Экологические проблемы теплоэнергетики. Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду во многом зависит от вида сжигаемого топлива.
Твердое топливо. При сжигании твердого топлива в атмосферу по-ступают летучая зола с частицами не¬догоревшего топлива, сернистый и сер-ный ангидри¬ды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты непол¬ного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых слу¬чаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси.
Так, в золе донецких антра¬цитов в незначительных коли-чествах содержится мы¬шьяк, а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений — свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей Кан-ско-Ачинского бассейна — сво¬бодный оксид кальция. Уголь - самое распространенное ископаемое топ¬ливо на нашей планете. Специалисты считают, что его запасов хватит на 500 лет. Кроме того, уголь рас¬пространен по всему миру более равномерно и он бо¬лее экономичен, чем нефть.
Из угля можно получить синтетическое жидкое топливо. Метод по-лучения горючего путем переработ¬ки угля известен давно. Однако слишком высокой была себестоимость такой продукции. Процесс про¬исходит при высоком давлении. У этого топлива есть одно неоспоримое преимущество — у него выше ок¬тановое число. Это означает, что экологически оно будет бо-лее чистым. Торф. При энергетическом использовании торфа имеет место ряд от-рицательных последствий для ок¬ружающей среды, возникающих в результа-те добычи торфа в широких масштабах. К ним, в частности, от¬носятся нару-шение режима водных систем, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобы¬чи, ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнение воздушного бассейна, резкое ухуд¬шение условий существования животных.
Значитель¬ные экологические трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа. Жидкое топливо.
При сжигании жидкого топлива (мазутов) с дымо-выми газами в атмосферный воздух по¬ступают: сернистый и серный ангидри-ды, оксиды азо¬та, соединения ванадия, солей натрия, а также веще¬ства, уда-ляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо более «гигие¬ничное». При этом полностью отпадает проблема золоот-валов, которые занимают значительные территории, исключают их полезное использование и являются ис¬точником постоянных загрязнений атмосферы в райо¬не станции из-за уноса части золы с ветрами.
В продук¬тах сгорания жид-ких видов топлива отсутствует лету¬чая зола. Природный газ. При сжигании природного газа су¬щественным загряз-нителем атмосферы являются ок¬сиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжига¬нии на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжи-гании угля. Это объясняется не свойства¬ми самого топлива, а особенностями процессов сжи¬гания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ни-же, чем при сжигании природного газа. Та¬ким образом, природный газ яв-ляется наиболее эко¬логически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.
Комплексное влияние предприятий теплоэнергетики на биосферу в целом проиллюстрировано в табл. 1 (приложение). Таким образом, в качестве топлива на тепловых электростанциях ис-пользуют уголь, нефть и нефтепро¬дукты, природный газ и, реже, древесину и торф. Ос¬новными компонентами горючих материалов являют¬ся углерод, во-дород и кислород, в меньших количе¬ствах содержится сера и азот, присутст-вуют также сле¬ды металлов и их соединений (чаще всего оксиды и суль¬фиды). В теплоэнергетике источником массированных атмос¬ферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предпри-ятия и установки паросилового хозяйства, т. е. любые предприятия, работа кото-рых связана со сжиганием топлива.
Наряду с газообразными выбросами теплоэнергети¬ка производит огром-ные массы твердых отходов; к ним относятся зола и шлаки.
Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO2, 22-26% Аl2О3, 5-12% Fe2O3, 0,5-1% CaO, 4-4,5% К2О и Nа2О и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, дымят и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий. Жизнь на Земле возникла в условиях восстанови¬тельной атмосферы и только значительно позже, спус¬тя примерно 2 млрд лет, биосфера постепенно преобра¬зовала восстановительную атмосферу в окислительную. При этом живое вещество предварительно вывело из атмосферы различные вещества, в частно-сти, углекис¬лый газ, образовав огромные залежи известняков и дру¬гих углеродо-содержащих соединений.
Сейчас наша техногенная цивилизация сформирова¬ла мощный поток вос-становительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топ-лива в целях получения энергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год, в мире было со-жжено 450 млрд баррелей нефти, 90 млрд т угля, 11 трлн м3 газа (табл. 2). Таблица 2 Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000 МВт в год (в тоннах) Топливо Выбросы углеводороды СО NOx SO2 частицы Уголь 400 2000 27 000 110 000 3 000 Нефть 470 700 25 000 37 000 1 200 Природный газ 34 — 20 000 20,4 500 Основную часть выброса занимает углекислый газ - порядка 1 млн т в пере-счете на углерод 1 Мт. Со сточ¬ными водами тепловой электростанции ежегодно уда¬ляется 66 т органики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных час¬тиц. Зола электростанций часто содержит повы-шен¬ные концентрации тяжелых, редко земельных и ра¬диоактивных веществ.
