Влияние индустриальных объектов на изменение геоэкологических условий окружающей среды на примере теплоэлектростанции

Влияние индустриальных объектов на изменение геоэкологических условий окружающей среды на примере теплоэлектростанции

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально технический университет

имени академика З. Алдамжар

Влияние индустриальных объектов на изменение геоэкологических условий окружающей среды на примере теплоэлектростанции

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

специальность 5В 060800 «Экология»

Токарь Валентина Ивановна

Костанай

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Общая характеристика взаимодействия индустриальных объектов с окружающей средой

1.1 Оценка влияния индустриальных объектов на экологические условия Казахстана

1.2 Особенности воздействия топливно -энергетического комплекса на различные компоненты биосферы Костанайской области

.3 Специфика выбросов и загрязнений, возникающих в результате работы теплоэлектростанций

2.Физико -географическая характеристика районов исследования

.1 Краткая географическая характеристика Костанайской области

.2 Краткая характеристика урбанизированных территорий Костанайской области

2.3 Характеристика геоэкологических условий Федоровского района

. Методология исследований

. Анализ влияния теплоэлектростанции на геоэкологические условия изучаемого района

4.1 Характеристика изучаемой теплоэлектростанции, как объекта проводимого исследования

.2 Геоэкологические условия функционирования топливно-энергетического комплекса села Федоровка

4.3 Анализ изменения геоэкологических условий окружающей среды под воздействием Федоровской теплоэлектростанции

Выводы

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Введение

геоэкологический загрязнение теплоэлектростанция

Актуальность.

Окружающая среда - основа жизни человека, а ископаемые ресурсы и вырабатываемая из них энергия являются основой современной цивилизации. Без энергетики у человечества нет будущего это очевидный факт. Однако современная энергетика наносит ощутимый вред окружающей среде, ухудшая условия жизни людей. Основа современной энергетики - различные типы электростанций. Сегодня проблема влияния энергетики на природу становится особенно острой, так как загрязнение окружающей среды, атмосферы и гидросферы с каждым годом всё увеличивается.

Если учесть, что масштабы энергопотребления постоянно увеличиваются, то и соответственно увеличивается отрицательное воздействие энергетики на природу. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в больших концентрациях промышленными предприятиями приводит к загрязнению атмосферы и водных объектов, что в свою очередь может привести к заболеванию населения, к уничтожению флоры и фауны. На современном этапе проблема взаимодействия энергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя влияние на огромные территории, большинство рек и озер, громадные объемы атмосферы и гидросферы Земли. Еще более значительные масштабы энергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейшее интенсивное увеличение разнообразных воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах [1, 11].

Тепловые электростанции на основе сжигания органического горючего оказывают значительное отрицательное влияние на окружающую среду. С дымовыми газами в атмосферу выделяются в большом количестве твердые и газообразные загрязнители, из которых наиболее опасны окислы серы и азота, двуокись углерода и водяные пары. Кроме основных компонентов влияние теплоэлектростанций состоит в: пылевые частицы различного состава, фтористые соединения, окислы металлов, газообразные продукты неполного сгорания топлива. Их поступление в воздушную среду наносит большой ущерб как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства и населению городов. Наличие пылевых частиц, окислов серы обусловлено содержанием в топливе минеральных примесей, а наличие окислов азота - частичным окислением азота воздуха в высокотемпературном пламени [2,6].

В Казахстане в период становления энергетики в первую очередь руководствовались целесообразностью с точки зрения экономических затрат, то сегодня всё чаще при возведении и эксплуатации объектов энергетики на первый план выдвигаются вопросы их влияния на экологию [1,3,5] .

Эксплуатация теплоэлектростанций сопряжена с рядом негативных факторов, одним из которых является изменение геоэкологических условий окружающей среды [2,4]. Изучение изменений геоэкологических условий окружающей среды под влиянием теплоэлектростанции является важным вопросом, что обуславливает актуальность темы данной работы.

Поэтому целью дипломной работы является изучение влияния индустриальных объектов на геоэкологические условия на примере Федоровской теплоэлектростанции.

В связи с целью были поставлены следующие задачи:

.Собрать и систематизировать литературный материал по изучаемой проблеме.

.Определить характер влияния размещения теплоэлектростанции на окружающую среду и человека.

. Проанализировать характер влияния теплоэлектростанции на изменение геоэкологических условий изучаемого района

.Дать геоэкологическую оценку влияния индустриальных объектов на изменение условий окружающей среды.

