CC BY
99
УЕБТЫНС
мвви
УДК 669.1
К.Г. Пугин, Я.И. Вайсман
ФГБОУВПО «ПНИПУ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ И ИДЕНТИФИКАЦИИ НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ПРИМЕРЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШЛАКОВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Использование отходов черной металлургии в качестве исходных компонентов для производства строительных материалов и конструкций может привести к загрязнению окружающей среды тяжелыми металлами. Приведена методология сравнения различных технологий использования ресурсного потенциала отходов для минимизации их негативного воздействия. Основа методологии базируется на принципах выбора наилучших доступных технологий, принятых в Европейском союзе, позволяет выбрать технологию с минимальным экологическим ущербом для окружающей среды, с максимальной экономической привлекательностью и технической возможностью.
Ключевые слова: минимизация экологического ущерба, черная металлургия, шлак, тяжелые металлы, отходы металлургического производства, строительные материалы, металлургические шлаки.
На предприятиях черной металлургии России ежегодно образуется большое количество твердых отходов (в основном, металлургических шлаков), свежий выход которых в 2011 г. составил более 186 млн т. Кроме свежего выхода вновь образуемых шлаков в окружающей среде размещено от 600 млн до 1 млрд т ранее накопленных неиспользованных металлургических шлаков [1].
Как свидетельствует отечественная практика, металлургические шлаки длительное время размещались в шлакоотвалах, обычно на территориях, где не были обеспечены требования экологической безопасности, зачастую в поймах рек или в непосредственной близости от населенных пунктов. Такое размещение шлаков в окружающей среде формирует большую экологическую нагрузку на объекты окружающей среды и население, проживающее в зоне их возможного влияния. При этом происходит задалживание территорий, эмиссия загрязняющих веществ в почву и водные объекты, пылевые выбросы в атмосферу.
Сложившаяся система обращения со шлаковыми отходами предприятий черной металлургии создает социальное напряжение в районах их расположения в виде протестных движений населения, приводит к появлению известных проблем при проведении общественных слушаний при решении вопросов реконструкции существующих и размещении новых промышленных объектов отрасли, негативно влияет на экологический имидж предприятий вплоть до снижения их конкурентных преимуществ.
Несмотря на большие успехи в нашей стране в области модернизации действующих предприятий черной металлургии с отказом от устаревших технологий и переходом на современные, более экологичные способы получения металла, в настоящее время объемы образования металлургических шлаков продолжают оставаться на высоких уровнях — примерно от 20 до 40 % от объема произведенного металла.
Металлургические шлаки, являясь потенциальным источником эмиссий загрязняющих веществ, в то же время обладают задолженным в них значительным ресурсным потенциалом, который может быть использован в различных отраслях народного хозяйства, что позволило бы снизить объемы размещения неутилизируемых отходов в окружающей среде, уменьшить экологическую нагрузку и использовать ресурсный потенциал отходов вместо потребления первичных материалов.
Анализ вещественного состава шлаков черной металлургии свидетельствует о том, что они состоят из двух основных частей: полиметаллической и минеральной.
Значительная часть твердых отходов черной металлургии содержит большое количество железа и после обогащения возможно их использование в доменных печах наравне с железной рудой. Так, шлаки черной металлургии содержат до 15 % металлического и 27 % оксидного железа, а в железной окалине концентрация оксидов железа достигает 96 %. В шлаках также могут содержаться в значительных количествах ванадий, цинк, хром, марганец и другие металлы, которые также могут быть извлечены по существующим технологиям.
Минеральная часть металлургических отходов традиционно используется в строительной отрасли. По данным ОАО НИИЦемент, цементная промышленность использует до 7,5 млн т металлургических отходов ежегодно при производстве цемента взамен природных материалов. Шлаковый щебень находит применение в дорожном строительстве, производстве бетонов и изделий из них, минеральной ваты.
Анализ применяющихся в настоящее время в России технологий использования шлаковых отходов черной металлургии, в т.ч. наиболее многотоннажных из них — доменных шлаков (ДШ), позволяет сделать вывод о том, что если при использовании их при производстве цемента практически полностью используется задолженный в них ресурс, как полиметаллический (в особенности, соединения железа), так и минеральный, что позволяет получать цемент повышенного качества (например, портландцементы), то при применении ДШ в строительстве взамен инертных материалов (щебня, песка) используется с известной пользой только их минеральная часть, а полиметаллическая часть в лучшем случае является неиспользуемым балластом, а зачастую служит причиной эмиссий за счет подвижных форм металлов, которые выделяются из ДШ в окружающую среду в результате их трансформации в ходе протекания физико-химических процессов при контакте с агрессивными водами и другими неблагоприятными факторами окружающей среды.
