CC BY
51
УДК 628.398
А.Э. Кокосадзе, канд. техн. наук, зам. ген. дир.,
Achekhomov@kpr.mos.ru (Россия, Москва, Оргэнергострой)
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЗАХОРОНЕНИЯ ОПАСНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
Рассматриваются основные аспекты захоронения особо опасных промышленных отходов в подземных хранилищах. Особое внимание уделяется вопросу созданию барьеров, исключающих проникновение опасных веществ в окружающую среду.
Ключевые слова: токсичные отходы, захоронение, многоступенчатая защита.
Проблема обращения с опасными промышленными отходами (ОПО) и захоронения их представляет сложную экологическую, технологическую и геомеханическую задачу. Эта проблема усугубляется значительными объёмами отходов, величины которых постоянно растут из-за непринятия мер по уничтожения наиболее опасных из них.
По экспертным оценкам величина опасных промышленных отходов в России составляет от 80 до 100 миллиардов т, из них более 17 миллионов т представляют собой особо опасные промышленные отходы (ООПО), которые не могут быть переработаны и требуют незамедлительного и окончательного захоронения, желательно подземного. Считается, что примерно 20-25 % отходов может быть переработано и заново использовано в промышленности.
При обращении с ОПО следует руководствоваться Нормами проектирования полигонов по обезвреживанию токсичных промышленных отходов (СНиП 2.01.28-85).
Полигоны являются сложными природоохранными сооружениями и предназначены для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, научноисследовательских организаций и учреждений.
Классификация (перечень) и токсичность отходов (класс опасности) определяются в соответствии с Классификатором токсичных промышленных отходов и Методическими рекомендациями по определению токсичности таких отходов [1].
В составе полигона обычно предусматривают завод по обезвреживанию токсичных промышленных отходов, участок их захоронения и гараж специализированного автотранспорта для их перевозки.
Промышленные токсичные отходы, поступающие на полигон, по своим физико-химическим свойствам и методам переработки подразделяются на 13 групп, Основными из них являются шламовые осадки очистных сооружений, содержащие мышьяк отходы, органические горячие отходы, сильнодействующие ядовитые вещества и т.д. [1].
Размещение полигонов должно осуществляться по территориальному признаку и предусматриваться при разработке схем и проектов районной планировки.
Полигоны следует размещать
- на площадках, где возможно осуществление мероприятий и инженерных решений, исключающих загрязнение окружающей среды;
- с подветренной стороны по отношению к населённым пунктам и зонам отдыха, ниже мест водозабора питьевой воды, рыбоводных хозяйств, мест нереста, массового нагула и зимовальных ям рыбы;
- на землях несельскохозяйственного назначения или непригодных для сельского хозяйства, либо на сельскохозяйственных землях худшего качества;
- в соответствии с гидрогеологическими условиями, как правило, на участках со слабофильтрующими грунтами с залеганием грунтовых вод при их наибольшем подъёме, с учётом подъёма воды при эксплуатации полигона не менее 2 мот нижнего уровня захоронения отходов [1].
Эти же требования относятся к полигонам, располагаемым под землёй [2].
Использование для окончательного захоронения ООПО может быть осуществлено с использованием опыта подземного захоронений опасных радиоактивных отходов. Следует отметить, что наиболее опасные высокоактивные радиоактивные отходы и отработавшее ядерное топливо должны быть захоронены только в подземных условиях. Этот факт отмечен во всех рекомендациях Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).
В настоящее время выполнен значительный объём научноисследовательских [2, 3] и проектных работ по строительству подземных долговременных хранилищ (сотни и тысячи лет) РАО.
По рекомендациям МАГАТЭ, наиболее подходящими для размещения долговременных подземных хранилищ признаны массивы кристаллических пород, глины и соляные купола.
Общепризнано, что хранилище РАО должно строиться по принципу многоступенчатой защиты (барьеров), последним из которых является окружающий массив породах [3].
Исследования геологического характера последнего времени показали, что ранее считавшиеся пригодными массивы кристаллических пород не являются идеальной средой для хранилищ, т.к. обладают многочисленными трещинами и нарушениями. Под воздействием радиационных и химических процессов в них происходит необратимое понижение их физико-механических и особенно изоляционных свойств.
