Эксплуатация угольных электростанций и ее последствияи ее последствия (на примере Владивостокской ТЭЦ-2)

Показаны экологические последствия работы ТЭЦ-2 и накопления ее отходов — золы и пульпы. Зола складируется в огромных количествах на золоотвалах,. а пульпа в виде инфильтрационных растворов стекает в Уссурийский залив Японского моря. Описаны влияние этих отходов на организм человека, а также необходимость и пути их утилизации.

Эксплуатация тепловых электростанций, муниципальных и производственных котельных, работающих на твердом топливе (каменные и бурые угли, тора сланец), дает значительное количество отходов в виде золы и шлака. Для приготовления пульпы во Владивостоке на ТЭЦ-2 используется морская вода. Сначала зола и шлак в виде пульпы поступают по трубопроводу на золоотвал, а затем, после отстойника, инфильтрационные воды сливаются в бух. Промежуточную. Из всех видов отходов золошлаковые составляют более 90 % образующихся на тепловых электростанциях. На Владивостокской ТЭЦ-2 количество золошлаковых отходов с каждым годом увеличивается. Они размещаются в специально оборудованных хвостохранилищах — золоотвалах, сложных гидротехнических сооружениях, к изготовлению и эксплуатации которых предъявляются жесткие требования. Емкости существующих золоотвалов периодически исчерпываются, и создается критическая ситуация со складированием, которая характерна в настоящее время и для ТЭЦ-2, так как там накоплено 1600 тыс. т. отходов при проектной емкости 1750 тыс. т. Строительство новых золоотвалов отстает от сроков заполнения свободных емкостей. Неудовлетворительно обстоит дело и с рекультивацией отработанных золоотвалов. На энергопредприятиях АО "Энерго" нет установок по переработке золошлаковых отходов, за исключением ОАО "Дальэнерго", где на Владивостокской ТЭЦ-2 имеется технологическая линия РИФЕЙ-4 по производству стеновых блоков из шлакобетона производительностью 416 м3 в год. Но на этой линии перерабатывается всего 1,2-1,9 тыс. т. золы в год [8].
Следует заметить, что с ростом городов золоотвалы часто попадают в черту города и их пытаются перенести или ликвидировать, хотя не всегда удается сделать это быстро и хорошо. Например, в центре Владивостока на площадке старых золоотвалов была организована автостоянка.
Можно сказать, что земли, отведенные под золошлаковые отходы, практически безвозвратно изымаются из полезного использования. Довольно часты случаи прорыва ограждающих дамб, которые сопровождаются выносом больших объемов сильно минерализованной воды отстойных прудов и золошлаковых материалов, накопленных в отвалах, за их пределы.

Золоовалы ТЭЦ-2 состоят из трех секций (21 га, 36 и 47 га), объемы заполнения используемых площадей которых равны 3704 тыс. т, 6045 тыс. и 5623 тыс. т соответственно (см. рисунок). Здесь проектируются два новых участка площадью 36,5 га и 41 га.
На ТЭЦ-2 сжигаются бурые и каменные угли из разных месторождений, имеющие различный химический состав, поэтому и химический состав зол также различается [5, 8]. Химический состав золошлаков колеблется в значительных пределах: SiO2 — 10-58 %, Аl2О3 — 10-30 %, Fe2O3 — 2-20 %, CaO — 2-60 %, MgO — 0-10 %, R2O — 0-5 %. Золошлаки могут содержать микро примеси различных элементов. В основе минеральной части углей находятся глинистые минералы, хотя отмечается незначительное количество оксидов железа, пирита и сидерита. Все вышеуказанные компоненты в процессе сжигания подвергаются термическим превращениям. Большая их часть плавится при активном горении, а затем застывает в виде стекловидных частиц. Какая-то часть серы реагирует с кальцием с образованием ангидрита CaSO4. В золе и шлаке всегда содержится значительная доля углерода (механический недожог).

