Comparative ecological and hydrochemical characteristics of hydraulic ash and slag dumps of heat power stations of the f.pdf Введение Взаимодействие теплоэнергетики и окружающей среды происходит на всех стадиях трансформации (добыча, переработка, транспортировка и т.д.) первичных энергоресурсов [Целюк, 2009; Pokale, 2012]. Использование поверхностных водных объектов или водоносных горизонтов, связанных с ними, в качестве источников водоснабжения для нужд теплоэнергетики -один из основных факторов взаимодействия теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) и теплоэлектростанций (ТЭС) с водной средой [Bera, 2016]. Основная часть забираемой воды расходуется на охлаждение конденсаторов паровых турбин; системы золо- и шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки оборудования потребляют 7 % общего расхода воды, являясь при этом основным источником примесного загрязнения. Теплоэнергетика является основным водопользователем в Забайкальском крае. Читинская ТЭЦ-1 имеет наибольшие объемы забора воды (46-50 % от суммарного водозабора края) и сброса сточных вод [Абакумова, 2009], но самый маленький процент экономии (4,6 %) свежей воды за счет оборотных и повторных вод, осуществляя прямоточное водоснабжение из оз. Кенон, на берегу которого она расположена. Удаленные гидравлическим способом зола и шлаки - отходы угольной теплоэнергетики - поступают в виде пульпы в гидрозолошлакоотвалы (ГЗШО), где происходит осветление воды в прудах-отстойниках в результате осаждения взвешенных частиц. С инфильтрационными водами растворенные формы токсичных компонентов золошлаков поступают в подземные воды [Злобина и др., 2017; Humbarde et al., 2013]. Химический состав пульпы определяется составом золошлаковых отложений (ЗШО), который, в свою очередь, зависит от марки исходного топлива. Основными компонентами ЗШО являются кислородные соединения кремния, алюминия, железа, кальция, магния [Алексеева и др., 2004]. Содержание некоторых из них может существенно превосходить значения их концентраций в земной коре: CaO в 4-12 раз, Al2O3 - примерно в 2 раза, Fe2O3 - в 1,5-3 раза, MgO - в 2-3 раза. Кроме того, в золошлаках содержится большое количество микроэлементов; концентрации отдельных из них могут существенно превышать их кларковые значения в земной коре и предельно допустимые концентрации (ПДК) в почве. Их относят к потенциально токсичным элементам. Наиболее часто ЗШО угольных ТЭС России содержат такие потенциально токсичные микроэлементы, как свинец, цинк, никель, медь, кобальт, хром, молибден, стронций, ртуть и др. Их содержание в золошлаках может превышать уровень ПДК (в почве) в 2-40 раз [Делицын и др., 2012]. В данной работе дана характеристика химического состава прудов-отстойников ГЗШО некоторых ТЭЦ Восточного Забайкалья: Читинских ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, Шерловогорской и Приаргунской ТЭЦ (рис. 1), эксплуатирующих бурые угли местных угледобывающих предприятий - Харанорского и Восточного угольных разрезов. Наибольший объем потребления топлива имеет Читинская ТЭЦ-1. Цель исследования - эколого-гидрохимическая оценка отстойников ГЗШО ТЭЦ, которые являются потенциальными источниками загрязнения природных вод на территории их размещения. Материалы и методы исследования Данное исследование основано на результатах химико-аналитических работ, проведенных Институтом природных ресурсов, экологии и криологии © Усманова Л.И ., Замана Л .В., 2021 DOI: 10.17223/25421379/19/8 СО РАН (ИПРЭК СО РАН) в 2018-2020 гг. в рамках мониторинга геологической среды на участках размещения гидрозолоотвалов Читинских ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 и Шерловогорской ТЭЦ. Дополнительно использованы материалы ГУП «Забайкалгеомонито-ринг» за 2017 г., полученные при ведении мониторинга геологической среды в пределах территории влияния исследуемых золоотвалов. Чита Сретенск >алеи Газимурский минский Завод Агинское Оловянная Акша ) Забайкалы ^Черныше век ?\\Шелопугин1 _1илка Казаковский Прбм! _) { -х Александровойй Завод Калга --Могойту Приаргунск Рис. 1. Карта-схема места расположения теплоэлектростанций на территории Восточного Забайкалья 1..