 |
Водохозяйственные участки в бассейне р. Камы, подверженные влиянию крупнотоннажного химического производства (по материалам ПФИЦ УрО РАН) |
В настоящее время обогащение калийных руд производится, как правило, в водной фазе. При этом совершенно не важно, каким способом, методом производится «отбор» полезных компонентов: галургическим, флотационным или комбинированным флотационно-химическим.
При любом из этих способов для растворения 1 т калийных руд требуется около 3 м3 воды. В связи с этим возникает проблема отведения и утилизации «избыточных» рассолов. В зависимости от географического положения месторождений, горно-геологической структуры месторождений и других факторов, калийные и содовые компании различно решают данную проблему. Наиболее просто и эффективно данная проблема решается на месторождениях, расположенных вблизи морских побережий, путем организации морских глубинных водотоков. К сожалению, применительно к условиям Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей, данные схемы не реалистичны, так как ближайшее море расположено на расстоянии ~ 1000 км. Поэтому, в сложившейся ситуации, основным способом утилизации избыточных рассолов стало их отведение в поверхностные водные объекты.
Отведение образующихся жидких отходов в поверхностные водные объекты является самым простым и достаточно эффективным способом утилизации. Повсеместно применяется для этих целей не регулируемый сброс, когда объем сброса не меняется в течение года. Для значительно более полного использования ассимилирующего потенциала поверхностных водных объектов и существенного снижения максимальных пиков концентраций загрязняющих веществ, наблюдающихся при минимальных расходах водотоков-приемников, без проведения каких-либо других дополнительных водоохранных мероприятий, предпочтительнее использовать регулируемый сброс «избыточных» рассолов в зависимости от гидрологического и гидрохимического режима водотоков-приёмников.
Предложены шесть типов водоохранных мероприятий по снижению диффузного загрязнения при различных видах антропогенных воздействий на водные объекты Соликамско-Березниковского промышленного узла в бассейне р. Камы:
Конкретные параметры регулируемого сброса определяются, в общем случае, совокупностью следующих параметров:
При реализации регулированного сброса мониторинг водных объектов должен включать три основных компонента:
В настоящее время предложены и проанализированы три принципиально различных технологии отведения рассматриваемых избыточных рассолов в р. Каму (Камское водохранилище), обеспечивающие нормативное качество воды в контрольных створах. По расчетам возможностей рассеивающего водовыпуска и исходя из ассимилирующего потенциала р. Камы в районе г. Березники в год можно безопасно отвести в р. Каму 4,4 млн м3 рассолов.
Согласно схеме регулируемого сброса параметры сброса изменяются («регулируются») в достаточно жестком соответствии с изменением гидрологического и гидрохимического режимов водотока-приемника в отличие от применяемого повсеместно не регулируемого сброса, когда объем сброса не меняется в течение года. Необходимым условием для реализации данной схемы отведения является наличие достаточно большой емкости накопителя-регулятора, компенсирующей внутригодовую неравномерность расходов воды. Для рек, имеющих ярко выраженное весеннее половодье, накопитель должен, как минимум, аккумулировать годовой обмен отводимых стоков.
При этом, наиболее целесообразен комплексный подход, когда организовывается селективный отбор стоков из шламохранилищ: верхняя, наиболее жидкая часть рассолов отводится с обязательным разбавлением в поверхностные водные объекты, а нижняя – густые шламы – после дополнительного обезвоживания закачиваются (закладываются) в подземные горизонты.
Необходимо подчеркнуть, что, хотя регулирование сброса является более гибкой системой, позволяющей в значительно большей мере использовать ассимилирующий потенциал конкретного водного объекта, чем схемы отведения с использованием нормативных минимальных расходов, однако, он предъявляет для своей конкретной реализации значительно более жесткие требования к организации системы мониторинга.
При реализации регулированного сброса мониторинг водных объектов должен включать три основных компонента:Невыполнение данных условий может приводить к дискредитации самой идеи регулирования сбросов.
Регулируемый сброс в условиях ВКМКС, без проведения каких-либо других дополнительных водоохранных мероприятий, способен существенно снизить максимальные пики концентраций загрязняющих веществ, наблюдающиеся при минимальных расходах водотоков-приемников. Поэтому схемы регулируемого сброса следует рассматривать как паллиативные, краткосрочные мероприятия.
Для того чтобы иметь возможность использовать ассимилирующий потенциал водного объекта необходимо обеспечить эффективное начальное разбавление, снизив концентрацию отводимых стоков минимум в 100 раз.
Ключевой характеристикой для оценки возможных масштабов данных мероприятий является эффективная трещиноватость (пористость) вмещающей пород.
Принимая во внимание, что в перспективе с годовой производительностью ~ 20 · 106 т/год калийные предприятия будут работать как минимум ~ 10 лет, в этом случае для захоронения сопутствующего объема образуемых избыточных рассолов потребуется наличие вмещающих пород объемом, т.е. при характерной мощности вмещающей толщи, ее площадь должна составлять. При комбинированной схеме обогащения соответственно.
