Воздействие на экологию региона твердых отходов топливно-энергетического комплекса и возможные пути их использования Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

¡I УДК 666.646.34

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЭКОЛОГИЮ РЕГИОНА II ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ТОПЛИ8НО-¡1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА И j ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В.Т.Станевич, М.К.Кудерин, Ж.К. Орынтаев, Р.С. Батырханова

Павлодарский государственный университет

им. С.Торайгырова

А.Ю.Столбоушкин

Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк

Макрлада бацылаусыз кррланудыц мумктЫкзардаптары мен крр-ишган ортага техногенЫ acepnepi экологияльщ acneKminepi внеркэситйц цалдыгында жумысы царалган.

В работе рассмотрены экологические аспекты воздействия техногенных промышленных отходов на окружающую среду и возможные последствия дальнейшего их бесконтрольного накопления.

The article is denoted to the questions of accumulation of hard industrial wastes in the Pavlodar-Ekibastuz region and possible ways of their salvaging. The work considers the ecological aspects of influence of industrial wastes on environment and possible consequences of their further uncontrolled accumulation.

ч

На современном этапе развития промышленности уровень образования техногенных отходов достаточно велик. Особенно это характерно для Павлодарской области, где расположены такие крупные предприятия, как крупнейшая в мире электростанция ТОО «АЭС СТ Экибастуз» (бывшая Экибастузская ГРЭС-1), электростанции АО «Экибастузская ГРЭС-2» и АО «Евроазиатская энергетическая корпорация» (Аксуская ГРЭС), ТЭЦ и алюминиевый завод АО (Алюминий Казахстана», Павлодарские ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3, угольный разрез ТОО «Богатырь Аксес Комир», Аксуский ферросплавный завод, угольные разрезы ТОО «Разрез Северный» и «Разрез Восточный» АО «ЕЭК», заводы АО «ПНХЗ» и

АО «Павлодарский химический завод», рудники СП «Майкубень Вест» и «Ке-регетас», АО «Алюминий Казахстана» и др.

При этом необходимо учитывать, что большинство предприятий функционируют уже несколько десятилетий, в результате чего произошло значительное накопление отходов. Растущие объемы отходов энергетической и угольной промышленности осложняют экологическую обстановку в районах вблизи угольных разрезов, тепловых электростанций, рудников и крупных шахт. Однако, при хозяйственном подходе значительную часть этих отходов можно утилизировать в строительстве, в сельском хозяйстве (для раскисления почв), а также для производства строительных материалов.

Общее количество размещенных в 2004 году на территории области отходов составило более 60 млн. тонн, в том числе 8960,0 тыс. тонн золошлаков, 46560,0 тыс. м3 вскрышных пород, 2260,0 тыс. тонн различных шлаков и шламов, более 350 тыс. тонн бытовых и прочих твердых промышленных отходов [1].

Как видно, основную часть в общем годовом объеме сброшенных в окружающую среду твердых отходов составляют отходы предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК) - угольных разрезов (более 80%) и теплоэлектростанций (15,5%) [1].

Существующая на Экибастузсюм месторождении технология добычи угля сопровождается значительным выходом отходов производства - вскрышных пород. На сегодняшний день в области накоплено более 2,6 млрд.м3 вскрышных пород [1]. Для размещения породы требуются значительные земельные площади. Отвалы вскрышных пород Экибастузскош угольного бассейна занимают около 10 тыс. гектаров земли и имеют высоту от 30-40 до 100 м. Они нарушают природные ландшафты, оказывают загрязняющее воздействие на окружающую среду.

Слагающие отвал породы являются:

- источником механического загрязнения прилегающих земель;

- угольные примеси, часто самовозгорающиеся, загрязняют атмосферу, а при разложении таких примесей, как пирит, при водной эрозии образуются фито-токсичные потоки.

