Апр 03 2002

Эколого-гигиеническая оценка окружающей среды и утилизация отходов теплоэлектростанций

Опубликовано в 19:20 в категории Сбор и утилизация отходов

Эколого-гигиеническая оценка окружающей среды и утилизация отходов теплоэлектростанций

И.Б. Пономарёва, А.Б. Ермаченко, Т.П. Ермаченко, В.С. Котов

Донецкий государственный медицинский университет им. М. Горького

Среди основных направлений природо- и ресурсоохранной деятельности в первую очередь выделяют обезвреживание и ликвидацию опасных неиспользуемых отходов, создание и развитие малоотходных технологий.

Особенно острой остаётся проблема загрязнения атмосферы продуктами сгорания различных видов топлива. Удельный вес основных компонентов продуктов сгорания топлива (SO2, СО, СО2, NО2, зола) достигает 90 % общего объёма выбросов в атмосферу населённых мест. В выбросах мазутных ТЭС могут присутствовать бенз(а)пирен и другие полициклические углеводороды. Выбросы теплоэнергетики характеризуются сложностью состава, что существенно затрудняет решение проблемы охраны атмосферного воздуха от загрязнений.

При сжигании топлива в атмосферный воздух поступают: сернистый и серный ангидриды, окислы азота, газообразные и твердые соединения неполного сгорания топлива, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо является более “гигиеничным”. При этом полностью отпадет проблема золоотвалов, которые занимают значительные территории и не только исключает их из полезного использования, но и являются источником постоянных загрязнений атмосферы в районе станции из-за уносов части золы ветрами. Кроме того, в продуктах сгорания жидких видов топлива отсутствует летучая зола. Однако использование жидкого топлива в энергетике за последние годы существенно снижается.

В среднем, для сооружения крупных ТЭС необходима площадь около 2-3 км2, не считая золоотвалов и водохранилищ-охладителей. С учётом шлакоотвалов, карьеров, подъездных дорог и вспомогательных построек занимаемая электростанцией площадь возрастает до 3-4 км2

На этой территории изменяются рельеф местности, нарушаются характеристики поверхностного стока, структура почвенного слоя и экологическое равновесие.

Крупные градирни в системе охлаждения конденсаторов ТЭС существенно увлажняют микроклимат в районе электростанции, способствуют образованию низкой облачности, туманов, снижению солнечной освещенности, вызывают моросящие дожди. С охлаждающей водой ТЭС выбрасывает в ближайшие водоемы большое количество тепла, повышающее температуру воды. Влияние подогрева на флору и фауну водоемов различно в зависимости от степени подогрева.

Выбросы в атмосферу – один из основных факторов воздействия энергоустановок на природную среду. Наибольшее количество вредных веществ присутствует в продуктах сгорания при работе ТЭС на твердом топливе, особенно с высоким содержанием в нем минеральной, несгорающей части.

Основными компонентами, выделяющимися в процессе сгорания топлива, являются микроэлементы, неорганические оксиды и полициклические углеводороды. Атмосферные выпадения микроэлементов участвуют в загрязнении всех других компонентов биосферы – воды, почвы и растительности.

Надземные части растений – коллекторы всех видов атмосферных загрязнений, и их химический состав может быть хорошим индикатором для выделения загрязненных областей, если сравнивать его с фоновыми величинами, полученными для растительности, не подвергшейся загрязнению.

По наблюдениям ряда авторов жидкое топливо содержит высокие концентрации ванадия благодаря склонности ванадия ассоциироваться с органическими веществами, а также сорбцией трехвалентного ванадия V3+ липидами и холинами – основные соединениями, участвующими в образовании порфиринов. Принято считать, что зола мазута содержит пятиокись ванадия V2O5, однако в почвах ванадий чаще при восстановлении метаванадат-иона VO3- образующего ванадил-катион VO2+. По данным ряда авторов, большая часть почвенного ванадия, главным образом, ванадил-катион, может образовывать комплексы с гумминовыми кислотами. Известно, что анионные формы ванадия отличаются мобильностью в почвах и относительно высокой токсичностью для микробиоты почвы.

Никель, марганец и железо, выделяющиеся в атмосферу при сгорании всех видов топлива, используемых электростанциями, относительно стабильны в водных растворах и могут мигрировать на значительные расстояния. В осадках сточных вод никель присутствует главным образом в форме легко доступных органических хелатов, т. е. может быть фитотоксичен.

Расчет показал, что в настоящее время при сжигании углеродсодержащего топлива в атмосферу ежегодно поступает около 154000 тонн никеля, т.е. выше, чем с выбросами предприятий никелевой промышленности.

Выбросы теплоэнергетики не только велики по объему, но и сложны по составу, что существенно затрудняет решение проблемы охраны атмосферного воздуха от загрязнения.

Сложность выбросов теплоэнергетики обуславливается также составом золы. В золе содержится: ванадий, никель, свинец, хром и ряд других высокотоксичных компонентов. Поэтому некоторые исследователи полагают, что в основе влияния золы на организм может лежать не фиброгенный эффект, а токсичное действие содержащихся в ней тяжелых металлов. Как было показано, зола с повышенным содержанием оксида кальция оказывает, прежде всего, токсическое действие.