В настоящее время найдена и доказана безопасная емкость поглощения 40·103 м3, что чрезвычайно мало. Проблема закачки избыточных рассолов в подземные горизонты в пределах ВКМКМС принципиально осложняют два обстоятельства:
Поэтому при обсуждении проблем закачки рассолов в подземные емкости необходимо учитывать:
Сценарий по изменению технологии обогащения калийной руды c целью минимизации объемов образования избыточных рассолов требует перехода на принципиально новые технологические схемы.
Сухое обогащение, основанное, в первую очередь, на использовании метода ЕSTА (электростатической сепарации), с одной стороны, очень избирательно к составу руд, с другой стороны, не может обеспечить такую степень обогащения, как традиционные методы с использованием жидкой среды. Поэтому за рубежом, в первую очередь, на предприятиях Kali und Sulz, наиболее перспективным считается применение комбинированных схем обогащения.
Применение таких комбинированных схем обогащения на калийных предприятиях верхней Камы сможет сократить размер интенсивности диффузного загрязнения до 6 млн м3/год.
К сожалению, в нашей стране последние 25 лет не ведутся НИР по разработке безводных технологий обогащения. Более того разработка новых технологий направлена на улучшение процессов извлечения калия, снижение производственных затрат, но не экономию воды. Необходимо принципиальное изменение самой идеологии схем обогащения калийных руд.
Одним из наиболее перспективных способов уменьшения вредного воздействия производственных отходов на предприятиях, занимающихся разработкой ВКМКМС, является поиск активного использования твердых отходов в солевых отвалах и «избыточных» рассолов в различных отраслях народного хозяйства. При этом должно выполняться ключевое условие: все риски, связанные с воздействием данных отходов производства на окружающую среду, берет на себя их пользователь.
Возможными направлениями использования могут быть:
Наиболее отвечающим данным требованиям является производство соды. Так при производстве 1млн т соды может использоваться 1-1,5 млн м3 рассолов, то есть для потребления 20 млн м3/год рассолов необходимо производство минимум 13 млн т/год соды.
В настоящее время годовое производство соды в нашей стране составляет 3 млн т, соответственно, для утилизации рассматриваемого объема избыточных рассолов необходимо увеличение объема производства соды минимум в 4 раза. Однако, при производстве соды по схеме Солье из атмосферы отбирается углекислый газ, так что будет одновременно решаться очень важная экологическая проблема снижения парниковых газов. Березниковский содовый завод готов принять рассолы в объеме 4 млн м3/год.
Среди водоохранных мероприятий по снижению диффузного загрязнения водных объектов в пределах Соликамско-Березниковского промышленного узла в бассейне р. Камы одним из самым радикальных мероприятий по ликвидации источников диффузного загрязнения является выведение избыточных рассолов за пределы ВКМКМС.
По примеру других калийных месторождений такой поглощающей емкостью могут быть морские акватории. Альтернативным вариантом отведения избыточных рассолов в р. Каму (Камское водохранилище) может быть отведение в Печерский залив Баренцева моря (Печерское море). По ориентировочным расчетам длина трубопровода составит ~ 1020 км.
В настоящее время большинство калийных предприятий мира отводят свои избыточные рассолы в ближайшее море. AG Kali und Salz (ФРГ) планирует построить к 2020 г. трубопровод для отведения своих избыточных рассолов в Северное море протяженностью 530 км, стоимость трубопровода составит ~ 1 · 109 EUR. Естественно, строительство такого трубопровода для одной компании, тем более для одного рудника, нереально. Однако, если учитывать расширение освоения ВКМКМС, создание данного трубопровода, полностью снимающего «проблему избыточных рассолов», вполне реально.
Комбинированный подход позволяет использовать одновременно несколько из выше перечисленных мероприятий. В связи с тем, что ни одно мероприятие не может полностью утилизировать весь объем рассолов, образующихся при производстве и в результате хранения отходов в солевых отвалах, осуществление одновременно нескольких мероприятий может позволить реализовать практически полную утилизацию.
На схеме представлена комбинация с использованием 5-и мероприятий, одного из которых нет в вышеперечисленном списке, так как оно давно реализуется на самом предприятии. В каждом блоке отдельного мероприятия указан объем утилизированных рассолов, максимально возможный для данного мероприятия. Объем образующихся рассолов, даже с учетом вновь построенных предприятий, оценен в 18 млн м3 в год. Суммирование объемов в каждом блоке дает общий объем, превышающий 18 млн м3 в год. Поэтому комбинированный подход позволит уменьшить диффузный сток на 100%.
В то время как регулируемое отведение избыточных рассолов должно рассматриваться как временная, паллиативная мера, данный способ утилизации будет являться основным до тех пор, пока не удастся решить правовые вопросы использования избыточных рассолов для поддержания внутрипластового давления на нефтяных месторождениях и для производства соды, а также технологические вопросы сухого обогащения калийных руд ВКМКМС. Реализация сценария V по выведению рассолов за пределы ВКМКМС является наиболее экономически убыточным мероприятием, так как, вне зависимости от жесткости соблюдения экологических стандартов, добытая на поверхность земли руда должна использоваться на месте. Только в этом случае можно достичь минимальных воздействий на окружающую среду.
Все предложенные сценарии прямо или косвенно способствуют снижению диффузного стока в р. Каме (Камском водохранилище) в районе Соликамско-Березниковского промышленного узла.