 при высоте около 70 мм, масса компаундов первых четырёх составляла около 400 г, 5 и 6-го 415 и 450 г, суммарная активность в них была соответственно равна 3,7·105, 4,1·105 и 4,4·105 Бк/образец-конус;
**) - использовали портландцемент М-400, его содержание во всех компаундах было равно 180 г и создавало (по расчётам) механическую
прочность на сжатие 5,5 – 7,5 МПа.
Б-Ц
КО
Компоненты смеси,
Грамм**
Влияние состава цементных компаундов на выщелачиваемость цезия-137 из укрупнённых* образцов,
содержащих в качестве наполнителя кубовые остатки спецпрачечных
Таблица 7
3.2. Проведение экспериментальных исследований
Полученные результаты выполненных экспериментов (см. табл. 4, 8)
свидетельствовали, что в первую неделю испытаний скорость выщелачивания РН для всех образцов либо немного превышала, либо была на уровне
предельного значения – 1·0-3 г/(см2·сут).
В начальный период контакта образцов с водной средой (4-7 недель)
происходило поверхностное и объёмное выщелачивание РН. Точка перегиба на графиках выщелачивания цементных образцов серии 1.1 – 1.5 наступала примерно через 4 недели, а затем кривая шла практически параллельно оси абсцисс – это и есть скорость выхода РН из объёма, которая
является показателем химической устойчивости цементных компаундов и
закладывается в расчёты. Для данной серии образцов скорость выщелачивания составляла (2-3)·10-4, в среднем 2,5·10-4 г(/см2·сут).
Для образцов компаундов цементных серий 2, 3 и 4 точка перегиба на
графике наступала после 35-40 сут, а скорость выщелачивания для образцов
серии 2 была оценена также, как и в серии 1, – значением 2,5·10-4 г/(см2·сут).
Для образцов серии 3 скорость выщелачивания составила (6-7)·10-5, а для
образцов серии 4 – (4-8)·10-4 г/(см2·сут).
При анализе результатов экспериментальных исследований было установлено, что образцы, наполнителями в которых являлись нитраты натрия
и ионообменная смола, за время испытаний (100 сут) теряли свою первоначальную механическую прочность.
С целью исследования возможности получить требуемую ГОСТ Р 51833-2002
прочность при сжатии компаундов с нитратами натрия и ионообменной смолой
в них вводились специальные добавки, обеспечивающие исходную механическую прочность при сжатии отверждённых образцов в диапазоне 5 – 7,5 МПа.
Указанная механическая прочность при сжатии обеспечивалась при определённом соотношении «цемент – наполнитель – специальная добавка» (табл. 8).
Таблица 8
Влияние специальных добавок на скорость выщелачивания цезия-137
из цементных компаундов с различными РАО
Удалённая
Усреднённая
№
из
образца
скорость
состав цементного
образца Компонентный
активкомпаунда
выщелачивания,
ность,
г/см2·сут
%
1.1
М-400 + КО
98
5·10-3
1.2
М-400 + КО + СаСl2
85
4·10-3
1.3
М-400 + КО + СаСl2 + ФЦДК
82
4·10-3
1.4
М-400 + КО + СаСl2 + К
80
4·10-3
1.5
М-400 + КО + СаСl2 + Ц
23
1,1·10-3
1.6
М-400 + КО + СаСl2 + Б
5,4
2,7·10-4
1.7
М-400 + КО + СаСl2 + Б-Ц
1,2
6·10-5
2.1
2.1. М-400 + ЗО
90
4,5·10-3
2.2
2.2. М-400 + ЗО + К
84
4·10-3
2.3
2.3. М-400 + ЗО + Ц
24
1,2·10-3
2.4
2.4. М-400 + ЗО + Б
19
1·10-3
2.5
2.5. М-400 + ЗО + Б-Ц
2,3
1,1·10-4
3.1
М-400 + КО + ЗО + СаСl2 + ФЦДК
59
3·10-3
3.2
М-400 + КО + ЗО + СаСl2 + К
80
4·10-3
105
3.3
3.4
3.5
4.1
4.2
4.3
4.4.
5.1
5.2
5.3
5.4
6.1
М-400 + КО + ЗО + СаСl2 + Ц
41
2·10-3
М-400 + КО + ЗО + СаСl2 + Б
18
9·10-4
М-400 + КО + ЗО + СаСl2 + Б-Ц
2,4
1,2·10-4
М-400 + Ку-2 + К
46
2,3·10-3
М-400 + Ку-2 + Ц
13
6,5·10-4
М-400 + Ку-2 + Б
28
1,4·10-3
М-400 + Ку-2 + Б-Ц
1,5
7,5·10-4
М-400 + ЭМ + ЗО + КГ
44
2,2·10-3
М-400 + ЭМ + ЗО + Ц
7
3,5·10-4
М-400 + ЭМ + ЗО + Б
6
3·10-4
М-400 + ЭМ + ЗО + Б-Ц
1,6
8·10-5
М-400+КО+ЭМ+ ЗО + СаСl2+
36
1,8·10-3
ФЦДК
6.2
М-400 + КО + ЭМ + ЗО + СаСl2 + К
32
1,6·10-3
6.3
М-400 + КО + ЭМ + ЗО + СаСl2 + Ц
20
1·10-3
6.4
М-400 + КО + ЭМ + ЗО .+ СаСl2 + Б
2,4
1,2·10-4
6.5
М-400 + КО + ЭМ + ЗО + СаCl2 +
0,8
4·10-5
Б-Ц
По результатам анализа данных табл. 4 и 8, полученных по скорости
выщелачивания цезия-137 из изученных составов, можно сделать вывод, что
химический состав глин существенно влияет на показатель качества цементного компаунда.
После анализа экспериментальных данных (табл. 8) были сделаны следующие выводы:
• из зацементированных КО, не содержащих CаСl2, за 10 сут из образцов удалялось около 95% активности, R уср. = 5·10-2 г/(см2·сут), причем через 100 сут масса образцов становилась на 30-35% меньше, чем до
испытаний;
• зацементированные КО, содержащие CаСl2, после 100 сут пребывания в воде теряли не более 2-3 % от первоначальной массы, а за время испытаний из образцов удалялось 80-85 % активности, скорость выщелачивания в 4 раза превышала установленный уровень;
• минимальный выход Сs137 из образцов, содержащих различные наполнители (КО, ЗО и смесь КО - ЗО, ОИС - ММ), наблюдался для образцов 1.7, 2.5, 3,5, 4.4, 5.4 и 6.5, где в качестве сорбента использовалась
Б-Ц-глина. В сопоставимых условиях эффективность бентонитовой глины
в 4-10, а цеолита в 10-20 раз меньше, чем для природной смеси Б-Ц.
При проведении экспериментальных исследований использовалась природная смесь бентонита (40-45%) и цеолита (33-35%), залегающая на территории Белгородской области. Не удалось убедиться в сорбционной способности кембрийских глин Ленинградской области, не уступающим (согласно
литературным данным) бентонитовым глинам. В условиях настоящих экспериментов кембрийская глина в цементных образцах слабо удерживала
Cs137 (см табл. 4). Невысокая сорбционная способность кембрийских глин
Ленинградской области объясняется тем, что предварительно до эксперимента глина не подвергалась обжигу при 800 0С, как это рекомендуется специалистами НИТИ им. А.П. Александрова.
После обжига наблюдается изменение цвета глины с серо-голубого до
коричнево-красного, получение максимальной пористости, а также упрочнение и уплотнение гранул, что обеспечивает материалу хорошие сорбционные свойства.
106
По результатам экспериментальных исследований установлено, что величина рН выщелатов в процессе экспериментов изменяется от 12 до 9 единиц, причем в первые 6-7 недель она находится на уровне 11,5-11. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что сорбент Б-Ц эффективно
сорбирует цезий во всём указанном диапазоне величин рН. При изготовлении цементных образцов с включением в них ферроцианида никеля
осаждалось не менее 90% цезия. Однако затем первыми 3-5 выщелатами
происходило вымывание цезия-137 из-за растворения большей части образовавшегося соединения Cs4[Ni(CN)6], которое является стойким до величин
рН, не превышающим 10.
Равновесная скорость выщелачивания Cs137, рассчитанная в интервале
80-100 сут. для цементных компаундов, содержащих природный сорбент
Б-Ц, как показано в табл. 5, 6, 9 (Для удобства печати в табл. 5-7, 9 скорость
выщелачивания цезия-137 и стронция-90, изображенная в виде 4,5-5 – соответствует
значению 4,5·10-5 г/(см2·сут) , в 1,5-4 раза меньше, чем усреднённая, и составляет, например, для КО величину, равную (4-6) ·10-5 г/(см2·сут).
Далее было решено акцентировать внимание на отработке технологии
цементирования на КО (как наиболее трудных для достижения требуемых
показателей качества компаундов). Для этого нужно было ещё раз обосновать требуемую последовательность смешения компонентов смеси, оценить
условия и продолжительность проведения важнейшего этапа цементирования – контакта РАО с сорбентами, а также влияние отклонений концентраций специальных добавок от оптимальных значений на скорость выщелачивания из компаундов цезия-137 и стронция-90.
Результаты испытаний цементных компаундов, содержащих КО с различным количеством БЦ-глины и хлористого кальция, на скорость выщелачивания цезия-137 и стронция-90 представлены в табл. 9. Содержание
специальных добавок варьировали от 25 до 50 % для СаСl2 и до 50% для
БЦ-глины, на 10 г сухих солей КО спецпрачечной по расчётам добавлялось
до 0,9 г безводного хлорида кальция и 10 % от массы цемента глины.
Как следует из данных табл. 5 и 6, условия изготовления компаунда, а
также последовательность введения компонентов смеси и временной
фактор существенно влияют на скорость выщелачивания цезия-137 и в
меньшей степени на скорость выщелачивания стронция-90. В КО с высоким солесодержанием
(более 500 г/л) необходимо сначала ввести глину и для эффективной
сорбции осуществить контакт с выдержкой этой смеси в течение 4 ч с 5 - 6
разовым перемешиванием в течение 5-10 мин. Это приведёт к сорбции
значительной доли РН цезия и стронция, а оставшуюся (меньшую) часть
активности легче будет удержать в процессе контакта с водой.
Сопоставимые результаты по выщелачиванию были получены при использовании КО с меньшим солесодержанием (200 г/л), которые доупаривали в
присутствии БЦ-глины в 2,5 раза, а затем по той же схеме цементировали.
После подготовки и приготовления по вышеописанным методикам смеси КО с глиной в неё вводили хлорид кальция, благодаря которому образуется осадок, содержащий до 90 % стронция (см. подраздел 1.6). Это приводит к упрочнению матрицы компаунда и к дополнительному надёжному
связыванию стронция-90. Затем в эту смесь добавляли цемент в таком количестве, чтобы связать присутствующую свободную влагу и создать требуемую прочность компаунда.
На лабораторных образцах (с дополнительно введённой активностью),
изготовленных по такой же методике, скорость выщелачивания стронция-90
составляла (1,5-3) ·10-5, а цезия-137 – (3,5- 4,5) ·10-4 г/(см2·сут), см. табл. 5-6.
107
108
5. Бораты
(400 г/л)
БЦ-глина
6. Бораты
(600 г/л)
БЦ-глина
7. КО
СаСl2
Б-глина
1. М.соли
(100 г/л)
БЦ-глина
2. М.соли
(400 г/л)
БЦ-глина
3. М.соли
(700 г/л)
БЦ-глина
4. Бораты
(200 г/л)
БЦ-глина
Компонентный
состав *
4,4-4
0,61
4,5-4
0,62
4,6-4
0,64
4,6-4
0,65
4,0-4
0,56
4,2-4
0,59
4,0-4
0,56
4,2-4
5,8
1,1-4
0,15
3,7-4
0,52
1,2-4
0,17
4,0-4
0,56
6,9-5
0,09
5,0-4
0,70
7,8-5
0,10
2,0-4
0,28
6,03**
8,5
5,5-3
7,7
2
нед.
1,6-5
0,03
1
нед.
4,5-5
0,06
3,7-4
0,52
4,1-4
0,58
3,3-4
0,46
4,0-4
0,56
9,0-5
0,13
5,3-5
0,07
3,3-4
0,45
2,6-4
0,36
2,0-4
0,28
2.8-4
0,39
7,5-5
0,10
4,3-5
0,06
3,8-4
0,47
1,7-4
0,38
1,3-4
0,26
2,1-4
0,41
4,8-5
0,13
3,6-5
0,10
2,5-4
0,39
1,0-4
0,28
6,8-5
0,19
1,1-4
0,29
2,5-5
0,07
1,7-5
0,05
2,2-4
0,35
9,0-5
0,19
6,5-4
0,18
1,3-4
0,26
3,2-5
0,07
1,5-5
0,03
1,8-4
0,39
9,1-5
0,20
6,5-4
0,13
9,0-5
0,18
3,1-5
0,07
1,6-5
0,04
2,0-4
0,39
5,0-5
0,20
5,6-4
0,16
6,0-5
0,15
1,7-5
0,07
1,0-5
0,04
2,0-4
-
8,5
-
6,0-5
-
7,0-5
-
2,4-5
-
1,3-5
-
Cкорость выщелачивания цезия-137 из компаундов, г/(см2·сут)
Удаляемая из цементных компаундов активность, %
3
4
5
7
9
12
14
16
Rравнов.
нед.
нед.
нед.
нед.
нед.
нед.
нед.
нед.
2,0-5 1,8-5 1,5-5 1,3-5 6,0-6 7,5-6 8,0-6 4,0-6
6,0-5
0,02
0,03
0,04
0,03
0,02
0,03
0,03
0,25
-
5,4
11,5
11,5
8,5
1,8
0,8
0,4
Всего
Влияние состава цементных компаундов, содержащих различные наполнители и глины, на скорость
выщелачивания цезия-137 из лабораторных образцов
Таблица 9
109
2,9-4
0,39
2,1-4
0,27
3,0-4
0,44
2.5-4
0,32
3,4-4
0,46
6,1-4
0,8
7,6-4
1,1
1,4-4
0,22
1,9-4
0,28
2,4-4
0,19
8,0-5
0,11
8,0-5
0,14
2,5-4
0,20
1,4-5
0,15
6,0-5
0,22
1,5-4
0,22
2,3-4
0,67
1,3-5
0,12
5,0-5
0,35
1,4-4
0,35
1,94
0,38
1,3-5
0,15
4,5-5
0,44
2,5-5
0,18
1,5-4
0,30
1,1-5
0,16
3,1-5
0,30
2,3-5
0,13
1,4-4
0,28
1,2-5
0,19
3,0-5
0,30
2,1-5
0,14
1,4-4
0,30
1,2-5
-
3,0-5
-
2,5-5
-
1,4-4
-
4,0-5
-
3,3-4
0,46
3,8-4
0,61
3,8-5
0,11
1,1-3
1,6
3,6-4
0,53
4,0-5
0,12
4,8-4
0,65
4,5-5
0,23
6,0-4
0,86
5,3-5
0,18
2,5-3
3,4
6,0-4
0,09
1,3-4
0,18
2,0-4
0,29
5,5-5
0,08
8,0-5
0,11
2
нед.
5,0-4
0,70
1
нед.
3,8-3
5,4
5,2-5
0,07
Cкорость выщелачивания цезия-137 из компаундов, г/(см2·сут)
Удаляемая из цементных компаундов активность, %
3
4
5
7
9
12
14
16
Rравнов.
нед.
нед.
нед.
нед.
нед.
нед.
нед.
нед.
4,9-4 4,6-4 4,6-4 3,2-4 1,6-4 1,5-4 1,5-4 1,4-4
1,5-4
0,69
0,65
0,65
0,90
0,45
0,38
0,37
0,35
-
3
3,4
3,8
8
1,5
10,5
Всего
*) – в экспериментах использовали портландцемент М-400, его масса в компаундах создавала механическую прочность на сжатие на уровне
7,5 МПа; КО 200 г/л солей, наполнитель – цезий-137, суммарная активность 3-х образцов превышала 1,5·106 Бк; размер лабораторных образцов был 2х2х3 см, сокращение М. соли – смесь солей-имитаторов;
**) – для удобства печати в табл. 5-7и 9 скорость выщелачивания цезия-137 и стронция-90, изображённая, например, 4,5-5 – соответствует значению 4,5·10-5 г/(см2·сут).
8. КО
СаСl2
Б-глина
9. КО
СаСl2
БЦ-глина
10. КО
СаСl2
ОИОС
СаСl2
БЦ-глина
11.Зола
Эк.масло
БЦ-глина
СаСl2
12. Зола
БЦ-смола
13. Зола
Эк.масло
СаСl2
БЦ-глина
Компонентный
состав *
3.3. Результаты испытаний укрупнённых цементных компаундов
Результаты испытаний укрупнённых цементных компаундов, содержащих различное количество КО и специальных добавок, приведены в
табл. 7. Масса отверждённых образцов составляла от 400 до 450 г. При экспериментальных исследованиях укрупнённых образцов в качестве сорбента
использовалась самая эффективная БЦ-глина. Наполнение сухими солями в
компаундах составляло от 23 до 28 %. Наилучшие результаты были получены для образцов 1-3. Из них за время испытаний (100 сут) выщелачивалось
от 1,5 до 2,5 % активности, при этом содержание сорбента в образцах составляло 6, а не 10 % от массы цемента. Следовательно, на 4 % можно увеличивать наполнение компаунда сухими солями, доведя её до 32 %.
