Эколога—технологическая оценка зашлакованных отходов тепловых электростанций Восточного Забайкалья

Краткое описание

ВВЕДЕНИЕ ... 5

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И УРОВЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ЗОЛОШЛАКОВЫМИ ОТХОДАМИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА...12

1.1 Роль угля в обеспечении энергетической безопасности России ...12

1.2 Оценка влияния золошлаковых отходов и объектов их размещения на загрязнения компонентов окружающей природной среды...15

1.3 Краткий анализ существующих критериев экологической оценки углей и продуктов их сжигания...20

1.4 Химический состав геосистемы «уголь - зола-унос - шлак -золошлак» ...22

1.5 Анализ изученности токсичных микроэлементов в геосистеме «уголь — зола-унос - шлак - золошлак» ...25

1.6 Краткий анализ экологических последствий, связанных с образованием и размещением ЗШО...27

1.6.1 Оценка способов сжигания углей на ТЭС ...27

1.6.2 Экологическая оценка способов и систем золошлакоудаления ...30

1.7 Цели задачи исследований...34

2 КОМПЛЕКСНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

УГЛЕЙ И ТЭС ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ ...35

2.1 Угольно-энергетическая база Восточной Сибири и

Дальнего Востока...35

2.2 Ресурсы энергетических углей месторождений Восточного Забайкалья...36

2.3 Состав и свойства основных углей, сжигаемых на крупнейших

ТЭС Восточного Забайкалья...39

2.4 Характеристика ТЭЦ 1, ТЭЦ 2 и ПТЭЦ как объектов исследования ...44

2.5 Выводы по главе ...55

3 МЕТОДОЛОГИЯ ОПРОБОВАНИЯ ГЕОСИСТЕМЫ «УГОЛЬ -ЗОЛА-УНОС - ШЛАК - ЗОЛОШЛАК» НА ТЭС И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...56

3.1 Основные положения комплексной оценки состава и свойств

ЗШО на объектах исследования...56

3.2 Методика опробования продуктов системы золоулавливания и гидрозолоудаления ...58

3.2.1 Особенности отбора проб на объектах исследования с

целью установления класса опасности...63

3.3 График отбора проб ...65

3.4 Подготовка проб к анализу...66

3.5 Методы исследований и виды анализов...69

3.6 Выводы по главе ...75

4 ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТАВА И СВОЙСТВ ЗШО, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ СЖИГАНИИ УГЛЕЙ НА ТЭЦ 1, ТЭЦ 2 И ПТЭЦ...76

4.1 Обоснование критериев эколого-технологической оценки ЗШО ...76

4.2 Технологическая характеристика исследуемых проб...77

4.3 Химический, микрокомпонентный, гранулометрический состав исходных углей и ЗШО ...79

4.3.1 Химический состав минеральной части исходных углей и продуктов их сжигания ...79

4.3.2 Гранулометрический состав продуктов сжигания углей ... 82

4.3.3 Гравитационное фракционирование и минеральный состав фракций ЗШО ТЭЦ 1 и ТЭЦ 2...85

4.3.4 Минеральный состав исследуемых проб... 87

4.3.5 Минералого-петрографический состав золы-уноса ТЭЦ 2...95

4.3.6 Оценочные критерии содержания в углях и продуктах сжигания углей потенциально промышленно ценных и токсичных компонентов...97

4.3.7 Микрокомпонентый состав минеральной части исходных углей и продуктов их сжигания... 98

4.4 Исследование магнитной восприимчивости проб Харанорских углей и продуктов их сжигания на ТЭС...117

4.5 Отнесение золошлаков от сжигания углей Харанорского, Уртуйского, Татауровского месторождений к классу опасности

для окружающей природной среды ...119

4.5.1 Общие положения методики отнесения отходов к классу

опасности для ОПС... 119

4.6 Оценка активности естественных радионуклидов используемых углей и продуктах их сжигания на ТЭЦ 1, ТЭЦ 2 и ПТЭЦ...126

4.7 Выводы по главе...134

5 ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗШО В ХОЗЯЙСТВЕННОМ КОМПЛЕКСЕ...136