В развитых странах образованы специализированные организации и научные институты, занимающиеся вопросами использования ресурсного потенциала шлака в строительстве: во Франции это — Техническая ассоциация по изучению и использованию доменных шлаков, в Канаде — Национальная шлаковая ассоциация, в Англии — Британская ассоциация шлака. В Германии и Англии продукцию из шлака получают непосредственно на металлургических предприятиях, в других странах шлак передают на вторичное использование организациям по производству строительных материалов. Национальная шлаковая ассоциация США добилась на правительственном уровне признания
шлака минеральным сырьевым материалом. Утилизация шлака осуществляется предприятиями, не связанными с металлургическим производством, и только в немногих случаях металлургические предприятия самостоятельно перерабатывают шлак для своих нужд, а оставшуюся часть передают сторонним организациям.
Проведенный нами сопоставительный анализ производства и использования ДШ в странах ЕС и России в 2007 г. (по данным НИЦ «Гипроцемент-На-ука») показал, что в странах ЕС производится в год порядка 24 млн т ДШ, в России — около 17 млн т. При этом в странах ЕС используется по году практически весь объем вновь образующихся шлаков, а в России — только около 60 %. Различна и структура направлений применения ДШ. В странах ЕС порядка 65 % используется в производстве цемента и около 30 % в дорожном строительстве, а в России соответственно 35 и 57 %.
В настоящее время объем использования вновь образующихся шлаковых отходов черной металлургии в России существенно увеличился в основном за счет увеличения масштабов строительства, но продолжает отставать от аналогичных показателей стран ЕС.
Анализ состояния обращения шлаков черной металлургии в России позволяет сделать вывод о том, что их использование в настоящее время сдерживается в силу ряда причин, ведущими из которых являются: несовершенство отечественной нормативно-правовой базы обращения с отходами, которая не стимулирует использование ресурсного потенциала, задолженного в отходах; отсутствие должного экономического стимулирования использования вторичных материалов, полученных из отходов или с их применением, при относительно низких ценах на первичное сырье, что делает экономически мало привлекательным освоение задолженного в отходах ресурсного потенциала; низкий уровень платежей за размещение неутилизируемых отходов в объектах окружающей среды; недостаточная разработанность методических подходов и критериальной базы по разработке наилучших доступных технологий (НДТ) по использованию отходов черной металлургии.
Вместе с тем, необходимо отметить, что в настоящее время в РФ активно идет процесс гармонизации отечественной нормативно-правовой базы по обращению с отходами с нормами международного права, внесены поправки в ряд действующих федеральных законов и подготовлены проекты новых законов, в частности, закона об отходах, усовершенствован ряд подзаконных актов и других нормативно-правовых документов, которые позволяют, в частности, кратно увеличивать платежи за размещение неутилизируемых отходов в окружающей среде, стимулируют использование задолженных в них материальных ресурсов, что является важным побудительным механизмом в деле усиления утилизации отходов вообще, в т.ч. и образующихся на предприятиях черной металлургии. Совершенствуются старые и разрабатываются новые методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем [2—6].
Наряду с этим, в развитых странах уделяется большое внимание эмиссии тяжелых металлов в водные объекты и почву [7—10].
Это определяет актуальность разработки НДТ по использованию отходов черной металлургии, так как используемые в настоящее время для этих
задач технологии в большинстве своем ориентированы только на технически возможную их реализацию при минимизации затрат по использованию отходов без должного учета других фундаментальных приоритетов, заложенных в НДТ, а именно: наиболее эффективных в достижении высокого уровня защиты окружающей среды в целом; доступных и целесообразных с финансовой точки зрения, когда выгоды для окружающей среды больше экономических затрат и затраты целесообразны для отрасли промышленности.
