Как хранить отходы без вреда для окружающей среды?

Рост промышленности в России и во всём мире сопровождается интенсификацией добычи полезных ископаемых и, конечно, образованием отходов в результате их переработки.

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом формируются отвалы вскрышных пород, занимающих большие земельные площади.

Поступившее на обогатительные фабрики сырьё перерабатывают, а мелкодисперсные остатки пустой породы (хвосты) размещают в специальных наземных гидротехнических сооружениях — хвостохранилищах. Насколько экологичны материалы, из которых строятся хвостохранилища? Какой противофильтрационный экран сегодня наиболее эффективен?

К слову

Хвостохранилища представляют собой скопления отходов горноперерабатывающей промышленности. Хвосты — это отходы обогащения полезных ископаемых с меньшим содержанием ценного компонента, чем в исходном сырье, поскольку в них преобладают частицы пустой породы. Твёрдая фаза хвостовой пульпы представлена смесью минеральных частиц разного размера  — от 3мм до долей микрона. Состав частиц и их плотность зависят от минерального состава пород, вмещающих полезное ископаемое.

Только в России накоплено более 45 млрд тонн отходов различного класса опасности. Часть их применяют в виде источника техногенного сырья для дорожного строительства и производства строительных материалов.

Отходы, не нашедшие применения, — высокотоксичные, радиоактивные или требующие новых технологий переработки — подлежат длительному хранению. Сооружения для их длительного хранения должны обеспечивать защиту окружающей среды (грунтовых вод, почвы, атмосферного воздуха, флоры и фауны) от негативного влияния.

Основными путями миграции загрязняющих веществ от хранящихся отходов являются утечки их жидкой фракции через основание природоохранного сооружения, пыление при обезвоживании или аварийное состояние самих сооружений и их разрушение при внешнем воздействии: от эрозий, землетрясений, обильных осадков и пр.

Если мероприятия по пылеподавлению и мониторинг состояния природоохранных сооружений возможно и необходимо производить в период эксплуатации самого сооружения, то работы по его изоляции производят только в период строительства гидроизоляционного экрана, и они должны быть рассчитаны на весь срок службы сооружения так, чтобы не ухудшились его изоляционные характеристики.

Типы противофильтрационных экранов для хвостохранилищ

Тип экрана, количество его конструктивных слоёв и их материал во многом зависят от внешних условий и технико-экономического обоснования предложенного решения. Это могут быть экраны из природных материалов малой проницаемости (глиняные экраны), которые ввиду своей трудоёмкости и несовершенства возведения применяются всё реже.

Применение таких экранов ограничивают и природно-климатические факторы площадок строительства: суровые природные условия, отсутствие глиняных разработок.

В настоящее время всё чаще при строительстве ПФЭ (противофильтрационных экранов) применяют геосинтетические материалы, которые позволяют сократить сроки строительства, уменьшить объём материалозатрат.

Это полимерные мембраны различного типа: полиэтиленовые высокой (ПНД — HDPE) и низкой плотности (ПВД — ДDPE), из линейно-сшитого полиэтилена (LLDPE), этиленпропиленовые каучуки (EPDM), поливинилхлорид (ПВХ-PVC).

В то же время, несмотря на свои высокие характеристики, ПФЭ из полимерных материалов не лишены недостатков, которые могут приводить к возникновению аварийных ситуаций и загрязнению окружающей среды жидкими фракциями хвостов.

Основным недостатком является то, что противофильтрационные экраны из полимерных материалов не являются полностью водопроницаемыми. Целостность гидроизоляции из полимерных материалов может быть нарушена по следующим причинам:

— неравномерная осадка основания при сооружении хвостохранилища на месте бывшей горной выработки с недостаточно стабильным основанием;
— механические повреждения экрана скальным грунтом основания или воздействием на него самими складируемыми хвостами или другими отходами;
— повреждения в процессе монтажа ПФЭ: проколы, прожоги, порывы от техники и персонала, некачественно выполненные сварные швы.

Также при устройстве ПФЭ из полимерных материалов (мембран) необходимо учитывать то, что материал экрана обладает низким коэффициентом трения, что требует выполаживать откосы, предупреждая оползневые процессы.

Отдельной проблемой стоит технология укладки таких экранов: все полимерные материалы в той или иной степени ухудшают свои характеристики при низких и сверхнизких температурах. Они становятся жёсткими, что не позволяет качественно их уложить на основание и выполнить сварку швов (технология сварки запрещает производить работы при температуре окружающего воздуха ниже -5 °С).

Полимерные материалы нельзя монтировать при сильном ветре (обладают большой парусностью при малом весе), дожде и снегопаде, что ещё больше ограничивает их всесезонное применение.

Однако существует ряд материалов лишённых вышеперечисленных недостатков, объединивших качественные показатели как полимерных, так и природных материалов. Это геосинтетический рулонный материал с бентонитом — бентонитовый мат, представляющий собой гибкий и прочный иглопробивной каркас из полипропиленовых волокон, внутри которого равномерно расположены гранулы активированного или природного натриевого бентонита.

Принцип действия основан на свойстве активного вещества бентонита (природного алюмосиликата вулканического происхождения — монтмориллонита) активно увеличиваться в объёме при гидратации. В ограниченном пространстве при гидратации частицы монтмориллонита образуют макромолекулярную структуру с характеристиками твёрдого тела — гель. бентонитовый гель обладает низкой водопроницаемостью, упругостью и пластичностью.

Это позволяет бентонитовым матам иметь уникальные особенности, которые не свойственны полимерным материалам.

• бентонитовые маты не боятся механических повреждений, проколов и порезов благодаря пластичности бентонитового геля, который заполняет повреждения. Таким образом, бентонитовый мат «самозалечивается».
• Не требуют сварки швов при монтаже — укладка осуществляется внахлёст с перекрытием полотнищ на 15-25 см и их просыпкой гранулами. При гидратации превратившиеся в гель гранулы замоноличивают место перекрытия.
• бентонитовые маты не подвержены существенным температурным деформациям вследствие своей композитной структуры. Не подвержены повреждениям при морозобойном растрескивании грунтов, их осадкам и просадкам.
• Монтаж можно осуществлять при любых температурных аномалиях, снегопаде, ветре.

Всё это является неоспоримым преимуществом бентонитовых матов и позволяет им занимать ту нишу рынка, где ранее безальтернативно присутствовали лишь полимерные материалы (мембраны).

Горнодобывающие и перерабатывающие предприятия теперь могут беспрепятственно обустраивать месторождения в любое время года, не ориентируясь на благоприятные погодные условия, и применять бентонитовые маты для устройства ПФЭ хвостохранилищ, штабелей кучного выщелачивания при их строительстве и дальнейшей рекультивации, при строительстве высоконадежных прудов-отстойников и прудов- накопителей, пожарных водоёмов и других сооружений, где необходима долгая и высокоэффективная защита от негативного воздействия загрязняющих веществ и снижение нагрузки на окружающую среду при работе промышленных предприятий.

Текст и фото: А. Н. Калюжин, ведущий инженер ООО «БентИзол»