В зоне действия отвалов продуктивность растительного покрова значительно снижена. Выбросы горящих отвалов представлены такими газами, как окись углерода, сернистый ангидрид, окислы азота, сероводород и др. Отвалы являются также источником интенсивного пылеобразования. Отрицательное воздействие вскрышные породы оказывают на подземные воды. Твердые отходы тепловых электростанций также занимают большие территории. В области 35600 гектаров земель занято под отвалы (для сравнения площадь города Павлодара приблизительно 30000 гектар). Общая масса золошлаков составляет более 200

млн.тонн (что составляет 5 % от общего числа всех твердых отходов, находящихся на территории Павлодарской области) [1].

Наличие золоотвалов ведет к загрязнению атмосферы, почвы, подземных вод. В результате неправильной эксплуатации золоотвалов, происходит их пы-ление, что ведет к загрязнению воздушного бассейна. Содержание пыли в районах золоотвалов во много раз превышает ПДК. Также в городах Павлодаре и Экибастузе актуальна проблема подъема уровня грунтовых вод и их загрязнения в результате чрезмерного наращивания высоты золоотвалов. Так, высота действующего золоотвала Павлодарской ТЭЦ-3 достигает 18 м от уровня земли, что более чем на 10 м превышает проектное значение.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют об актуальности изыскания путей снижения отрицательного влияния твердых отходов предприятий угледобычи и энергетики на окружающую природную среду.

Одним из способов утилизации твердых отходов топливно-энергетического комплекса является их использование в качестве строительных материалов или сырья для их получения.

Кроме решений экологических проблем, этот путь позволяет улучшить технико-экономические показатели как предприятий, продуцентов отходов, так и предприятий, утилизирующих эти отходы. Экономическое значение проблемы использования вторичных материальных ресурсов состоит в том, что правильное ее решение позволяет:

- увеличить сырьевые ресурсы, восполнив недостаток природного сырья;

- предупредить потери больших площадей земель, в том числе ценных для сельскохозяйственного производства, занимаемых отвалами отходов и попутных продуктов, и тем самым избежать больших затрат на создание складов, хранилищ, отвалов;

- улучшить технико-экономические показатели работы предприятий, ибо во многих случаях использование попутных продуктов, отходов позволяет интенсифицировать технологический процесс или придать новые технологические и потребительские свойства продукции;

- снизить размеры экологических платежей и штрафов предприятий;

- уменьшить загрязнение окружающей среды вредными веществами, нарушающими экологическое равновесие.

Прежде чем перейти к обзору способов реализации использования в производстве строительных материалов твердых отходов рассмотрим подробно характеристику последних.

К отходам тепловой энергетики и угольной промышленности относятся каменноугольная зола, шлаки, сланцевая зола, шахтные горелые и негорелые породы, сланцевые смолы, нефтегазовый пек, торфяная зола).

В золах тепловых электростанций (ТЭС) содержится от 12 до 30% топлива, в отходах углеобогащения и угледобычи содержание горючего составляет 20...40%. Особенно эффективно использование углесодержащих отходов при производстве глиняного кирпича. Здесь достигаются три цели: снижение расхода топлива, увеличение пористости кирпича, что резко увеличивает его теплозащитные свойства, и снижение себестоимости.

На основе зол и шлаков тепловых электростанций можно выпускать более 15 видов строительных материалов (от кирпича до ситаллов) [2], отходы углеобогащения служат ценнейшим сырьем при выпуске стеновой керамики и пористых заполнителей [3]. К строительным материалам, полученным с использованием зол и шлаков ТЭС, относятся цемент, аглопорит и керамзит, кирпич керамический и силикатный, изделия из ячеистых бетонов, минераловатные теплоизоляционные материалы. Однако необходимо учитывать, что для изготовления многих видов строительных материалов, например цементов, можно использовать золы только определенных фракций, отобранные в циклонах и электрофильтрах при сухом золоудалении. Большое содержание топлива в зсгае (иногда до 20-30%) служит препятствием для изготовления керамзита, ячеистого бетона, силикатного кирпича. В то же время подобные золы крайне выгодно использовать в качестве сырьевой смеси для производства цемента, аглопорита, глиняного кирпича.