Несмотря на то, что методология идентификации НДТ достаточно полно разработана и закреплена на уровне национального стандарта Российской Федерации (ГОСТ Р 54097—2010), создание НДТ для использования шлаков черной металлургии затруднено в силу недостаточной продуманности методических подходов к разработке этих технологий с учетом специфики и конкретных практических условий предприятий черной металлургии и несовершенства критериальной базы.
Выполненный нами анализ состояния проблемы использования шлаков черной металлургии в развитых зарубежных странах, Украине, Казахстане и России, а также результаты исследований (начиная с 2008 г. по настоящее время) по модернизации существующих и разработке новых технологий и технических решений по извлечению задолженного в шлаках ресурсного потенциала, проведенных нами на металлургических предприятиях Пермского края, позволили разработать методические подходы и создать критериальную базу для разработки и идентификации методик, позволяющих не только учитывать динамично изменяющиеся условия конкретных предприятий, но имеющих общий характер для отрасли в целом, так как базируются на соблюдении фундаментальных общепринятых принципах решения подобного класса задач.
В основу разработанных методических подходов по разработке новых и идентификации существующих технологий по использованию ресурсного потенциала шлаков, образующихся на предприятиях черной металлургии, соответствующих требованиям, предъявляемым к НДТ, была положена концепция экосистемного комплексного подхода, позволяющая оценить необходимую степень достижения приемлемых экологических рисков при реализации разрабатываемой или существующей технологии, на протяжении всего жизненного цикла отхода: этапов его образования, получения целевого продукта при технологических переделах в используемой технологии путем извлечения задол-женного в отходе ресурсного потенциала, использования целевого продукта у потребителя и завершения жизненного цикла изделия (материала), полученного потребителем на основе этого целевого продукта.
Применение экосистемного комплексного подхода при разработке новых и идентификации существующих НДТ использования шлаков позволяет оценить, насколько она позволяет обеспечить достижение следующих целевых показателей:
технической возможности реализации вновь разработанной/модернизированной/существующей технологии в промышленных масштабах в условиях действующих предприятий отрасли при условии достижения степени извлечения задолженного в шлаках ресурсного потенциала, соответствующего безотходным и малоотходным категориям технологических процессов;
достижения приемлемого уровня экологической безопасности в ходе обращения со шлаками на протяжении всего их жизненного цикла как на этапе подготовки отходов к использованию в технологии по извлечению их ресурсного потенциала, так и на этапе функционирования этой технологии получения экологически безопасных целевых продуктов при минимизации образования остаточных количеств неутилизируемых отходов;
получения пользующихся спросом на рынке целевых продуктов заданного качества, имеющих статус товарных продуктов (вторичных материалов), конкурентоспособных по отношению к аналогам, полученным на основе первичных материалов (сырья);
получения максимального предотвращенного экологического ущерба за счет снижения экологической нагрузки на объекты окружающей среды и население;
доступности реализации технологии в финансово-экономическом отношении (приемлемый уровень капитальных и эксплуатационных затрат, получения прибыли от реализации целевой продукции, снижения экологических платежей в результате уменьшения сбросов, выбросов и размещения остатков неутилизируемых отходов в окружающей среде);
решения социальных вопросов (создание новых рабочих мест, рост платежей в бюджеты всех уровней, улучшение экологического и социального имиджа предприятия, исключение протестных реакций населения и общественных организаций в силу реализации благоприятных решений по охране окружающей среды).
В связи с тем, что для разработки и идентификации существующих НДТ отсутствуют четко регламентированные правила и имеются только разрозненные рекомендации по использованию логических моделей для оценки НДТ, например модели, построенной на основе ступенчатого логического подхода для принятия решений по НДТ института VITO (Бельгия)1, нами были обобщены эти подходы и на их основе был разработан алгоритм проведения разработки и идентификации НДТ применительно к особенностям рассматриваемой отрасли.
Алгоритм разработки новых и идентификации существующих технологий, отвечающих требованиям, предъявляемым к НДТ с использованием блокового ступенчатого логического подхода, позволяющий учесть динамически изменяющуюся ситуацию как в условиях конкретного предприятия, так и отрасли в целом, основан на анализе и обобщении разнообразной информации (технической, экологической, экономической, юридической и др.), представленной в различных формах (количественной, качественной, описательной, аналитической, текстовой, графической и иной) в виде промежуточных пошаговых формализованных решений («да» — «нет»), позволяющих двигаться по век-
1 Директива Европейского парламента и Совета ЕС 96/61/ЕС от 24 сентября 1996 г. «О комплексном предупреждении и контроле загрязнений» (Council Directive 96/61/ЕС of 24 September 1996 concerning integrated pollution prevention and control).