5.1 Оценка основных направлений промышленного

использования ЗШО ...136

5.2 Анализ существующих классификаций технологий утилизации ЗШО...140

5.3 Предлагаемая классификация ЗШО для обоснования выбора направления их использования на основе обобщения эколого-технологических показателей...142

3

5.4 Рекомендации по основным направлениям утилизации ЗШО

ТЭЦ 1, ТЭЦ 2, ПТЭЦ... 145

5.5 Эколого-экономическая оценка платы за размещение золошлаковых отходов ТЭК Восточного Забайкалья...150

5.6 Выводы по главе ...152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...153

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...156

Приложение А. Патентный поиск...171

Приложение Б. Расчет класса опасности для ОПС компонентов ЗШО ... 173

Приложение В. Протоколы КХА компонентного состава ЗШО ...174

Приложение Г. Протоколы биотестирования проб ЗШО...177

Приложение Д. Заключение об отнесении золошлаков к классу

опасности для ОПС...180

Приложение Е. Протоколы лабораторных испытаний ЗШО на

удельную эффективную активность...183

Приложение Ж. Письмо ФГУ «ФЦАМ» МПР РФ «О соответствии

определения класса опасности отходов требованиям

НМД»...186

Приложение И. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

в ОАО «Читаэнерго»...187

Приложение К. Акт о реализации результатов диссертационной

работы в проекты ...188

Приложение Л. Акт об использовании результатов диссертационной

работы в учебном процессе ЧитГУ...189
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) Восточного Забайкалья занимает ведущее место в промышленности региона, обеспечивая в значительной степени установившуюся стабильность в развитии промышленности, строительства. Он вносит решающий вклад в формирование финансово-экономических показателей региона и, в конечном итоге, в обеспечение национальной безопасности Восточной Сибири.

ТЭК Читинской области объединяет шесть крупных теплоэлектростанций (ТЭС), в том числе электростанций крупных предприятий, а также значительное количество малых производственных котельных, работающих на бурых углях Восточного Забайкалья. Бурые угли Харанорского, Татауровского, Уртуйского месторождений по стратегии Сибирской угольно-экономической компании (СУ-ЭК) являются приоритетным топливом с перспективой роста объемов сжигания на ТЭС региона и реализацией в пограничные области.

В золошлаковых отходах ТЭС в несколько раз по сравнению с исходными углями может возрастать содержание токсичных (S, Be, Hg, As, F,), потенциально токсичных и тяжелых металлов (Mn, Pb, V, Ni, Co, Cr, Cd, Se), в том числе - потенциально промышленно значимых микро- и макроэлементов и их соединений. Золошлаки, накапливаясь в золоотвалах в значительных объемах, создают реальную угрозу загрязнения почв, водоемов, атмосферы, но, в то же время, могут представлять промышленный интерес как нетрадиционное техногенное сырье.

Изучение токсичных ценных компонентов и закономерности их распределения в углях и продуктах сжигания, по существу, является новым разделом в экологии тепловой энергетики. Формирование и развитие его как самостоятельного научного направления началось в 80-х годах благодаря работам Юдовича Я.Э., Клера В.Р., Шпирта М.Я., Беляева В.К., Трунова Б.Д., Пантелеева В.Г., Кетри-саМ.П., Моисеенко В.Г., Путилова В.Я., Рубана В.А., Зильбершмидта М.Г., Наркелюна Л.Ф. и других известных ученых.

До настоящего времени комплексных исследований продуктов сжигания углей месторождений Восточного Забайкалья не проводилось.

Таким образом, актуальность работы обусловлена необходимостью комплексной оценки золошлаковых отходов от сжигания углей в свете современных требований, предъявляемых к отходам производства с точки зрения экологической опасности для окружающей природной среды (ОПС), а также возможности и направлений их утилизации.

Основная научная идея заключается в системном подходе к изучению свойств, качественного и количественного состава золообразующих элементов, токсичных, потенциально промышленно значимых компонентов в сложной геосистеме «уголь - зола-унос - шлак - золошлак».