3.4. Натурные испытания разработанных матричных смесей
Были проведены полномасштабные экспериментальные исследования
по цементированию имитаторов РАО в стандартных 100-литровых железных бочках, имеющих диаметр 475-478 мм при высоте 654-650 мм.
КО спецпрачечной имитировали путём растворения в 44 литрах
технической воды кальцинированной соды, тринатрийфосфата натрия,
мыла жирового, стирального порошка, оксалата натрия, силиката натрия,
добавляли машинное масло и мелкоизмельчённую кембрийскую глину
(имитация взвесей). Эту смесь заливали в 100 л бочку и для полного растворения компонентов подставляли под отечественный сверлильный
станок (модель 2К52) с устанавливаемой скоростью вращения шпинделя.
Использовали скорость вращения шпинделя 60 и 100 об/мин. Перемешивание проводили мешалкой, которую одевали на шпиндель станка,
диаметр и высота лопастей которой были несколько меньше внутренних
размеров 100 л стандартной железной бочки.
После получения однородной смеси в бочку загружали 7 кг бентонитовой глины, вновь смесь тщательно перемешивалась и на последней
стадии стандартной совковой лопатой (2 объёма лопаты в мин) в бочку
загружали 73-75 кг цемента.
Было получено сметанообразное (средней жирности) тесто, вода на поверхности отсутствовала. Через трое суток цементное тесто затвердело, на
его поверхности наблюдали небольшой, легко соскабливающийся налёт изза эффекта высаливания солей.
Во время проведения второго эксперимента по цементированию
имитаторов РАО использовалось 37 л смеси сухих отработавших синтетических сорбентов КУ-2 и АВ-17 в соотношении 1:1, которые ранее
применяли в котельной на водоподготовительных установках. Этот
объём ионообменной смолы помещали в 100 л бочку, заливали 44-45 л
технической воды и дополнительно вводили около 25 л серой строительной извести. Перемешивание проводили мешалкой, укреплённой
на шпинделе станка при скорости вращения 60 об/мин. После 15-20
мин перемешивания смолы с раствором щелочи наблюдалось уменьшение вязкости смеси. Затем приступали к подаче обычной совковой
лопатой (1 объём в мин) цемента. Для получения требуемой консистенции цементного теста требовалось около 50 кг цемента М-400. На
четвёртые сутки получали твёрдый сформировавшийся монолит.
110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Окончательное хранение РАО, содержащих долгоживущие РН, требует
перевода их в твёрдые монолитные формы, обладающие высокой механической прочностью, радиационной устойчивостью, высокой водоустойчивостью, а также морозостойкостью.
В практическом отношении работа ориентирована на решение актуальной задачи радиохимического производства, связанной с иммобилизацией
жидких РАО в цементную матрицу.
Учитывая большое разнообразие типов РАО, с целью эффективной их
иммобилизации были проведены масштабные экспериментальные исследования по модификации различных матричных составов на основе портландцемента марки 400 путём введения в цементное тесто различных добавок из минерального органического и природного сырья.
В ходе выполнения экспериментальных исследований проведено
большое количество замесов разработанных смесей с различными видами
РАО: КО, зола от установки сжигания, машинное масло, ионообменные
смолы. Оценка качества образцов проводилась по поведению их в водной среде. Они не изменяли свои геометрические размеры, не растворялись в течение длительного времени.
Установлено, что все апробированные в данной работе РАО (имитаторы загрязненной земли – гумус, морские соли, нитраты, бораты, кубовые остатки спецпрачечных, зольные остатки, отработанные ионообменные, эксплуатационные масла, а также их смеси) могут быть
отверждены путём цементирования с получением компаундов, удовлетворяющих требованиям руководящих документов (РД 95 10497-93 и
ГОСТ Р 51883-2002). Исследованные добавки обеспечивают модификацию цементов, что позволяет добиваться максимального включения
РАО в конечный продукт – цементный компаунд.
Разработанные матричные смеси обеспечивают прочность при сжатии компаундов в месячном возрасте не менее 5 МПа, а при 3-х месячном замачивании и 3-х кратном замораживании до температуры – 400С
их механическая прочность не снижается. При этом скорость выщелачивания основных дозообразующих РН (цезия-137 и стронция-90) не превышает 1·10-3 г/(см2·сут), а степень наполнения компаундов отходами соответствует лучшим практическим достижениям.
Сравнительные испытания показали, что из известных природных
сорбентов, применяемых для удержания цезия-137 и стронция-90 внутри
структуры компаунда, наиболее эффективным является глинистый сорбент, представляющий природную смесь бентонита с цеолитом. Его
применение при цементировании позволило снижать скорость выщелачивания цезию-137 до 10-5 г/(см2·сут), что соответствует лучшим компаундам на битумной и эпоксидной основе. К сожалению, Белгородское месторождение бентонито-цеолитовых глин до настоящего
времени не разработано. С меньшей в несколько раз эффективностью
эту природную глину можно заменить бентонитовой глиной, которой в
Ленинградской области большое количество.
Для обеспечения высокой экономичности процесса цементирования
(достижения наибольшего включения сухих радиоактивных солей и веществ в цементные компаунды) необходимо выполнять омоноличивание не
отдельных типов РАО, а их смеси. Например, кубовых остатков с зольными;
кубовых остатков и ионообменных смол, а также кубовых с зольными остат-
111
ками с добавлением индустриальных масел. Такой приём позволяет значительно сократить объёмы вторичных РАО, подлежащих захоронению.
Результаты работы использованы в системе цементирования технологической схемы переработки ЖРО Кольской АЭС (на станции эксплуатируются 4 реактора ВВЭР-440).
Использование разработанных матричных материалов позволило надёжно локализовать РН и токсичные вещества, содержащиеся в РАО, защитить окружающую среду от радиоактивных загрязнений и обеспечить радиоэкологическую безопасность мест захоронения РАО.
ЛИТЕРАТУРА
1. Обращение с радиоактивными отходами в России и странах с развитой атомной энергетикой / Под общ. ред. В.А.Василенко. – СПб.: Моринтех, 2005. – 303 с.
2. Довгуша В.В., Муратов О.Э., Тихонов М.Н. Радиоэкологические аспекты обращения с радиоактивными отходами и облучённым ядерным топливом // Экология промышленного производства.- 2009. - № 1. - С. 60-67.
3. Муратов О.Э. Обеспечение ядерной и радиационной безопасности
в Северо-Западном регионе России // II Региональный форум-диалог
«Атомная энергия, общество, безопасность», Мурманск, 17-18 ноября 2008 г.,
Форумы-диалоги 2009, Cборник материалов, 2010. - С. 250-255.
4. Олейник М.С. Цементирование жидких радиоактивных отходов. –
СПб.: ИК СИНТЕЗ, 2005. – 178 с.
5. Чугунов А.С. Ионообменные технологии глубокой дезактивации
ЖРО АЭС и ВМФ. Исследования по химии, технологии и применению радиоактивных веществ / В сборнике научных трудов, посвящённых 100летию со дня рождения д.х.н., проф. В.П. Шведова. – СПб.: Изд.
СПбГТИ(ТУ), 2008, с. 61-70.
6. Гусев Б.А., Епимахов В.Н., Ефимов А.А. и др. Комплексное решение
проблем радиоэкологической безопасности объектов атомной энергетики,
промышленности и флота. – СПб.: ВМИИ, 2009. - С. 36-60.
7. Рябчиков Б.Е. Очистка жидких радиоактивных отходов. – М.: ДеЛи
принт, 2008. – 516 с.
8. Лебедев В.И., Черников О.Г., Шмаков Л.В. и др. Использование свойств
накопленных гетерогенных РАО // НТС «Экология и атомная энергетика»,
2008, № 1(22), с. 27-28.
9. Захарова К.П., Химченко О.М., Суханов Л.П. и др. Разработка технологического режима цементирования солевых концентратов Волгодонской
АЭС // Атомная энергия. – 2007.- т. 103, вып. 5. - С. 309-312.
10. Омельчук В.В., Стажив М.Р., Савкин А.Е. и др. Разработка технологии
и переработка кубовых остатков на Кольской АЭС // Безопасность окружающей среды.- 2007. - № 3. - С. 34-37.
11. Материалы V научно-технического совещания «Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в атомной
энергетике» (Атомэнергоаналитика-2009) // 22-24 сентября 2009 г., Сосновый Бор, Сборник докладов – СПб.: ВВМ, 2009. – 500 с.
112
12. Муратов О.Э., Тихонов М.Н. Проблемы вывода энергоблоков атомных электростанций из эксплуатации // Экология и атомная энергетика. –
2009. - № 1(24). - С. 101-113.
13. Методы химического и радиохимического контроля в ядерной
энергетике / Под ред. Л.Н.Москвина //Л.Н. Москвин, М.Ф. Гумеров, А.Е.
Ефимов и др. –М.: Энергоатомиздат, 1989. – 264 с.
14. Хеспе Э.Д. Испытание отверждённых радиоактивных отходов на
выщелачивание. АИНФ-155(П). – М., Атомиздат, 1971.
15. ГОСТ 29114-91. Отходы радиоактивные. Методы измерения химической устойчивости отверждённых радиоактивных отходов посредством
длительного выщелачивания. – M.: Изд-во стандартов, 1991. – 9 с.
16. Малашек Э., Войтек О. Развитие методов отверждения радиоактивных концентратов. / В кн.: «Исследования в области обезвреживания жидких, твёрдых и газообразных радиоактивных отходов и дезактивации загрязнённых поверхностей». - Материалы 4-ой научно-технической
конференции. СЭВ, М. 20-23 дек. 1976. – М.: Атомиздат, 1978. - С. 5-8.
17. Коновалов С.А., Муратов О.Э. Перспективные технологии захоронения РАО в геологических формациях // Доклады 5-й Международная конференция “Paдиационная безопасность: обращение с РАО и ОЯТ”. – СПб.,
2002. - С. 249-253.
18. ГОСТ Р 51883-2002. Отходы радиоактивные цементированные.
Общие технические требования. – M.: Изд-во стандартов, 2002. – 4 с.
19. Волков М.И. Методы испытания строительных материалов: Учебное
пособие для вузов. – М., Стройиздат, 1974.
20. Качество компаундов, образующихся при цементировании жидких
радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности. Технические требования. РД 95 10497-93, – М., 1993.
21. Масанов О.Л., Захарова К.П., Дмитриев С.А. и др. Влияние добавки
глины на свойства цементных компаундов, используемых для локализации
радиоактивных отходов // Атомная энергия. - 1995.- Т. 79, вып. 1. - С. 23-26.
22. Милютин В.В., Гелис В.М. Определение оптимальных условий соосаждения радионуклидов цезия с осадком ферроцианида никеля // Радиохимия. - 2008. Т.- 50, № 1. - С. 57-59.
23. Милютин В.В., Гелис В.М., Ершов Б.Г. и Селиверстов А.Ф. Влияние органических комплексообразующих и поверхностно-активных веществ на
соосаждение радионуклидов цезия с осадком ферроцианида никеля // Радиохимия. - 2008.- Т. 50, № 1. - С. 60-61.
24. Кривенко П.В. Механизм и кинетика процессов структурообразования в низкоосновных щелочных вяжущих системах // Цемент.- 1993.- № 3.С. 27-31.
25. Осадительные методы очистки жидких радиоактивных отходов:
Методические указания / Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1989. – 25 с.
26. Технологии обеспечения радиационной безопасности на объектах
с ЯЭУ: Монография / Под общ. ред. В.А.Василенко. – СПб.: ООО «НИЦ
«Моринтех», 2010. – 576 с.
113
ЗАПАСЫ НЕФТИ И ПРИРОДНОГО ГАЗА В
ПРИБРЕЖНЫХ РАЙСОНАХ США: ПЕРСПЕКТИВЫ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
(Исследовательская служба Конгресса США1 10 февраля 2012 г.)
Marc Humphries2, Robert Pirog3 (Congressional Research Service, 7-5700,
www.crs.gov, R40645)
Подготовлено для членов и Комитетов Конгресса
Резюме
Доступ к потенциальным нефтегазовым ресурсам в рамках Внешнего
континентального шельфа (OCS) США продолжает оставаться противоречивым. Мораторий на сдачу в аренду и разработку скважин в некоторых
местах был в основном снят в 2008 и 2009 г., хотя несколько территорий оставались законодательно запрещенными для сдачи в аренду. Маловероятно,
что 112-й Конгресс США4 сможет восстановить широкий мораторий на
сдачу в аренду, но некоторые члены проявили интерес к охранным зонам
(например, Банка Джорджес5 (Georges Bank) или Северная Каролина) или
установит защитную прибрежную зону. Давление на расширение поставок
нефти и природного газа и защиту прибрежной окружающей среды и проживающего населения, вероятно, возглавит Конгресс и Администрация
Президента для тщательного учета того, какие территории будут открыты
для сдачи в аренду, а какие будут защищены от работ по разведке и добыче.
Пролив нефти, который произошел 20 апреля 2010 г. в Мексиканском
заливе, привлек возрастающее внимание к рискам бурения в шельфовой
зоне. Обсуждение работ в шельфовой зоне для любой цели вызывает опасения в отношении защиты морской и прибрежной окружающей среды.
1 декабря 2010 г. Администрация Обамы объявила о своей Пересмотренной программе (RP) для оставшейся части Программы сдачи в аренду
участков Внешнего потенциального шельфа в районе Аляски с 2007 по
2012 г. Среди прочих компонентов RP исключает пять участков, сдаваемых
в аренду по типу продажи (аукционы 209, 212, 214, 217 и 221), которые
предполагались в нынешней программе сдачи в аренду. Сдача в аренду по
типу продажи в рамках аукциона 219 в заливе Кука6 (которая была запланирована в 2011 г.) была аннулирована вследствие отсутствия промышленного
интереса. Далее Администрация Обамы в рамках своих полномочий аннулировала деятельность по сдаче в аренду нефтегазовых месторождений в
зоне действия плана в Северо-Алеутском бассейне до 30 июня 2017 г. В
Исследовательская служба Конгресса США функционирует в рамках работы Библиотеки
Конгресса с 1914 г. По поручению членов Конгресса и постоянных комитетов палат выполняет
следующие виды работ: готовит аналитические справки, проводит консультации, готовит заключения по законопроектам и делает переводы, координирует программы научноисследовательских работ.
2 Специалист в области энергетической политики, mhumphumphries@csr.loc.gov, 7-7264
3 Специалист в области экономики энергетики, rpirog@csr.loc.gov, 7-6847
4 112-й Конгресс США начал свою работу 3 января 2011 г. и завершит ее 3 января 2013 г.
5 Мелководный участок Атлантического океана от Новой Шотландии (Канада) до штата Массачусетс.
6 Залив Тихого океана у южных берегов Аляски, который отделяет Кенайский полуостров (на
котором находится национальный парк США Кенай-Фьордс) от материка.
1
114
2010 г. начались публичные слушания в отношении масштабов программы
сдачи в аренду участков Внешнего потенциального шельфа в районе Аляски с 2012 по 2017 г, но три территории планирования (залив Кука, Чукотское море, море Бофорта7) также были охвачены. 8 ноября 2011 г. Администрация объявила о своем втором проекте предложенной программы сдачи
в аренду нефтегазовых месторождений на 2012-2017 г., которая исключает
все три территории в Атлантическом океане и все четыре территории побережья Тихого океана, по крайней мере, до 2017 г. 14 декабря 2911 г. Администрация Обамы произвела продажу в аренду участка 218 в западной части
Мексиканского залива, и это была первая продажа после пролива в 2010 г.
Совмещенная продажа в центральной части Мексиканского залива (аукционы 216 и 222) запланирована на 20 июня 2012 г., это заключительный аукцион в рамках программы сдачи в аренду на 2007-2012 гг.
Три законопроекта, принятые в Палате представителей в мае 2011 г., должны быть направлены на повышение эффективности разрешений (H.R.8 1229),
принуждая сдачу в аренду по типу продажи некоторых участков в нынешний
пятилетний период планирования (H.R. 1230) и требуя сдачи в аренду по типу
продажи “наиболее перспективных” территорий планирования OCS в течение
2912-2017 гг. в рамках программы сдачи в аренду (H.R. 1231). Совсем недавно
законодательный акт, предложенный в Палате представителей – Законопроект
об энергетической безопасности и создании рабочих мест при транспортировании нефти и нефтепродуктов (H.R. 3410) от 14 ноября 2011 г. объединяет некоторые положения из законопроектов, принятых ранее Палатой представителей (H.R. 1230 и H.R. 1231), обсуждается ниже) и вводит это предложение в H.R.
Закон о создании рабочих мест в энергетике США и инфраструктуре от 2012 г,
под Заголовком XVII – подзаголовок В.