Предмет исследования: Теплоэлектростанция , как источник выбросов загрязняющих веществ

Объект исследования: Изучение влияния загрязняющих веществ теплоэлектростанции на окружающую среду.

Гепотеза: Гипотеза работы сводится к тому, что nтеплоэлектростанция оказывает существенное влияние на геоэкологические условия окружающей среды района своего расположения , в особенности находясь близ жилых массивов.

Теоретическая значимость: Собран и систематизирован литературный материал по данной проблеме, обработаны материалы сети интернет

Практическая значимость: Материалы работы могут быть использованы при проведении геэкологического мониторинга изучаемой местности, разработки нормативов загрязняющих веществ для данного региона.

1.Общая характеристика взаимодействия индустриальных объектов с окружающей средой

Анализ перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровье населения.

Энергетические объекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики в частности) по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу. Увеличение напоров и объемов водохранилищ гидроузлов, продолжение использования традиционных видов топлива (уголь, нефть, газ), строительство топливного цикла выдвигают ряд принципиально важных задач глобального характера по оценке влияния энергетики на биосферу Земли. Если в предыдущие периоды выбор способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта и др. и назначение основных [6,7].

параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) проводились в первую очередь на основе минимизации экономических затрат, то в настоящее время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики. Это, прежде всего, относится к крупным гидроузлам, энергокомплексам, предприятиям, связанным с добычей и транспортом нефти и газа и т.п. Тенденции и темпы развития энергетики сейчас в значительной степени определяются уровнем надежности и безопасности (в том числе экологической) электростанций разного типа. К этим аспектам развития энергетики привлечено внимание специалистов и широкой общественности, вкладываются значительные материальные и интеллектуальные ресурсы, однако сама концепция надежности и безопасности потенциально опасных инженерных объектов остается во многом мало разработанной. Развитие энергетического производства, по-видимому, следует рассматривать как один из аспектов современного этапа развития техносферы вообще (и энергетики в частности) и учитывать при разработке методов оценки и средств обеспечения надежности и экологической безопасности наиболее потенциально опасных технологий. Одно из важнейших направлений решения проблемы - принятие комплекса технических и организационных решений на основе концепций теории риска. Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют источники неизбежного, потенциального, до настоящего времени практически количественно не учитываемого риска для населения и окружающей среды [9,10,11].

Под надежностью объекта понимается его способность выполнять свои функции (в данном случае - выработка электро- и тепловой энергии) в заданных условиях эксплуатации в течение срока службы. Или наиболее подробно: свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. Под экологической безопасностью понимается сохранение в регламентируемых пределах возможных отрицательных последствий воздействия объектов энергетики на природную среду. Регламентации этих негативных последствий связана с тем, что нельзя добиться полного исключения экологического ущерба[12,13,14].

Отрицательные последствия воздействия энергетики на окружающую среду следует ограничивать некоторым минимальным уровнем, например, социально-приемлемым допустимым уровнем. Должны работать экономические механизмы, реализующие компромисс между качеством среды обитания и социально-экономическими условиями жизни населения. Социально-приемлемый риск зависит от многих факторов, в частности, от особенностей объекта энергетики. В силу специфики технологии использования водной энергии гидроэнергетические объекты преобразуют природные процессы на весьма длительные сроки. Например, водохранилище ГЭС (или система водохранилищ в случае каскада ГЭС) может существовать десятки и сотни лет, при этом на месте естественного водотока возникает техногенный объект с искусственным регулированием природных процессов - природно-техническая система (ПТС). В данном случае задача сводится к формированию такой ПТС, которая обеспечивала бы надежное и экологически безопасное формирование комплекса. При этом соотношение между основными подсистемами ПТС (техногенным объектом и природной средой) может быть существенно различным в зависимости от выбранных приоритетов - технических, экологических, социально-экономических и др., а принцип экологической безопасности может формулироваться, например, как поддержание некоторого устойчивого состояния создаваемой ПТС. Другой оказывается постановка задачи оценки возможных последствий для окружающей среды при создании объектов ядерной энергетики. Здесь под экологической безопасностью понимается концепция, согласно которой при проектировании, строительстве, эксплуатации и снятии с эксплуатации теплоэлектростанций предусматривается и обеспечивается сохранение региональных экосистем. При этом допускается некоторый экологический ущерб, риск которого не превосходит определенного (нормируемого) уровня [15,16].Этот риск минимален в период штатной эксплуатации и возрастает при возведении объекта и снятии его с эксплуатации и, особенно - в аварийных ситуациях. Необходимо учитывать влияние на окружающую среду всех основных факторов техногенного воздействия: радиационного, химического теплового (с учетом их возможного нелинейного взаимодействия). Следует иметь в виду и различные масштабы возможных последствий: локальный (тепловое пятно сброса подогретых вод в водоемы и водотоки), региональный (выброс радионуклидов), глобальный (рассеяние долгоживущих радионуклидов по биосферным каналам). Если же создается крупное водохранилище-охладитель, то, как в случае гидроэнергетического объекта, должна ставиться задача об экологически безопасном функционировании сложной . Аналогичный круг вопросов следует рассматривать при формулировании концепции экологической безопасности объектов теплоэнергетики: учет теплового и химического воздействия на окружающую среду, влияние водоемов-охладителей и т.п. Кроме того, для крупных ТЭС на твердом топливе (уголь, сланцы) возникают проблемы надежной и безопасной эксплуатации золоотвалов - сложных и ответственных грунтовых гидросооружений. И здесь надо ставить задачу о безопасном функционировании ПТС «ТЭС - окружающая среда».