Директива Европейского парламента и Совета ЕС 2008/1/ЕС от 15 января 2008 г. «О комплексном предупреждении и контроле загрязнений» (Directive 2008/1/ЕС of the European Parliament and of the Council of 15 January 2008 concerning integrated pollution prevention and control).
тору принятия окончательного решения по мере исключения из дальнейшего рассмотрения технологий, которые на предыдущих этапах (блоках) принятия решений могут быть оценены как несоответствующие требованиям, предъявляемым к НДТ.
На рисунке представлен общий вид такого алгоритма разработки новых и идентификации существующих технологий, соответствующих требованиям, предъявляемым к НДТ, разработанного с использованием элементов ступенчатого логического подхода для принятия решений по НДТ, изложенных в [7].
Алгоритм разработки и идентификации существующих технологий, соответствующих требованиям, предъявляемым к НДТ
Существенным отличием разработанного нами алгоритма от представленного в ГОСТ Р 54 0 97—20 1 02 является включение дополнительных блоков, позволяющих оценить: жизненный цикл отхода, целевых продуктов, полученных при извлечении задолженных в отходе ресурсов и материалов (изделий), произведенных из целевых продуктов; возможность формирования экологической нагрузки при использовании целевых продуктов у потребителя; востребованность и конкурентная способность целевых продуктов и материалов (изделий), полученных из них на рынке, и их потребительская ценность.
Отечественная и зарубежная практика свидетельствует о том, что востребованность и конкурентная способность полученных целевых продуктов является в большинстве случаев решающим фактором при принятии решений о реализации предлагаемых технологий.
Так как алгоритм представлен в общем виде, без детализации формулировок в блоках для облегчения его практического использования, нами были разработаны критериальные показатели по каждому блоку, позволяющие более предметно принимать пошаговые промежуточные решения по разработке и идентификации НДТ последовательно в каждом блоке.
По блокам 1—8 были приняты следующие основные критерии.
По блоку 1:
предварительная экспертная комплексная оценка целесообразности извлечения задолженного ресурсного потенциала (полиметаллического и минерального) на основе его характеристики и уровня содержания, соответствующего категориям сырья (рудных материалов), который целесообразно извлечь с позиций не только чисто экономических — затратно-прибыльного анализа (совокупных затрат, возможной прибыли или убытков от реализации целевых продуктов), но и предполагаемой экологической и социальной эффективности (экологические и социальные риски при неиспользовании шлаков и их размещении в окружающей среде, репутационные потери и т.п.);
предварительная экспертная оценка технической возможности извлечения задолженного ресурсного потенциала на уровне безотходных или малоотходных категорий технологических процессов с оценкой их прогрессивности согласно требованиям ГОСТ Р 54097—2010 — образования неиспользуемых отходов для безотходных технологий на уровне до 1,5 %, для малоотходных — от 1,5 до 10 %. Отсюда целесообразный уровень извлечения задолженного ресурсного потенциала для НДТ может быть не менее 90 %.
По блоку 2:
наличие технической возможности извлечения задолженного в шлаках ресурсного потенциала на заданном уровне извлечения в условиях конкретных действующих предприятий (отрасли в целом) с экспертной оценкой применимости рассматриваемой технологии с учетом общепринятых критериев, применяемых при рассмотрении подобного рода вопросов (опыт применения подобных технологий в промышленных масштабах, эксплуатационные характеристики оборудования: производительность, временной ресурс эксплуатации, межремонтные периоды, энергетические затраты, уровень квалификации
2 ГОСТ Р 54097—2010. Ресурсосбережение. Наилучшие доступные технологии. Методология идентификации. Вв. 2012-01-01. М. : Изд-во стандартов, 2012.
персонала, степень автоматизации/роботизации процессов, постоянство качества получаемых целевых продуктов и т.п.).
По блоку 3:
обеспечение достижения приемлемого уровня экологических рисков при функционировании рассматриваемой технологии (оценка по расчетным и экспертным методам).
