Полихлорированные бифенилы опасные загрязнители, укрываемые в шахтах и карьерах

Den V.Bench (Дэн В.Бенч), бакалавр, горный инженер, координатор по ПХБ,
Агентство по охране окружающей среды США

Полихлорированные бифенилы (ПХБ) входят в группу из 12 химических веществ, определяемых как стойкие органические загрязнители (СОЗ), подпадающие под действие Стокгольмской Конвенции ООН от 2001 г., когда 90 стран мира, таких как США и члены ЕС, приняли решение о сокращении или прекращении производства, использования и/или недопущения утечки ПХБ. СОЗ являются высокоустойчивыми токсичными органическими соединениями, которые надолго сохраняются в окружающей среде и аккумулируются в жирах. ПХБ являются одним из немногих загрязнителей окружающей среды, действительно глобального масштаба. Их обнаруживали в небольших, но измеримых концентрациях почти во всех морских, растительных и животных организмах (в рыбе, млекопитающих, птицах, птичьих яйцах и в человеческом организме). Они могут попадать в организм через легкие, желудочно-кишечный тракт, кожу и, однажды проникнув в организм с пищей или воздухом, ПХБ циркулируют в нем вместе с кровью и аккумулируются в жировых тканях и некоторых органах, таких как печень, почки, легкие, надпочечники, мозг, сердце и кожа. Люди, постоянно проживающие в США, имеют измеримые концентрации ПХБ в жировых тканях [1].


Рудник Игл, Джилман, Колорадо.
Трансформатор емкостью около 290 л (цилиндры с ребрами охлаждения и маркировкой ПХБ) на горизонте 20 при проведении Агентством по охране окружающей среды операции извлечения оборудования в связи с предстоящим закрытием и затоплением рудника

Сегодня уже не осталось никаких сомнений в том, что ПХБ представляет угрозу для здоровья человека и окружающей среды даже в самых небольших концентрациях. Оказавшись в организме, ПХБ могут привести к его разрушению [2]. ПХБ получили такое широкое распространение, что Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) сочло необходимым указывать предельно допустимые концентрации ПХБ на коробках и упаковке продуктов питания (рыбы, мяса, молока и яиц). В жировой ткани организмов ПХБ могут аккумулироваться в больших концентрациях даже в тех случаях, когда эти организмы подвергаются небольшому воздействию. В частности, рыба может накапливать ПХБ в своих тканях в 740 тысяч раз превышающих содержание этих веществ в воде, в которой она обитает [3]. Это не считая ПХБ, получаемого рыбой в результате потребления зараженных беспозвоночных. Выяснилось, что радужная форель, питаясь зараженными беспозвоночными, биологическим путем накапливает ПХБ в концентрации, в 10 млн. раз выше концентрации этих веществ в озере Онтарио [4]. Этот процесс биологического аккумулирования привел к закрытию рыбного промысла на Великих Озерах и к выпуску рекомендаций для организаций спортивного рыболовства с указанием концентрации ПХБ при потреблении рыбы, выловленной из 100% Великих Озер, из 71% полосы прибрежных вод, а также из 28% озер и 14% общей протяженности рек 48 штатов, расположенных ниже Великих Озер. [5].


Океаны являются крупнейшими «поглотителями стоков» ПХБ, и последствия этого неизвестны. Средние коэффициенты биологической концентрации ПХБ, поступающих из воды в фитопланктон, составляют от 10 тыс. до 1 млн. [6], однако очень редко кто-либо упоминает о том, что фитопланктон является основой пищевой цепи в океане и главным источником атмосферного кислорода [7].

Кроме того, ПХБ классифицируются Агентством по охране окружающей среды как вероятные канцерогены человека, ухудшающие память и отрицательно сказывающиеся на интеллектуальном развитии детей [9] и взрослых [10] и вызывающие заболевания печени, хлоракне (воспаление сальных желез, вызываемое хлором), и нарушение репродуктивной функции человека. ПХБ являются разрушителями эндокринной системы [11], а также способствуют росту онкологических заболеваний [12].


Рудничная комплектная трансформаторная подстанция с распределительным
устройством, в составе которой обычно присутствуют конденсаторы

Изготовление ПХБ осуществлялось в США с 1929 г. по 1977 г., когда их производство было добровольно прекращено. В 1978 г. изготовление ПХБ было запрещено официально, а использование и размещение стало строго регулироваться Правилами, подготовленными Агентством по охране окружающей среды США (EPA), в точном соответствии с требованиями Раздела 6(е) Закона о контроле токсических веществ (TSCA). Несмотря на то, что их изготовление было запрещено в США и многих других странах в соответствии с установленными Правилами ПХБ все же разрешено использовать в электрооборудовании, прежде всего в качестве жидкого диэлектрика (или в смесях жидких диэлектриков).