Источниками повышенной экологической опасности (по сравнению с осадочными породами золошлаков) могут служить микроэлементы Ni, Co, Cd, Pb, Sb, Cr, Mn, As, Hg и др., если содержание некоторых из них существенно выше фоновых.
На золоотвалах ТЭЦ-2 были отобраны образцы шлаков (около 20), в которых были изучены мономинеральные пробы с помощью рентгеноструктурного анализа и метода ИК спектроскопии. Полученные результаты показали, что пробы представлены смесями кварца, мусковита, полевого шпата (плагиоклаза), хлорита, каолинита, эпидота и карбоната. Эти составляющие шлаков экологически не опасны. Следует заметить, что шлак составляет не более 5 % массы всех золошлаковых отходов. Кроме того, было отобрано 100 проб на всех золоотвалах (по площади и в разрезе), где это было возможно. Во время отбора проб на золоотвалах проводились работы по перескладированию зол с одних отвалов на другие, поэтому золы вскрывались на глубину до 5-7 м. Внешне зола представлена главным образом тонкодисперсным, мягким, сыпучим порошком от светло-серого до темно-серого цвета, но встречаются довольно уплотненные прослои, которые при легком нажатии рассыпаются в пыль.

Отобранные образцы зол были проанализированы полуколичественным спектральным анализом на ряд химических элементов: Sn, Pb, Zn, Be, Си, Ge, Co, Ni, Zr, — содержание которых колеблется в пределах от тысячных до десятитысячных долей процента, за исключением кобальта — до десятых долей, a As, Cd, Hg, Sb, Bi, Au, Pt и In — ниже чувствительности метода. Кроме того, были отобраны и изучены золошлаковые отходы с фильтров, стоящих в верхней части труб на ТЭЦ-2, так называемый недожог, который возвращается при стряхивании на повторное сжигание, а часть его несомненно попадает в атмосферу с дымом. Полученные данные по содержанию элементов-примесей в изученных образцах зол близки к литературным [12] и кларковым [I], а для некоторых элементов даже на порядок ниже. С этой точки зрения золы можно считать безопасными. Образцы зол были также проанализированы на радиоактивные элементы с помощью прибора СРП-68-01. Полученные данные показали, что величина радиоактивности колеблется в пределах 17-21 мкР/ч. По данным Экоцентра ПГО "Приморгеология", величина радиоактивности достигает 40 мкР/ч [13]. Радиационный мониторинг золоотвала ТЭЦ-2, проведенный В.П. Молевым [6, 7], показал, что гамма-фон изменяется от 24 до 30 мкР/ч, превышая фон окружающих пород в 2-3 раза. Установлено, что уровень радиометрического поля золоотвала в засушливое время года возрастает до 30-33 мкР/ч, а в период осадков или оттаивания почвы уменьшается до 18-25 мкР/ч. Мелкая фракция золы в среднем на 10 % более радиоактивна, чем крупная. Согласно результатам проведенной спектрометрической съемки, золоотвал выделяется пониженными значениями содержаний К и повышенными U и Th, т. е. имеет ураноториевую природу.

Полученные нами данные указывают, что золы можно отнести к категории отходов с нормальным и повышенным содержанием радиоактивных элементов, т. е. не совсем безвредным для жизни. Замеры радиоактивности проб проводились нами летом, когда отмечалась значительная влажность в виде мороси. Во время осадков или оттаивания почвы ?-поле уменьшается, что объясняется экранированием ?-излучения водой и ухудшением условий миграции радиоактивных изотопов [7]. Следует обратить внимание на выбросы S, Ge и ряда других элементов, а также радиоактивных — Тh и U, содержащихся в угле, при сжигании которого последние попадают в воздушное пространство. В литературе отмечается, что технологические выбросы мощных угольных электростанций по фактору радиационного воздействия на население оказываются более вредными, чем АЭС равной мощности [7]. По данным снеговой геохимической съемки на содержание тяжелых металлов, дымовой шлейф выброса через трубы ТЭЦ-2 прослеживается в северо-восточном направлен — 8-10 км. Процесс сжигания углей можно рассматривать как факт перемещения большого количества радиоактивных элементов по земной поверхности.