Разведка и добыча являются стадиями, в течение которых возрастает количество данных, позволяющих получить определенность в отношении
имеющихся объемов нефти и природного газа. Бюро по управлению энергией океана (BOEM) провело оценку Неразведанных технически извлекаемых ресурсов (UTRR) на OCS США. Статистическая определенность этих
оценок изменяется в зависимости от региона вследствие того, что доступные геологические данные широко варьируются по регионам. Одной из характеристик нефтяного рынка США, а также мировых рынков нефти является то, что для доступа к поставкам имеется тенденция последовательности.
Обычно первым источником нефти, который используется в стране, является нефть отечественной добычи, при ее наличии. Конечное воздействие
добычи нефти и природного газа в офшорной зоне будет зависеть от цен
на нефть и природный газ, объемов действительно разведанных ресурсов и
ограничений, налагаемых на добычу, и все это в настоящее время отличается значительной неопределенностью.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение и исходные данные
Законодательные проблемы
Предложение и спрос на нефть и природный газ в США
Нефтяной рынок США
Рынок природного газа США
7 Море Северно-Ледовитого океана, омывающее северное побережье Северо-Западных территорий и территории Юкон Канады и Аляски.
8 Палата представителей Конгресса (законопроект 1229).
115
Экономическая эффективность: нефтяной рынок
Экономическая эффективность: рынок природного газа
Запасы нефти и природного газа и запасы в OCS
Оценка запасов и технологические изменения
Оценка запасов в OCS
Оценка запасов по зонам действия плана
Оценка запасов по глубине воды
Процесс и программа сдачи в аренду участков в OCS
Доход в OCS
Разделение доходов или нет?
Оценки налогов за пользование ресурсами
Проблемы окружающей среды, связанные с разведкой и добычей в
офшорной зоне
Охраняемые в настоящее время офшорные зоны
Общее природоохранное законодательство и требования к разведке и добыче в офшорной зоне
Оценка воздействия на окружающую среду
Проливы и утечки нефти
Сейсмические наблюдения и промышленный шум
Введение и исходные данные
В результате взрыва Deepwater Horizon9 и пролива нефти в Мексиканском
заливе 20 апреля 2010 г. в Конгрессе начались дебаты о том, сколько участков
внешнего континентального шельфа (OCS) должно быть доступно для добычи нефти и природного газа. Доступность всех участков OCS рассматривается
некоторыми как способ роста отечественных поставок и повышения энергетической безопасности США; другие утверждают, что добыча нефти в OCS
связана с риском для прибрежной окружающей природной среды и людей,
проживающих на побережье, и что имеются другие варианты для обеспечения энергетической безопасности. Проблема остается дискуссионной, так как
нефтяная промышленность предпочитает, чтобы все участки OCS оставались
доступными без всяких исключений, таких как защитные зоны (например, 25
или 50 миль от береговой линии) или изъятие из пользования. Промышленность может с неохотой инвестировать в добычу любых новых запасов, если
только она не будет уверена, что участки OCS будут оставаться открытыми
для долговременной сдачи в аренду и добычи. Экологические группы обосновывают сохранение моратория в OCS, как было установлено ранее, и что
нефтегазовая промышленность уже имеет доступ к территориям в Мексиканском заливе с большими запасами нефти и природного газа, и что несколько
тысяч участков еще не разрабатывается.
После нефтяного пролива в Мексиканском заливе с платформой Deepwater Horizon Администрация Обамы осознала настоятельную необходимость в
проверке и пересмотре правил бурения и безопасности для добычи нефти и
природного газа в офшорной зоне. Пролив нефти в 2010 г. изменил всю картину добычи нефти и природного газа в офшорной зоне. Это привело к реорганизации Службы управления минеральными ресурсами (подразделение
министерства внутренних дел) (MMS) (обсуждается ниже), переработке пра-
9 Полупогружная нефтяная платформа сверх глубоководного бурения с системой динамического позиционирования, построенная в 2001 г. южнокорейской судостроительной компанией
Hyundai Heavy Industries. В сентябре 2009 г. с использованием этой платформы в Мексиканском заливе в районе месторождения Тайбер была пробурена самая высокая на тот момент
скважина на глубине 10680 м, из которых 1259 м составляла вода.
116
вил безопасности для офшорного бурения, прекращению действия разрешений для некоторых, проверке роли Закона о национальной экологической
политике США (NEPA) и использования категорических исключений и пересмотра программы сдачи участков в аренду (объявленной 1 декабря 2010 г.)
Многие представители нефтегазовой промышленности утверждали, что шестимесячное прекращение действия разрешений, которое было объявлено 28
мая 2010 г. (названное “де-факто” мораторием), привело к значительному
подрыву деятельности по добыче нефти и природного газа, и вызовет снижение добычи нефти и природного газа и другие экономические потери, по
крайней мере, в кратковременной перспективе. Однако в соответствии с консервативным вариантом Управления по энергетической информации (Министерства энергетики), добыча сырой нефти из офшорной зоны 48 штатов
США возрастет с 1,71 млн. баррелей/день в 2009 г. до 1,81 млн. баррелей в
день в 2015 г.10 Новые разрешения на бурение на больших глубинах не выдавались до 28 февраля 2011 г.
Бывшая MMS (Служба управления минеральными ресурсами)11
11 мая 2010 г. министр внутренних дел США Кен Салазар (Kenneth Lee
Salazar) объявил о плане разделения функций безопасности и охраны окружающей среды Службы управления минеральными ресурсами (MMS) от ее
функции выдачи лицензий на добычу природных ресурсов и сбора доходов. Цель заключалась в повышении эффективности и результативности
этого управления. Затем 19 мая 2010 г. министр принял решение о создании
следующих трех подразделений для осуществления функций MMS: Бюро
по управлению энергией океана (ВОЕМ), Управления безопасности природоохранного правоприменения (BSEE) и Управление по сбору доходов от
эксплуатации природных ресурсов (ONRR)12. Переход к новой структуре
был завершен 1 октября 2011 г. Каждое из трех новых подразделений имеет
руководителя, который контролируется помощником министра13.
ВОЕМ управляет добычей офшорных природных ресурсов страны,
включая управление сдачей в аренду участков в офшорной зоне, проведение экологических и экономических анализов и подготовку оценки запасов
полезных ископаемых. BSEE обеспечивает выполнение требований в области безопасности и охраны окружающей среды. Функции управления
включают программы регулирования в офшорных зонах, проведение исследований и реагирование на проливы нефти. Промысловая эксплуатация
включает выдачу разрешений, проведение инспекций и обеспечение соблюдения природоохранных требований. ONRR создано под эгидой секретариата министра внутренних дел для сбора, ведения отчетности, анализа,
аудита и выплаты доходов от договоров аренды участков недр с целью добычи полезных ископаемых на других участках континентального шельфа,
федеральных он шорных участках и на землях американских индейцев. Пе-
Annual Energy Outlook, 2011, US Energy Information Administration, April 2011.
В этом отчете MMS может упоминаться в различных ссылках, или тогда, когда это неизбежно.
Дополнительная информация о перераспределении ответственностей MMS содержится в Распоряжении Министра № 3299, которую можно найти на веб-сайте Министерства внутренних дел:
http://www.doi.gov/deepewaterhorizon/loader.cfm?csModule=security/getfile&PageID=32475.
13 Дополнительная информация о перераспределении ответственностей MMS содержится в Распоряжении Министра № 3299, которую можно найти на веб-сайте Министерства внутренних дел:
http://www.doi.gov/deepewaterhorizon/loader.cfm?csModule=security/getfile&PageID=32475 и в сообщении для печати Министерства внутренних дел от 30 сентября 2011 г. на веб-сайте Министерства: http://www.doi.gov/news/pressreleases/Interior- Department-Completes-Reorganization-of-theFormer-MMS.cfm.
10
11
12
117
ред созданием ВОЕМ и ONRR Бюро по управлению энергией океана, регулированию и правоприменению (BOEMRE) временно контролировало
деятельность, которую в настоящее время осуществляют ВОЕМ и BSEE.
Мораторий в OCS14
Мораторий на деятельность по разведке и добыче нефти и природного
газа в OCS вдоль Атлантического и Тихоокеанского побережья, в частях
Аляски и Мексиканского залива действует с 1982 г. в результате публичного
права и распоряжений Президента. 1 июля 2008 г. Президент Буш отменил
распоряжение о моратории, который включал территории планирования
вдоль Атлантического и Тихоокеанского побережья. 30 сентября 2008 г. положения моратория в законах о ежегодных ассигнованиях истекли, что дало
возможность потенциально открыть эти территории для деятельности на
участках, сданных в аренду для добычи нефти и природного газа. Восточная
часть Мексиканского залива и центральная часть Мексиканского залива, однако, продолжают находиться под действием моратория, установленного в
рамках отдельного предписания. Закон об энергетической безопасности в
районе Мексиканского залива от 2006 г. (GOMESA, P.L. 109-432) передал
почти всю восточную часть Мексиканского залива под мораторий на сдачу
в аренду и бурение до 2022 г., но разрешил сдачу в аренду некоторые участки в восточной части Мексиканского залива. Таким образом, большая часть
восточного района Мексиканского залива остается вне действия ограничений по разведке и добыче, поскольку не является частью исполнительного
запрета в OCS, который был отменен Президентом Бушем, и не является
часть ежегодного запрета Конгресса, который не был продолжен.
1 декабря 2010 г. Администрация Обамы объявила о своей Пересмотренной программе (RP) для оставшейся части Программы сдачи в аренду
участков OCS в 2007-2012 гг. Среди других компонентов RP исключает пять
участков, сдаваемых в аренду по типу продажи в районе Аляски (аукционы
209, 212, 214, 217 и 221), которые предполагались в нынешней программе
сдачи в аренду. Сдача в аренду по типу продажи в рамках аукциона 219 в заливе Кука (которая была запланирована в 2011 г.) была аннулирована вследствие отсутствия промышленного интереса. Далее Администрация Обамы в
рамках своих полномочий аннулировала деятельность по сдаче в аренду
нефтегазовых месторождений в зоне действия плана в Северо-Алеутском
бассейне до 30 июля 2017 г. RP исключает все три территории планирования на Атлантическом побережье и все четыре территории на Тихоокеанском побережье, по крайней мере, до 2017 г.
В 2010 г. начались публичные слушания в отношении масштабов программы сдачи в аренду участков OCS на 2012-2017 гг. для добычи нефти и
природного газа, но три территории планирования на Аляске (залив Кука,
Чукотское море, море Ботфорта) также были охвачены. 8 ноября 2011 г.
Администрация объявила о своем втором проекте предложений программы
сдачи в аренду нефтегазовых месторождений на 2012-2017 гг., которая исключает все три территории в Атлантическом океане и все четыре территории побережья Тихого океана, по крайней мере, до 2017 г.
После аварии с проливом нефти в Мексиканском заливе Президент
Обама аннулировал аукцион 215 по сдаче в аренду по типу продажи в 2010
г., а в 2011 г. аукцион 220 в средней части Атлантического побережья. 14 де-
Для получения полной картины с мораторием в OCS следует обратиться к отчету CRS
К41132, Outer Continental Shelf Moratoria on Oil and Gas Development, by Curry L. Hagerty.
14
118
кабря 2011 г. Администрация Обамы провела аукцион 218 по продаже в
аренду в западной части Мексиканского залива, и это была первая продажа
после пролива нефти. Совмещенная продажа в центральной части Мексиканского залива (аукционы 216 и 222) запланирована на 20 июня 2012 г., и это заключительный аукцион в рамках программы сдачи в аренду на 2007-2012 гг.
Недавние высокие цены на нефть и бензин привели к возобновленным
призывам некоторых членов Конгресса к росту добычи нефти из собственных источников, включению большего количества участков OCS в следующей пятилетней программе сдачи в аренду и гарантии того, что уже запланированные к сдаче в аренду участки по типу продажи будут эксплуатироваться.
Эти законодательные предложения обсуждаются ниже.
В этом отчете рассмотрены вопросы отмены моратория на разведку и
добычу на участках OCS и важности изменений в поставках и рынках нефти
и природного газа в США. В отчете представлена нынешняя картина спроса
и предложения на нефть и природный газ в США, и приведено обсуждение
законодательных проблем, оценки запасов, системы сдачи в аренду месторождений и экологических и социальных проблем, связанных с офшорной
добычей нефти и природного газа.
Законодательные проблемы
Хотя маловероятно, что 112-й Конгресс сможет восстановить широкий
мораторий на сдачу в аренду месторождений в OCS, некоторые члены Конгресса выступают за открытый, но ограниченный доступ. Президент обладает административными полномочиями по передаче территорий OCS под
мораторий на сдачу в аренду и деятельность по добыче15, и в то же время законодательный акт о моратории должен быть подписан Президентом. Для
открытия восточной части Мексиканского залива необходимо изменить или
аннулировать GOMESA. Конгресс и Администрация, вероятно, должны
тщательно учесть, какие территории OCS будут открыты для сдачи в аренду,
и какие должны быть защищены в рамках моратория.
В Пересмотренной программе подтверждаются планы проведения программной оценки воздействия на окружающую среду для определения того,
должны ли проводиться сейсмические наблюдения в средней и южной части территорий планирования в Атлантике. Должна ли эта дополнительная
информация по OCS перед заключением аренды по типу продаж проявить
больше интереса к этим территориям и, возможно, создавать больший доход за счет более высокого бонуса при предложении цены и высоких размеров лицензионного платежа (16,7 и 18,75%) как часть условий аренды?
Соответствующая противоречивая законодательная проблема состоит в том,
должны ли прибрежные нефтедобывающие штаты получать большую долю этих доходов. Разделение доходов более подробно обсуждается ниже.
Вообще, и защитники, и противники должны согласиться с тем, что желательна какая-то определенность. Сторонники со стороны нефтяной промышленности, например, желают знать, если промышленность будет инвестировать в разведку и добычу нефти и природного газа, сможет ли она,
затем двигаться вперед в добыче. И, наоборот, если некоторые территории
будут исключены из ограничений, будут ли эти ограничения оставаться в
долговременной перспективе? В этом отчете приводится информация в отношении этих дебатов.
Имеются многочисленные законопроекты Палаты представителей и Сената, которые должны реструктурировать способ управления OCS, повы-
15
OSCLA (Закон о сдаче в аренду участков на внешнем континентальном шельфе) Раздел 12(а)
119
сить стандарты безопасности, сделать разрешения более эффективными,
предотвращать или вынуждать аренду по типу продаж и обращаться к проблемам нефтяных проливов и добычи на большой глубине.
Совсем недавно законопроект, принятый в Палате представителей – Законопроект об энергетической безопасности и создании рабочих мест при
транспортировании нефти и нефтепродуктов (H.R. 3410) от 14 ноября 2011 г.
объединяет некоторые положения из законопроектов, принятых ранее Палатой представителей (H.R. 1230 и H.R. 1231, которые обсуждаются ниже) и
вводит это предложение в H.R. 7, Закон о создании рабочих мест в энергетике
США и инфраструктуре от 2012 г., под Заголовком XVII – подзаголовок В.
Этот закон должен потребовать, чтобы ВОЕМ предложило аренды по типу
продаж в наиболее перспективных местах территорий планирования в OCS
на 2912-2017 гг. – Пятилетняя программа сдачи в аренду. Имеются в виду участки, которые будут содержать более 2,5 млрд. баррелей нефти , или более 7,5
трлн. куб. футов природного газа. Должны быть установлены возрастающие
цели добычи на уровне 3 млн. баррелей в день и 10 млрд. куб. футов природного газа к 2027 г. Законопроект должен также потребовать, чтобы ВОЕМ
предложило провести аукционы в рамках аренды по типу продажи 216, 220 и
222 в течение года после вступления закона в силу.
Законопроект должен потребовать аренду по типу продаж в южной части штата Калифорния в рамках Раздела 8 Закона об аренде участков на
Внешнем континентальном шельфе (OCSLA), с использованием технологии бурения, применяемой на суше, к июлю 2014 г. и аренду по типу продаж в Северо-Алеутском бассейну (аренда по типу продаж – лицензия 214,
которая была аннулирована Администрацией Обамы). Имеется положение,
которое должно изменить Раздел 18 OCSLA, чтобы у министра внутренних
дел была возможность брать в аренду на праве продажи на территориях,
идентифицированных министром, как имеющих наибольший потенциал
для добычи нефти и природного газа. Нынешний мораторий в восточной
части Мексиканского залива (EGoM) должен быть аннулирован, изменены
границы в EGoM, с расширением моратория до 2025 г., но должна быть
разрешена ограниченная сдача в аренду в 2013-2015 гг. в некоторых местах,
которые должны быть освобождены от моратория, как имеющие наибольший потенциал добычи нефти и природного газа.
Положения в отношении разделения доходов с прибрежными штатами должны поэтапно вводиться для новых доходов, полученных от
сдачи в аренду (12,5% в первой программе сдачи в аренду на 2012-2017
гг. и 25% во второй программе сдачи в аренду), как определено в законопроекте, после его вступления в силу. Применение OCSLA должно
осуществляться на территориях США.
Заголовок XV H.R. 7 (также и H.R. 3864) должен соответствовать чистому росту федеральных доходов от сдачи в аренду участков в офшорной зоне и на суше и от добычи на основе вступления в силу Заголовка XVII H.R.