Какое влияние оказывает на характер вредных выбросов в атмосферу вид топлива,используемый на тепловых электростанциях. В качестве топлива на тепловых электростанциях используют уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ и реже древесину и торф. Основными компонентами горючих материалов являются углерод, водород и кислород, в меньших количествах содержится сера и азот, присутствуют также следы металлов и их соединений (чаще всего оксиды и сульфиды).

В тепло энергетике источником массированных атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия и установки паросилового хозяйства, т.е. любые предприятия, работа которых связана с сжиганием топлива. В состав отходящих дымовых газов входят диоксид углерода, диоксид и триоксид серы и ряд других компонентов, поступление которых в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Наряду с газообразными выбросами теплоэнергетика является «производителем»огромных масс твердых отходов; к ним относятся хвосты углеобогащения, золы и шлаки.

Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO², 22-26%

Al²O³, 5-12% Fe²O³, 0,5-1% CaO, 4-4,5% K²O и Na²O и до 5% С. Он поступают в отвалы, которые пылят, «дымят» и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий. Жизнь на земле возникла в условия восстановительной атмосферы и только значительно позже, спустя примерно 2 млрд. лет, биота постепенно преобразовала восстановительную атмосферу в окислительную. При этом биота предварительно вывела из атмосферы различные вещества, в частности углекислый газ, образовав огромные залежи известняков и других углеродосодержащих соединений.

Сейчас наша техногенная цивилизация сформировала мощный поток восстановительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год в мире было сожжено 450 млрд. баррелей нефти, 90 млрд. т угля, 11 трлн.куб.м газа. Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000МВт в год (в тоннах).

Топливо Выбросы Углеводороды СО NOx SO² Частицы Уголь 400 2000 27000 110000 3000 Нефть 470 700 25000 37000 1200 Природный газ 34 - 20000 20,4 500. Основную часть выброса занимает углекислый газ - порядка 1 млн.т в пересчете на углерод 1 Мт. Со сточными водами тепловой электростанции ежегодно удаляется 66 т органики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных частиц. Зола электростанций часто содержит повышенные концентрации тяжелых, редко земельных и радиоактивных веществ [19]. Для электростанции работающей на угле требуется 3,6 млн.т угля, 150 куб.м воды и около 30 млрд. куб.м воздуха ежегодно. В приведенных цифрах не учтены 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 количества разово, то электростанция делает это постоянно. За весь голоцен (10-12 тыс. лет) вулканическая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно повлиять на состав атмосферы, а хозяйственная деятельность человека за какие-то 100-200 лет обусловила такие изменения, причем в основном за счет сжигания ископаемого топлива и выбросов парниковых газов разрушенными и деформированными экосистемами. Коэффициент полезного действия энергетических установок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т.е. помимо химического в биосферу поступает тепловое загрязнение [16,23].

Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой - региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, но все же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основных глобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсутствовали - хлорфторуглероды. Это глобальные загрязнители имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экрана стратосферы[21].

Влияние водохранилищ и гидроэлектростанций на природную среду.