По блоку 4:
экономическая обоснованность ожидаемых результатов снижения экологической нагрузки и вероятности возникновения, и тяжести последствий иных экологических рисков до приемлемого уровня;
сопоставление целевых экономических затрат на достижение ожидаемого положительного социального эффекта (по экспертным оценкам — учет положительного имиджа предприятия, других социально значимых показателей) в условиях конкретного предприятия.
По блоку 5:
экономическая привлекательность внедрения рассматриваемой технологии в отрасли в целом, при достижении заданных целевых показателей по достижению приемлемых уровней экологических рисков и положительных социальных эффектов.
По блоку 6:
достижение приемлемого уровня экологических рисков, которые могут возникать у потребителя при использовании целевого продукта.
По блоку 7:
анализ жизненного цикла изделий (материалов) у потребителя, полученных на основе целевых продуктов (от производства изделий/материалов, их использования до завершения их жизненного цикла) с оценкой достижения при этом приемлемого уровня возникающих экологических рисков.
По блоку 8:
оценка востребованности и конкурентных преимуществ целевого продукта на рынке по его потребительским, экологическим и иным свойствам по сравнению с аналогами для оценки целесообразности его производства.
В том случае, когда рассматривается параллельно несколько технологий по предложенному алгоритму и по двум и более из них получено решение об их соответствии требованиям, предъявляемым к НДТ, проводится второй тур рассмотрения по выбору из них лучшей с использованием экспертных оценок, парных оценок и иных методов, позволяющих их ранжировать и определять из их числа приоритетные для использования.
Нами была проведена апробация предлагаемых методических подходов на примере идентификации традиционной широко распространенной технологии получения из ДШ щебня для строительных нужд, а более конкретно — для использования в качестве балластного материала для укрепления земляного полотна и отсыпки основания дорожной одежды вместо природного щебня (далее — технология 1) и разработанной нами технологии использования дробленного и освобожденного от металлических включений фракционированного ДШ в качестве минерального заполнителя для получения бетонной смеси с последующим производством из нее железобетонных свай и тротуарной плитки (далее — технология 2).
В качестве исходного сырья в сравниваемых технологиях был использован ДТТТ одного из металлургических комбинатов Пермского края. Технология получения и физико-механические характеристики щебня, железобетонных свай и тротуарной плитки, полученные на основе ДТТТ, представлены в [11].
Технологический процесс в обеих рассматриваемых технологиях начинается с дробления ДТТТ, удаления металлических включений и деления дробленого ДТ по крупности на фракции. Полученный в результате удаления металлических включений металлоконцентрат возвращается в технологию доменного производства, а фракционированный щебень отпускается потребителю.
По своим физико-механическим свойствам фракционированный щебень не уступает традиционно используемым природным материалам, а по отпускной цене, существенно более низкой по сравнению с природными материалами, обладает конкретными преимуществами.
Сравнительный анализ рассматриваемых двух технологий, произведенный с помощью алгоритма (см. рис.) позволяет сделать вывод о том, что обе технологии в основном отвечают требованиям, предъявляемым к НДТ на этапах рассмотрения в блоках с 1-го по 5-й включительно.
В исходном ДТТТ задолжен значительный минеральный ресурс, который целесообразно использовать, так как при этом будет снижен объем размещения неутилизируемых отходов в окружающей среде, а полученный целевой продукт — щебень — может быть использован вместо первичных материалов — аналогов. При этом достигается определенный экологический, экономический и социальный эффекты.
Технология получения щебня и отделения металловключений (магнитная сепарация) доступна большинству предприятий, обеспечивается достижение приемлемого уровня экологических рисков при функционировании оборудования по получению щебня из ДТТТ, стоимость получаемого щебня ниже стоимости природного щебня, что определяет экономическую привлекательность этой технологии.
При оценке технологии 1 по блоку 6 алгоритма было установлено. Что остаточные количества неизвлеченного при магнитной сепарации железа, а также другие составляющие полиметаллической части задолженного ресурса, могут при определенных воздействиях неблагоприятных факторов окружающей среды, в частности, при контакте с агрессивными водами, привести к переходу ряда металлов в подвижную фазу и их миграции в окружающую среду (почву, водные объекты).
Проведенными нами исследованиями эмиссий тяжелых металлов из щебня, полученного из ДТТТ, было установлено, что они могут достигать концентраций, превышающих экологически приемлемые уровни. При этом было установлено, что гидроаэробная защита полученного из ДТ щебня (например, помещение его в асфальтобетонные смеси) или размещение в более плотных средах (например, бетонах) позволяет снизить эмиссию тяжелых металлов в разы [12].