7 (подзаголовок В, разъясненный выше) для правительственного Фонда
строительства шоссейных дорог.
Другое более раннее законодательство (H.R. 1230 – действующий в настоящее время закон о возобновлении сдачи в аренду офшорных участков)
должно потребовать от министра внутренних дел провести четыре аренды
по типу продаж (аукционы 216, 218, 220 и 222) в течение года после вступления в силу законопроекта. Пересмотренная программа Администрации
запланировала три аренды по типу продаж (аукционы 216, 218 и 222) в центральной или западной части Мексиканского залива как часть Программы
сдачи в аренду на 2007-2012 гг. H.R. 1230, который должен возобновить
120
аренду по типу продаж (аукцион 220), приняла Палата представителей 5
мая 2011 г. с соотношением голосов 226 к 149.
Еще один законопроект (H.R. 1229 – о возобновлении работ в Мексиканском заливе) должен обеспечить новую проверку безопасности и потребовать
ускорения процесса выдачи разрешения на бурение с помощью предоставления нового графика для министра в отношении принятия конечного решения о заявлении на выдачу разрешения. Законопроект включает положение о
пересмотре решения, которое должно предусматривать график, исключительное место рассмотрения дела для гражданских исков и ограничения на
льготы и оплату юридических услуг. Палата представителей приняла
H.R. 1229 11 мая 201 г. с соотношением голосов 263 к 163. Третий законопроект (H.R. 1231 – отменивший Закон Президента Обамы о моратории в офшорной зоне, который Палата представителей приняла 12 мая 2011 г. (соотношение голосов 243 к 179), должен потребовать от ВОЕМ предложить
аренду по типу продаж в наиболее перспективных местах в каждой территории планирования OCS на период 2012-2017 гг. – пятилетняя программа сдачи в аренду, применительно к участкам, в которых содержится более 2,5 млрд.
баррелей нефти или более 7,5 трлн. куб. футов природного газа. Возрастающие цели добычи должны быть установлены на уровне 3 млн. баррелей в
день нефти и 10 млрд. куб. футов природного газа в день к 2027 г.
Предложение и спрос на нефть и природный газ в США
Нефтяные рынки США
Потребление нефтепродуктов в США за последние семь лет составляло
в среднем более 20 млн. баррелей в день.
В табл. 1 показано, что почти половина потребляемых нефтепродуктов была в виде автомобильного бензина, используемого в автомобилях и грузовых
автомобилях малой грузоподъемности. Данные за 2008-2010 гг., которые демонстрируют снижение потребления бензина и нефтепродуктов отражает два экономических аспекта. Во втором и третьем кварталах 2008 г. цена на нефть возросла до рекордно высоких уровней, достигнув значения выше 145 долл. за
баррель в июле 2008 г. Высокие цены снизили потребительский спрос. Кроме
того, рецессия и соответствующие проблемы финансового рынка, которые воздействовали на экономику США в 2008 г., также способствовали снижению
спроса на нефтепродукты вследствие снижения доходов потребителей и их
благосостояния. Рецессия, которая продолжалась в течение 2009 г., привела к
негативному росту спроса. Неопределенность, связанная с нарушениями поставок в результате политических беспорядков на Ближнем Востоке и в Северной
Африке, также привела к росту цен на нефть и бензин в 2011 г.
Для удовлетворения спроса на нефть как источник топлива в экономике
США, нефтяная промышленность опирается на два основных источника:
отечественная добыча сырой нефти и импорт. Другие источники включают
конденсат природного газа и расширение нефтеперерабатывающих заводов. Данные в табл. 2 показывают, что отечественная добыча сырой нефти
снизилась в 2008 г., что, вероятно, является частью секторного снижения
добычи сырой нефти, которое произошло с середины 1970-х годов, когда в
США был пик добычи. Добыча возросла в Мексиканском заливе и формации Баккен в Северной Дакоте16, что привело к росту отечественной добычи за два последних года.
16 Толщина нефтесодержащих сланцев в Баккене порядка 49 м, они расположены на глубине около 3 км. Запасы нефти оцениваются в 3,65 млрд. баррелей. Количество скважин
превышает 4 тыс.
121
Таблица 1.
Потребление нефтепродуктов в США, 2004-2010 гг.
(млн. баррелей/день)
Бензин
Все нефтепродукты
2004
9,10
20,73
2005
9,16
20,80
2006
9,25
20,69
2007
9,29
20,68
2008
8,97
19,50
2009
8,98
18,77
2010
9,03
19,15
Источник: Energy Information Administration, April 28,
http://www.eia.doe.gov/petroleum/data.cfm#consumption
2011,
Характеристикой нефтяного рынка США, а также мирового рынка является то, что для доступа к рынкам характерна тенденция последовательности. Обычно первым источником нефти в стране, который используется,
является добыча отечественной нефти, если она имеется. Обычно следующим источником поставки в США является импорт из стран, которые не
входят в Организацию стран-экспортеров нефти (ОПЕК). И, наконец, оставшийся спрос удовлетворяется странами ОПЕК17. Это поведение предполагает, что, если США нарастят отечественную добычу нефти и конденсата
природного газа, то результатом, вероятно, станет эквивалентное снижение
импорта (при прочих равных условиях).
Таблица 2.
Поставки нефтепродуктов в США, 2005-2010 гг.
(млн. баррелей/день)
Добыча сырой нефти
Нетто импорт
2005
5,18
12,55
2006
5,10
12,39
2007
5,06
12,04
2008
4,95
11,11
2009
5,36
9,68
2010
5,51
9,44
Источник: Управление энергетической информации, 28 апреля 2011 г., имеется на: http://www.eia.doe.gov/dnav/pet/pet_crd_crpdn_adc_mbblpd_a.htm и
http://www.eia.doe.gov/dnav/pet/pet_move_neti_a_ep00_IMN_m,,pld_a.htm
Примечание: Нетто импорт включает как сырую нефть, так и нефтепродукты.
Эта точка зрения обосновывается данными Управления энергетической информации,
которые показывают, что избыточное предложение в мире характеризуется тенденцией
оставаться в ОПЕК.
17
122
Данные в табл. 2 дают основание предполагать, что ценовой пик
2008 г. не привел к росту добычи сырой нефти в США, или не смог
прекратить его падение. Снижение потребления, которое стало результатом высоких цен и снижения доходов в 2008 г., внесло вклад в снижение импорта, наблюдавшееся в 2008 и 2009 гг., а рост отечественной
добычи внес вклад в дальнейшее снижение импорта в 2011 г.
На добычу сырой нефти в офшорной зоне США приходилось приблизительно 31% общей добычи сырой нефти в США в 2010 г., снизившись с
35% в 2004 г. Добыча в офшорной зоне, как показано в табл. 3, делится между добычей в водных ресурсах, находящихся под юрисдикцией Федерального правительства и под юрисдикцией штатов18. В пределах федеральных
вод осуществляется добыча 96% нефти в Мексиканском заливе и 3% в водах
у побережья штата Калифорния. Офшорная добыча штатов главным образом характерна для вод штата Аляска, в которых в 2010 г. было добыто 51%
нефти, приходящейся на штаты.
Таблица 3.
Добыча офшорной нефти в США, 2004-2010 гг. (
млн. баррелей/день)
Федеральные офшорные
Штатные офшорные
воды
воды
2004
1,528
0,356
2005
1,355
0,358
2006
1,371
0,331
2007
1,344
0,312
2008
1,218
0,280
2009
1,574
0,119
2010
1,695
0,118
Источник: Управление энергетической информации, доступно на:
http://www.eia.doe.gov/dnav/pet/pet_crd_crpdn_adc_mbpld_a.htm.
Добыча сырой нефти зависит от наличия доказанной базы запасов.
Данные в табл. 4 показывают, что, в то время как общие доказанные
запасы США изменяются в узком диапазоне, общие запасы были на 8%
ниже в 2009 г., чем в 2004 г. База запасов в федеральной офшорной
зоне снизилась приблизительно на 17% в течение пятилетнего периода
2004-2009 гг. Снижение доказанной базы запасов произошло в период
высоких цен на нефть, и это дает основания предполагать, что существуют экономические стимулы для разведки и разработки новых запасов, но другие ограничения могли до недавнего времени препятствовать этой деятельности на территории федерального OCS.
18 Юрисдикция штатов обычно ограничивается тремя морскими милями (1 морская миля =
1,85 км) в сторону моря от линии отсчета, от которой измеряется ширина территориальных
вод. Однако юрисдикция штатов Техас и Флорида в районе Мексиканского залива расширена
на девять морских миль, а для штата Луизиана составляет три имперских мили (1 имперская
миля = 0,898976 морской мили). Федеральная юрисдикция обычно расширяется на 200 морских миль от линии отсчета, от которой измеряется ширина территориальных вод.
123
Таблица 4.
Доказанная база запасов сырой нефти в США, 2004-2009 гг.
(млн. баррелей)
Федеральная
Общие запасы
офшорная зона
2004
4691
21371
2005
4483
21757
2006
4096
20072
2007
3905
21317
2008
3903
19121
2009
4129
20682
Источник: Управление энергетической информации, доступно на:
http://www.eia.doe.gov/dnav/pet/pet_crd_pres_dcu_RUSF_a.htm.
Так как база запасов во всех месторождениях снижается, а пластовое
давление в месторождениях становится ниже, результатом становится
снижение добычи сырой нефти. Это снижение добычи вследствие
уменьшения базы запасов может быть ослаблено с помощью использования методов повышенной нефтеотдачи, но результатом станет повышенная себестоимость добычи.
Рынки природного газа США
За последние шесть лет потребление природного газа в США в среднем
составляло более 22 трлн. куб. футов (табл. 5).
Из общего количества природного газа, поставленного потребителям в
2010 г., приблизительно 22% приходилось на потребителей из жилого сектора, 14% - на коммерческих потребителей, 30% - на промышленных потребителей, а 33% использовалось для производства электроэнергии. В течение шестилетнего периода с 2004 по 2009 г. потребление в жилом секторе
было относительно постоянным, а изменения были связаны с погодными
условиями и ценой. Потребление в коммерческом секторе также было относительно постоянным, в то время как потребление в промышленном секторе снизилось примерно на 15%, но восстановилось в 2010 г. Использование
природного газа для производства электроэнергии возросло приблизительно на 26% с 2005 по 2010 г.
Характеристики потребления в 2004-2010 гг. в США отражают различные реакции на ценовые изменения в различных секторах. Опосредованный
спрос (производный спрос) от потребителей из жилого сектора и источников производства электроэнергии не является очень чувствительным к цене,
поскольку главным образом конечное потребление природного газа в этих
секторах считается необходимым: отопление помещений, освещение и бытовая аппаратура. Для промышленного потребления характерна тенденция
большей чувствительности к цене, поскольку, когда природный газ используется в качестве сырья, например, при производстве удобрений, производимая продукция становится предметом международной конкуренции, и в
результате это трудно перенести на рост затрат для потребителя.
В 2010 г. 85% потребления природного газа в США было покрыто собственной добычей (см. табл. 6), па 90% объема импортируемого газа поступило по газопроводу из Канады. На сжиженный природный газ (LNG) при124
ходилось около 10% импорта, или около 1,3% от общего потребления в
США. Импорт LNG поступал главным образом из Тринидада, хотя Египет,
Норвегия и Йемен также экспортировали его в США в 2010 г.
Таблица 5.
Потребление природного газа в США, 2004-2010 гг.
(трлн. куб. футов)
Поставлено
Общее потребление
потребителям
2004
20,725
22,388
2005
20,315
22,010
2006
19,958
21,685
2007
21,249
23,097
2008
21,400
23,268
2009
20,965
22,839
2010
22,168
24,132
Источник: Управление энергетической информации, доступно на:
http://www.eia.doe.gov/dnav/ng/ng_cons_sum_dcu_nus_a.htm.
Примечание: Различие между общим потреблением и количествами, поставляемыми потребителям, связаны с использованием газа при добыче и распределении природного газа.
Таблица 6.
Поставки природного газа в США, 2004-2010 гг.
(трлн. куб. футов)
Внутренняя добыча
Импорт
2004
18,59
4,26
2005
18,05
4,34
2006
18,50
4,19
2007
19,27
4,60
2008
20,16
3,98
2009
20,58
3,75
2010
21,58
3,74
Источник: Управление энергетической информации, доступно на:
http://www.eia.doe.gov/dnav/ng/ng_move_impc_sl_a.htm.
Добыча природного газа в США стала возрастать с 2005 г., так как стала
возрастать его добыча из нетрадиционных источников, таких как сланцевый
газ. В результате роста отечественной добычи и воздействий экономической рецессии происходило снижение импорта с 2008 г. LNG, который по
некоторым прогнозам должен был стать основным источником природного
газа для экономики США, остается незначительным компонентом в поставках природного газа, и на него приходится 1-2%.
Доказанные запасы природного газа в США возросли в течение периода
с 2004 по 2009 г. приблизительно на 42% (см. табл. 7), даже и при том, что
страна в основном полагалась на отечественные поставки за указанный период. Этот результат может быть связан с разработкой новых, нетрадиционных месторождений природного газа, таких как сланцевый газ. За этот
период запасы в офшорной зоне снизились почти на 35%.
125
Таблица 7.
Доказанные запасы природного газа в США, 2004-2009 гг.
(трлн. куб. футов)
Офшорные
запасы штатов
Офшорные запасы Общие запасы
Федерального
правительства
2004
0,79
19,3
192,5
2005
0,77
17,8
204,4
2006
0,82
15,4
211,0
2007
0,72
14,3
237,7
2008
1,17
13,5
244,6
2009
0,99
12,6
272,5
Источник: Управление энергетической информации, доступно на:
http://www.eia.doe.gov/dnav/ng/ng_enr_dry_dcu_NUS_a.htm.
Экономическая эффективность: нефтяной рынок
Нефтяной рынок имеет глобальный охват. Изменения в спросе и (или)
потреблении, которые имеют место в любой части мира, вероятно, оказывают воздействия фактически на всех потребителей. Рост спроса во многих
случаях оказывает ключевое воздействие на высокую волатильность цен на
нефть. Ценовое поведение явлется результатом кратковременной неэластичности спроса на нефть и нефтепродукты. В краткосрочной перспективе неэластичный спрос предполагает, что рост цен будет иметь относительно меньшее воздействие на требуемое количество. Этот вывод начинается с
изменения цены и обнаруживается в том, как это изменение воздействует на
количества. Обратная логика также верна: эти небольшие изменения в количестве могут привести к относительно большим изменениям в цене. На
протяжении периода высоких цен на нефть с 2004 по 2008 г. реальное количество запрашиваемой нефти превышало прогнозируемый спрос вследствие более высоких, чем ожидалось, мировых уровней роста валового национального продукта. Экономическая рецессия привела к умеренному
мировому росту валового национального продукта и привела к стабилизированному спросу на нефть, но спрос снова повысился, так как мировая
экономика стала выходить из рецессии.
Еще одним фактором, важность которого возросла в период с 2004
по 2010 г., стало появление нефтяных контрактов как финансовых ресурсов через инвестиции в рынок сырьевых товаров. Степень влияния
этого фактора на волатильность нефтяных цен все еще является предметом споров, но появление “финансовой нефти” ввело роль ожиданий
более непосредственно в цены на нефть.
Как кратковременная неэластичность спроса и возрастающая чувствительность нефтяного рынка к ожиданиям, вероятно, играют роль в определении степени, с которой открытие офшорных территорий с потенциальными запасами ресурсов будет воздействовать на цены на нефть.
Анализы воздействия на нефтяные рынки открытие офшорных территорий с ограничением на разведку и, в конечном итоге, на добычу усложняются неопределенностями, свойственными нынешним оценкам запасов.
Так как ни разведка, ни оценка запасов не проводятся с использованием современных технологий, имеющиеся оценки, вероятно, являются гипотетическими. Фактором является также время. Даже, если разведка участков нач126
нется в этом году, вероятно, должно пройти 5-10 лет, прежде чем значительный уровень добычи достигнет рынка. По этим причинам не является
возможной точная количественная оценка воздействия на цену на нефть открытия этих офшорных территорий.
Возможны качественные наблюдения. Если нефтяные рынки находятся
в состоянии затишья, когда достигаются ключевые решения (сдача в аренду,
разведка месторождений, добыча и т.д.), это означает наличие значительных
избыточных мощностей, и нефтеэкспортирующие страны ограничивают
добычу. При этом воздействие на цены на нефть, вероятно, будет минимальным. Если рынок характеризуется недостатком предложения, воздействия могут быть заметными, и это будет содействовать снижению цен. Здесь
играет роль неэластичность спроса, так как относительно небольшое повышение ожидаемых запасов и добычи может оказать несоразмерное воздействие на цену.
Однако более низкие цены на нефть обычно должны содействовать потреблению. Повышенное потребление более дешевой нефти может привести к росту углеродных выбросов. Пока возрастающее потребление
вследствие более низкой цены будет удовлетворяться за счет использования
новых отечественных поставок, энергетическая зависимость не будет возрастать. Вряд ли освоение офшорных территорий будет повышать энергетическую зависимость США от иностранных энергетических источников,
она может даже снизиться. Другие, более старые месторождения, вероятно,
будут работать со снижением уровня добычи к тому времени, когда новые
офшорные источники станут осваиваться, и это означает, что, вероятно, эти
новые источники добычи могут только возместить утерянную добычу в других местах, и тем самым, снизится степень роста иностранной зависимости.