Обострение экологической ситуации, как в мире, так и в нашей стране, к началу 90-х годов послужило поводом для возобновления дискуссий по проблемам экологии в гидроэнергетике, отличающейся большой агрессивностью. В нашей стране принципы приоритета охраны окружающей среды были признаны на Всесоюзном научно-техническом совещании «Будущее гидроэнергетики. Основные направления создания гидроэлектростанций нового поколения» (1991 г.). Наиболее резко прозвучали вопросы создания высоконапорных ГЭС с крупными водохранилищами, затопления земель, качества воды. Сохранения флоры и фауны. Из-за большой площади зеркал водохранилищ наиболее крупных ГЭС России (Саяно-Шушенская, Красноярская, Усть-Илимская) ущерб наносимый природе значителен. Наиболее значимым фактором воздействия крупных гидроэлектростанций на экосистему водосброса является создание водохранилищ и затопление земель. Это вызывает изменение видового состава, численности биомассы растений, животных,формирование новых биоценозов. Эффективным способом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркала водохранилищ. Несмотря на снижение энергетических показателей и уменьшение регулирующих возможностей возрастания стоимости, низко напорные гидроузлы, обеспечивающие минимальные затопления земель, лежат в основе всех современных разработок. Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества водной среды. Имеющее место загрязнение воды вызвано не технологическими процессами производства электроэнергии на ГЭС (объемы загрязнений,поступающие со сточными водами ГЭС, составляют ничтожно малую долю в общей массе загрязнений хозяйственного комплекса), а низкое качество санитарно-технических работ при создании водохранилищ и сброс неочищенных стоков в водные объекты[18,19,27].

В водохранилищах задерживается большая часть питательных веществ, приносимых реками. В теплую погоду водоросли способны массами размножаться в поверхностных слоях обогащенного питательными веществами, или эвтрофного, водохранилища. В ходе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода. Отмершие водоросли придают воде неприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение,"цветение" водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах стран СНГ делает их воду непригодной ни для промышленного использования, ни для хозяйственных нужд [22,23].

В первые годы после заполнения водохранилища в нем появляется много разложившейся растительности, а "новый" грунт может резко снизить уровень кислорода в воде. Гниение органических веществ может привести к выделению огромного количества парниковых газов - метана и двуокиси углерода. Водохранилища часто "созревают" десятилетиями или дольше, а в тропиках этот процесс длится столетиями - пока разложится большая часть всей органики. Очистка затопляемой зоны от растительности смягчила бы проблему, но поскольку она трудна и дорога, очистку проводят лишь частично. Самый известный пример масштабного затопления леса - плотина Брокопондо в Суринаме (Ю. Америка), затопившая 1500 кв. км тропического леса - 1% территории страны. Разложение органического вещества в этом мелководном бассейне лишило его воду кислорода и вызвало мощное выделение сероводорода, зловонного газа, способствующего коррозии. Работники дамбы еще 2 года спустя после заполнения водохранилища в 1964 году носили маски. А стоимость ущерба,нанесенного турбин закисленной водой, составила более 7 процентов общей стоимости проекта[33].

В то же время опят эксплуатации водохранилищ показал, что вследствие увеличения времени пребывания воды в водоеме общий эффект самоочищения в них в большинстве случаев выше, чем в реках. Водохранилища существенно сглаживают амплитуду колебания показателей качества воды. Резко снижают их пиковые значения. Если вопрос о положительном или отрицательном влиянии водохранилищ на качество воды до сих пор остается спорным, то негативное влияние неочищенных стоков, бесспорно /26,28/. Большие объемы воды и высокий эффект самоочищения в водохранилищах побуждают к строительству предприятий без должной очистки стоков, что превращает водохранилища в огромные отстойники сточных вод. Кроме загрязнения объективным показателем качества является состояние обитающих в воде живых организмов. Наиболее тесно связаны с водными массами планктонные организмы. При транзите через зарегулированный поток с каскадами водохранилищ планктонные сообщества (ценозы) претерпевают сложные изменения, обусловленные поочередным попаданием планктонных организмов то в озерные условия (верхний бьеф), то в речные (нижний бьеф). В условиях верхнего бьеф формируется планктобиоценоз озерного типа, а в условиях нижнего - речного. Эти плактоценозы отличаются объемами продуцируемого органического вещества, плотностью и биомассой организмов, видовым составом и другими показателями [30,32].