Отходы угледобычи и углеобогащения также могут найти более широкое применение в производстве строительных материалов, и, в первую очередь, строительной керамики, пористых заполнителей, цемента. С отходами добычи и обогащения углей теряется также большое количество топлива, которое является ценным органо - минеральным сырьем для производства строительных материалов.

Золы и шлаки ТЭС образуются при сжигании антрацита, каменного и бурого угля, горючих сланцев и торфа. Зольность топлива зависит от количества содержащихся в нем минеральных примесей и составляет для угля 15-42%, для горючих сланцев 40-65%, для торфа 10-15% [4].

В процессе сжигания твердого топлива образуются следующие вторичные продукты:

- зола-унос - тонкодисперсный материал, образующийся из минеральной части сжигаемого топлива и улавливаемый из дымовых газов ТЭС специальными устройствами. Размер частиц золы-уноса колеблется от 3-5 до 100-150 мкм. Количество более крупных частиц обычно не превышает 10-15%. Средняя плотность золы-уноса составляет 2...2,5 г/м3, насыпная плотность - 0,5...0,8 г/см3;

- шлак - агрегированные и сплавившиеся частицы размером от 0,15 до 30 мкм;

- золошлаковая смесь - механическая смесь золы-уноса и шлаков [5].

N0 3, 2005 г.

139

Соотношение золы-уноса и шлаков определяется технологией сжигания топлива. В топках с твердым шлакоудалением в шлак переходит 10...20% золы топлива, в топках с жидким шлакоудалением - 20-40%, в циклонных топках -85...90% [5].

Характерной особенностью золы-уноса является наличие в ней остатков топлива; в зависимости от вида угля и методов его сжигания количество остатков топлива в золе-уносе колеблется от долей процента до 20% и более. В топливных шлаках содержание остатков топлива не превышает 1 %. Химический состав золы-уноса в значительной степени зависит ог состава минеральной части топлива, а содержание в ней горючих веществ - от режима сжигание топлива на теплоэлектростанциях.

Существует два основных способа удаления золы из бункеров золоуловителей: пневмозолоудаление (сухой) и гидрозолоудаление (мокрый) [2]. Простой и надежный гидравлический способ используют на подавляющем большинстве электростанций. Он позволяет перемещать золошлаковые отходы на расстояния 5... 10 км от электростанции и совмещать гидротранспортирование и грануляцию шлака. Недостаток этого способа - большой расход воды. Возможно и совместное и раздельное гидротранспортирование золы и шлака. На ТЭС в основном используется совместное гидротранспортирование, при котором удаляемая из котельных помещений золошлаковая смесь гидравлическим способом направляется на золоотвалы. Выбрасываемая из жерла трубопровода шлакозольная пульпа распределяется по площади отвала неравномерно: более крупные частицы оседают ближе к месту выброса, а более мелкие уносятся дальше, образуя зольную зону отвала. Таким образом получается различный гранулометрический состав шлакозольной смеси по площади отвала. Неоднородность по зерновому ""составу вызывает и некоторую неоднородность химического состава, что ухудшает свойства золошлаковых отходов, как сырья для производства строительных материалов, и затрудняет их использования.

Золы, удаляемые различными способами, обладают различными свойствами (активностью, влажностью, дисперсностью и др.), зависящими, главным образом, от режима охлаждения.

В настоящее время на большинстве тепловых электростанциях применяют системы гидрозолоудаления. Осуществление пневматического золоудаления расширило бы возможность использование золы так, как потребители имели бы возможность получения тонкодисперсной золы в сухом виде.

Золы различных видов топлива отличаются минералогическим и химическим составом, физико-механическими свойствами. Состав, строение и свой-

ства зол и шлаков ТЭС зависят от состава минеральной части топлива, от режима его сжигания и теплотворной способности, от способа улавливания и удаления золы и шлака, от места их отбора.