Объекты исследования. Золошлаковые отходы (ЗШО), образующиеся при сжигании харанорских, уртуйских, татауровских углей на крупнейших ТЭС ОАО «Читаэнерго» - Читинских ТЭЦ 1, ТЭЦ 2, Приаргунской ТЭЦ.

Методы исследования. Направление работы формировалось на основе проведенных патентно-информационных исследований. В работе использован комплекс традиционных и новых методов исследований: физико-химический, химический, седиментационный, гравиметрический, минералогический, гранулометрический, спектральный полуколичественный, силикатный, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS), сканирующая электронная микроскопия в сочетании с энерго-дисперсионным рентгеновским анализом, оптико-геометрический, рентгенофлуоресцентный (РФА), оптико-геометрический с автоматическим компьютерным анализом изображения, магнитометрический, атомно-адсорбционный, гамма-бета исследования, гамма-спектрометрический, токсикологический (биологическое тестирование), статистическая обработка данных.

Защищаемые научные положения

1. Золошлаковые отходы ТЭС оцениваются как сложная геосистема: «уголь - зола-унос - шлак — золошлак», позволяющая с использованием новейших методов исследований выделить в ней качественные и количественные значения по трем основным группам элементов:

- золообразующим;

- токсичным, потенциально токсичным;

- потенциально промышленно значимым.

2. Комплексная оценка экологической безопасности ЗШО базируется на основе отнесения их к классу опасности для ОПС с использованием расчетного метода, подтвержденного биологическим тестированием и дополнительным контролем значения удельной эффективной активности природных радионуклидов (АЭфф, Бк/кг).

3. Частная классификация продуктов сжигания углей для обоснованного выбора направления их использования в народном хозяйстве базируется на основе учета основных параметров:

- технологических свойств и компонентного состава;

- относительной ценности сконцентрированных микроэлементов по сравнению с минимальным содержанием, определяющим возможную промышленную значимость;

- классов опасности для окружающей природной среды;

- радиационной безопасности;

- показателя экологичности.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается представительностью и достаточным количеством изученных проб, сходимостью результатов, полученных сравнительной оценкой теоретических данных и данных экспериментальных исследований с использованием традиционных и новейших (высокоточных) методов, проведенных, в том числе, в независимых аккредитованных лабораториях Российской Федерации.

Научная новизна работы

1. Впервые проанализированы и обобщены данные по компонентному составу и содержанию токсичных, потенциально-токсичных, потенциально про-мышленно значимых компонентов (микроэлементов) в системе: «уголь - зола-унос - шлак - золошлак» объектов ТЭЦ 1, ТЭЦ 2, ПТЭЦ, позволившая дать сравнительную эколого-токсикологическую оценку и ранжирование по возможной товарной значимости продуктов сжигания углей с учетом новейших достижений геохимии неорганического вещества ископаемых углей.

2. Впервые выполнена сравнительная оценка образующихся золошлаковых отходов харанорских, татауровских и уртуйских углей, полученных различными

способами сжигания: факельным, слоевым, сжиганием в низкотемпературном кипящем слое.

3. Автором, на основании использования новейших и традиционных методов исследования, установлены характеристические показатели, определяющие экологическую безопасность золошлаковых отходов от сжигания харанорских, уртуйских, татауровских углей, а именно - класс опасности для ОПС, показатель радиационной безопасности (АЭфф), показатель экологичности.

Установлено: золошлаки от сжигания харанорских, уртуйских углей относятся к V классу опасности, татауровских - к IV классу опасности для ОПС.

4. Выявлено повышенное содержание в золе-уносе потенциально значимых элементов Ag, Au, Ti, Mo, Sr, Y, Yb при различных способах сжигания углей на Читинских ТЭЦ 1, ТЭЦ 2 и Приаргунской ТЭЦ, позволяющее сделать заключение о том, что золоотвалы могут рассматриваться как техногенные образования, а текущие отходы ТЭС - как нетрадиционный источник минерального сырья для выделения ценных компонентов.

5. Установлено, что характер магнитной восприимчивости продуктов геосистемы «уголь - зола-унос - шлак - золошлак» при различных режимах сжигания угля подчиняются логнормальной зависимости (коэффициент корреляции 0,8-0,9). Таким образом, обоснована возможность магнитной сепарации золы-уноса для разделения на концентраты, различные по составу и свойствам.