Для электростанции, работающей на угле, требует¬ся 3,6 млн т угля, 150 м3 воды и около 30 млрд м3 воздуха ежегодно.
В приведенных цифрах не учте-ны нарушения окружающей среды, связанные с добычей и транспортировкой угля. Если учесть, что подобная электростанция активно работает несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последний обычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количест-ва разово, то электростанция дела¬ет это постоянно. За десятки тысячелетий вул-каничес¬кая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно по¬влиять на состав атмосферы, а хозяйственная деятель¬ность человека за какие-то 100-200 лет обу-словила та¬кие изменения, причем в основном за счет сжигания ис¬копаемого топ-лива и выбросов парниковых газов раз¬рушенными и деформированными экоси-стемами.
Коэффициент полезного действия энергетических ус¬тановок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энер-гия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т. е. помимо химическо¬го в биосферу поступает тепловое загрязнение.
Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные измене-ния, а другой — региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других от-раслях хозяйства, но все же энерге¬тика и сжигание ископаемого топлива остают-ся источ¬ником основных глобальных загрязнителей.
Они посту¬пают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосфе¬ры, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсут¬ствовали - хлорфторуглероды. Это глобальные за-г¬рязнители, имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвую-щие в разрушении озонового экрана стратосферы. Таким образом, следует отметить, что на современ¬ном этапе тепловые элек-тростанции выбрасывают в ат¬мосферу около 20% от общего количества всех вред-ных отходов промышленности.
Они существенно влияют на окружающую среду района их расположения и на со¬стояние биосферы в целом. Наиболее вредны конденса¬ционные электрические станции, работающие на низ¬косортных видах топлива. Так, при сжигании на стан¬ции за 1 час 1060 т донецкого угля из топок котлов уда¬ляется 34,5 т шлака, из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99% — 193,5 т золы, а через тру¬бы в атмосферу выбрасывается 10 млн м3 ды-мовых га¬зов. Эти газы, помимо азота и остатков кислорода, со¬держат 2350 т ди-оксида углерода, 251 т паров воды, 34 т диоксида серы, 9,34 т оксидов азота (в пе-ресчете на ди¬оксид) и 2 т летучей золы, не «пойманной» электро¬фильтрами.
Сточные воды ТЭС и ливневые стоки с их территорий, загрязненные отхода-ми технологических циклов энер¬гоустановок и содержащие ванадий, никель, фтор, фе¬нолы и нефтепродукты, при сбросе в водоемы могут оказать влияние на качество воды, водные организмы.
Изменение химического состава тех или иных веществ приводит к нарушению установившихся в водоеме ус¬ловий обитания и сказывается на видовом составе и чис¬ленности водных организмов и бактерий и в конечном счете может привести к нарушениям процессов само¬очищения водо-емов от загрязнений и к ухудшению их санитарного состояния. Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразными нарушения¬ми их состояния.
ТЭС производят энергию при по-мощи турбин, приводимых в движение нагретым паром. При работе турбин не-обходимо охлаждать водой от¬работанный пар, поэтому от энергетической стан-ции непрерывно отходит поток воды, подогретой обычно на 8-12 °С и сбрасы-ваемой в водоем. Крупные ТЭС нуждаются в больших объемах воды. Они сбра-сыва¬ют в подогретом состоянии 80-90 м3/с воды. Это оз¬начает, что в водоем не-прерывно поступает мощный поток теплой воды примерно такого масштаба, как река Москва.
Зона подогрева, образующаяся в месте впадения теплой «реки», пред-ставляет собой своеобразный уча¬сток водоема, в котором температура макси-мальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления от нее. Зоны по-догрева крупных ТЭС занимают пло¬щадь в несколько десятков квадратных километров. Зимой в зоне подогрева образуются полыньи (в се¬верных и сред-них широтах). В летние месяцы тем¬пературы в зонах подогрева зависят от ес-тественной температуры забираемой воды. Если в водоеме тем¬пература воды 20 °С, то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С. В результате повышения температур в водоеме и нарушения их естест-венного гидротермического ре¬жима интенсифицируются процессы «цветения» воды, уменьшается способность газов растворяться в воде, меняются физиче-ские свойства воды, ускоряются все химические и биологические процессы, протекающие в ней, и т. д. В зоне подогрева снижается прозрач¬ность воды, увеличивается рН, увеличивается скорость разложения легко окисляющихся веществ.
Скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается. 2.