Затраты на освоение этих запасов зависят также от состояния нефтяного
рынка в ключевой точке принятия решения. Затраты на строительство и освоение в рамках инвестиционных проектов по добыче нефти резко возросли в последние годы, отражая высокие рыночные цены за нефть. Отсрочки
и быстро возрастающие затраты снижают экономическую жизнеспособность многих проектов. Хотя условия низких цен на нефть могут снизить
напряженность в строительстве и освоении рынков, снизить затраты, они
могут также снизить вероятность того, что нефтяные компании сочтут, что
освоение этих запасов не будет экономически жизнеспособным.
Экономическая эффективность: рынок природного газа
Рынки природного газа отличаются от нефтяного рынка в том, что они
не глобальные, а региональные. Как показано в табл. 6 выше, фактически
все потребление природного газа приходится на американские или канадские источники. Единственная связь между региональными рынками природного газа происходит через LNG, но быстро растущий рынок LNG,
предсказанный ранее в этом десятилетии, не смог материализоваться, и
LNG все еще характеризуется главным образом долговременными двусторонними поставками и договорами о покупке. На рынке Северной Америки
LNG играет роль компенсации дефицита для достижения баланса спроса и
предложения. Так как добыча на отечественных месторождениях сланцевого
газа на внутренней территории страны возрастает, роль LNG на рынке
США, вероятно, будет малой.
В этой региональной рыночной структуре развитие новых офшорных
поставок в США может оказать значительное воздействие на внутреннюю
цену на природный газ, а также будет содействовать энергетической незави127
симости США для этого вида топлива. Хотя цена на природный газ не демонстрирует такую же самую степень волатильности, как цена на нефть,
США находятся среди регионов с самыми высокими ценами в мире. Высокие цены приводят к тому, что потребители из жилого сектора распределяют большую часть своих бюджетов для отопления домов. Промышленные
потребители либо несут потери по сравнению с иностранными конкурентами, либо прекращают добычу в США, когда отечественные цены на природный газ становятся намного выше тех, которые наблюдаются в других
регионах мира. Освоение офшорных ресурсов природного газа, вероятно,
еще больше задержит развитие роста системы LNG в США. Терминалы для
регазификации LNG оказалось трудно размещать и получать на них разрешение, и они дороги в строительстве. Если отечественные запасы природного газа находятся вблизи существующих систем сбора и распределения,
по крайней мере, в Мексиканском заливе, тогда развитие возможно, терминалы LNG могут оказаться ненужными, в зависимости от объемов природного газа, которые в конечном итоге можно извлечь. Освоение офшорного
природного газа, хотя обычно и связано с офшорной добычей нефти, оно,
вероятно, будет менее конкурентоспособным в условиях рынка, на котором
доминирует добыча сланцевого газа на суше.
Больший доступ к OCS и поставке
Управление энергетической информации (EIA) при Министерстве энергетики США прогнозирует, что добыча нефти в США должна возрасти от нынешних 5,3 млн. баррелей в день до 6 млн. баррелей в день к 2035 г. с полным
доступом к OCS19. В силу значительных запасов во внешнем шельфе и ресурсного потенциала большая часть прогнозируемого роста добычи будет, по
имеющимся данным, будет приходиться на OCS. EIA прогнозирует, что офшорная добыча сырой нефти возрастет от 1,7 до 1,9 млн. баррелей в день к
2035 г., когда будет полностью открыт доступ к OCS. EIA прогнозирует, что
добыча на панируемых территориях Атлантического и Тихоокеанского побережья после 2014 г. и из восточной части Мексиканского бассейна после 2025 г.
должна принести добавку еще в 500 тыс. баррелей в день к поставкам США.
Офшорная добыча природного газа в 48 штатах, расположенных между Канадой и Мексикой, как ожидается, останется более или менее стабильной до 2035
г. Оценки EIA отличаются неопределенностью в отношении того, насколько
велика будет добыча в ранее ограниченных территориях20. На основе средних
ресурсных оценок Бюро по управлению энергией океана (ВОЕМ), в отчете,
подготовленном для Американского нефтяного института, ICF International21
оценивает рост добычи в OCS на прежде ограниченных территорий на 286 тыс.
баррелей в день в 2030 г.22
В исследовании Национального нефтяного совета (NPC) оценивается,
что 1 млн. баррелей нефти и 3,8 млрд. куб. футов природного газа в день
могут быть добавлены к поставкам нефти и газа к 2025 г. с территорий, ра-
U.S. DOE/EIA, Annual Energy Outlook, 2011.
Заявление д-ра Говарда Грюнспехта (Howard Gruenspecht), действующего руководителя
Управления энергетической информации при Министерстве энергетики, перед Подкомитетом
по энергетике и минеральным ресурсам, Комитета по природным ресурсам, Палаты представителей США, 5 марта 2009 г.
21 Одна из ведущих международных компаний, предоставляющих консультационные услуги в
области энергосбережения, энергоэффективности, энергетического менеджмента, охраны окружающей среды, управления и промышленных технологий. Создана в 1969 г.
22 ICF International. Strengthening Our Economy: The Untapped U.S. Oil and Gas Resources, prepared for
American Petroleum Institute, December 5, 2008.
19
20
128
нее ограниченных, если OCS останется открытым наряду с суммарными инвестициями в размере внушительной суммы в 98 млрд. долл. для проектов
разведки и разработки месторождений23.
Перед отменой моратория в OCS ВОЕМ прогнозировало рост отечественной добычи на федеральных землях, который будет приходиться
главным образом на глубоководную часть офшорной зоны в Мексиканском заливе. Согласно данным ВОЕМ, на глубоководную добычу нефти
уже приходится больше 70% офшорной добычи и 18,5% общей добычи
в США сырой нефти. Количество сдаваемых в аренду участков по типу
продаж в мелководной части сократилось с 418 в 2002 г. до 264 в 2008 г.,
в то время как количество сдаваемых в аренду участков в глубоководной
части возросло с 281 до 633 в течение того же самого периода. После
вступления в силу Закона об освобождении от уплаты ренты за глубоководное бурение от 1995 г. (100 футов, или 305 м) глубина бурения достигла 1100 футов в 1997 г. После этого имел место заметный рост разведки ресурсов, и глубина бурения в Мексиканском заливе достигла уже
очень больших величин (5000 футов) с 2003 г.
Однако новая добыча, которая будет проводиться на вновь открытых
территориях, будет зависеть от многих факторов, таких как цены на нефть и
природный газ; инвестиции в разведку, открытие месторождений и инфраструктуру, а также нормативных требований. Намного ли изменится сценарий добычи, если OCS будет оставаться открытым?
Освоение сдаваемых в аренду глубоководных участков намного работы,
чем освоение в мелководье, но потенциальные запасы и выплаты, вероятно,
намного больше в первом случае. Пролив 2010 г. в Мексиканском заливе и
соответствующие изменения в регулировании освоения глубоководных участков замедлили освоение офшорных участков в кратковременной перспективе, но долговременные воздействия на освоение офшорных нефтегазовых месторождений остается неопределенным.
Запасы нефти и природного газа и запасы в OCS
Значимые предсказания или прогнозы воздействия офшорной добычи
нефти и природного газа на территориях, которые ранее находились под
действием моратория, должны основываться на технических оценках нефтегазовых запасов на этих территориях. Качество этих оценок зависит от использованной методологии и имеющихся данных. В этом разделе приведен
обзор качества нынешних оценок неразведанных офшорных территорий и
неопределенностей, связанных с этими оценками.
Оценка запасов и технологические изменения
Методы оценки в OCS
Разведка месторождений и добыча являются стадиями, на протяжении которых возрастает объем данных, обеспечивающих повышение определенности
в отношении имеющихся запасов нефти и природного газа. Перед открытием
месторождения с помощью пробуренных скважин оценённые объема нефти и
природного газа называются неразведанными запасами. Когда месторождение
нефти и (или) газа было открыто, объемы нефти или газа измеряются в участках или месторождении с помощью вскрытия скважины или другой технологии, и они называются запасами. Измеренные запасы сообщаются Комиссии
23
National Petroleum, Council, Facing the Hard Truths About Energy, p. 168, July 2007.
129
по ценным бумагам и биржам24 владельцами скважин25. Запасы сообщаются для
территорий OCS США, которые были освоены, такие как центральная и восточная часть Мексиканского залива и некоторые части побережья штата Калифорния, но не сообщается о запасах нефти или природного газа вдоль Атлантической части OCS, поскольку тем не было открытия месторождений, и
сообщалось только об умеренных запасах OCS Аляски (30 млн. баррелей нефти, без газа на 2006 г.)
На пограничных территориях или неразведанных территориях около существующих мест добычи, на которых проводилось мало геофизических поисков
(или, вообще, не проводились) или бурения, объемы неразведанных запасов
нефти и природного газа можно оценить на основе геологических характеристик
территории. Качество этих оценок зависит в основном от обилия и качества
имеющихся геологических данных для геологов, проводящих оценки. Геологические характеристики отдаленных территорий, в той мере, в которой они известны, можно сравнивать с характеристикой добычи на геологически сходных
или аналогичных территориях. Количество и масштаб месторождений нефти и
природного газа изменяются с изменением геологической среды, так что подходящая геологическая модель должна применяться к отдаленной территории. И,
снова, большее количество геологической информации позволяет делать более
надежную оценку неразведанных запасов, в то время как меньшее количество геологической информации становится причиной большей неопределенности оценок. Министр внутренних дел Кен Салазар инструктировал ученых министерства
из ВОЕМ и Геологической службы (USGS) как делать обновленную оценку традиционных и возобновляемых офшорных энергетических ресурсов. В отчете,
опубликованном в начале апреля, основой являются главным образом предыдущие исследования ВОЕМ и Министерства энергетики. В отчете сделан вывод,
что существует ряд существенных пробелов знаний в отношении экологической
ситуации и данных об энергетических ресурсах в OCS26.
Поскольку неразведанные запасы нефти и природного газа оцениваются с
использованием характеристик добычи на известных территориях, и поскольку
добыча на известных территориях основана на нынешней технологии разведки и
добычи, эти оцененные объемы называются “технически извлекаемыми” (UTRR).
UTRR – это оценки объемов нефти и природного газа, вероятно, извлекаемых с
использованием имеющихся в настоящее время технологий, без значительных
издержек. UTRR изменяются, так как изменяются доступные технологии, но это
не связано с ценовыми изменениями. Если проводится экономический анализ
для определения объемов нефти и природного газа, которые можно рентабельно
извлечь в нынешних экономических условиях, эти объемы считаются неразведанными экономически извлекаемыми ресурсами (UERR). Оценки UERR изменяются с изменениями цен на нефть или природный газ.
Вследствие того, что числовые значения являются оценками, которые были
получены с использованием вероятностных методов, обычно сообщают три значения для UTRR: объем наличия нефти или природного газа с вероятностью
95%, объем наличия нефти или природного газа с вероятностью 5% и среднее
значение. Вероятность в 95% - это минимальное значение, поскольку имеется
24 Агентство Правительства США, которое является главным органом, осуществляющим функции надзора и регулирования американского рынка ценных бумаг. Комиссия была создана в
1934 г. при президенте Рузвельте с целью восстановления доверия инвесторов к фондовому
рынку в период Великой депрессии.
25 Полный глоссарий и объяснения терминов, относящимся к отчетности по нефти и природному газу, можно найти в Своде федеральных правил 17 CFR Parts 210, 229, and 249 [Release
Nos 33-8935, 34-58030, File No. 57-15-08] RIN 3235-AK00, Modernization of the Oil and Gas Reporting Requirements.
26 U.S. Department of the Interior, Survey of Available Data on OCS Resources and Identification of Data
Gaps, Report to the Secretary, OCS Report MMS 2009-015 http://www.doi.gov/ocs/report.pdf.
130
максимальная определенность, а вероятность в 5% - это максимальный объем, но
самая большая неопределенность. Многие пользователи этих оценок полагаются
на среднее значение для объемов имеющейся нефти или природного газа, но
важно рассмотреть все три значения для обоснования неопределенности, с которой имеется вероятность наличия объемов нефти или природного газа.
Оценки запасов
Оценки UTRR для OCS США, сделанные ВОЕМ, представляют собой
оценки, статистическая вероятность которых изменяется по регионам, поскольку доступность геологических данных сильно варьируется по регионам27. Например, интенсивные работы по разведке и характеристики добычи в центральной и восточной частых Мексиканского залива и в южной части
побережья Калифорнии дали относительно большое количество геологических данных, используемых при оценке. Напротив, для большей части оставшейся территории OCS было мало работ по разведке и добыче нефти и природного газа. Поэтому оценки UTRR вдоль Атлантического побережья,
значительной части Тихоокеанского побережья и берегов Аляски несут значительную неопределенность. ВОЕМ пытается запросить данные геофизических
исследований (главным образом сейсмические данные) вдоль этих побережий,
и осуществляет закупку данных в той мере, в которой это позволяет сделать
бюджет, но надежные данные трудно приобрести, а многие имеющиеся данные
устарели28. Обычно начальные оценки UTRR изменяются, временами значительно, так как количество и качество данных улучшается по мере достижения
прогресса в разведке месторождений (см. рис. 1). Кроме того, не было попыток
сделать оценки UERR для OCS США за пределами нынешних территорий добычи. Поэтому нужно проявлять осторожность при попытке прогнозирования
будущей добычи и дохода из OCS.
Источник:American Petroleum Institute, 2009.
Рисунок 1. Оценка запасов природного газа в OCS
U.S. Department of the Interior. Minerals Management Service, Fact Sheet RED-2006-01b, Assessment of Undiscovered Technically Recoverable Oil and Gas Resources of the Nation’s Outer Continental Shelf, 2006.
28 U.S. Department of the Interior. Minerals Management Service, OCS Report MMS 2007-049, Geological & Geophysical Lata Acquisition, Outer Continental Shelf Through 2004-2005, 2007.
27
131
Примечания к рисунку 1: Изменения в оценках для неразведанных технически извлекаемых запасов природного газа в регионах Атлантического и
Тихоокеанского побережья (находящихся под мораторием) и Мексиканского залива (осваиваются) в период с 1974 по 2006 г.
Пояснения к рисунку:
Natural Gas Resources TCF – запасы природного газа, трлн. куб. футов
Today – в настоящее время
Atlantic and Pacific Resource Estimates – оценка запасов Атлантического и
Тихоокеанского побережья
Gulf of Mexico Estimates – оценки для Мексиканского залива
Produced Natural Gas Since 1974 – добыто природного газа с 1974 г.
USGS – Геологическая служба США
MMS – Current – Служба управления минеральными ресурсами – текущая ситуация
MMS – 2006 Revised Resources Estimates - Служба управления минеральными ресурсами – пересмотренные оценки 2006 г.
Оценка запасов в OCS
Для офшорной нефти, в рамках известной категории запасов (доказанные запасы, недостоверные запасы и оцененные запасы) ВОЕМ оценил доказанные и недостоверные запасы нефти в OCS как 8,55 млрд. баррелей (3,9
млрд. баррелей доказанных и 4,65 млрд. баррелей недостоверных запасов).
Категория оцененные запасы ВОЕМ составила 6,88 млрд. баррелей. Офшорные доказанные (14,3 трлн. куб. футов) и недостоверные (14, 96 трлн.
куб. футов) запасы природного газа оценивались в 29, 26 трлн. куб. футов,
плюс 30,91 трлн. куб. футов оцененных запасов.
В категории UTRR ВОЕМ оценило запасы нефти почти в 86 млрд.
баррелей. Из этого объема около 46 млрд. баррелей нефти потенциально приходятся на центральную и восточную часть Мексиканского залива
и около 25,3 млрд. баррелей нефти – на Аляску. Из этого общего количества примерно 66,4 млрд. баррелей из 84, 24 млрд. баррелей, которые
доступны (около 79%) для продажи на правах аренды в нынешней пятилетней программе ВОЕМ.
ВОЕМ оценивает вновь доступные запасы (с прекращением моратория)
примерно в 13,9 млрд. баррелей29. Для природного газа ВОЕМ оценивает
общие запасы в 420 трлн. куб. футов, из которых около 55 трлн. куб. футов
являются вновь доступными со времени отмены моратория. Все вновь доступные территории могут быть включены в следующую пятилетнюю программу ВОЕМ сдачи в аренду по праву продажи, в рамках нынешнего законодательства. Около 3,88 млрд. баррелей нефти и 21,51 трлн. куб. футов в
восточной части Мексиканского залива будет оставаться вне лимитов.
Из общей площади 1,7 млрд. акров OCS около 131 млн. акров доступно
для сдачи в аренду в нынешней пятилетней программе сдачи в аренду30.
