PROSPECTS FOR USING THE ASHES AND SLAGS OF THERMOELECTRIC POWER PLANTS AS MICROFERTILIZER FOR SOIL

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛОШЛАКОВ ТЭС В КАЧЕСТВЕ МИКРОУДОБРЕНИЯ ДЛЯ ПОЧВ

Галич С. А., Институт проблем машиностроения Национальной академии наук Украины, Харьков, Украина

При значительной территории Украина имеет относительно небольшую площадь земельных угодий, благоприятных для жизни и хозяйственной деятельности человека. Свыше 10% площади страны занято малопродуктивными землями степей, 8% — болотами и заболоченными землями, 15% — полупустынями, в том числе 3% — подвижными песками, 5% — высокогорными районами. Сельскохозяйственные угодья составляют лишь 25% общей площади Украины. Это связано с нарушением, истощением и деградацией почвенного покрова, отводом земель под застройку городов, поселков и размещение промышленных предприятий.
Доля тепловых электростанций (ТЭС) в энергетическом комплексе страны составляет 67,5%. Характерные особенности влияния предприятий электроэнергетики на экологию — многофакторность (одновременное воздействие на атмосферу, гидросферу, биосферу), разнообразие характера (отчуждение территорий, искажение ландшафтов, механические нарушения, химическое загрязнение, тепловые, акустические и прочие физические влияния).
Предприятия электроэнергетики образуют большое количество отходов всех видов, в том числе производственных различного класса опасности, нетоксичных и бытовых. Значительную часть составляют золошлаковые отходы (ЗШО).
Золошлаки, образующиеся от сжигания угля на ТЭС, являются крупнотоннажными отходами. Для их транспортирования применяются системы гидрозолоудаления. В основном золошлаки транспортируются в виде пульпы низкой концентрации для размещения в гидрозолоотвалах, которые являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды при производстве энергии.
К настоящему времени в отвалах ТЭС Украины накоплено 358,8 млн т золошлаков на площади 3170 га. Среднегодовой выход шлаков достиг 14 млн т и в связи с ухудшением качества топлива имеет тенденцию к росту. Это создает технологические и экологические проблемы, так как увеличиваются производственные затраты и стоимость природоохранных мероприятий.
Актуальность проблемы накопления золошлаков определяется еще и тем, что в энергетической стратегии государства доля тепловых электростанций возрастает.
Западные страны, где очень развит промышленный симбиоз, используют около 70% образующихся золошлаковых отходов. В Польше резко повышена цена на землю под золоотвалы, и поэтому ТЭС доплачивают потребителям золы для снижения затрат на хранение. В Великобритании и Германии действуют специализированные фирмы по сбыту золы и шлаков.
Химический и минералогический состав золошлаков таков, что их правильнее считать обогащенным сырьем для различных отраслей промышленности. Золошлаки в основном экологически не опасны, обладают консервирующими свойствами, что позволяет использовать их для захоронения и утилизации других отходов, в том числе опасных.
Продукция на основе золошлаков может стать источником инвестиций на техническое перевооружение ТЭС и покрытия экологических платежей на содержание золоотвалов. Золошлаковые отходы можно использовать как добавки и наполнители при производстве широкого спектра строительных материалов: цемента, бетонов, растворов, кирпича, керамики и т. д. Они хорошо себя зарекомендовали при укладке в земляное полотно автомобильных дорог и в других производствах. На основе золошлаков можно производить бесклинкерные и малоклинкерные вяжущие, шлаковый песок, щебень, сухие строительные смеси и т. д. с использованием технологий перемешивания, дробления, помола и расфасовки.
Несмотря на очевидные выгоды и перспективы широкого применения золошлаковых отходов, объем их использования в нашей стране не превышает 10%. Утилизация золошлаков требует решения комплекса вопросов — от разработки технических условий на их применение, технологических линий по их переработке, транспортных и погрузочно-разгрузочных средств до перестройки психологии хозяйственников в отношении вторичных минеральных ресурсов.
Состав шлаков и золы определяется составом минеральной части исходного топлива и способом его сжигания. При этом ЗШО являются своего рода концентраторами элементов, содержащихся в топливе.
Академик А. П. Виноградов подчеркивал, что нет вредных или полезных элементов, а есть необходимые для роста и угнетающие рост растений концентрации элементов. Чтобы золошлаки были микроминеральным удобрением, а не источником загрязнения, содержание химических элементов не должно превышать предельно допустимые концентрации (ПДК) для почв.