Для выяснения количественного и качественного состава металлов, поступающих в атмосферу при сжигании топлива на ТЭС, нашей лабораторией определялись содержания V2O5, Al2O3, Fe2O3, N2O3, Cr2O3, MnO2 в отходящих дымовых газах с учетом типа котлоагрегата и режима сжигания топлива на расстоянии 500-3000 м от ТЭС.

Разнообразие компонентного состава золы существенно затрудняет ее гигиеническую оценку, так как такие химические вещества, как V, Mn, N, Cr и др. имеют различные токсикометрические параметры и регламенты в атмосфере.

Результаты анализа структуры выбросов свидетельствуют, что наибольший удельный вес приходится на сернистый ангидрид (87,1-92,3 %), оксид азота (4,4 – 11,6 %), диоксид азота (0,7 – 2,0 %), мазутную смолу (0,4 – 0,1 %), пятиокись ванадия (0,3 – 0,4 %).

Максимальноразовые, среднесуточные и среднегодовые концентрации химических веществ в воздухе варьировали в широких пределах от “допустимых” до превышающих уровни соответствующих ПДК в десятки раз в тысячеметровой зоне Кураховской и Углегорской ТЭС. При этом среднегодовые концентрации SO2 колебались от 0,133 до 0,490мг/м3. Содержание NO и NO2 определялось в пределах 0,058 – 0,430мг/м3.

Среди канцерогенных выбросов мазутных электростанций особое место занимает бенз(а)пирен. Одна из характеристик, определяющих поступление этого вещества в организм, состоит в суммации всех его доз.

Таким образом, главными характеристиками загрязнений атмосферы являются:

- рассеивание на больших площадях и перенос на значительные расстояния;

- биоаккумуляция, чаще всего влияющая на химический состав растений;

- образование метаболитов химических веществ в процессе их циркуляции в окружающей среде.

Химические вещества, попадающие в атмосферу, в зависимости от свойств и строения, претерпевают ряд изменений. Попадание в окружающую среду одного индивидуального вещества может привести к тому, что анализ показывает наличие до 12-15 его форм – метаболитов. Миграция химических загрязнителей в элементах биосферы перестраивает саму геосистему.

Теплоэлектростанциями, по данным инвентаризации, выбрасывается в атмосферу свыше 75 различных ингредиентов. Анализ воздуха промышленных территорий показал, что отмечается тенденция к некоторому снижению валовых выбросов аэрозолей и их стабилизация в выбросах, в то время как в газовом составе валовых выбросов подобной закономерности не наблюдается.

Концентрация сажи в воздухе промплощадки теплоэлектростанций определялись нашей лабораторией в 1999-2000 гг. и составляли 0,145-0,158 мг/м3; концентрации пыли за этот же период – 0,840-1,528 мг/м3. Таким образом, концентрация пыли в промышленной золе превышала предельно допустимую концентрацию в 1,6-3,0 раза.

Ввиду недостаточной эффективности улавливания газообразных выбросов, в окружающую среду поступает большое количество микроэлементов, которые с атмосферными осадками мигрируют в воду, почву и растения, создавая устойчивое смещение природного равновесия биосферы. Только развитие малоотходных и безотходных технологических производств в современных условиях Донбасса определяет не только возможность роста эффективности производства, но и качество жизни в регионе.

Нами проведена гигиеническая оценка продуктов и материалов, полученных с использованием промышленных отходов, которая основывалась на методах санитарно-химического, токсикологического и физико-химического анализов, проведенных в лабораторных и натурных условиях. С целью изучения степени миграции веществ в воздушную и водную среды проведен анализ загрязняющих веществ объектов окружающей среды в модельных условиях при различных температурах.

Анализ твёрдых отходов ТЭС Донбасса показал, что высокое содержание оксидов кремния, алюминия и железа делает этот материал особенно пригодным для строительства. Утилизация низкокальциевых зол представляет серьёзную проблему, вместе с тем, по своим минеральным, химическим, токсикологическим и структурным характеристикам они представляют несомненный интерес для создания почвогрунтов, богатых микроэлементами.

Качество строительных материалов, изготовленных из твёрдых отходов (шлаки золоотвалов) значительно превосходит по структурно-механическим и реологическим свойствам аналогичные материалы на основе песка и цемента. При продолжительном водонасыщении меньше всего изменяется смесь с золой, что положительно сказывается на коэффициенте устойчивости. Пористость зол колеблется между 39 и 45 %, что отвечает требованиям компонентов асфальтовых смесей. Вспучивание зол минимальное, что благоприятно отражается на свойствах асфальтовых смесей. Вода не влияет на прочностные показатели покрытий. Химический состав твёрдых отходов ТЭС колеблется в довольно узких пределах и отвечает требованиям по всем показателям для изготовления плотного асфальтобетона.

Исследования и производственный опыт показали, что золы электрофильтров также могут использоваться для приготовления асфальтобетонной смеси вместо каменной муки. Так, по гранулометрическому составу они отвечают техническим требованиям, предъявляемым к битумо- минеральным смесям и могут использоваться для этой цели без дополнительной обработки.

Таким образом, экологический и экономический эффект использования твёрдых отходов ТЭС в различных отраслях промышленности слагается из нескольких факторов: оздоровление окружающей и производственной среды, сокращение земельных угодий отведенных под золоотвалы, понижение стоимости строительных материалов, сокращение расходов на добычу инертных материалов (песок, гравий, щебень).

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.