Практическая значимость и реализация результатов работы На основании выполненного комплекса исследований продуктов сжигания харанорских, уртуйских, татауровских углей установлена закономерность распределения токсичных, потенциально токсичных, потенциально промышленно значимых компонентов в геосистеме «уголь - зола-унос - шлак - золошлак», позволяющая выявить направления и возможности дальнейшей утилизации отходов ТЭС.

Установленный класс опасности золошлаков от сжигания харанорских, татауровских, уртуйских углей позволяет упорядочить и привести в соответствие размеры платежей за загрязнение ОПС.

8

Выявленные значения магнитной восприимчивости (максимальные для золы-уноса) указывают на возможность выделения из золошлаков с помощью магнитной сепарации сконцентрированных железосодержащих минералов.

Основные положения диссертации, а именно - обоснование отнесения зо-лошлаковых отходов к классу опасности для ОПС, возможные направления их утилизации, реализованы в мероприятиях по снижению объемов образования ЗШО и их влияния на ОПС (Акт внедрения от 07,08.04.).

Изданное (в соавторстве) учебное пособие рекомендовано к использованию в учебном процессе при написании раздела «Охрана окружающей среды» в курсовых и дипломных проектах, магистерских диссертациях (Акт от 15.10.04).

Материалы по обоснованию класса опасности золошлаковых отходов от сжигания харанорских, уртуйских, татауровских углей на ТЭС ОАО «Читаэнер-го» прошли государственную экспертизу в ФГУ «ФЦАМ» МПР РФ и приняты к рассмотрению с целью включения в проект очередных Дополнений к ФККО (Письмо от 09 июля 2004 г., № 161/11).

Эколого-экономическая эффективность за счет снижения платы за размещение золошлаковых отходов составляет по ТЭС ОАО «Читаэнерго» 15 млн 300 тыс. рублей в год (Акт от 15.10.04).

Личный вклад автора

Соискатель является автором разработки программы исследований по геосистеме «уголь - зола-унос - шлак - золошлак», организатором и соисполнителем работ, связанных с отбором и обработкой проб, подготовкой их к анализам. Проведение исследований по представленным в лаборатории пробам отходов выполнялось при непосредственном участии автора.

Обработка полученных данных, выявление закономерностей, подготовка документации для практической реализации полученных результатов, разработка основных положений, выводов и рекомендаций по научным исследованиям выполнены непосредственно автором.

Соискатель является ответственным исполнителем и непосредственным исполнителем работ, связанных с расчетами и дальнейшим проведением биотестирования по установлению класса опасности золошлаков от сжигания углей на ТЭЦ 1, ТЭЦ 2 и ПТЭЦ, подготовке документации для государственной эксперти-

зы в ФГУ «ФЦАМ» МПР РФ. Автор являлся одним из исполнителей раздела региональной программы «Отходы».

Автором впервые в аккредитованных лабораториях России на примере проб ЗШО ТЭЦ 1, ТЭЦ 2 и ПТЭЦ использованы новые оригинальные методы исследования: сканирующей электронной микроскопии с автоматическим компьютерным анализатором изображения и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, ренгенофлуоресцентный метод (РФА), с чувствительностью измерений до 10"4, а также метод биологического тестирования.

Апробация работы. Основные положения и отдельные материалы по результатам работы представлялись, докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях, совещаниях (Москва, РУДН, 2002; Улан-Удэ, БИП СО РАН, 2000; Чита, ЧитГУ, 2002), межрегиональных, региональных, научно-технических конференциях (Чита, ЗабНИИ, 2001; Чита, ЧитГУ, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004), технических советах АООТ «ППГХО», АО «ПЗМЗ», Читинской ТЭЦ 1, ОАО «Читаэнерго».

Публикации

Материалы по диссертационной работе нашли отражение в 12-и публикациях, в 3-х рукописных работах, прошедших госрегистрацию во ВНТИЦентре и отражены в более 10-и проектных документах, прошедших государственную экологическую экспертизу.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 170 с, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемой литературы, 165 наименований, из 60 таблиц, 30 рисунков, 10 приложений.