Основным препятствием для использования золошлаков в сельском хозяйстве в качестве микроудобрения является их потенциальная радиоактивность и высокое содержание загрязняющих примесей.
При хранении в золоотвалах и использовании золы и шлаков в сельском хозяйстве возможная их опасность должна учитываться по следующим показателям: радиационному, водомиграционному, общесанитарному, транслокационному и токсикологическому.
• Водомиграционный показатель определяется по концентрации токсичных компонентов в кислотных, ацетатаммонийных и водных вытяжках.
• Общесанитарный показатель вредности определяется по изменению микробиоценоза по чвы под воздействием золошлаков, сопровождающемуся ухудшением процесса ее самоочищения.
• Транслокационный показатель прослеживает цепочку «почва — растение — пища» и определяется по накоплению и количественному переходу микроэлементов из одного звена цепочки в другое.
• Токсикологический показатель определяется степенью вредного воздействия микроэлемента на организм.
Исследования показывают, что применение золошлаков в сельском хозяйстве улучшает агрофизические свойства почвы, пополняет ее микро- и макроэлементный состав, улучшает пористость, нейтрализует кислотность.
Российскими учеными установлено, что повышение урожайности сельскохозяйственных культур под воздействием мелиоранта на основе золы канско-ачинских углей (КАУ) Сибири объясняется не только ее нейтрализующей способностью, но и присутствием в ней макро-и микроэлементов, таких как калий, марганец, фосфор, бор, стронций, молибден, селен и др.
В связи с тем, что некоторые микроэлементы и тяжелые металлы способны аккумулироваться в растениях и влиять на качество сельхозпродукции, проведено изучение валового содержания этих компонентов, а также содержания подвижных форм некоторых из них в золе КАУ, почве и растениях. Исследования показали, что зола КАУ не создает опасности превышения в почве ПДК ни для одного из перечисленных компонентов, притом некоторые из них заметно способствуют повышению плодородия почвы.
Харьковская область представляет собой промышленно-аграрный регион Украины. Одним из предприятий, оказывающих существенное негативное влияние на экологию области, является Змиевская ТЭС, входящая в Харьковский промышленный узел.
В результате работы ТЭС образовался золошлакоотвал, представляющий собой минеральную мелкозернистую фракцию с размером частиц от 60 до 200 мкм и занимающий площадь 350 га. Сейчас масса золошлаковой смеси, уложенной на золошлакоотвале, составляет 27 698 496 т.
Исследования химического состава золошлака Змиевской ТЭС, проведенные в Харьковском национальном университете и Институте проблем машиностроения, показали, что в золе Змиевской ТЭС обнаружены ⁴⁰К, ²²⁶Ra, ²³²Th, ¹³⁷Cs, однако уровень радиоактивности был в 4—5 раз ниже предельно допустимого для почвы. Определение химического состава золы показало, что в ней содержится Fe — 12, Ca — 1,2, K — 1,8%, Cu, Zn, Pb, Sr и Zr — от 0, 068 до 0, 013%. Отмечалось некоторое превышение ПДК свинца для почв.
Для оценки возможности использования золошлаков Змиевской ТЭС в качестве микроудобрений необходимо провести дополнительные исследования:
— определение радиоактивности золошлаков;
— более полное изучение его микроэлементного состава, в частности тяжелых металлов;
— изучение канцерогенных свойств;
— наблюдения за усвоением экспериментальными растениями микроэлементов золошлаков ТЭС (посев, выращивание растений, лабораторные исследования накопления различными частями растений микроэлементов, содержащихся в почве и золошлаке).

Galich S. A., Institute for Problems in Mechanical Engineering, National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkiv, Ukraine

The paper describes the environmental consequences of thermal plant operation and accumulation of waste using the Zmievskaya TPP as an example. The environmental impact of this waste is described, as is the need and potential options for waste recycling. Examples of industrial symbiosis in European countries and Russia are presented and discussed. The paper demonstrates that the assessment of potential for using ash waste generated by thermal power plants as a micro-fertilizer for soil is an important research task.

Главная страница

Сведения об авторах

Галич Светлана Анатольевна, аспирант, Институт проблем машиностроения НАН Украины, ул. Д. Пожарского, 2/10, Харьков, 61046, Украина. Тел. (057) 337-81-14. E-mail

Последние изменения внесены 10.07.07