В перспективе до 2030 г. Россия будет наращивать добычу и экспорт угля, оставаясь одним из главных его поставщиков на внешний рынок. К 2030 г. объем российского угля, отправляемого на экспорт морским путем, составит более 150 млн. тонн. Основные экспортные потоки российского угля переместятся в Юго-Восточную Азию, прежде всего в Китай . В тоже время угольная промышленность на сегодняшний день одна из наиболее экологически опасных. На территориях размещения предприятий угольной промышленности постоянно отмечается высокое загрязнение атмосферного воздуха и негативное влияние на качество поверхностных вод.Оценка условий труда работников угольной отрасли по степени вредности и опасности факторов производственной среды и трудового процесса позволила отнести их к категории вредных (класс 3) [1].

Уголь каменный относится к 4-му классу опасности, обладая следующими свойствами:1. Угли могут выделять метан, воспламеняющийся газ. 2. Возможно окисление углей с последующим снижением содержания кислорода и увеличением содержания диоксида углерода. 3. Некоторые угли склонны к самонагреванию с последующим самовозгоранием в грузовом помещении. Возможно образование воспламеняющихся и ядовитых газов, включая оксид углерода. При вдыхании его токсичность в 200 раз превышает эффективность действия кислорода на гемоглобин.  4. Некоторые угли склонны к реагированию с водой с последующим образованием корродирующих кислот. Возможно образование воспламеняющихся и ядовитых газов, включая водород. Водород не имеет запаха, он намного легче воздуха и имеет пределы воспламенения в воздухе 4-75% на объем [2].

Процесс транспортировки и перегрузки угля по характеру  и мощности воздействия угольной пыли на окружающую среду и здоровье человека  ничем не отличается от угледобычи.   На юге Приморского края сконцентрированы морские порты, через которые происходит отгрузка угля на экспорт в Азиатско-Тихоокеанский регион, планируется и ведется строительство специализированных угольных терминалов закрытого типа.  В то же время  некоторые уже существующие мощности перегрузки являются источниками загрязнения атмосферного воздуха и, как следствие, беспокойства жителей. В первую очередь это универсальные терминалы действующих морских портов, используемые для перевалки угля, ограниченные территориями, мощностями, инфраструктурой и  граничащие с жилой застройкой. За исключением АО « Восточный порт» все работают открытым способом. Реализовать технологию закрытой перевалки угля можно только при проектировании и строительстве нового терминала, это требует больших финансовых затрат и отчуждения территорий.

Необходим комплексный подход для сохранения окружающей среды в сочетании с экономической эффективностью. Таким подходом может быть внедрение наилучших доступных технологий пылеподавления в морских портах на период  строительства специализированных терминалов для перегрузки угля закрытым способом.

Рисунок 1. Открытый склад ВМТП

Негативное воздействие на окружающую среду, вызывающее обоснованную тревогу населения, до сих пор оказывает Владивостокский морской порт (ВМТП), в котором в 2014 открылся терминал по перевалке коксующегося угля. Так как в тот период основным направлением было получение прибыли, перевалка производилась открытым способом. На первом этапе не были установлены системы пылеподавления, а роль защитных экранов выполняли сорокафутовые контейнеры, составленные друг на друга. Владивостокский морской торговый порт находится в густозаселенном районе города – Эгершельд, протянулся на 4 км вдоль бухты Золотой рог, рядом находится исторический центр города и железнодорожный вокзал.  В 2019 году объемы перевалки угля достигли 1,3 млн. тонн, а в 2020 году объемы увеличились на 7%. На текущий момент перевалка угля осуществляется открытым способом. Возведенные защитные экраны не справляются со своей задачей, так как высота штабелей на складе в период максимальной загрузки превышает высоту экранов. Из-за постоянно увеличивающихся объемов перевалки угля, ВМТП увеличил территорию склада, при этом защитные экраны не были возведены, а вместо них была натянута малоэффективная мелкозернистая полимерная сетка (рис.1). На фото видно, что производительность и количество установленных распылительных систем не рассчитаны на такие площади склада, поэтому угольная пыль разносится ветром на ближайшие жилые дома и акваторию бухты Золотой рог. Жители района Эгершельд регулярно пишут жалобы в администрацию района о наличии черной пыли в квартирах, на окнах, детских площадках, на машинах, но ситуация не изменяется. [3]

Рисунок 2.   Открытый склад ВМРП.   Используется пылезащитный экран — полиэстеровая сетка

Владивостокский морской рыбный порт располагается на южном берегу бухты Золотой рог. Общая площадь Порта составляет более 370 тыс. м², из них более 146 тыс. м² используются под открытые складские площадки. Рыбный порт был первооткрывателем перевалки угля в городе Владивосток, под перевалку были отведены сразу 2 причала: 50 и 46. Как и с торговым портом, во время запуска перевалки угля никто не задумывался об экологии и вреде угольной пыли, перевалка угля производилась открытым способом. Функцию пылезащиты выполняет полимерная сетка и распылительная система (рис. 2.).Видно, что распылительная система не охватывает всю территорию складирования, облака пыли от работы грейферов перекрывает высоту ветрозащитной сетки.