На золоотвалах ТЭЦ-2 были также отобраны пробы воды (величина рН этих проб колеблется от 6,7 до 9,3) из стекающей в отстойник пульпы, осветленного пруда и ручья, вытекающего из этого пруда и впадающего в бух. Промежуточную Уссурийского залива. Эти пробы были проанализированы методом атомно-эмиссионной спектроскопии на приборе марки "Plasmequant-110" на Са, Na, Al, Ba, Mg, Fe, Mn, V, Cr, Ni, Co, Ag, Cu, Zn, Cd, Li, Sr, Se, Ga, Hg, В. Содержание Ag, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe. Ni в этих пробах близко к предельно допустимым концентрациям (ПДК) для морской воды[9, 10], содержание Al, В, Li, Mn, Pb, Se превышают ПДК на порядок. Sr и V — на 2 порядка. К сожалению, литературные данные имеются только для Fe, Mn, Cd, Сu [14]: содержание Fe и Mn в изученных нами гидрохимических пробах на порядок выше, а для Cd и Сu результаты близки. Кроме того, имеются данные о содержании Сu, Zn, Cd, Pb, Ni, [13] в морской воде Уссурийского залива на расстоянии 15 км от места впадения инфильтрационных растворов в бух. Промежуточная, которые близки к полученным результатам и говорят о накоплении рудных элементов в морской воде за многие годы работы ТЭЦ-2. К сожалению, в литературе нет данных по содержанию таких редких элементов, как Ga, Sr, Hg. Sc, V, а поэтому сравнить, полученные по этим элементам результаты, не с чем. Таким образом, следует обратить особое внимание на инфильтрационные растворы, которые образуются в отстойнике. Пульпа вымывает с ТЭЦ золы на золоотвалы и должна отстаивался длительнoe время в отстойнике или очищаться, прежде чем попадет в море, так как по содержанию рудных элементов инфильтрационные растворы близки к гидротермальным. Пульпа же после попадания в отстойник практически сразу уходит в бух. Промежуточная. Имеющиеся данные показывают, что с пульпой выносится значительное количество вредных, в том числе и радиоактивных, элементов [7]. Идет накопление этих элементов в морской воде, донных осадках, флоре и фауне, которые затем по трофическим цепям попадают в организм человека. Кроме того, пульпа и инфильтрационные растворы, просачиваясь в грунтовые и родниковые воды, представляют угрозу для подземной гидросферы.
Согласно литературным данным [6. 7], бассейн р. Объяснения, впадающей в бух. Промежуточная, характеризуется значительной радиоактивностью — от 7 до 17 мкР/ч, а по результатам гамма-спектрометрии, инфильтрационные воды золоотвала загрязняют акваторию и дно бухты. В районе впадения ручья в море отмечаются аномальные значения U и Th, превышающие фоновые концентрации на 20-30 %, что свидетельствует о выносе их в море. В районе береговой зоны величина радиационного фона достигает 15 мкР/ч. В золоотвалах, как правило, не происходит цементации фаз. Несвязанные золо-вые частицы при высыхании отложений становятся источником силикатной пыли, они содержат до 30 % свободного кварца. Из всех макросоставляющих золошлаковых отходов наиболее вредное воздействие на природу и человека будут оказывать силикатная пыль и щелочность воды. Влияние золоотвалов на окружающую среду показано в таблице. Золы как сырьевой компонент можно использовать при производстве глиняного кирпича, но содержание золы в стройматериалах в качестве наполнителя не должно превышать 60 %. В настоящее время разработано много способов утилизации золошлаков и имеется обширная научная литература с рекомендациями их использования в строительстве, сельском хозяйстве, химической промышленности, металлургии и других отраслях народного хозяйства. Но при этом не следует забывать, что необходима постоянная радиоэкологическая экспертиза. Масштабы возможного использования золошлаковых отходов должны быть более широкими и рациональными, а главное — безопасными для человека. Согласно работе И.В. Обухова [8], влияние золоотвалов на окружающую среду следующее: аварии, поверхностные сбросы и фильтрации — загрязнение прилегающих территорий, минерализация поверхностных вод, химическое загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение водного бассейна; пыление — загрязнение воздушного бассейна, загрязнение почвы; тепловое воздействие на гидрологический режим и на термическое состояние грунтов золоотвалов, на микроклимат; отчуждение земель — уничтожение сельхозугодий и ландшафтов; радиоактивность — воздействие на радиоактивный фон. Следствием всего являются биологическое воздействие, экономические и социальные ущербы.