Как правило, организмы сообществ озерного типа не приспособлены к жизни в реке. В речных условиях течение даже средней силы оказывает губительное влияние на озерные виды организмов. На структуру и динамику планктона влияют и сами гидротехнические сооружения, т.к. при преодолении гидроагрегатов планктон подвергается разрушению.

И все же, рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует отметить жизнесберегающую функцию ГЭС. Так выработка каждого млрд.кВт*ч электроэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел/год [31,34].

Атомные электростанции и экологические проблемы, возникающие при их эксплуатации. С конца 1960-х годов начинается бум ядерной энергетики. В это время возникло, по крайней мере, две иллюзии, связанных с ядерной энергетикой. Считалось, что энергетические ядерные реакторы достаточно безопасны, а системы слежения и контроля, защитные экраны и обученный персонал гарантируют их безаварийную работу, а также считалось, что ядерная энергетика является «экологически чистой», т.к. обеспечивает снижение выброса парниковых газов при замещении энергетических установок, работающих на ископаемом топливе. Иллюзия о безопасности ядерной энергетики была разрушена после нескольких больших аварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа на чернобыльской АЭС. Катастрофа в Чернобыле показала, что потери при аварии на ядерном энергетическом реакторе на несколько порядков превышают потери при аварии на энергетической установке такой же мощности, использующей ископаемое топливо. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, что население ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды, растительный покров оказались радиоактивно зараженными на многие десятилетия. При этом в отношении чернобыльского выброса многое остается неизвестным, и риск здоровью населения от аварийных выбросов этой АЭС существенно занижен, т.к. в большинстве стран СНГ отсутствует хорошая медицинская статистика. Рядом исследователей США было установлено, что с мая по август 1986 года, наблюдался значительный рост общего числа смертей среди населения, высокая младенческая смертность, а также пониженная рождаемость,связанные не исключено с высокой концентрацией радиоактивного йода-131 из чернобыльского облака, накрывшего США [37,38].

За четыре летних месяца возросло количество смертей от пневмонии, разных видов инфекционных заболеваний, СПИДа по сравнению со средним числом смертей за этот период в 1983-85 годах. Все это с высокой статистически достоверной вероятностью связано с поражением иммунной системы чернобыльскими выбросами. Такой же точной статистики нет и для большинства других стран, исключая Германию. На юге Германии, где чернобыльские выпадения были особенно интенсивными, младенческая смертность возросла на 35%. Однако опасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже без них около 250 радиоактивных изотопов попадают в среду в результате работы ядерных реакторов. Эти радиоактивные частицы вместе с водой, пылью, пищей и воздухом попадают в организмы людей, животных, вызывая раковые заболевания, дефекты при рождении, снижение уровня иммунной системы и увеличивают общую заболеваемость населения, проживающего вокруг ядерных установок [40,43].

1.1 Оценка влияния индустриальных объектов на изменение экологические условия Казахстана

Сегодня Казахстан входит в группу государств, обладающих огромным запасом углеводородов, которые оказывают существенное влияние на формирование и состояние мирового энергетического рынка. На территории республики открыто 208 месторождений углеводородов из них половина нефтяные, треть - нефтегазовые, остальные - газовые и газо-конденсатные. Из этого числа в настоящее время промышленно разрабатывается более 70 месторождений. Суммарные прогнозные запасы углеводородов сырья в Казахстане с учетом потенциала Каспийского шельфа составляли 13 млрд.т. нефти и конденсата и 7,1 трлн. кубометров природного газа[43].

Казахстан может полностью обеспечить себя топливно-энергетическими ресурсами за счет собственных природных ресурсов и осуществлять вывоз топлива и передачу электроэнергии за пределы республики Так, объем собственной добычи топливно-энергетических ресурсов превышает их расход на 15,6%. По углю объем вывоза его за пределы pecпублики составляет 42% от его добычи, что в 1,5 раза превышает его потребление. Добыча нефти в 2 раза превышает ее потребление. Республика распологает такими топливно-энергетическими ресурсами, как уголь, нефть, гидроресурсы, горючие сланцы, гидротермальные воды. Добыча топлив характеризуется весьма благоприятными технико-экономическими условиями, показателями. Общеизвестна высокая экономичность добычи угля в Екибастузском бассейне, уникальны горно-геологические и экономические показатели богатейших нефтяных и газовых месторождений Казахстана [43,46].