Отходы добычи и обогащения углей разнообразны по свойствам, зависящим от минералогического состава и источника переработки.

При вскрытии полезной толщи месторождений образуются вскрышные поро-

\ 4

ды, представленные преимущественно осадочными породами - конгломератами, глинами, аргиллитами, каолинами, суглинками, алевролитами, песками, гравием; реже изверженными, излившимися породами - диабазами и базальтами.

Шахтные породы образуются при разработке угольных месторождений подземным способом, когда из шахты извлекаются попутно «пустые» породы, представленные аргиллитами, песчаниками и другими осадочными породами, обычно содержащими уголь в небольших количествах.

На воздухе уголь и сера в таких отходах окисляется и порода самовозгорается, загрязняя воздушный бассейн. При оценке горелых, используемых в строительстве, считают что их водопоглащение в куске не должно превышать 5%, износ в барабане Деваля -15%, содержание пылевидных частиц - 3% [6]. Горелые породы можно использовать при строительстве тротуаров, дорог внутри-квартальных проездов, в планировке под промышленную застройку.

Породы обогащения образуются при обогащении углей на обогатительных фабриках. Представлены они также осадочными породами, содержащими обычно примеси угля. Гранулометрический состав отходов углеобогащения более стабилен по сравнению с шахтными породами. Отходы углеобогащения по крупности подразделяются на два главных вида - породу гравитационных процессов (более 1мм) и породу флотации (менее 1мм). Кроме того, порода гравитационного обогащения иногда подразделяется на крупную (более 25 мм), среднюю (13-25 мм) и мелкую (1-13мм) [6].

При изучении литологического состава пород углеобогащения, выяснилось, что аргиллиты и углистые аргиллиты преобладают в отходах углеобогащения по сравнению с другими типами пород. Основная масса аргиллитов состоит из глинистых минералов - гидрослюд, каолинита и частично хлорита. Подчиненное значение среди других пород, присутствующих в отходах углеобогащения, имеют алевролиты, песчаники и карбонатные породы. Отличительной особенностью шахтных пород и отходов углеобогащения является наличие в них остаточного угля, как правило, находящегося в сростках с минеральными компонентами.

Проведенные исследования характеристик твердых отходов предприятий ТЭК показали следующее:

Золошлаковые отходы ТЭС и вскрышные породы, образующиеся при угледобыче, по своим физико - химическим свойствам пригодны для применения в качестве сырья при производстве разнообразных строительных материалов, изделий и конструкций. Более того, их использование приводит к снижению энергоемкости и себестоимости производства, а так же к улучшению технических характеристик получаемой продукции.

- Целесообразность выбора способа применения конкретного вида отходов определяется технологическими особенностями продуцирующего его производства и индивидуальными геологическими характеристиками используемого при этом сырья.

- Химический состав большинства видов отходов предполагает возможность наличия в них токсичных, радиоактивных и канцерогенных веществ, поэтому для определения допустимых процентных соотношений сырьевых составов необходим всесторонний анализ как используемого сырья, так и готовой продукции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Информация о состоянии природной среды Павлодарской области в 2004 г.

2. Данилович И.Ю., Сканави H.A. Использование топливных шлаков и зол для производства строительных материалов. /М. «Высшая школа», 1988 г. -70с.

3. Бурлаков Г.С. Основы технологии керамики и искусственных пористых заполнителей. / М. «Высшая школа», 1972 г. -424с.

4. Долгорев A.B. Вторичные сырьевые ресурсы в производстве строительных материалов. Справочное пособие. / М. «Стройиздат», 1990 г. -455с.

5. Грушевский А.Е. Использование отходов различных отраслей промышленности в технологии производства строительных материалов. / Белгород, 1982 г. -25с.

6. Васильков С.Г., Образцов В.Н. Осаждение золы из зольной пульпы./Тех-ническая информация. Серия «Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей». Вып. 4. М., ВНИИЭСМ, 1971 г. -15с.