Около 76% общей площади, но только 21% UTRR было недоступно в рамках моратория на OCS, согласно оценкам ВОЕМ. Имеется 1600 арендован-
29 Заявление Стива Оллреда (Stephen Allred), руководителя управления землей и природным ресурсами Министерства внутренних дел перед Комитетом Сената по вопросам энергии и природных ресурсов, Таблица с оценкой запасов, 25 января 2007 г.
30 Площадь, доступная в OCS в рамках плана сдача в аренду на 2007-2012 гг., была перечислена
в размерен 181 млн. акров в MMS Министерства энергетики, Budget Justifications, FY2010, p. 9/ Но
2 апреля 2010 г. было объявлено об аннулировании пяти сдач в аренду по праву продажи на
Аляске, что привело к снижению доступной площади в размере около 50 млн. акров.
132
ных нефтеносных участков (10,5 млн. акров) из 8124 нефтеносных участков
(на 43 млн. акров), которые находятся пол управлением BOEB в OCS.
В ближайшее время, вероятно, дополнительные офшорные запасы появятся из глубоководных месторождений в Мексиканском заливе, на площади, на которой находится большая часть арендованных нефтеносных участков и на которой находятся самые большие потенциальные запасы.
Открытые глубоководные месторождения намного больше, чем те, которые
находятся в мелководной части. Ежегодные добавки объема к недостоверным запасам, запасам и объявленных промышленностью открытий в глубоководной части достигли самого высокого значения за все время в 2006 г.
Когда становится ясно, что месторождение переходит к добыче, тогда эти
недостоверные запасы становятся доказанными запасами. С 2006 г. был рост
на 44% в доказанных глубоководных открытых месторождениях в Мексиканском заливе. Но в то же самое время имеется большое количество не
разбуренных глубоководных арендованных нефтеносных участков. Из почти 1900 сверх глубоководных (с глубиной 5000 футов или больше) арендованных нефтеносных участков только 272 были пробурены в период с 1996
по 2007 г. Если нефтегазовая промышленность будет продолжать активно
финансировать для разведки и разработки месторождений в OCS и будут
продолжаться открываться новые глубоководные месторождения, тогда
снижение офшорных запасов может замедлиться или прекратиться.
Оценки запасов по зонам действия плана
ВОЕМ разделило OCS на 26 зон действия плана в пределах четырех
регионов (Атлантическое побережье, Мексиканский залив, Тихоокеанское побережье и Аляска). В табл. 2 перечислены оценки запасов по зонам действия плана. В соответствии с оценками ВОЕМ, территории с
самым большим ресурсным потенциалом находятся в центральной и западной частях Мексиканского залива. На взятые вместе эти две зоны
действия плана приходится 48% нефти UTRR и 50% природного газа
UTRR в OCS. На Аляску приходится около 31% оцененного потенциала
нефти и природного газа в OCS.
Таблица 8.
Оценка ВОЕМ UTRR в OCS по зонам действия плана
Зона действия плана
Нефть (млрд.
Природный газ
баррелей)
(трлн. куб. футов)
Атлантическое побережье
Северная Атлантика
1,91
17,99
Средняя Атлантика
1,50
15,13
Южная Атлантика
0,41
3,86
Итого Атлантическое
3,82
36,99
побережье
Мексиканский залив
Восточная часть
3,88
21,51
Центральная часть
30,32
144,77
Западная часть
10,70
66,25
Флоридский пролив
0,02
0,02
Итого Мексиканский залив
44,92
232,54
133
Зона действия плана
Нефть (млрд.
баррелей)
Природный газ
(трлн. куб. футов)
Тихоокеанское побережье
Штаты Вашингтон и Орегон
0,40
2,28
Северная часть Калифорнии
2,08
3,58
Центральная часть
2,31
2,41
Калифорнии
Южная часть Калифорнии
5,74
5,74
Итого Тихоокеанское
10,53
18,29
побережье
Аляска
Море Ботфорта
8,22
27,64
Залив Кука
1,01
1,20
Залив Аляски
0,63
4,65
Остров Кадьяк
0,05
1,84
Северо-Алеутский бассейн
0,75
8,62
Острова Шумагина31
0,01
0,49
Нефтегазоносный бассейн
0,21
2,80
Сент-Джордж
Нефтегазоносный бассейн
0,13
1,22
Наварин
Нефтегазоносный бассейн
0,06
3,06
Нортон
Нефтегазоносный бассейн Х
0,15
3,77
оуп
Чукотский нефтегазоносный
15,38
76,77
бассейн
Алеутская островная дуга
na
na
Нефтегазоносный бассейн
na
na
Бауэрс
Алеутский нефтегазоносный
na
na
бассейн
Нефтегазоносный бассейн
na
na
Сент-Мютью Холл
Итого Аляска
26,61
132,06
Итого OCS США
85,88
419,88
Источник: Заявление Стива Оллреда, DOI/MMA, January 25, 2007.
na = нет данных
Кроме того, экономически извлекаемые запасы нефти и природного
газа на основе цены на нефть в размере 80 долл. за баррель представлены на карте на рис. 2 для зон действия плана, предложенных для
оценки воздействия на окружающую среду в рамках недавнего распоряжения Президента Обамы.
31
Группа островов Алеутской гряды, с общей площадью 1192 кв. км.
134
135
Рисунок 2. Оцененные неразведанные экономически извлекаемые запасы (при цене 80 долл./баррель)
Источник: BOEM, http://www.BOEM.gov/revaldiv/PDFs/NA2006BrochurePlanningAreaInsert.pdf
Примечание к рисунку 2: Для экономически извлекаемых запасов
природного газа цена не определена
Пояснения к рисунку:
Washington/Oregon – Вашингтон/Орегон
Northern California – северная Калифорния
Central California – центральная California
Southern California – южная California
Chukci Sea – Чукотское море
Hope Basin – нефтегазоносный бассейн Хоуп
Norton Basin - нефтегазоносный бассейн Нортон
St. Matthew-Hall – нефтегазоносный бассейн Сент-Мэтью
Navarin Basin – нефтегазоносный бассейн Наварин
Aleutian Basin – Алеутский нефтегазоносный бассейн
Bowers Badin – нефтегазоносный бассейн Бауэрс
Aleutian Arc – Алеутская островная дуга
St. Georges Basin – нефтегазоносный бассейн Сент-Джордж
Shumagin – острова Шумагина
North Aleutian Basin – Северо-Алеутский бассейн
Kodiak – остров Кадьяк
Gulf of Alaska – Залив Аляски
Cook Inlet – Залив Кука
Western Gulf of Mexico –западная часть Мексиканского бассейна
Central Gulf of Mexico – центральная часть Мексиканского бассейна
Eastern Gulf of Mexico – восточная часть Мексиканского бассейна
Straits of Florida – Флоридский пролив
South Atlantic – южная Атлантика
Mid Atlantic – средняя Атлантика
North Atlantic – северная Атлантика
Оценки запасов по глубине воды
Зоны действия плана ВОЕМ имеют значительные различия как по глубине воды, так и по расстоянию от берега (см. веб-сайт ВОЕМ Карты оценки запасов на http://www.mms.gov/revaldiv/NatAssessmentMap.htm). Например, в районе северной Атлантики свыше половины потенциальных
запасов нефти и природного газа может находиться на глубине воды 200 м
и ниже, в то время как северной Атлантике свыше 70% запасов нефти и
природного газа находится на глубинах 200-800 м, и на основе карт ВОЕМ,
они, по-видимому, находятся на расстоянии более 50 миль от берега. Вследствие узости шельфовой зоны у побережья Калифорнии большая часть потенциальных запасов нефти и природного газа, должна, вероятно, находиться на расстоянии 50 миль от берега и на глубинах воды от 0 до 800 м.
Восточная часть Мексиканского залива значительно различается от двух
других частей тем, что большая часть запасов нефти (84%) и природного
газа (68%) находится на глубине 2400 м и больше 100 миль от берега. Оценки показывают, что около 15% потенциальных запасов нефти и 22% потенциальных запасов природного газа могут находиться на глубинах меньше 200 м (и также на расстоянии более 100 миль от берега).
Процесс и программа сдачи в аренду участков в OCS
Закон о сдаче в аренду участков на внешнем континентальном шельфе
от 1953 г. (OCSLA) с изменениями и поправками предусматривает сдачи в
аренду нефтегазоносных участков на землях OCS таким образом, чтобы
136
обеспечивалась защита окружающей среды и доход для федерального правительства. Доход обеспечивается темя способами: надбавка к цене за торги,
сдача в аренду и плата за право разработки недр. Аренда по типу договора
проводится с помощью конкурсного, закрытого процесса проведения торгов, а арендованный нефтеносный участок присуждается участнику торгов,
предложившему наибольшую сумму. Минимальное предложение цены определяется для каждого предлагаемого участка. Успешные участники торгов
делают предварительную оплату, которая называется предложением с надбавкой к цене для обеспечения контракта на аренду.
На протяжении последних 17 лет ежегодные бонусы к доходам варьировались от 85 млрд. долл. в 1992 г. до 1,4 трлн. долл. в 1997 г. Надбавка к цене
за нефтеносные глубоководные участки в середине 1990-х годов привели к
подъему ежегодных бонусов к доходам32. Офшорные надбавки к предложению цены в общей сложности достигли 374 млн. долл. в 2007 финансовом
году. Но в результате высоких цен на нефть и природный газ и значительных возможных запасов в центральной части Мексиканского залива рекордные надбавки к предложению цены в размере 3,7 млрд. долл. были
приняты BOEM/ONRR за сдачу в аренду по типу продажи в марте 2008 г.
В дополнение к премии, выплачиваемой наличными к конкурсному
предложению налагалась фиксированная арендная плата за право разработки месторождения в размере 12,5 или 16,7% от стоимости добычи, в зависимости от факторов местонахождения. Эта плата могла быть наличными
или на основе оплаты “натурой”33. Например, для аренды по типу продажи
в рамках аукциона 224 (март 2008 г.) и аукциона 213 (март 2010 г.) потребовалась фиксированная арендная плата за право разработки всех глубоководных месторождений в размере 18,75%. Согласно данным представителей
ВОЕМ, ответственных за связи с Конгрессом, этот высокий уровень платежей (18,75%), вероятно, будет оставаться и для будущих видов сдачи в аренду по типу продажи. Министр внутренних дел может снизить или исключить такие выплаты, установленными на условиях аренды, для содействия
повышению извлечения.
Ежегодная арендная плата составляет 5-9,5 долл. за акр (в зависимости от
глубины воды), а площадь арендованного участка обычно варьируется от
2500 до 5760 акров34. Однако ежегодные уровни арендной платы за продажи
в марте 2009 г. в центральной части Мексиканского залива начались при
цене 11 долл. за акр при аренде с глубиной больше 200 м. Гарантийные
требования составляют 50000 долл. за арендованный участок, и они могут
доходить до 3 млн. долл. за всю территорию.
В рамках OCSLA требуется, чтобы министр внутренних дел передал пятилетнюю программу сдачи в аренду, в которой определены время, местоположение и площадь предлагаемых участков. Каждая пятилетняя программа сдачи в аренду содержит длительный многостадийный процесс, который
включает оценку воздействия на окружающую среду. После периода открытых замечаний программа с заключительным предложением передается
Президенту и Конгрессу, которая может быть одобрена министром через 60
дней при отсутствии возражений со стороны Конгресса.
U.S. Department of the Interior, FY2002 Budget Justification, p. 63.
Такого рода выплаты должны быть в форме баррелей нефти или куб. фут. Природного газа.
34 Ежегодная арендная плата обычно составляет 5-6,25 долл. за акр при глубине меньше 200 м,
и 7-9,5 долл. за акр при глубине больше 200 м.
32
33
137
В рамках нынешнего законодательства основными офшорными сроками
аренды являются 5, 8 или 10 лет, в зависимости от глубины воды35. Однако
новые сроки аренды для лицензионных площадок от 400 до 1599 м глубиной были введены, начиная с соглашений о продаже в марте 2010 г.36 Сдача
в аренду продолжается до тех пор, пока будут добываться количества промышленного значения. Если арендованный участок не дает нефть или природный газ в промышленных количествах к концу первого срока, арендованный участок возвращается правительству для возможной будущей сдаче
в аренду с правом продажи, если только арендатор не получит продление.
Продления могут предоставляться для офшорных лицензионных площадок
в рамках 30 CFR 250.18037. Регулирование продления для офшорных участков не связано с определением длительности продления, ни с условиями
или требованиями продления. Кроме того, нет ясности в том, как часто
ВОЕМ предоставляет продления.
Многие сроки аренды истекают до разведки месторождения или начала
добычи. Данные BOEM о состоянии разработки месторождения для существующих арендованных нефтеносных участков не были доступны; таким
образом, трудно классифицировать площади, которые не были задействованы на предварительной стадии или в стадии разработки (табл. 9).
Таблица 9.
Истечение срока действия аренды и отказ от лицензии, 2001-2007 гг.
Год
Количество истечений
Отказ от лицензии
Итого
срока аренды
2001
496
248
744
2002
422
224
656
2003
208
352
560
2004
155
252
497
2005
352
303
655
2006
711
280
991
2007
938
241
1179
Источник: DOI/BOEM
Девятнадцать сдач в аренду на основе продажи было запланировано в
рамках программы сдачи в аренду на 2007-2012 гг.38. Девять сдач в аренду с
правом продажи имели место до настоящего времени. Две такие сдачи имели место в 2997 г. (аукционы 204 и 295). Сдача в аренду на право продажи в
рамках аукциона 193 в январе 2008 г. и сдачи в аренду с правом продажи в
рамках аукционов 206 и 224 в марте 2998 г. Сдача в аренду с правом продажи в рамках аукциона 207 была проведена в августе 2008 г., такая же сдача в
35 Основным сроком является 5 лет для мелководья (< 400 м), 8 лет для арендованных участков с глубиной от 400 до 799 м и 10 лет для глубоководных участков для глубоководных
участков больше 800 м.
36 Начальные сроки аренды для лицензионных площадок от 400 до 799 м глубиной должны составлять пять лет, которые будут продлены до восьми лет при забуренных скважинах. Лицензионные площадки от 800 до 1500 м глубиной должны получать семилетний начальный срок
аренды, который может быть продлен до 10 лет при забуренных скважинах.
37 Свод Федеральных правил. Основные требования к контракту на аренду нефтеносного участка продления срока аренды и аннулирования контракта на аренду нефтеносного участка.
38 С 1983 г. обычная сдача в аренду с правом продажи в OCS должна состоять тысяч предлагаемых в аренду нефтеносных участков (8800 участков было предложено в рамках сдач в аренду с
правом продажи в 1984 г., но было только несколько сот получивших предложение цены.
138
рамках аукциона 208 – в рамках аукциона 208 – в марте 2009 г. и в рамках
аукциона в августе 2009 г. Самая последняя продажа (сдача в аренду с правом продажи в рамках аукциона 213) имела место в августе 2011 г. Аукцион
215 в августе 2011 г. был аннулирована. В Пересмотренной программе оставались три сдачи в аренду с правом продажи.
Доходы от сдачи в аренду с правом продажи в рамках аукциона 224
должны быть разделены с прибрежными штатами (Миссисипи, Алабама,
Техас и Луизиана), как требует Закон об энергетической безопасности в
Мексиканском заливе (GOMESA). Тринадцать из 348 участков с конкурсным предложением о сдаче в аренду, с правом продажи в рамках аукциона
207 также подпадали под соглашение о разделении дохода в GOMESA (см.
раздел разделения доходов в этом отчете).
Администрация Обамы обычно оказывает поддержку усилиям ВОЕМ в
облегчении разработки глубоководных и ультра глубоководных месторождений нефти и природного газа в Мексиканском заливе и в аляскинской
части OCS. С отменой моратория сдача в аренду может происходить на
вновь открытых территориях. Если OCS будет оставаться открытым, сдача в
аренду, то сдача в аренду на праве продажи может проходить во вновь открытых территориях. Добыча может начаться через 5-10 лет после сдачи в
аренду на праве продажи, если будут обнаружены промышленные количества. Вероятно, будут необходимы требования к новой инфраструктуре (например, трубопроводы, автомобильные дороги и объекты на суше), в особенности вдоль восточного побережья, где не проводилась деятельность по
сдаче в аренду на протяжении десятилетий.
Обычно возникнет ряд проблем в процессе сдаче в аренду нефтегазоносных участков, которые задерживают или мешают разработке месторождений, или они могут относиться к большому количеству арендованных
участков, находящихся в состоянии бездействия. Может иметь место недостаток буровых вышек или другого наличного оборудования и финансирования и (или) дефицит квалифицированной силы. Юридические проблемы
могут отложить или помешать разработке. Обычно имеется много арендованных участков в цикле разработки (например, в стадии проведения оценки воздействия на окружающую среду, получения разрешения или разведки), но не дающих промышленных количеств.
Доход в OCS
Разделение доходов или нет?
Доходы федерального правительства от сдачи в аренду офшорных участков оценивался в 6,5 млрд. долл. в 2011 финансовом году Управлением по
сбору доходов от эксплуатации природных ресурсов (ONRR). В течение
предыдущих 10 финансовых лет (2001-2010 гг.) доходы от федеральных
сдач в аренду участков в OCS изменялись от низкого значения в 4,1 млрд.