Что касается глинистых пластов, то последние исследования показали, что даже под воздействием низкоактивных радиоактивных отходов происходят необратимые процессы их разложения и они становятся непригодными создания в них высоконадёжных подземных хранилищ.
Соляные отложения по результатам некоторых исследователей, которые поддерживаются не всеми специалистами, имеют многочисленные микротрещины, в них происходят явления дилатансии, что не позволяет считать эти соляные купола надёжной средой для размещения подземных хранилищ.
Для окончательного захоронения ООПО следует помещать в стальную оболочку, которая снаружи покрывается карбидом кремния как надёжной химической и водонепроницаемой изоляцией Далее эти оболочки помещаются в основной инженерный барьер, представляющей собой сталебетонную конструкцию, первый слой которой выполнен их химически стойкого бетона, далее следуют замкнутая оболочка из нержавеющей стали и слой обычного бетона. За этим следует барьер в виде бентонита, который создаст химически- и водонепроницаемую конструкцию. После этого вся конструкция помещается под землю в массив пород. Такая семибарьерная система должна обеспечить надёжную изоляцию ООПО в течение всего периода эксплуатации хранилища.
К материалам барьеров предъявляются строгие требования прогноза неизменности или предсказуемого изменения свойств материалов, особенно в части их прочностных и изоляционных свойств. Так железобетон является материалом, который успешно используется в строительстве более 100 лет. Его свойства достаточно хорошо изучены и могут быть надёжно прогнозируемые для работы в течение длительного времени. Сталь успешно применяется человеком в течение многих сотен лет и её свойства могут быть также надёжно прогнозируемы. Конструкции «стальной лист-железобетон» успешно применяются в самых надёжных строительных конструкциях. Бентонит достаточно хорошо изучен и находит широкое применение в строительстве в качестве гидроизоляционного материала. Использование его в качестве химически стойкого материала должно быть проверено экспериментально. Карбид кремния считается надёжным химически стойким материалом и широко применяется в промышленности. Таким образом, у строителей имеется достаточно широкий выбор материалов для создания инженерных барьеров, которые могут успешно работать в течение длительного времени.
Независимо от типов и выполняемых функций отдельные элементы системы инженерных барьеров на протяжении всего периода эксплуатации хранилища в течение сотен и тысяч лет должны:
- исключить проникновение подземных вод в отходы;
- передавать тепло и рассеивать его в массиве вмещающих пород;
- препятствовать распространению деформаций и разрушению самих барьеров и горных пород под воздействием техногенных нагрузок;
- исключать распространение движения подземных вод и образующихся газов в пределах участка размещения отходов, задерживать выщелачивание из отходов.
- обеспечивать физическую защиту материала отверждённых отходов;
- обеспечивать заполнение свободного пространства между упаковками отходов и стенками камер захоронения с целью предотвращения разрушения и сдвижения пород в ближней зоне;
- обеспечивать размещение всех элементов хранилища в геологической толще с учётом требований к надёжности и безопасной изоляции отходов;
- обеспечивать изъятие отходов из мест их размещения в случае необходимости;
- обеспечивать противокоррозийные условия для пеналов с отходами;
- выполнять функции сорбирующего материала в случае повреждения пеналов в результате коррозии;
- обосновывать химическую безопасность отходов на концепции разумного риска;
- обеспечивать возможность создание в конструкциях барьеров систем мониторинга на протяжении всего периода эксплуатации хранилища;
- допускать при необходимости возможность усиления конструкций инженерных барьеров в случае повреждения каких-либо элементов барьеров [1].
Основной функцией материала, содержащего отходы, является снижение во времени количества и химической и ядовитой активности до величин, обусловленных медленным разрушением. Упаковки с отходами состоят из самих отходов, контейнеров, а в ряде случаев - из дополнительной упаковки, адсорбирующего материала и химических реагентов. Дополнительная упаковка делается для увеличения срока сохранения целостности материала отходов и замедления коррозии материалов па запланированный срок. В ряде случаев срок службы контейнеров и упаковочных материалов планируется на срок более 1000 лет. Основная функция контейнеров и других упаковочных материалов - обеспечение изоляции содержащихся в них отходов на определённый длительный срок. Они являются также средством химической защиты во время технологических операций. При изоляции отходов на длительный срок особое внимание необходимо уделять коррозионным процессам и определять допуск на коррозию.