Область применения и свойства ПХБ

ПХБ выгодно отличаются от трансформаторного масла высокой температурой воспламенения и негорючестью, что определило их широкое использование в электрических аппаратах, применяющихся в различных отраслях промышленности, в т.ч. при разработке месторождений полезных ископаемых. Поэтому в настоящее время ПХБ используются в качестве диэлектриков в трансформаторах, трансформаторах регулируемого напряжения, конденсаторах и флуоресцирующих веществах осветительных приборов. В США ПХБ выпускались под торговой маркой Ароклор (Aroclor), до прекращения их производства в 1977 г. Ароклоры представляют собой фракции ПХБ с различными концентрациями хлора, обладающими различными свойствами. Самые распространенные разновидности этой продукции – Ароклор 1254 и Ароклор 1260. Эти продукты смешивались с растворителями, например, с трихлорбензолом, и продавались под торговыми марками, которые указываются на пластинах с заводскими характеристиками электрооборудования, в котором присутствуют ПХБ. Наиболее известны торговые марки диэлектриков, содержащих ПХБ – Pyranol, Inerteen, Elemex, и Chlorextol и др.

Физические и химические свойства, которые определяют промышленную ценность ПХБ, одновременно являются губительными для окружающей среды. ПХБ являются весьма стойкими соединениями, которые не склонны к разрушению под воздействием высоких температур и старению. Однажды проникнув в окружающую среду, они остаются в ней в течение длительного времени, легко циркулируя из воздуха в воду, из воды в почву и обратно [13]. ПХБ в десятки раз лучше растворяются в жирах, чем в воде, поэтому накапливаются в жировых тканях организмов.

Горные предприятия и ПХБ

Горная промышленность является отраслью, в которой наиболее широко применяется электрооборудование, содержащее ПХБ. Использование на шахтах и рудниках электрооборудования, содержащего ПХБ, было документально зафиксировано в ходе проверок, проведенных за последние двадцать лет Агентством по охране окружающей среды США по 8-му Округу, и его можно встретить на шахтах всего мира.

Следует подчеркнуть, что электрооборудование, содержащее ПХБ, может применяться в угольных, рудных и нерудных шахтах и карьерах, а также на ДСФ и ДОФ горных предприятий. Присутствие ПХБ наиболее вероятно в трансформаторах, емкостях с отработанным трансформаторным маслом, конденсаторах и флуоресцирующих веществах осветительных приборов. Трансформаторы и конденсаторы могут располагаться на стационарных электроподстанциях или устанавливаться на рудничных вагонетках. Конденсаторы, содержащие ПХБ, встречались и в электровозах. На угольных шахтах конденсаторы часто используются в передвижных трансформаторных подстанциях с распределительными устройствами. В соответствии с установленными Правилами это оборудование должно маркироваться знаками (наклейками) ПХБ, если оно содержит 500 единиц на миллион (0.05%) и более этих веществ и именоваться как «ПХБ-содержащие трансформаторы и конденсаторы».


конденсатор, содержащий ПХБ

В зависимости от соотношения затрат на извлечение и эффективности повторного использования оборудования, при ликвидации шахт часто под землей остается горно-шахтное, горно-транспортное, подъемное или электрическое оборудование. По данным специалистов горной промышленности очень большое количество электрооборудования, содержащего ПХБ, было оставлено под землей еще до принятия Правил, регламентирующих использование и размещение ПХБ [14].

Здесь особенно следует выделить шахты, так как брошенное под землей электрооборудование, содержащее ПХБ, может стать причиной загрязнения подземных вод, что оказывает негативное влияние на окружающую среду.

Общеизвестно, что большинство закрытых шахт подвергается затоплению и обрушению. При этом оставленное электрооборудование подвергнется коррозии под воздействием кислых шахтных вод и/или будет просто разрушено, раздавлено и т.п. Кроме того, горные работы приводят к образованию обширных массивов с высокой степенью трещиноватости. Трещины создают дополнительные каналы, по которым подземные шахтные воды, содержащие жидкие диэлектрики, выпускаемые под торговой маркой ПХБ, из нарушенных участков могут просачиваться сквозь породы всего шахтного пространства и за его пределы. Гидрологи не могут прогнозировать характер движения грунтовых и шахтных вод по трещинам и коэффициенты их разбавления [15]. В любом случае грунтовые воды и открытые источники воды могут подвергнуться загрязнению и представлять опасность для окружающей среды [16, 17].