Во введении отражена актуальность работы, идея, цели и задачи исследования, практическая реализация и значимость, личный вклад автора.

В первой главе дан анализ современного состояния и уровня изученности актуального направления экологии - загрязнения ОПС золошлаковыми отходами топливно-энергетического комплекса. Приведены данные по накоплению и использованию золошлаковых отходов в России, за рубежом и в Восточном Забайкалье. Дается характеристика Читинских ТЭЦ 1, ТЭЦ 2, ПТЭЦ как объектов исследования, сформулированы цели и задачи научных исследований.

10

Во второй главе показана роль угля в обеспечении энергетической безопасности России. Рассмотрено состояние угольно-энергетической базы Восточной Сибири и Забайкалья. Приводятся данные, сравнительные характеристики, состав и свойства углей, сжигаемых на ТЭС Восточного Забайкалья и на объектах исследований - ТЭЦ 1, ТЭЦ 2, ПТЭЦ.

В третьей главе дано обоснование методики опробования продуктов системы золоулавливания и гидрозолоудаления с учетом особенности способов сжигания углей на ТЭС. Приведена скорректированная, дополненная и адаптированная относительно целей и задач исследований методика опробования геосистемы «уголь - зола-унос - шлак - золошлак». Представлены данные по использованным методам исследований.

В четвертой главе дана сравнительная технолого-экологическая и токсикологическая оценка покомпонентного состава, свойств углей и образующихся продуктов при различных способах его сжигания на ТЭЦ 1, ТЭЦ 2 и ПТЭЦ. Дано описание фазово-минералогического состава ЗШО и магнитной восприимчивости минеральной фракции в системе «уголь - зола-унос - шлак - золошлак». Приведены данные исследований и расчетов класса опасности золошлаков для ОПС, их радиационной безопасности.

В пятой главе приводится обоснование и выбор основных направлений использования ЗШО в промышленном и строительном комплексе Читинской области. Представлена эколого-экономическая оценка результатов исследования, и рекомендованы мероприятия по снижению воздействия золошлаков на ОПС.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., профессору Шпирту М.Я (ФГУП ИГИ, Москва) за научные консультации, постоянную методическую помощь при постановке экспериментальной, теоретической части и в написании диссертации.

Искренняя признательность и благодарность автора д.г.-м.н., проф. Нарке-люну Л.Ф., д.т.н., проф. Мязину В.П., к.т.н., доц. Руденко С.С., к.т.н., доц. Кукли-ной Г.Л., к.б.н., доц. Горленко А.С. за научные консультации и методическую помощь, а также инженерам Башлыковой Т.В., Швединой Т.А., Михайлюти-ной СИ., Гончарову Д.С., Финогеевой Е.В. за оказанную помощь при выполнении работ над диссертацией.

11

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И УРОВЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ЗОЛОШЛАКОВЫМИ ОТХОДАМИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО

КОМПЛЕКСА

1.1 Роль угля в обеспечении энергетической безопасности России

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России является одним из важнейших жизнеобеспечивающих отраслей производства, оказывающих неоспоримое влияние на развитие абсолютно всех сфер человеческой деятельности, и вносит решающий вклад в формирование основных финансово-экономических показателей страны [58, 59, 149].

Предприятия энергетики составляют около 30 % объема промышленного производства страны, обеспечивают около 40 % всех налоговых поступлений в бюджет. Доля продукции ТЭК в общем объеме экспортных валютных поступлений России составляет около 43,0 % [58, 67].

Структуру использования топлива в России во второй половине XX века можно представить следующими данными [58]. До 1956 г. доля угля в общем объеме топлива с 1950 г. достигала 76,70 %, но в 1956 г. она снизилась до 50 %. В 1965-1985 гг. наблюдалась тенденция перехода ТЭК на нефтяное топливо (50-51 %). За период 1975-1990 гг. возросла доля газа в топливном балансе от 14,1 до 43,4 % в связи с тем, что добыча газа за этот период времени возросла в 5 раз. Преобладающая доля газа в энергетическом комплексе страны и по настоящее время сохраняется. Это вызвано, в основном, сдерживанием оптовых цен на газ, которые существенно (в расчете на 1 МДж) ниже, чем на уголь. При нормально действующей рыночной экономике в большинстве стран мира цены на уголь значительно ниже, чем на нефть и газ.