Наиболее важными характеристиками буферных материалов, из которых выполняются инженерные барьеры, являются:
- низкая проницаемость на протяжении всего периода работы хранилища;
- необходимая прочность;
- пластическая деформируемость;
- способность к набуханию для заполнения пространства между контейнерами и вмещающей породной средой:
- устойчивость к тепловым, химическим и радиационным воздействиям;
- высокая теплопроводность;
- неизменность всех закладываемых в проект свойств материалов на протяжении всего периода эксплуатации хранилища;
- возможность размещения в материалах элементов мониторинга, необходимого для наблюдения за свойствами материалов на протяжении всего периода эксплуатации хранилища;
- возможность улучшения свойств буферных материалов при необходимости в случае их повреждений в процессе эксплуатации элементов конструкции хранилища [1].
Свойства химически стойких к щелочным средам материалов достаточно хорошо учены и успешно применяются химической промышленности. Считается, что использование обычных по составам бетонов с добавки МБ-01 (разработчик НИИЖБ) позволяет получать бетоны с водонепроницаемостью до W20 при испытаниях на кубиках и с высокими антикоррозионными свойствами. Получение кислотостойких бетонов в настоящее время невозможно. Вероятно, в будущем, можно будет получить такие бетоны, используя полимерные материалы, обладающие долговременными характеристиками.
Технология создания подземных хранилищ в настоящее время достаточно хорошо отработана как с использованием горных способов ведения работ, так и с использованием тоннелепроходческих комбайнов, позволяющих механизировать горнопроходческие работы. Хранилища могут выполняться как в вертикальной компоновке (в шахтных стволах), так и в горизонтальных выработках (кавернах).
Таким образом, опыт проектирования подземных хранилищ высокоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива может быть использован для создания хранилищ особо опасных промышленных отходов.
Список литературы
1. Шишиц И.Ю. Обеспечение экологической безопасности при изоляции промышленных и радиоактивных отходов. М.: Изд-во МГГУ. 2006. 304 с.
2. Новые возможности создания инженерных сооружений для
обеспечения экологической и антитеррористической безопасности при промышленной утилизации некоторых видов технической продукции/ С.А. Чесноков и [др.]. // Сб. докладов на тематических научно-
практической конференциях и круглых столах Международного научнотехнического конгресса по безопасности «Безопасность - основа устойчивого развития регионов и мегаполисов». М., 2006. С.57-61.
3. Геомеханические аспекты конструирования хранилищ высокоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива в глубинных геоформациях с инженерными барьерами повышенной надёжности /С.А. Чесно-ков и [др.] // Изв. ТулГУ. Сер. Геомеханика. Механика подземных сооружений. Вып. 4. 2006. С. 211-218.
A. Kokosadze
Geomechanic Aspects of industrial waste burial
Main aspects of especially dangerous industrial waste burial are under consideration. Special attention is paid to the construction of barriers preventing waste penetration into the environment.
Key words: toxic wastes, landfill, multistep protection.
Получено 22.09.10
УДК 624.1:624.154
А.Г. Малинин, канд. техн. наук, техн. директор, info-ips@yandex.ru (Россия, Пермь, «ИнжПроектСтрой»),
Д.А. Малинин, инженер, info-ips@yandex.ru (Россия, Пермь, ПермГТУ)
ПРИМЕНЕНИЕ АНКЕРНЫХ СВАЙ «АТЛАНТ» В ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Приведены обзор новой отечественной технологии устройства анкерных свай «Атлант» и результаты экспериментального исследования данного типа свай.
Ключевые слова: грунтовые анкера, буровые сваи.
Российские строительные предприятия в рамках современного экономического кризиса вынуждены искать способы удешевления строительно-монтажных работ. При этом часто бывает, что выполнение работ с применение отечественных материалов и технологий не является технически возможным, а применение современных зарубежных технологий и материалов - экономически не выгодным.
Компанией «ИнжПроектСтрой» разработана и успешно применяется новая технология устройства анкерных свай «Атлант», которая на сегодняшний день является единственной отечественной альтернативой известной технологи «Titan».
В отличие от своего зарубежного аналога технология имеет более низкую стоимость благодаря применению стандартных высокопрочных труб, массово выпускаемых российскими металлургическими заводами.
Область применения технологии достаточно широка. Как своеобразный тип буроинъекционных свай они могут применяться для строительства свайных фундаментов, а также для усиления фундаментов ре-