Величина эмиссии зависит от конкретных условий: массы использованного щебня на единицу площади, занимаемой сооружением; содержания в нем тяжелых металлов; крупности фракционного состава (поверхности контакта);
количества контактирующей со щебнем воды и ее качества (значения рН, минерального состава и других показателей, влияющих на интенсивность эмиссии).
С учетом этого технология 1, которая не предполагает ограничение условий применения щебня, полученного из ДШ, исключающих эмиссию из него загрязняющих веществ выше приемлемых экологических уровней, не гарантирует экологическую безопасность при использовании щебня у потребителя.
Кроме того необходимо отметить, что при достаточно высоком содержании в щебне, полученном из ДШ, железа в виде оксидов, которые при контакте с агрессивной водой, могут перейти в форму гидроксидов с увеличением размера молекул, что приведет к разрушению камня по известному механизму железистого распада.
Наличие в щебне марганца в достаточно высоких концентрациях так же при контакте с агрессивной водой может привести к марганцовистому распаду камня. В подобных условиях не исключается и силикатный распад. Разрушение камня в силу этих причин может привести к ухудшению прочностных и иных физико-механических свойств щебня, что может способствовать разрушению связанной с ним дорожной одежды.
Это позволяет сделать вывод о том, что использование щебня по технологии 1 без ограничений его применения с учетом местных условий, могущих привести к неприемлемому уровню эмиссий загрязняющих веществ и ухудшению его физико-механических характеристик не соответствует фундаментальным принципам НДТ и сама эта технология не соответствует требованиям к НДТ.
Оценка технологии 2 по блокам 6—8 показала, что уровень эмиссии загрязняющих веществ из сформованных из бетонной смеси с минеральным заполнителем на основе щебня из ДШ, железобетонных свай и тротуарной плитки ниже приемлемого в экологическом отношении уровня при их использовании у потребителя в силу помещения щебня в более плотную среду, а также применения дополнительных защитных механизмов при эксплуатации этих изделий. Так, при забивании железобетонных свай в зоне их возможного контакта с водой создается уплотненный слой прилегающего грунта, обладающий достаточно надежным коэффициентом фильтрации, исключающей прямой контакт сваи с грунтовой водой, а тротуарная плитка, согласно технологии 2, укладывается на песчаный слой, содержащий цемент, который в свою очередь создает щелочную среду, препятствующую миграции тяжелых металлов из ДШ в почву и водные объекты.
Кроме того, в технологии 2 приняты ограничения по использованию щебня, полученного из ДШ, имеющего высокое содержание оксида алюминия для производства бетонной смеси. В случаях контакта этого щебня, использованного в качестве минерального заполнителя в бетонах, с водой, содержащей растворенные соли, способные превращать оксиды алюминия в алюминаты, возможно образование новых молекул, имеющих больший объем (в 2,5 раза), чем исходные молекулы (так называемые бациллы Михаэлиса). Это может привести к нарушению целостности камня.
С учетом этих ограничений по направлениям и условиям использования изделий из бетонной смеси, полученной с применением щебня из ДШ в ка-
честве минерального заполнителя, технология 2 соответствует требованиям, предъявляемым к НДТ по использованию ресурсного потенциала ДШ, и может быть рекомендована к применению.
Библиографический список
1. Леонтьев Л.И. Нет дальнейшему накоплению техногенных отходов металлургии // Экология и промышленность России. 2013. № 1. С. 2—3.
2. Графкина М.В. Алгоритм выбора оптимального варианта размещения промышленных объектов по геоэкологическим критериям // Естественные и технические науки. 2008. № 2. С. 290—294.
3. Графкина М.В., Потапов А.Д. Оценка экологической безопасности строительных систем как природно-техногенных комплексов (теоретические основы) // Вестник МГСУ 2008. № 1. С. 23—28.
4. Pugin K.G., Vaysman Y.I. Methodological approaches to development of ecologically safe usage technologies of ferrous industry solid waste resource potential // World Applied Sciences Journal, 2013, vol. 22, Special Issue on Techniques and Technologies, pp. 28—33.