-h Дульдурга /•TV* Нижний Цасу' Fig. 1. Schematic map of the location of thermal power plants on the territory of Eastern Transbaikalia В рамках мониторинга проводился отбор водных проб из отстойников, скважин и поверхностных водных объектов, находящихся в зоне влияния ГЗШО. Сроки опробования: июнь, сентябрь и ноябрь 2018 г., июнь и ноябрь 2019 г. (за исключением золоотвала Шерловогорской ТЭЦ), июнь, сентябрь и октябрь 2020 г. Золоотвал Приаргунской ТЭЦ при выезде на опробование был сухим, поэтому водные пробы не отбирались. Для характеристики химического состава ГЗШО Приаргунской ТЭЦ использованы материалы научно-исследовательских работ по оценке состояния окружающей среды и воздействия на нее золоотвала Приаргунской ТЭЦ, выполненных ИПРЭК СО РАН в 2001-2002 гг. Анализ проб на общий химический состав и некоторые микроэлементы выполнялся в лаборатории геоэкологии и гидрогеохимии ИПРЭК СО РАН, аттестованной на производство анализов природных вод. Использовались общепринятые нормированные методы определений компонентов. Микроэлементный состав определялся методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в аналитических центрах Лимнологического института СО РАН и Института геохимии СО РАН (г. Иркутск). Наименование химического типа воды дано от 20 %-экв согласно ОСТ 41-05-263-86. Эколого-гидрохимическая оценка золоотвалов проводилась на основе сравнения содержания токсиканта в пруде-отстойнике с ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования (ГН 2.1.5.1315-03). Результаты и обсуждение Читинская ТЭЦ-1 - самая крупная теплоэлектростанция в Забайкальском крае, введена в эксплуатацию в 1965 г. Станция работает на харанорском и татауровском бурых углях; микроэлементный состав их приведен в табл. 1 (по [Мязина, 2004]). Золоотвал Читинской ТЭЦ-1 (рис. 2) расположен в 3 км к северо-западу от ее площадки и занимает площадь около 115 га. Он размещен в естественном понижении рельефа в днище Читино-Ингодинской впадины и по гипсометрическим отметкам находится выше промплощадки ТЭЦ. Сооружение введено в эксплуатацию в марте 1973 г. без противофильтрационного экрана. Подача золосодержащей пульпы осуществляется по напорному трубопроводу. Осветленная вода используется для оборотного водоснабжения. В качестве водоема-охладителя и источника воды для технологических нужд станции используется оз. Кенон, на берегу которого она расположена. С 1973 по 1977 г. в окрестностях золоотвала наблюдался интенсивный подъем уровня подземных вод вследствие инфильтрации техногенных вод. С 1997 по 2008 г. уровень относительно стабилизировался; это было обусловлено постоянным напором и постоянным объемом разгрузки фильтрующихся из гидрозолоотвала вод. С 2009 г. до настоящего времени в районе золоотвала ТЭЦ-1 фиксируется незначительный, но устойчивый рост уровня подземных вод. Таблица 1 Микроэлементный состав углей Харанорского и Татауровского месторождений и золошлаковых отложений Читинских ТЭЦ Table 1 The microelement composition of the Kharanor and Tataurovo deposit coals and ash and slag deposits of the Chitinskaya TPPs Химический элемент Средний кларк в бурых углях, г/т Средний кларк в ЗШО от бурых углей, г/т Кларк элемента в земной коре, мг/кг Содержание в золе углей, мг/кг Содержание в ЗШО, мг/кг Месторождение угля Читинских Харанорское Татауровское ТЭЦ-1 ТЭЦ-2 Ba 130-170 830-970 628 1580 1380 - - B 53-59 380-440 34 - 3,5 - - Be 1,1-1,3 6,2-7,2 2,3 8,7 5,4 3,7 1,9 V 20-24 130-150 106 550 363 81,8 35,9 Bi 0,75-0,93 3,5-5,1 0,23 2,2 3,4 - - W 1,0-1,4 4,3-6,7 2,03 7,5 - 12,6 18,5 Ga 5,2-5,8 28-30 - 32,4 20,8 18,0 11,0 Ge 1,9-2,1 10-12 1,3 1,6 2,0 2,4 2,2 Yb 0,95-1,05 5,3-5,7 - 7,5 2,6 - - Y 8,2-9,0 41-47 - 42,3 14,7 - - Co 3,9-4,5 26-28 15 25,4 33,4 17,6 5,7 La 9,5-10,5 58-64 32 63,4 49,8 - - Li 9-11 45-53 - - - 39,4 16,1 Mn 95-105 490-550 770 950 2 500 - - Cu 13-15 68-76 27 110 83,4 29,5 21,2 Mo 1,9-2,3 13-15 1,1 53 20,4 9,4 22,6 As 6,0-8,8 41-57 5,6 55,2 196 36,7 14,7 Ni 8,1-9,9 48-58 50 57,3 84,2 35,4 18,2 Rb 9,1-10,9 45-55 - 99,6 70,6 - - Pb 6,3-7,1 37-41 17 77,3 134 52,9 22,6 Se 0,95-1,25 8,6-10 - 35,2 25 - - Sr 110-130 670-810 270 1112,5 517 890 599 Sb 0,76-0,88 4,0-4,8 0,81 2,0 2,0 2,3 1,0 Cr 14-16 77-87 92 215 52 35,4 24,2 Zn 17-19 100-120 75 870 - 58,6 27,5 Tl 0,61-0,75 4,6-5,6 0,75 - - - - U 2,4-3,0 14-16 - - - 25 6,8 Примечание. Кларк элементов - из [Касимов, Власов, 2015]; кларк бурых углей и ЗШО - из [Юдович, Кетрис, 2005], «-» -нет данных. Note. Clark elements from [Kasimov, Vlasov, 2015]; dark of coal and ash and slag deposits [Yudovich, Ketris, 2005]; «-» - no data. a - пруд-отстойник; b - сброс гидрозолошлака Fig. 1. The ash dump of the Chitinskaya TPP-1 a - settling pond; b - discharge water solution of ash and slag Рис. 2. Золоотвал Читинской ТЭЦ-1 На территории размещения исследуемого объекта распространены порово-пластовые воды четвертичных отложений и трещинно-пластовые воды нижнемеловых пород. Водовмещающие породы представлены песчано-супесчаным материалом, песчаниками, трещиноватыми аргиллитами и алевролитами. Направление движения потока подземных вод направлено в сторону оз. Кенон и впадающей в него р. Кадалинки [Усманова, 2019]. За исследуемый период вода отстойника сульфатная магниево-кальциевая (рис. 3) с величиной общей жесткости 11,5-23,2 мг-экв/л и величиной минерализации более 1 г/л (табл. 2; рис. 4, b). По величине pH воды щелочные (табл. 2). В составе вод отмечаются высокие концентрации сульфатов и фторидов (табл. 2), характерные для ГЗО. Источником кремния, содержание которого в водах отстойника достигает 20,8 мг/л, являются алюмосиликатные зольные компоненты исходного угля. В воде оз. Кенон, из которого производится забор, содержания кремния за тот же период опробования составили 0,8-2,07 мг/л. Результаты проведенных в рамках мониторинга исследований подземных вод, находящихся в зоне влияния техногенного объекта, указывают на поступление широкого спектра химических элементов в результате фильтрации из него в водоносный горизонт, что подтверждается превышением нормативов для питьевых вод по сульфатам, фтору, бору, литию и другим показателям [Усманова, 2019; Замана и др., 2020]. Читинская ТЭЦ-2 - старейшая теплоэлектростанция Забайкальского края, запущена в эксплуатацию в 1936 г. Станция для работы использует уголь Харанорского буроугольного месторождения. В настоящее время для технологического водоснабжения ТЭЦ-2 используется подрусловой горизонтальный однолучевой водозабор и групповой водозабор, состоящий из четырех скважин глубиной 170-200 м. Гидрозолоотвал ТЭЦ-2 (рис. 5) находится у тыловой закраины первой правобережной надпойменной террасы р. Ингоды. Он состоит из трех небольших секций, длина каждой около 400 м и ширина 150 м. Отстойник золоотвала Читинской ТЭЦ-2 характеризуется наиболее низкой минерализацией (см. табл. 3; рис. 4, b) из всех исследуемых здесь, что можно объяснить использованием наименее минерализованной воды для золоудаления. Обогащение воды сульфатом и фтором, наиболее показательных для взаимодействия воды со свежей золой, в ходе транспортировки пульпы здесь существенно ниже (табл. 3), на что могут влиять как геохимические характеристики углей, так и технологии их сжигания и удаления золы. Содержание кремния ниже, чем в осветленной воде отстойника Читинской ТЭЦ-1, но выше, чем в отстойнике Шерловогорской ТЭЦ-1 (рис. 4, a). Воды отстойника за исследуемый период по анионному составу гидрокарбонатно-сульфатные (рис. 3), по катионному - натриево-кальциевые с величиной общей жесткости 1,88-7,40 мг-экв/л (табл. 3). Воды характеризуются слабощелочной или щелочной реакцией среды. В пределах размещения золоотвала выделяются порово-пластовые воды голоценовых аллювиальных отложений и трещинно-пластовые воды нижнемеловых пород. Порово-пластовые воды приурочены к отложениям русловой и пойменной фаций аллювия, трещинно-пластовые воды - к песчаникам и трещиноватым песчанистым алевролитам. Рис. 3. Пайпер-диаграмма состава вод прудов-отстойников Читинской ТЭЦ-1, Читинской ТЭЦ-2 и Шерловогорской ТЭЦ Fig. 3. Piper-diagram of the water composition of the settling ponds of the Chitinskaya TPP-1, Chitinskaya TPP-2 and Sherlovogorskaya TPP ab Рис. 4. Соотношение концентрации кремния, фтора, железа и общей жесткости (a); сульфата и величины минерализации (b) в воде прудов-отстойников Читинских ТЭЦ и Шерловогорской ТЭЦ Fig. 4. Concentration ratio of silicon, fluorine, iron and total hardness (a); sulfate and value of mineralization (b) in the water of the settling ponds of the Chitinskaya TPPs and Sherlovogorskaya TPP Таблица 2 Химический состав пруда-отстойника золоотвала Читинской ТЭЦ-1 Table 2 The chemical composition of the settling pond of the ash dump of the Chitinskaya TPP-1 Параметр Единица измерения 2017 г. 2018 г. 2019 г. 2020 г. ПДК август июнь сентябрь ноябрь июнь ноябрь июнь сентябрь октябрь рН 8,90 8,90 8,33 9,30 9,5 10,0 8,50 8,70 8,67 - Жесткость мг-экв/л 17,4 13,7 11,5 23,2 20,3 12,6 14,5 12,4 14,4 общая HCO3- 50,3 44,2 68,3 37,8 3,95 0,00 70,9 57,9 79,0 - CO32- 18,0 12,0 4,80 36,0 39,5 52,2

Скачать электронную версию публикации