долл. в 2002 финансовом году до высокого значения 18 млрд. долл. в 2008
финансовом году. Из 18 млрд. долл. офшорного дохода в 2008 финансовом
году 8,3 млрд. долл. приходились на платежи за недра и 9,5 млрд. долл. – на
надбавку к цене за торги. Изменение цен на нефть и природный газ является самым значительным фактором в колебаниях дохода.
В общем, доходы от федеральных сдач в аренду участков в секторе энергетики и добычи минеральных ресурсов оценивались в 11,2 млрд. долл. в
2011 финансовом году Управлением по сбору доходов от эксплуатации
природных ресурсов (ONRR). На офшорные доходы приходилось 55 и 75%
общих доходов от сдачи в аренду месторождений минеральных и энергети139
ческих ресурсов, полученных федеральным правительством в течение последних 10 финансовых лет.
Доходы от сдачи в аренду в OCS разделяются между различными государственными доходами. Доходы от офшорных арендуемых участков на основании
специального закона распределяются между прибрежными штатами, Фондом
для охраны воды и земель39 и Национальным фондом сохранения исторического и культурного наследия40 и Министерством финансов США. Штаты получают 27% от всех денежных поступлений в OCS, расположенных ближе всего к офшорным землям штата в рамках Раздела 8(g)41 поправок к OCSL от 1985
г. (P.L. 99-272). Спор в отношении того, что означает “честное и справедливое”
разделение поступлений 8(g), был урегулирование поправками в OCSLAВ от
1985 г.42 2011 финансовом году эта доля составила 42 млн. долл. из примерно 2
млрд. долл. в общих перечислениях штату в офшорной зоне и на суше. Штаты
приводят доводы в пользу большей доли доходов в OCS на основе значительных воздействий на инфраструктуру и окружающую среду. Согласно данным
прибрежных добывающих штатов, доходы необходимы для ослабления воздействий на окружающую среду и для поддержания необходимой инфраструктуры для офшорной нефтегазовой промышленности. Положения о разделении дохода в Законе об энергетической безопасности Мексиканского залива от
2006 г. (GOMESA) дают возможность добывающим штатам в районе Залива
(Алабама, Миссисипи, Луизиана и Техас) получать 37,5% доходов, образующихся от некоторых арендованных участков, начиная с 2007 финансового года.
Начиная с 2007 г. и далее, добывающие штаты в районе Залива также должны
получать 37,5% доходов, получаемых от сдачи участков в аренду, которые входили в область планирования в 2002-2007 гг., включая прошлые сдачи в аренду
(описанные в регламенте). Фонд для охраны воды и земель (в настоящее время
финансируемый из доходов OCS) должен получать 12,5% оцененных доходов
для штатных программ, а федеральное Министерство финансов должно получать 50% от этих доходов. BOEM/ONRR оценили, что доля штатов должна в
общей сложности составить 3,1 млрд. долл. до 2022 г. и возрасти до общего количества 59,6 млрд. долл. до 2067 г.
Доходы, полученные от сдачи в аренду по типу продажи в рамках аукциона,
проведенного в марте 2008 г., и от 13 участков в OCS в рамках аукциона 208,
проведенного в марте 2009 г., были разделены с четырьмя природными штатами в рамках GOMESA. В рамках Программы помощи прибрежным штатам, находящимся под воздействием разработки нефтегазовых месторождений (CIAP),
Подробности о Фонде для охраны воды и земель можно найти в Отчете CRS RL 33531, Land
and Water Conservation Fund, Overview, Funding History, and Issues, by Carol Hardy Vincent.
В рамках Закона о сохранении исторического и культурного наследия (16 U.S.C. 470 et seq.)
Национальный фонд сохранения исторического и культурного наследия был уполномочен
ежегодно получать 150 млн. долл. от денежных поступлений из OCS. Разрешение на это истекло в конце 2005 финансового года; таким образом, денежные средства из поступлений в OCS
нее поступали в 2006 финансовом году. После перераспределения полномочий в декабре 2006
г. финансирование из поступлений в OCS возобновилось в 2007 финансовом году.
41 Поток поступления дохода 8(g) является результатом изменений 1978 г. в OCSL, которые
предусматривают “честное и справедливое” разделение доходов из Раздела 8(g) на землях месторождений нефти в данном районе. Эти земли определены в изменениях как покрытые водой землей территории, которые находятся за пределами стандартной демаркационной линии
в три морских мили между штатными и федеральными территориями, и которые обычно продлеваются до шести морских миль (или три морских мили за пределами юрисдикции штата00),
но которые включают общую землю для юрисдикции штата и федерального правительства.
Доля штатов в доходе (27%) была установлена в рамках изменений к OCSL от 1985 г. (P.L. 99272), и она уплачивается непосредственно штатам. Платежи штатам ранее поступали на депонент, а затем уплачивались в период с 1986 по 2001 гг.
42 U.S. Department of the Interior, Minerals Management Service, Mineral Revenues 2000, p.95.
39
40
140
доход, полученный от сдачи в аренду участков в OCS, разделяется с прибрежными добывающими штатами. На основе юридической формулы и полномочий в Законе об энергетической политике от 2005 г. (Раздел 384, P.L. 109-58),
250 млн. доходов в OCS ежегодно делятся в течение четырехлетнего периода (1
млрд. долл. с 2007 по 2010 г.). Доходы от GOMESA и CIAP распределяются для
определенных целей (идентифицированных в регламентах), таких как охрана
природs, защита прибрежных зон и их восстановление, ослабления ущерба рыболовству, и выполнение одобренных федеральным правительством планов морской, прибрежной среды или всесторонних планов охраны окружающей среды.
Для арендованных нефтегазовых участков на государственных землях штаты
обычно получают 50% дохода от аренды, бонусов и собранных платежей за
пользование недрами. Аляска, однако, получает 90% от всех доходов, собранных на государственных землях. Было положение в предложенном проекте пятилетней программы сдачи в аренду (2010-2015 гг.) обратиться к Конгрессу,
принять законодательство, которое должно расширить соглашения о разделении дохода со штатами от будущих сдач в аренду на праве продажи.
Оценки налогов за пользование ресурсами
В отчете ICF International43 сделана оценка, что открытие OCS для добычи должно привести к росту доходов федерального правительства на 360
млрд. – 1,4 трлн. долл. (включая налоги за пользование ресурсами и бонусы
в размере около 180 млрд. долл.) Этот рост представляет собой рост прогнозируемых доходов (с учетом моратория в OCS) на 15-60% на территории, которая определена как доступная, с учетом принятого развития всей
экономической ресурсной базы в течение 30-летнего периода44.
В проекте предложенной программы сдачи в аренду (DPP) на 2010-2015
гг. прогнозируемые доходы от сдачи в аренду составят 368 млн. долл. на основе 30 сдач в аренду на основе продажи (которые включают 10 таких сдач
на ранее закрытых территориях) в DPP. Дополнительно 1,1 млрд. долл.
должно образоваться из налогов. DPP не была реализована.
Эти оценки следует рассматривать с осторожностью, так как имеются
большие неопределенности. Прежде всего, количество извлекаемых ресурсов представляет собой оценку, основанную на предположениях и вероятностях; фактически они являются эмпирическими оценками. Во-вторых,
прогнозирование цены на нефть на несколько лет затруднено и является
сложным; прогнозируемые цены на десятилетия являются в высшей степени
неопределенными. И, наконец, возможное будущее законодательство, и его
положения неизвестны в настоящее время, и это значительно может изменить структуру доходов.
Проблемы окружающей среды, связанные с разведкой
и добычей в офшорной зоне
Экологические риски добычи нефти и природного газа в офшорной зоне
были наглядно отображены в Мексиканском заливе в результате недавних и
продолжающихся здесь разливов. Кроме того, прошлые события, связанные с
офшорной добычей нефти, такие как крупный разлив нефти, в районе СантаБарбары в штате Калифорния45 в 1969 г., стали причиной того, что и противники и сторонники офшорной добычи стали рассматривать риски и взвеши-
Strengthening Our Economy: The Untapped U.S. Oil and Gas Resources, December 5, 2008.
Там же, стр. 9.
45 28 января 1969 г. из нефтяной платформы в канале Санта-Барбары произошел выброс нефти, в результате которого за 11 дней в море вылилось около 1 млн. л углеводородов.
43
44
141
вать эти риски с экономическими и социальными выгодами добычи. Несмотря
на применение более совершенных средств бурения и мониторинга нефтяными компаниями, недавний офшорный разлив нефти после взрыва нефтяной
мобильной платформы Deepwater Horizon продемонстрировал, что все еще
могут происходить катастрофические аварии, в особенности связанные с более
сложным процессом бурения в глубоких водах. (Более подробное описание
этой катастрофы и связанной с ней проблем можно найти в Отчете CSR
R41262, Deepwater Horizon Oil Spill: Selected Issues for Congress, coordinated by Curry L.,
Hagerty and Jonathan L., Ramseur, CSR Report R41407, Deepwater Horizon Oil Spill:
Highlighted Actions and Issues, by Curry L., Hagerty and Jonathan L., Ramseur, CSR Report R4684, Oil Spill Legislation in the 112th Congress, by Curry L., Hagerty and Jonathan
L., Ramseur, CSR Report RL33705, Oil Spills in U.S. Coastal Waters: Background and
Governance, by Curry L., Hagerty and Jonathan L., Ramseur, CSR Report R41311,
Deepwater Horizon Oil Spill: Coastal Wetland and Wildlife Impacts and Response, by M. Lynne
Corn and Claudia Copeland).
В этом разделе описаны некоторые обычные экологические риски, связанные с офшорной добычей нефти и природного газа, и рассмотрено, как эти
риски изменяются с течением времени. Более подробное обсуждение офшорных экологических проблем включено в Отчет OCS MMS 2009-015 (см. сноску
22), в котором описано потенциальное воздействие офшорной добычи нефти
и природного газа на среды обитания морского дна, прибрежные среды обитания, морские рыбные ресурсы, морских млекопитающих, морских черепах и
морских и прибрежных птиц.
Охраняемые в настоящее время офшорные зоны
В дополнение к зонам ограниченного доступа на участках морских путей
и военных резервов, некоторые части офшорных вод США остаются запретными зонами для разработок даже после отмены моратория. Система национальных морских резерватов, находящаяся под управлением Национального
управления по исследованиям океанов и атмосферы, были созданы вначале в
рамках Закона о защите моря, исследованиях и резерватах от 1972 г. (MPRSA),
а затем существенно измененного и ставшего Национальным законом о морских резерватах от 1992 г.46 Это законодательство предоставляет полномочия
для Министра торговли при определенных условиях:
Определять в виде морских резерватов такие районы океанов, прибрежных зон и других водных объектов, поскольку море является внешней границей Континентального шельфа … которые определяют необходимость в
целях сохранения или восстановления таких территорий ради их природоохранных, рекреационных, экологических или эстетических ценностей.
Система национальных морских резерватов состоит из 14 резерватов,
которые отличаются по размеру от менее чем одной квадратной мили до
137792 квадратных миль. Из 14 резерватов 10 в настоящее время или потенциально расположены на территориях, которые могут быть привлекательными для разработки нефтяных или газовых месторождений. См. вставку
ниже. Разведка и разработка месторождений нефти и природного газа не
разрешена в границах Национальных морских резерватов, но такая деятельность может быть разрешена поблизости, в зависимости от определенных
положений программ сдачи в аренду ВОЕМ.
Законы упомянуты в порядке создания. Для получения большего представления следует обратиться к Законодательной истории Закона о национальных морских резерватах:
http://sanctuaries.noaa.gov/about/legislation/leg_history.html.
46
142
Вследствие продолжающейся озабоченности в отношении воздействий
разработки нефтяных и газовых месторождений на находящуюся поблизости
среду обитания Национального морского резервата, ВОЕМ осуществляет мониторинг воздействий деятельности по разработке нефтяных и газовых месторождений на территории коралловых рифов Национального морского резервата Фловер Гарден Бэнкс (Flower Garden Banks – отмели цветущих садов) в
Мексиканском заливе на протяжении 25 лет. Эти усилия продолжаются в партнерстве с Национальным управлением исследований океанов и атмосферы
(NOAA), которое управляет резерватом. Хотя сохраняется защитная зона в три
мили, деятельность по добыче нефти и природного газа возрастает на окружающей территории без наблюдаемого воздействия на коралловые рифы.
ВОЕМ требует, что функционирующая поблизости промышленность направляла свои отходы (методом удаления по трубопроводу к дну моря) в стороне от
границ резервата. Такая стратегия ослабления воздействия была разработана на
основе океанографических исследований, которые указывают, что это должно
предотвратить вступление материалов отходов с коралловыми рифами.
Национальные морские резерваты, расположенные в прибрежных
континентальных водах США47
Национальный морской резерват Монитор защищает потерпевший
крушение известный со времен Гражданской войны броненосец США “Монитор” у мыса Гаттерас48, Северная Каролина. Дата создания 30 января 1975 г.
Национальный морской резерват Острова Ченнел (Channel Islands)
включает воды, окружающие острова Сан-Мигель, Санта Роса, Санта Крус и
Санта Барбара у побережья Калифорнии. Дата создания 27 сентября 1980 г.
Национальный морской резерват Риф Грей с площадью 23 кв. мили, у
побережья Джорджии. Дата создания 16 января 1981 г.
Национальный морской резерват Залив Фараллонес покрывает площадь более 1200 кв. миль побережья и океанского заказника к западу от
Сан-Франциско. Дата создания 16 января 1981 г.
Национальный морской резерват Корделл Бэнк, получивший свое название от подводной горы, которая возвышается на 150 футов над поверхностью океана у полуострова Пойнт-Рейес, Калифорния. Площадь 526 кв.
миль. Дата создания 24 мая 1989 г.
Национальный морской резерват Фловер Гарден Бэнкс с площадью
50 кв. миль, в 100 милях от побережья штатов Техас и Луизиана. Дата создания 17 января 1992 г.
Национальный морской резерват бухта Монтерей – самый крупный в
стране морской резерват, занимающий площадь более 6000 кв. миль в прибрежных водах штата Калифорния. Дата создания – 18 сентября 1992 г.
Национальный морской резерват Стеллваген Бэнк (Stellwagen Bank)
им. Герри Стаддса49 находится у входа в бухту Массачусетс, на расстоянии
25 миль от Бостона, с площадью 824 кв. мили. Дата создания 4 ноября 1992 г.
Национальный морской резерват у побережья полуострова Олимпик с
площадью 3310 кв. миль (штат Вашингтон). Дата создания – 16 июля 1994 г.
http://sanctuaries.noaa.gov/welcome.html.
Мыс Гаттерас – мыс на побережье Северной Каролины, крайняя юго-восточная точка Северной Америки по оси северо-восток – юго-запад, напротив которого сталкиваются два океанских течения: холодное Лабрадорское и теплое Флоридское. У этого мыса 30 декабря 1862 г.
потерпел крушение американский броненосец Монитор.
49 Резервату присвоено имя члена Палаты представителей Конгресса США Герри Истмэна
Стеддса от штата Массачусетс, приложившего много сил для его создания, активного сторонника защиты окружающей среды и рыболовства
47
48
143
Общее природоохранное законодательство и требования к
разведке и добыче в офшорной зоне
Все природоохранные аспекты офшорной разведки, разработки, бурения,
добычи, транспортирования и снятия с эксплуатации подвергаются регулированию. В дополнение к общим правовым нормативным аспектам, которые
включают OCLSA50, несколько законов экологической направленности и указы Президента США было введено в силу или изменено со времени первого
моратория Конгресса в офшорной зоне в 1982 г., включая:
• Изменения в Закон о чистом воздухе (P.L. 101-549), передающие
юрисдикцию в отношении качества воздуха от ВОЕМ к ЕРА для всего
Внешнего континентального шельфа (OCS) за пределами центральной и
западной части Мексиканского залива, и требующие координации деятельности по контролю воздушных загрязнений со стороны ЕРА. Нормативы
те же самые, что и для требований к сдаче аренды участков на суше. ЕРА
также устанавливает предельные значения выбросов для дизельных двигателей и морских судов для их снижения.
• Закон о запрете загрязнения прибрежных вод нефтью (P.L. 101-380), в
частности пересматривающий Раздел 311 Закона о чистой воде для расширения полномочий федерального правительства об ответственности за
проливы, увеличивающий штрафные санкции за проливы, устанавливающий предварительно согласованные с береговой охраной участки с оборудованием для ликвидации последствий проливов и предусматривающий
межведомственные планы действий в чрезвычайных ситуациях.
• 11 февраля 1994 г. Президент Клинтон издал Указ 12898 под названием Действия Федерального правительства по исполнению экологической справедливости
для национальных меньшинств и семей с низкими доходами, который предписывает
федеральным агентствам, включая ВОЕМ, оценивать, будут ли их действия
оказывать непропорциональные воздействия на этнические или расовые
меньшинства или людей с низкими доходами.
• Национальный закон об оптимизации рыболовства от 1094 г. (P.L. 98623), известный также как Закон об искусственных рифах, который устанавливает стандарты по созданию искусственных рифов и национальную политику для поощрения создания искусственных рифов, которые должны
увеличить запасы рыбы и промышленное и рекреационное рыболовство.