В связи с этим доля электроэнергии, получаемой от сжигания углей, по некоторым странам составляет: США - 56 %, Германия - 58 %, Китай - 72 % и является доминирующей, обеспечивая 36 % выработки электричества в мире и 33 % - в странах европейской экономической комиссии (ЕЭК) [67].

12

По прогнозам Международного энергетического агентства разведанные запасы нефти рассчитаны на 40-60 лет, углей - на 200-250 лет. С 2000 г. РАО «Газпром» начал снижать поставки газа на теплоэлектростанции РАО ЕЭС и существуют реальные предпосылки к сохранению этой тенденции в связи с истощение разведанных ресурсов газа.

Предпосылкой к увеличению использования угля является то, что по геологической оценке мировых топливно-энергетических ресурсов запасы угля в 5 раз превышают запасы газа, в 15 раз - запасы нефти. Россия занимает первое место по геологическим запасам угля [61, 67] (Рисунок 1).

Топливно-энергетический баланс России составляет около 30 % суммарных мировых запасов минеральных энергоносителей и представлен примерно следующими значениями [67] (Таблица 1):

Таблица 1 - Топливно-энергетический ресурс России

Энергоноситель Нефть Газ Уголь Всего

Ресурсная база, % 16 17 67 100

Разведанные запасы, % 26,8 26 47,2 100

Примерный баланс теплоэнергетических ресурсов России, существующий на настоящее время представлен на рисунке 2 [67].

Другие

страны;

2928,8; 20 %

США;

3600; 24 %

Россия; 5319; 36%

Австралия; 864;6 %

Китай; / Канада; 1500; 10% 582,2; 4%

Рисунок 1 - Круговая диаграмма геологических ресурсов угля в мире

Нефть; 32,1 %

Прочие; 7,9 %

Уголь; 11,8%

Рисунок 2 - Круговая диаграмма топливно-энергетических ресурсов России

13

В энергетической стратегии России тенденция «газификации», сложившаяся на протяжении 3-х последних десятилетий привела к заведомо заниженной роли угля. Это может стать причиной появления в недалеком будущем опасных последствий для энергетической безопасности страны и экономики в целом [67, 120].

По методике, предложенной ЦУУ СО РАН (г. Кемерово), характеристику структуры энергетической безопасности государств можно представить такими показателями [120], как доля угля в общем потреблении энергоресурсов. Соотношение этих показателей послужило основой для определения уровня энергетической безопасности государств (Рисунок 3). В соответствии с этой градацией, Россия отнесена к государствам, чей уровень энергетической безопасности «опасно низкий».

По данным анализа мирового опыта развития энергетики, ЦУУ СО РАН указывает на то, что для обеспечения минимального необходимого уровня энергетической безопасности, «пороговая» доля угля в общем объеме используемых энергоресурсов должна составлять не менее 28 %. Для обеспечения этого показателя даны прогнозные рекомендации по росту добычи угля (по Ю.Н. Малышеву) [67] на период до 2020 г. (Рисунок 4).

0 i S

4 9

30

28

26 ¦

24 -

22 -,

20 -

18 -

16 ¦

14 -

12 ¦

10 -

8 -

6 -

4 ¦

2 ¦

0

370-410 млн. т

435-480 млн.т

232

млн. т

1998 год 2010 год 2020 год

В Максимальный оценки ? Минимальные оценки

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

I зона - опасно низкий уровень энергетической безопасности;

II и III зона - недостаточный уровень энергетической безопасности;

IV зона - рациональный уровень энергетической безопасности;

V зона-оптимальный уровень энергетической безопасности

Рисунок 3 - Рекомендации ИУУ СО Рисунок 4 - Уровень энергетической РАН по добыче угля для обеспечения безопасности в «угольный аспекте» энергетической безопасности России

14

По принятому на правительственном уровне решению (1999 г.) о разработке новой редакции энергетической стратегии России, появляется реальная, научно обоснованная переориентация теплоэнергетики с перспективой роли и места угля в топливно-энергетическом балансе России в целом [58, 120].