В работе Т.И. Виткиной [2] показано, что Владивосток и другие города Приморского края (Артем, Спасск-Дальний, Дальнегорск, Уссурийск, Фокино, Находка) по показателям экологического напряжения входят в критическую группу. В этих городах расположены предприятия (в том числе и ТЭЦ-2) с сильным антропогенным воздействием на окружающую среду. Для критической группы характерен широкий спектр заболеваний — бронхиальная астма, аллергический бронхит и аллергический ринит, которые в большинстве случаев вызываются или усугубляются пылевым воздействием на человека. Наличие тонкодисперсной золы, которая складируется в гигантских объемах и хорошо разносится на большие расстояния благодаря сильным ветрам, характерным для климата Приморья (в том числе и для Владивостока), способствует вышеперечисленным заболеваниям, а поэтому золоотвалы необходимо выносить возможно дальше за черту города. Кроме того, не желательно складировать большие объемы зол, а лучше использовать их в тех областях, в которых это необходимо и возможно. Органы дыхания, являясь открытой системой, находятся на первой линии защиты организма от неблагоприятного влияния токсико-аллергических, инфекционных и физических факторов внешней среды, к которым и относится тонкодисперсная зола.

Следует отметить, что в зимний период, когда выпадают осадки в виде снега, зола часто используется в больших объемах как материал, препятствующий скольжению на шоссейных дорогах и тротуарах. Даже ребенку понятно, что каждая машина, проезжающая по такой дороге, поднимает огромные клубы пыли, которые не позволяют легко и свободно дышать пешеходу, идущему рядом с дорогой по тротуару, не говоря уже о наличии вредных, в том числе и радиоактивных, элементов в этой золе [6, 7, 11]. Чем меньше рост человека, тем больше пыли он вдыхает и тем больше мелкодисперсных частичек золы будет попадать в организм. Особенно трудно дышится нашим детям — ведь они по росту самые маленькие, поэтому получают максимальную дозу пыли и болеют значительно чаще и тяжелее. Все отходы ТЭЦ, т. е. золы, должно и необходимо использовать во благо, а не во вред здоровью человека. Даже если песок во много раз дороже золы, то конечный результат — здоровье человека — нельзя оценить никакими суммами денежных знаков. Необходимо запретить использование зол и шлакоотходов в зимний период на дорогах в Приморском крае, особенно в городах, где и без того достаточно экологически отрицательных нагрузок, на которые мало обращают внимания и которые также вредны для органов дыхания. Чаще всего учитывается лишь прямой ущерб от загрязнения среды, сказывающийся в недоборе сельскохозяйственной продукции, удорожании некоторых видов производства и др. А вред, наносимый при этом здоровью человека, генетические последствия и т. д., подсчитать значительно труднее.

В публикации Н.ВЗемляной [4] отмечается, что Владивосток стоит перед двумя экологическими катастрофами, связанными с нерешенными за многие годы проблемами водоснабжения и канализации, но есть еще и третья: ТЭЦ-2 — источник загрязнения города и акватории Уссурийского залива радиоактивными элементами и тяжелыми металлами. Не будем вдаваться в подробности, как и каким способом можно изменить процесс работы ТЭЦ-2, чтобы улучшить ее экологические показатели, но напрашивается вывод, что это крайне необходимо и как можно быстрее надо сделать. Для этого существует, наверное, много разных способов и методик, следует только захотеть и обратиться к соответствующим грамотным специалистам, а они в Приморье, несомненно, имеются. Примером одной из интересных работ по этому вопросу может служить публикация [З]. Прежде всего, необходимо следить за химическим составом топлива, которое сжигается на ТЭЦ, независимо от его вида (угли, мазут, газ и др.). Кроме того, крайне необходимо обратить особое внимание на здоровье населения, т. е. на проведение специальных программ обследования и реабилитации, в ближайшее время обследовать население на содержание в организме ряда токсичных, тяжелых металлов и радиоактивных элементов, которые очень вредны и вызывают широкий спектр заболеваний. Конечно же, такие обследования необходимо начать с детского и подросткового возраста, и как можно раньше. Следует заметить, что уже имеются такие клинические лаборатории [З], которые решают эти проблемы, но их надо сделать доступными для всех.