5. Наилучшие доступные технологии: опыт и перспективы / Е.Б. Королева, О.Н. Жигилей, А.М. Кряжев, О.И. Сергиенко, Т.В. Сокорнова. СПб., 2011. 123 с.
6. Davis B., Birch G. Spatial Distribution of Bulk Atmospheric Deposition of Heavy Metals in Metropolitan Sydney, Australia. Water Air Soil Pollution, 2011, no. 214, pp. 147—162.
7. Gunawardena J., Egodawatta P., Ayoko G.A., Goonetilleke A. Role of traffic in atmospheric accumulation of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons. Atmospheric Environment. 2012, no. 54, pp. 502—510.
8. Herngren L., Goonetilleke A. and Ayoko G. Understanding heavy metal and suspended solids relationships in urban stormwater using simulated rainfall. Journal of Environmental Management. 2005, no. 76, pp. 149—158.
9. Herngren L., Goonetilleke A., and Ayoko G.A. Analysis of heavy metals in road-deposited sediments. Analytica Chimica Acta. 2006, no. 571(2), pp. 270—278.
10. Huston R., Chan Y.C., Gardner T., Shaw G., Chapman H. Characterisation of atmospheric deposition as a source of contaminants in urban rainwater tanks. Water research. 2009, no. 43, pp. 1630—1640.
11. Пугин К.Г., Волков Г.Н., Мальцев А.В. Исследование возможности переработки металлургических шлаков в Пермском крае путем производства тротуарной плитки // Фундаментальные исследования. 2013. № 1—2. С. 419—421.
12. Пугин К.Г. Вопросы экологии использования твердых отходов черной металлургии в строительных материалах // Строительные материалы. 2012. № 8. С. 54—56.
Поступила в редакцию в сентябре 2013 г.
Об авторах: Пугин Константин Георгиевич — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобилей и технологических машин, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ФГБОУ ВПО «ПНИ11У»), 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, д. 29, 123zzz@rambler.ru;
Вайсман Яков Иосифович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой охраны окружающей среды, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ФГБОУ ВПО «ПНИПУ»), 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, д. 29, 123zzz@rambler.ru.
Для цитирования: Пугин К.Г., Вайсман Я.И. Методические подходы к разработке и идентификации наилучших доступных технологий на примере использования шлаков черной металлургии // Вестник МГСУ 2013. № 10. С. 183—195.
10/2013
K.G. Pugin, Ya.I. Vaysman
METHODOLOGICAL APPROACHES TO DEVELOPMENT AND IDENTIFICATION OF THE BEST AVAILABLE TECHNOLOGIES ON THROUGH THE EXAMPLE USE
OF FERROUS SLAGS
Metallurgy is an industry which causes great environmental stress. Ferrous waste used as the raw material in the building industry can lead to environmental pollution with heavy metals. The author offers a methodology of comparing different technologies of using the potential of waste in order to minimize the adverse influence of technology on the environment. The methodology is based on choosing the best available technologies accepted in the European Union.
The methodological approaches to the development of new technologies of ferrous slag usage and identification of the existing ones were based on the concept of a complex ecosystem-based approach. The approach allows to estimate the required degree of acceptable environmental risks in the course of the implementation of a technology throughout the whole life cycle of waste: at the stage of its formation, generation of the desired product in the process of technological conversion by capturing the resource potential of waste, the use of the desired product by the consumer, and the expiry of the life cycle of a product (material) generated by the consumer from the desired product.
The use of a complex ecosystem-based approach in the process of developing new technologies of slag usage and identifying the existing ones helps to judge if a technology allows achieving the following targets:
technical feasibility of a technology in production quantities, on condition of achieving the degree of capturing the slag potential that complies with low-waste and waste-free categories of technological processes;
the acceptable level of environmental security throughout the whole life cycle of the
slag;
generation of marketable end products of the pre-set quality, which exceeds the quality of other competing products;
maximal prevention of the environmental damage by reducing the environmental stress on the environment and the population;
availability of the technology in terms of finance and economy; social issues (new jobs, higher payments to budgets of all levels, improvement of the environmental and social image of a company, prevention of public protests as a result of favorable decisions for the protection of the environment).
The proposed algorithm allows choosing the technology producing minimal environmental damage in order to maximize the economic attractiveness and technical feasibility. Key words: the best available technology, ferrous metallurgy, slag, heavy metals.