Следует иметь в виду, что ПХБ – не единственные искусственные химические вещества, которые применяются под землей, и использование которых регулируется установленными Правилами. Существуют и другие вещества, утечка которых может представлять угрозу для окружающей среды. Подземные ремонтные службы могут использовать растворители для очистки и обезжиривания оборудования, например, трихлорэтан и метиленхлорид. Размещение этих растворителей регулируется Законом об охране и восстановлении ресурсов (RCRA) США, который регламентирует производство, обращение и размещение опасных отходов, за исключением ПХБ. Утечка этих растворителей может по-своему представлять угрозу загрязнения подземных и грунтовых вод. Кроме того, пролитые растворители могут вызвать мобилизацию ПХБ, ускорив, таким образом, перенос этих веществ и их попадание в грунтовые и подземные воды и открытые водные источники. Некоторые шахты организуют собственные свалки и склады металлолома, в которых складируются и ПХБ и растворители, размещение которых регулируется Законом RCRA.

Проведение инспекций

8-й Округ Агентства по охране окружающей среды включает шесть штатов: Колорадо, Монтана, Северная и Южная Дакота, Юта и Вайоминг. В этом районе сосредоточено большое количество угольных шахт страны. Опыт работы в 8-м Округе может служить своего рода индикатором для других организаций и других стран с развитой горной промышленностью. Программа инспектирования шахт 8-го Округа началась в 1978 г. с обнародования Правил, касающихся ПХБ. В пределах Округа за последние 20 лет были проинспектированы 75 шахт и выдвинуто более 30-ти официальных исков исполнительной власти о взыскании штрафов за нарушение Правил использования и размещения ПХБ. На 44% проинспектированных шахт были допущены нарушения этих Правил.

Проверки проводились, главным образом, в подземных выработках шахт, т.к. существовала потенциальная опасность того, что электрооборудование, содержащее ПХБ, будет оставлено под землей, и произойдет загрязнение подземных и грунтовых вод. Поэтому, большая часть административных обвинений коснулась именно шахт.

Всякий раз, когда инспекторы появлялись в каком-либо районе, где до этого Агентство по охране окружающей среды не обеспечивало с помощью мер принуждения выполнения Правил, касающихся ПХБ, они сталкивались с отсутствием понимания опасности и незнанием этих Правил. Они также обнаруживали отсутствие такого понимания другими правительственными организациями, которые обладают определенными полномочиями. В ходе инспекций было обнаружено электрооборудование, содержащее ПХБ, в драглайнах на угольных карьерах, в мехлопатах на рудных карьерах, а также на складе металлолома в трансформаторах и конденсаторах, предназначенных для утилизации. Их также находили в шахтных подстанциях, насосных станциях, комплектных трансформаторных подстанциях с распределительными устройствами и в электровозах. Электрооборудование, содержащее ПХБ, было также обнаружено на обогатительных фабриках, плавильных печах, в установках рафинирования металлов, в дробильных отделениях и перегрузочных пунктах. Представители Агентства по 8-му Округу уверены, что если Управление техники безопасности и охраны труда в горной промышленности (MSHA) считает, что шахты безопасны для здоровья шахтеров, то они тем более безопасны для посещения их инспекторами Агентства по охране окружающей среды. Для гарантии полной безопасности проверяющих инспектировались в основном только действующие и законсервированные предприятия. Главная цель инспекции – обеспечить принудительное выполнение установленных Правил и предотвратить случаи оставления под землей оборудования, содержащего ПХБ. Закрытые шахты не инспектировались в связи с их недоступностью (затопленные, обрушенные), опасностью обвалов и т.п. угроз здоровью и жизни людей. Проверки подтвердили, что основная опасность загрязнения шахтных вод ПХБ в будущем будет исходить от брошенного под землей электрооборудования, содержащего его. Инспекционная программа могла бы предотвратить случаи оставления оборудования под землей в будущем.