 Для повышения эффективности применяемых мероприятий по защите окружающей среды на период строительства специализированных терминалов необходимо использовать дополнительные системы  пылеподавления, внедрение которых не требует особых условий и финансовых затрат:

• Ветропылезащитные экраны, соответствующей высоты и профиля;
• Системы орошения и пылеподавления, необходимой площади покрытия и дисперсности;
• Судопогрузочные машины с закрытой подачей и системой пылеподавления.

В отличие от специализированных угольных терминалов, имеющих большие площади и специальные технические решения, универсальные терминалы представляют собой небольшие площадки внутри существующих морских портов с минимальной инфраструктурой. В таблице 1 приведены источники выделения угольной пыли в технологических процессах универсальных, то есть не приспособленных исключительно к перевалке сыпучих грузов, погрузочно-разгрузочных площадок.

Таблица 1

Источники выделения угольной пыли в технологических процессах универсальных терминалов морских портов

Неорганизованный характер источников выбросов исключает возможность использования таких эффективных методов борьбы с угольной пылью как аспирационные устройства и туманообразователи. В этом случае необходимо использовать системы орошения,  настроенные под каждый этап перевалки угля индивидуально. При увеличении числа капель воды и уменьшении их размера вероятность улавливания пыли многократно возрастает, а наибольший эффект в пылеподавлении достигается при равных размерах водных капель и пыли. Основной диапазон размера угольной пыли составляет 200-500 мкм, поэтому для повышения эффективности пылеподавления необходимо распыление частиц воды размером не более 150 мкм и размещение форсунок на расстоянии не дальше 10 м от источника пыления.

Для уменьшения поверхностного натяжения при распылении воды можно использовать поверхностно-активные вещества. Их действие способствует уменьшению запыленности, улучшению смачивания частиц пыли и их обволакивание, тем самым экономя расход воды. Но при добавлении ПАВ происходит удорожание работы системы орошения, активные вещества влияют на свойства угля и могут привести к повреждению оборудования.

Пассивные системы — ветрозащитные стены, экраны пылеподавления, защитные полосы древесно-кустарниковых насаждений -не требуют значительных затрат и служат продолжительное время. Их эффект достигается за счет сдерживания потока воздушных масс, тем самым сокращается площадь ореола загрязнения и эрозия штабелей угля на складских площадках. К естественным пассивным системам пылеподавления относятся древесно-кустарниковые насаждения, однако их создание требует времени и особых климатических условий. Аналогом естественных насаждений являются ветрозащитные экраны. По принципу аэродинамики экран препятствует переносу пыли и снижает потоки ветра, создавая эффект пылеподавления до 80%. Сегодня это наиболее широко применяемая технология защиты от угольной пыли по всему миру и активно используется в Китае, Канаде, Японии. Проектирование экрана  выполняется с учетом розы ветров, на основании математического моделирования с учетом климатических особенностей региона, рельефа, источников пыления и
технологии работ.

Рисунок 3.  Движение воздушных масс через ветрозащитную и пылеподавляющую сетки.

 Эффективность пылеподавления зависит от высоты экрана и его конструкции. Наибольшим эффектом обладают  экраны высотой от +10% до +50 % к высоте штабеля, с коэффициентом перфорации от 20%  до 50 % . По величине перфорации экраны делятся на два типа: ветрозащитные (40-50%) и пылеподавляющие (20-40%).

Рисунок 4. Конструкция ветропылезащитного экрана: стальной панельный  с перфорацией «овал»

 Максимальная эффективность ветропылезащиты достигается при совместном использовании двух типов экранов. В этом случае воздушные массы огибают штабель и через пылеподавляющую стенку проходят насквозь, а пылевые частицы осаждаются на перфорированной поверхности (рис. 3). Конструкция экранов зависит от компоновки, динамической нагрузки и применяемых материалов. Наиболее эффективными с точки зрения пылеподавления и надежными в эксплуатации являются экраны из стальных панелей с перфорацией «продольный овал»( рис.4). Стоимость подобных конструкций окупается их эффективностью и продолжительностью эксплуатации, устойчивостью к атмосферным воздействиям.

Рисунок 5. Работа судопогрузочной машины и результаты воздействия на окружающую среду

Рисунок 6. Стрела судопогрузочной машины, оснащенной системой орошения

Последним и завещающим этапом перевалки угля является судо-погрузочная машина. Морской грузовой фронт состоит из причала, судопогрузочной машины и причального участка конвейерной системы. Мощным неорганизованным источником пыления в этой цепочке является уголь, падающий со стрелы в открытый трюм судна (рис.5). При использовании системы пылеподавления и орошения на трубе стрелы судопогрузочной машины этот источник можно считать точечным организованным  (рис.6.).

Использование относительно недорогих и простых в эксплуатации систем пылезащиты позволит действующим угольным терминалам избежать серьезных экологических проблем и снизит социальную напряженность среди жителей.