References
1. Leont'ev L.I. Net dal'neyshemu nakopleniyu tekhnogennykh otkhodov metallurgii [Say No to the Further Accumulation of Ferrous Waste]. Ekologiya i promyshlennost' Rossii [Ecology and Production Sector of Russia]. 2013, no. 1, pp. 2—3
2. Grafkina M.V. Algoritm vybora optimal'nogo varianta razmeshcheniya promyshlennykh ob"ektov po geoekologicheskim kriteriyam [Algorithm for the Choice of the Optimal Option of Locating Industrial Facilities Based on Geological Criteria]. Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and Engineering Sciences]. 2008, no. 2, pp. 290—294.
3. Grafkina M.V., Potapov A.D. Otsenka ekologicheskoy bezopasnosti stroitel'nykh sistem kak prirodno-tekhnogennykh kompleksov (teoreticheskie osnovy) [Estimating Ecological Security of Construction Systems as Natural and Anthopogenic Complexes]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2008, no. 1, pp. 23—28.
4. Pugin K.G., Vaisman Y.I. Methodological Approaches to Development of Ecologically Safe Usage Technologies of Ferrous Industry Solid Waste Resource Potential. World Applied Sciences Journal, 2013, vol. 22, Special Issue on Techniques and Technologies, pp. 28—33.
5. Koroleva E.B., Zhigiley O.N., Kryazhev A.M., Sergienko O.I., Sokornova T.V. Nailuch-shie dostupnye tekhnologii: opyt i perspektivy [The Best Available Technologies: Experience and Prospects]. Saint Petersburg, 2011, 123 p.
6. Davis B., Birch G. Spatial Distribution of Bulk Atmospheric Deposition of Heavy Metals in Metropolitan Sydney, Australia. Water Air Soil Pollution, 2011, no. 214, pp. 147—162.
7. Gunawardena J., Egodawatta P., Ayoko G., Goonetilleke A. Role of Traffic in Atmospheric Accumulation of Heavy Metals and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Atmospheric Environment. 2012, no. 54, pp. 502—510.
8. Herngren L., Goonetilleke A., Ayoko G.A. Understanding Heavy Metal and Suspended Solids Relationships in Urban Stormwater Using Simulated Rainfall. Journal of Environmental Management. 2005, no. 76, pp. 149—158.
9. Herngren L., Goonetilleke A., Ayoko, G.A. Analysis of Heavy Metals in Road-deposited Sediments. Analytica Chimica Acta. 2006, no. 571(2), pp. 270—278.
10. Huston R., Chan Y.C., Gardner T., Shaw G., Chapman H. Characterisation of Atmospheric Deposition as a Source of Contaminants in Urban Rainwater Tanks. Water research. 2009, no. 43, 1630—1640.
11. Pugin K.G., Volkov G.N., Mal'tsev A.V. Issledovanie vozmozhnosti pererabotki met-allurgicheskikh shlakov v Permskom krae putem proizvodstva trotuarnoy plitki [Research into Possibility of Recycling of ferrous slags in the Perm Territory through Production of Paving Slab]. Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental Researches]. 2013, no. 1—2, pp. 419—421.
12. Pugin K.G. Voprosy ekologii ispol'zovaniya tverdykh otkhodov chernoy metallurgii v stroitel'nykh materialakh [The problems of the Ecology of Using Ferrous Hard Waste in Construction Materials]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2012, no. 8, pp. 54—56.
About the authors: Pugin Konstantin Georgievich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Chair, Department of Automobile and Process Machinery, State National Research Polytechnical University of Perm (PNIPU), 29 Komsomolsky Prospect, Perm, 614990, Russian Federation; + 7 (342) 239-14-92; 123zzz@rambler.ru;
Vaysman Yakov Iosifovich — Doctor of Medical Sciences, Professor, Chair, Department of environmental protection, State National Research, 29 Komsomolskiy Prospect, Perm, 614990, Russian Federation; +7 (342) 239-14-92; 123zzz@rambler.ru.
For citation: Pugin K.G., Vaysman Ya.I. Metodicheskie podkhody k razrabotke i identi-fikatsii nailuchshikh dostupnykh tekhnologiy na primere ispol'zovaniya shlakov chernoy metallurgii [Methodological Approaches to Development and Identification of the Best Available Technologies on the Example of the Use of Ferrous Slags]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 10, pp. 183—195.