Таким образом, можно констатировать, что проблема, связанная с образованием и накоплением ЗШО и необходимостью их дальнейшей утилизации, является одной из первостепенных и актуальных экологических проблем тепловой энергетики.

1.2 Оценка влияния золошлаковых отходов и объектов их размещения на загрязнения компонентов окружающей

природной среды

При сжигании угля на тепловых электростанциях (ТЭС) образуется большое количество золошлаковых отходов (ЗШО, золошлак), оказывающих негативное влияние на все компоненты ОПС. На первый план выступает острая проблема экологии угольной промышленности, тепловой энергетики - специальные направления по снижению загрязнения компонентов биосферы токсичными элементами, образующимися при сжигании углей [45, 53, 97, 107, 150]. Одним из центральных вопросов экологии промышленной энергетики, связанной с утилизацией отходов, является форма нахождения неорганических веществ (НОВ) в углях и продуктах их сжигания [155].

Для дальнейшего изложения материала в ЗШО, как в сложной геосистеме, выделены главные ее составляющие и приведены основные термины и определения.

В соответствии с принятыми терминами и определениями нормативных документов [101, 102]: зола - твердое вещество, оставшееся после сжигания углеродистых материалов; зола-унос ТЭС - зола, уносимая из топки котла отходящими газами. Шлак угля — минеральная часть топлива в жидком или твердом состоянии,

15

выпадающая в нижнюю часть топки при сжигании угля. Золошлаковые отходы -механическая смесь золы-уноса и шлака.

Термины и определения по обращению с отходами приняты по нормативным документам (ГОСТ 30772-2001) и литературным источникам [28, 34, 95, 96, 97, 106, 112].

Из числа самых главных экологических проблем, возникающих при образовании и размещении ЗШО, выделяют следующие [7, 22, 47, 107, 121, 150] (Рисунок 5):

- накопление токсичных элементов в продуктах сжигания угля;

- расположение золошлакоотвалов (далее золоотвалов) вблизи больших городов (а нередко в черте города);

- поступление (выброс) токсичных микроэлементов в атмосферный воздух, загрязнение окружающей среды прилегающего района;

- загрязнение токсичными элементами, тяжелыми металлами поверхностных и подземных источников, земли, почвы при складировании и хранении зо-лошлаковых материалов на золоотвале (золошлакоотвале);

- отчуждение больших территорий с целью строительства золоотвалов для размещения ЗШО;

- использование в большинстве ТЭС технологического оборудования, не отвечающего требованиям экологической безопасности;

- низкий процент утилизации ЗШО в качестве товарной продукции.

По данным [7] при сжигании 5000 т угля в сутки ежедневно может выбрасываться в атмосферу до 20 т мышьяка, до 37 т ванадия, до 1 т бериллия, 21 т свинца, 10 т никеля в зависимости от состава исходных углей.

Следует особо подчеркнуть, что защита подземных и поверхностных вод от загрязнения токсичными химическими элементами и их соединениями является одной из наиболее серьезных и сложных проблем [150]. Использование в энергетике твердых видов топлива приводит к образованию значительных объемов ЗШО, ежегодно их выход по странам СНГ составляет около 120 млн т [71].

16

Отчуждение земель

Деформация поверхности, изменение рельефа

Загрязнение токсичными элементами, тяжелыми металлами

Снижение плодородия почв

Снижение урожайности сельскохозяйственных культур

Загрязнение дымовыми газами

Пыление золоотвалов, транспортировка, складирование

Пыление золоотвалов при ветровой эрозии

Угнетение растительности. Сокращение численности видов лесов, растительности

Сокращение численности животных, биоты

Снижение продуктивности животных Угнетение/миграция ихтиофауны

Снижение продуктивности рыб, ихтиофауны

Изменение миграция биоразнообразия

Снижение дебита водотока 1 ?2 ф Изменение гидрологического режима

с Ю ; Фильтрация, вымывание токсичных компонентов

Ухудшение эколого-эстетического остояния поверхностных водотоков

Список литературы