Вероятно, в Приморье деньги на такие жизненно важные и необходимые программы должны изыскать наши власти совместно с благотворительными организациями и спонсорами. Общеизвестно, что здоровье ценится превыше всего, но, к сожалению, об этом вспоминают слишком поздно. Но не кажется ли, что этот момент уже настал? В противном случае территория нашего города вместе с акваторией Японского моря действительно могут стать мертвой зоной.
В заключении следует еще раз подчеркнуть, что ТЭЦ-2 является мощным источником загрязнения рудными, радиоактивными элементами и тонкодисперсной золой городской среды, акватории моря и донных осадков. Все это, попадая в организм человека по трофическим цепям, вызывает широкий спектр тяжелейших заболеваний.Анализы зол и гидрохимических проб выполнены в Аналитическом центре коллективного пользования ДВГИ ДВО РАН по гранту РФФИ 00—05—72035.

ЛИТЕРАТУРА
1. Виноградов А.П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных пород земной коры // Геохимия. 1962. № 7. С. 555-571.
2. Виткина Т.И. Экологическая обусловленность иммунопатологий у жителей Приморского края: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Владивосток, 2000. 20 с.
3. Горнов Д.А. и др. Перспективы решения экологических проблем энергетики промышленных городов Приморья // Экологический вестник Приморья. 2000. № 3. С. 1-2.
4. Земляная Н.В. Мертвая зона // Экологический вестник Приморья. 2000. № 6. С. 13-15.
5. Китаев И.В. Золообразующие и малые элементы углей Дальнего Востока. Владивосток, 1989. 136 с.
6. Молев В. П. Геолого-геофизичсский анализ и комплексная оценка мало интенсивных радиометрических аномалий полуострова Муравьева-Амурского: Автореф. дис. ... канд. гсол.-минерал. наук. Владивосток, 2000.23 с.
7. Молсв В.П. Владивостокская ТЭЦ-2 как источник радиоактивного загрязнения окружающей среды // Экологический вестник Приморья. 2000. № 6. С. 9-13.
8. Обухов И.В. Экологическая опасность золоотвалов и возможности утилизации золошлаковых отходов ТЭС Дальнего Востока // Экологический вестник Приморья. 2000. № 7. С. 6-16.
9. Перечень рыбохозяйственных нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водяных объектов, имеющих рыбохозяйствсннос значение. М.: Изд-во ВНИРО, 1999. 304 с.
10. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. М.: Минздрав России, 1998. 171 с.
11. Преображенский Б.В., Рынков B.C. Эта грязь смертельно опасна // Комсомол, правда. 2001. 31 янв. С. 3.
12. Старов О.Г. и др. Эколого-геохимичсская характеристика г. Владивостока. Отчет ПРО "Приморгеология" за 1987-1991 гг. Владивосток, 1992. 684 с.
13. Шлыков С.А. и др. Эколого—геохимическая характеристика акватории Амурского и Уссурийского заливов и прилегающих к ним территорий. Отчет ПРО "Приморгеология" за 1991—1995 гг. Владивосток, 1995. 309 с.
14. Юрченко С.Г., Чудаева В.А. Распределение химических компонентов в водах полуострова Муравьева-Амурского. Деп. в ВИНИТИ № 2677-ВОО. Владивосток, 2000. 41 с.

Таблица
Влияние золоотвалов на окружающую среду [8]

Экологические последствия золоотвалов Результаты экологических последствий
Аварии Загрязнение Минерализация поверхностных вод Загрязнение Биологическое
Поверхностные сбросы и фильтрации прилегающих территорий Химическое загрязнение поверхностных и подземных вод водного бассейна воздействие,
Пыление Загрязнение воздушного бассейна Загрязнение почвы экономические
Тепловое воздействие Воздействие на гидрогеологию и гидрологию Термическое состояние грунтов золоотвалов Воздействие на микроклимат ущербы, социальные
Отчуждение земель Уничтожение сельхозугодий Уничтожение ландшафтов ущербы
Радиоактивность Воздействие на радиоактивный фон