В качестве примера можно привести участие автора статьи на руднике Игл (Колорадо) в проведении акции 8-го Округа по незамедлительному устранению нарушений в соответствии с Законом об ответственности и компенсациях за экологические нарушения (CERCLA) [18]. Этот закон регулирует процедуры очистки неконтролируемых или заброшенных полигонов опасных отходов. Рудник имел вертикальный ствол глубиной 122 м, пройденный до главного откаточного горизонта 16, от которого проведены два уклона – 1620 и 1623 для обслуживания горизонта 20. Горизонты разделены 30-метровым по вертикали слоем породы. Ниже гор. 20 шахта была полностью затоплена до гор. 28. Протяженность горизонтальных и слабонаклонных выработок рудника составляла 160 км [19], большая часть которых была недоступна из-за затопления, плохого проветривания и открытого пожара, охватившего уклон 1623. Всё предприятие с электрооборудованием, содержащим ПХБ, находилось под землей, и только концентрат для плавильного отделения и хвосты вывозились с рудника. Агентство предписывало владельцу вывезти электрооборудование, содержащее ПХБ, с тех участков, которым угрожала опасность затопления. Но, после того как была прекращена работа электрооборудования и насосной станции на гор. 20, должных мер по выводу этого оборудования не было предпринято. Агентство приняло на себя все расходы и в течение трех дней произвело демонтаж трех трансформаторов (емкостью по 288 л), содержащих Пиранол (ПХБ) и 27 конденсаторов большой емкости, также содержащих Пиранол. Три трансформатора, из которых ранее слили Пиранол, были оставлены на подстанции в связи с высокими затратами и рисками, связанными с их подъемом на поверхность. Неизвестно, осталось ли оборудование, содержащее ПХБ, на доступных участках рудника и ниже гор. 20. Такое отсутствие информации типично для оставленных или затопленных участков шахт и рудников. И хотя это мероприятие могло оказаться опасным, риски были известны и управляемы. При этом вся операция проводилась в присутствии инспекторов MSHA. Если бы в это время Агентство по охране окружающей среды не проводило проверку, трансформаторы и конденсаторы, содержащие ПХБ, никогда бы не были обнаружены, и сегодня они оказались бы под 215-метровой толщей воды, которая поступает в реку Колорадо.

Обращение с оборудованием, содержащим ПХБ

Первостепенной задачей является инвентаризация всего электрооборудования на предмет строгого обозначения, учета количества и места нахождения оборудования, содержащего ПХБ. Оборудование должно быть маркировано таким образом, чтобы его легко можно было узнать, оно должно иметь соответствующую защиту, и ни в коем случае нельзя допускать небрежности при его размещении и утилизации.

Большое значение имеет письменная отчетность. В зависимости от наличия финансовых средств, второй по важности задачей является замена такого оборудования и его размещение в местах безопасного хранения в соответствии с Правилами.

Третьей задачей является размещение и захоронение. При принятии решений о выборе мест хранения и размещения оборудования чрезвычайно важно иметь в виду ту опасность, которая связана с ПХБ, и продолжительность существования этих веществ в окружающей среде. Сжигание на открытом воздухе может привести к превращению ПХБ в диоксины – еще более опасные яды. Захоронение диэлектриков, содержащих ПХБ, в земле может привести к загрязнению грунтовых и подземных вод. Размещение диэлектриков, содержащих ПХБ, требует применения специальных приемов нейтрализации, которые могут обеспечить разрушение молекулы ПХБ. В некоторых странах отсутствуют соответствующие возможности для их захоронения, поэтому необходимо будет обеспечить их длительное хранение.

Заключение

Учитывая огромную протяженность выработок крупных шахт можно сделать очевидный вывод о том, что существует возможность незаконного и неправильного размещения опасных отходов в них, и так, что эти отходы вряд ли когда-либо могут быть обнаружены. На многих шахтах, независимо от их величины, есть такие возможности. И только текущие проверки подземных горных предприятий правительственными организациями, в компетенцию которых входит контроль ПХБ, могли бы предотвратить оставление такого оборудования под землей. Не существует никаких соображений безопасности, которые могли бы помешать проведению таких проверок. В этом деле необходимо использовать методы и просвещения, и принуждения. Везде, где проводятся мероприятия по очистке и экологической реабилитации территорий, следует рассматривать и тестировать возможность присутствия ПХБ. 


Взгляды, изложенные в этой статье, отражают точку зрения автора и не обязательно могут отражать политику, проводимую Агентством по охране окружающей среды США.

Журнал "Горная Промышленность" №4 2004