ВОЕМ приняло национальную политику буровых вышек для рифов, которая поддерживает и поощряет повторное использование конструкций в
нефтегазовой отрасли для создания искусственных офшорных рифов, которые станут важной средой обитания для различных видов рыб в местах,
лишенных естественного твердого грунта. Предполагается, что приблизительно 10% платформ, установленных в OCS, станут буровыми вышками
для рифов после снятия с эксплуатации.
• Президент Клинтон издал Указ 13089 о Защите коралловых рифов 11
июня 1998 г. ВОЕМ осуществляет задачу его исполнения с помощью поддержки исследований коралловых рифов и разработки мер по снижению воздействия на них и по защите этих хрупких и биологически богатых экосистем.
• Другие законы, такие как Закон о защите побережий от 1988 г. (P.L. 100688) и Закон об исследованиях и борьбе с загрязнением моря отходами пластмасс от 1987 г. (P.L. 100-220), требующие локализации отходов и мусора и
ограничивающие их удаление в офшорной зоне. В результате этих законов
BOEM выпустил Уведомление для арендаторов в отношении осведомленно-
50 Для получения большей информации о правовых аспектах разработки офшорных месторождений нефти и природного газа следует обратиться к Отчету CSR RL 33404, Offshore Oil and
Gas Development: Legal Framework, by Adam Vann.
144
сти о морском мусоре и отходах, которые вызывают угрозу для рыбы, морских
млекопитающих, морских черепах и других морских животных.
• Изменения 1996 г. в Закон Магнусона-Стивенса об управлении и сохранении рыбных ресурсов (P.L. 94-265, с изменениями и дополнениями),
акцентирующие внимание на необходимости защиты среды обитания рыб
для долговременной защиты рыбных ресурсов. На его основании планы
управления эксплуатацией рыбных ресурсов определяют необходимые районы обитания рыб (EFH) для управляемых видов. Закон требует, чтобы федеральные агентства консультировались с Национальной морской рыбопромысловой службой (NMFS) в отношении действий, которые могут
угрожать EFH. Этот процесс гарантирует консультации в отношении проблемных рыбных запасов в данном проектируемом районе.
• Закон о национальной природоохранной политике от 1969 г. (NEPA,
P.L. 91-190, с изменениями и дополнениями) требует, чтобы все федеральные агентства использовали системный, междисциплинарный подход к
оценке воздействий предлагаемых действий на окружающую среду человека. Это подход предназначен для обеспечения комплексного использования
естественных и общественных наук при любом планировании и принятии
решений, которые могут оказать воздействие на окружающую среду. Со
времени его вступления в силу были сделаны тысячи оценок воздействия на
окружающую среду и были сделаны оценки потенциальных воздействий
разведки и добычи нефти и природного газа в OCS на экологические и социально-экономические ресурсы.
Оценки воздействия на окружающую среду
Как и во многих видах деятельности, разведка и разработка офшорных месторождений нефти и природного газа требует оценки воздействия на окружающую среду (EIS). EIS предоставляет общественности возможность высказываться об оцениваемых воздействиях на окружающую среду альтернативной
деятельности. В Отчете OCS MMS 2009-015 резюмируется процесс EIS:
Как требует Раздел 20 Закона о землях Внешнего континентального
шельфа (OCSLA), MMS устанавливает ступенчатый процесс, в рамках которого оцениваются потенциальные последствия для окружающей среды от
каждого последовательного управленческого решения, начиная с предложенной программы, затем индивидуальных сдач в аренду по типу продаж, и,
наконец, планов для конкретного проекта. В Пятилетней программной
Оценке воздействия на окружающую среду (EIS) анализируется предложенное расписание сдачи участков в аренду, с концентрацией внимания на объемах, времени и расположении предложенных сдач в аренду по типу продаж для пятилетнего периода, идентифицированного в предложенном
программном документе. В Программной EIS делается широкий обзор воздействий на окружающую среду от потенциальной деятельности.
Как только пятилетняя программа сдач в аренду по типу продаж будет
одобрена, проводится более подробный анализ воздействия проекта на окружающую среду для каждой предложенной сдачи в аренду. Эти EIS для сдачи
в аренду по типу продажи являются более подробными, включая анализ сценариев потенциальной деятельности, которая является результатом сдачи в
аренду участка. В данном случае в рамках EIS идентифицируются положения
сдачи в аренду, которые являются природоохранными, и которые должны
быть включены в контракт на аренду нефтеносного участка, заключенный с
промышленностью. В некоторых случаях EIS готовится для множества сдач в
аренду по типу продаж в зоне действия программы. Такая многосторонняя
EIS является только экологической экспертизой, проводимой для первой
продажи в аренду в зоне действия программы. Дополнительная экологическая
145
экспертиза, в форме Оценки состояния окружающей среды (ЕА) или дополнительной EIS проводится для каждой последующей сдачи в аренду, с целью
обращения к любой новой важной информации. Вместе с подготовкой EIS
или ЕА для сданного в аренду участка MMS проводит неформальные и официальные консультации с другими Федеральными агентствами, штатами, подвергаемыми воздействию деятельности и общественностью. Сюда включается Раздел 7 консультаций ESA (Закон о сохранении исчезающих видов
животных и птиц) с Национальным управлением исследования океанов и атмосферы (NOAA) и Федеральной службой охраны рыбных ресурсов и дичи
(FWS), консультации в отношении необходимых районов обитания рыб
(EFH) с NOAA, правительством, консультации правительства с племенами и
подготовка согласованного определения для каждого подвергаемого воздействию прибрежного штата, как требует CZMA51.
После заключения договоров на сдачу в аренду MMS проводит экологические экспертизы для любого плана разведки и разработки с целью обеспечения того, чтобы выполнялись надлежащие меры по защите окружающей среды (ослабляющие воздействие). MMS идентифицирует меры
ослабления воздействия для конкретного участка в форме условий к разрешению. Меры снижения воздействия могут включать предотвращение воздействий на чувствительные биологические сообщества и археологические
ценности, или должны быть включены специальные требования к сбросам.
Проливы и утечки нефти
Возможно, самой большой экологической проблемой, связанной с офшорной добычей меди, являются проливы нефти или “внезапные выбросы”. Внезапные выбросы представляют собой потенциально катастрофический контроль над потоком жидкости в скважине в течение бурения, когда
происходят выбросы бурового агента, нефти и природного газа в воду, типа
внезапного выброса при аварии платформу Deepwater Horizon и проливе
нефти, как это произошло 29 апреля 2010 г. При бурении нефтяных скважин и добыче и транспортировании офшорной нефти всегда существует
некоторый риск пролива или утечки нефти, и серьезные угрозы, которые
причиняет сырая нефть дикой природе и среде обитания дикой природы,
убедительно продемонстрированы документально в ряде мест. Перед проливом в результате аварии платформы Deepwater Horizon в Мексиканском
заливе отрасль добычи нефти добилась определенного прогресса в снижении риска нефтяных проливов, как было описано в проекте предложенной программы сдачи в аренду участков для добычи нефти и природного газа на континентальном шельфе на 2010-2015 гг. ВОЕМ52:
Со времени пролива нефти в канале Санта-Барбары в 1969 г. непрерывно принимались меры для усовершенствования технологий работ в офшорной зоне, а Федеральное правительство разработало более жесткие
нормативные документы, управляющие работами в OCS. Каждый объект
OCS подвергается объявленной проверке на соответствие природоохранных норм и правил безопасности, по крайней мере, раз в год, и MMS также
проводит периодические внеплановые проверки. Результатом всех этих
усилий стали превосходные результаты, которые были документально подтверждены подробно в анализе предыдущей пятилетней программы и в нескольких публикациях MMS. В течение периода в 15 лет между 1993 и 2007
Закон о природоохранных мероприятиях в прибрежных зонах от 1972 г.
Department of the Interior, Mineral Management Service, Draft Proposed Outer Continental Shelf (OCS)
Oil and Gas Leasing Program, 2010-2015, January, 2009: http://www.mms.gov/5-year/PDFs/20102015/DPP%20FINAL%20with%20(HQPrint%20with%20landscape%20maps%2010)pdf.
51
52
146
гг. Федеральные операторы OCS добыли 7,49 млрд. баррелей нефти (сырой
нефти и конденсата). На протяжении того же самого периода количество
пролитой нефти составило в общей сложности 47800 баррелей (проливы
сырой нефти и нефтепродуктов величиной 1 баррель или выше) (0,0006%
от добытого количества) или около 1 барреля нефти, пролитой на каждые
156000 баррелей добытой нефти.
Несмотря на усовершенствования в офшорных технологиях, такие как
противовыбросовая защита и подземный предохранительный клапан
(SSSV)53 и соответствующее снижение риска, оборудование может не сработать, не будут выполняться процедуры бурения, и в результате может произойти разлив. В дополнение к разливам, которые происходят в течение
обычных операций бурения, количество разливов обычно возрастает в течение ураганов в Мексиканском заливе, что отражается в большом количестве проливов в 2004 г. (Ураган Иван), который обрушился на штаты Флорида, Миссисипи, Луизиану и Алабаму, и в 2005 г. (ураганы Катрина,
который обрушился на штаты Луизиана и Миссисипи, и Рита, который обрушился на штаты Техас и Луизиана). См. табл. 10. Конечно, количество
проливов в год не полностью характеризует воздействие отдельных проливов, таких как авария Deepwater Horizon.
Таблица 10.
Количество аварий с проливами, с 1996 по 2010 гг.
Год
Количество проливов в OCS
1996
4
1997
3
1998
9
1999
5
2000
7
2001
9
2002
12
2003
12
2004
22
2005
49
2006
14
2007
4
2008
5
2009
11
2010
6
Источник: U.S. Department of the Interior, Bureau of OIcean Energy,
Regulation and Enforcement, Spills – Statistics and Summaries 1996-2008,
http://www.BOEM.gov/incidents/IncidentStatisticsSummaries.htm.
Примечания: Данные для регионов, в которых добываются нефть и
природный газ Мексиканского залива и OCS в южной части штата Калифорния. Ураган Иван отмечен в Мексиканском заливе в 2004 г., а большая
часть проливов 2005 г . была связана с ураганами Катрина и Рита в Мексиканском заливе.
MMS опубликовала в декабре 2000 г. заключительное правило (Раздел 30, Свод федеральных
правил, Часть 250), в которое включен международный стандарт, который определяет минимальные приемлемые требования для подземного предохранительного клапана. SSSV должен
перекрывать поток углеводородов в случае аварийной ситуации, и он считается последней линией защиты для обеспечения безопасности скважины и (или) предотвращении загрязнения.
53
147
Регламенты MMS требуют, чтобы операторы были подготовлены к
разливам нефти:
MMS требует, чтобы все операции по бурению или добыче на OCS имели одобренный план действий в чрезвычайных ситуациях при разливе нефти, в котором будет описано, где расположено ближайшее оборудование,
где имеется обученный персонал, и как следует всех уведомлять. Требуется
дополнительная информация для конкретного участка в отношении того,
какие средства реагирования должны быть в случае наихудшего варианта
пролива. На протяжении работ по бурению от компании может потребоваться наличие оборудования, размещенного на специальном судне, находящемся у буровой вышки, которое можно немедленно установить и начать
проводить очистку. Имеется также оборудование для борьбы с проливами,
которое находится на наземных базах. MMS проводит частые проверки всей
деятельности в OCS, как на стадии бурения, так и на стадии добычи. Она
также требует использования подземного предохранительного клапана, который перекрывает поток нефти в случае аварий, таких как аварий на всей
буровой вышке или на платформе.
Конечно, эффективность таких мер зависит от соответствия требований
и выполнения нормативов.
Сейсмические наблюдения и промышленный шум
Фактически каждая программа разведочных работ связана со сбором
двухмерных или трехмерных рефлективных сейсмических данных. Сейсмические данные собираются с помощью генерации сильных звуковых волн с
использованием ударных пневматических сейсмоисточников, которые буксируются судном. Звуковые волны распространяются через морскую воду в
лежащие ниже отложения и скальные породы, а отраженные звуковые волны детектируются с использованием системы гидроприемников давления,
которые буксирует судно. Эти данные дают изображения подповерхностных породных толщ и структур и используются как руководство при разведке и разработке.
Воздействие сейсмических наблюдений на рыбу и морских млекопитающих смешанное. В одном исследовании указано, что происходит местное и временное снижение улова трески рыбаками после сбора сейсмических данных54, в то время как в других исследованиях предполагается
небольшое воздействие (или его отсутствие) на другие виды рыб55. Н в одном из случаев сейсмические наблюдения не вызывали постоянного вреда
для отдельных видов или популяций рыб. Воздействия сейсмических наблюдений на китов и других морских млекопитающих были исследованы
более тщательно, и они получили больше внимания у общественности.
Тщательное исследование Jochens et al. китов и других китообразных не выявило необычных эффектов экспериментально контролируемого воздействия сейсмических исследований на поведение кашалотов при плавании и
A. Engas, et al. “Effects of seismic shooting on local abundance and catch rates of cod (Gradus
morhua) and haddock (Melanogrammus aeglefinus”. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences,
vol. 53, no 10, 1996, pp. 2238-2249.
55 J. Dalen and G.M. Knutsen, “Scaring effects in fish and harmful effects on eggs, larvae and fry by
offshore seismic explorations”. In: H.M. Merklinger (ed.), Progress in Underwater Acoustics, Plenum Press,
NY, 1986.
54
148
нырянии в Мексиканском заливе56. Более полное обсуждение экологических
проблем, связанных с разведкой и разработкой месторождений нефти и газа, можно найти в Разделе III Отчета OCS MMS 2009-015.
Приложение. Определение терминов57
Доказанные запасы. Количества углеводородов, оцененные с соответствующей достоверностью, которые промышленно извлекаемы из известных месторождений в нынешних экономических условиях, методов эксплуатации и нормативов правительства. Нынешние экономические условия
включают превалирующие цены и затраты во время оценки. Оценки доказанных запасов не включают оценочные запасы.
Запасы. Количества запасов углеводородов, которые ожидаются извлекаемыми из известных месторождений, на основе исходных данных. Все
оценки запасов связаны с некоторой степенью неопределенности.
Оценочные запасы. Наблюдаемое приращение на протяжении времени в оценках запасов (доказанных и недостоверных) в месторождении нефти и (или) природного газа вследствие приращения запасов, пересмотра,
улучшения извлечения и дополнения нового пласта.
Общие запасы. Концентрации в земной коре природных жидких или
газообразных углеводородов, которые могут быть открыты или извлечены.
Неразведанные ресурсы. Ресурсы, постулируемые на основе геологических данных и теории, которые имеются за пределами известных месторождений.
Неразведанные технически извлекаемые ресурсы (UTRR). Нефть
и природный газ, которые могут быть добыты в результате давления в пласте, механизированной добычи, поддержания пластового давления или других методов вторичной добычи, но без учета экономической целесообразности. Они обычно находятся за пределами известных месторождений.
Неразведанные экономически извлекаемые ресурсы (UERR).
Часть неразведанных технически извлекаемых ресурсов, которые экономически извлекаемы при заданных экономических и технических условиях.
Недостоверные запасы. Количества ресурсов углеводородов, которые
оценены на основе геологической и технической информации, сходной с
той, которая используется при выполнении оценок доказанных запасов, но
технические, договорные экономические или нормативные неопределенности заранее исключают такие запасы из их классификации как доказанных.
A.D. Jochens et al., Sperm whale seismic study in the Gulf of Mexico” Synthesis report, U.S. Dept. of the Interior, Minerals Management Service, Gulf of Mexico OCS Region, New Orleans, LA. OCS Study
MMS 2008-006, 2008, 341 pp.
57 Определения терминов взяты из Отчета Министру, MMS 2009-015, Appendix A, List of Terms Used.
56
149
СОДЕРЖАНИЕ
ОТХОДЫ. МАЛООТХОДНАЯ И БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИИ
Справочный документ по наилучшим доступным технологиям
в области сжигания отходов (продолжение главы 4 и глава 5) ............ 2
Янин Е.П. Основные направления утилизации железосодержащего
осадка водопроводных станций ......................................................... 60
Chua K.H., Endang Jati Mat Sahid, Leong Y.P. Устойчивое управление
муниципальными твердыми отходами и снижение выбросов
парниковых газов в Малайзии ..........................................................................71
Муратов О.Э., Царева С.М. Разработка и экспериментальное исследование
матричных минеральных составов для иммобилизации
радиоактивных отходов, образующихся на АЭС и предприятиях ..........84
Humphries M., Pirog R. Запасы нефти и природного газа в прибрежных
районах США: перспективы и технологические процессы......................114
Ответственный за выпуск И.И. Потапов
ИД № 04689 от 28.04.01
Бумага “Xerox”
Усл. печ. л. 9,38
Подписано в печать: 19.11.2012 г.
Формат бумаги 60х84 1/16
Уч.-изд. л. 10,00
Гарн. литературная
Печать цифровая
Тираж 45 экз.
Адрес редакции: 125190, Россия, г. Москва, ул. Усиевича, д. 20
Тел. (499) 152-5500