Развитие ТЭК является основой решения всех народнохозяйственных задач, поэтому и в энергетической программе Казахстана должны быть предусмотрены следующие организационно-экономические меры:

укрепление материально-технической базы ТЭК и связанных с ним отраслей на основе увеличения выделения материальных и финансовых ресурсов для их развития;

совершенствование размещения производительных сил республик в направлении приближения топливопотребителей к основным топливно-энергетическим базам Казахстана;

разработка рыночных механизмов регулирования производства отраслях ТЭК;

разработка различных способов транспортировки энергетических ресурсов из районов Северо-Западного, Юго-Западного и Северо-Восточного Казахстана где буДет обеспечен основной прирост объема добычи нефти. газа, угля и т.д.

В настоящее время наибольшая часть топливно-энергетических ресурсов потребляется непосредственно в качестве топлива и энергии 34,1%, в то же время потребление их по прогрессивным направлениям очень низкое. Только лишь 0,3% потребленных топливно-энергетических ресурсов идет на производство химической и нефтехимической продукции.

Значительны потери топлива при переработке, хранении и транспортировок, которая составляет по газу около 32% нефти - более 29% углю - 13%.

В условиях нарушения хозяйственных связей со странами ближнего зарубежья при переходе к рынку необходимо формировать автономную энергетическую систему, организовать переработку собственного топливного сырья до получении готовой продукции. Развитие электроэнергетики в Казахстане следует осуществлять на собственной базе традиционных источников, таких, как уголь, гидроресурсы, наряду с развитием атомной энергетики. В нефтедобывающей промышленности первостепенной задачей является снабжение Павлодарского и Шымкентского нефтеперерабатывающих заводов собственным сырьем, а также увеличение собственного производства продуктов переработки нефти [47,51].

Указом Президента РК от 14.03.97 г. «Об очередных мерах по реформированию системы госорганов РК» на базе упраздненных министерств энергетики и угольной промышленности, нефтяной и газовой промышленности, геологии и охраны недр создано Министерство энергетики и природных ресурсов.

Функционирование предприятий угольной промышленности, как правило, сопровождается многосторонним негативным воздействием на окружающую природную среду, масштабы которого непосредственно зависят от объема основного производства и в связи с возможным увеличением объемов добычи угля имеют тенденцию к дальнейшему росту.

По уровню образования и выбросов вредных веществ в атмосферу угольная промышленность является одной из наиболее загрязняющих воздушный бассейн отраслей [45].

Масштабы негативного влияния на окружающую природную среду непосредственно зависят от объема основного производства. С изменением объемов добычи угля возрастают или снижаются притоки шахтных (карьерных) вод, выход вскрышных (вмещающих) пород и отходов обогащения, площади нарушения земельных угодий, загрязнение атмосферного воздуха выбросами вредных веществ.

Перспективы повышения экологической безопасности в угольной промышленности теснейшим образом связаны со стратегией ее развития, принятыми приоритетами и технической политикой и реализуются в следующих направлениях:

наращивание производственных мощностей на стабильно работающих и рентабельных предприятиях, строительство шахт и разрезов на новых месторождениях с благоприятными горно-геологическими условиями при обоснованной ликвидации убыточных и нерентабельных предприятий;

обновление технического потенциала действующих предприятий на базе новых современных экологически чистых технологий и оборудования, целенаправленного внедрения научно- технических достижений;

оптимальное сочетание открытого и подземного способов добычи, освоение новых технологий гидродобычи и подземной газификации угля;

глубокая комплексная переработка добываемого угля с полным использованием органической и минеральной составляющих в разнообразную промышленную продукцию, с утилизацией отходов добычи и обогащения, в том числе остающихся после ликвидации угольных предприятий, с получением товарных продуктов;

становление новых методов хозяйствования, базирующихся на экологически ориентированных приемах управления и массовом применении ресурсо- и энергосберегающих технологий;

широкомасштабное извлечение метана из угольных пластов действующих шахт и промысловая его добыча за границами шахтных полей с использованием для энергетических целей в качестве самостоятельного топливно-энергетического ресурса [45,49].

.2 Особенности воздействия топливно -энергетического комплекса на различные компоненты биосферы Костанайской области

В настоящее время основными источниками теплоснабжения города Костаная являются Костанайская теплоэнергоцентраль (КТЭЦ) и семь районных (РК-2,3) - промышленных и коммунально-бытовых котельных. Суммарная нагрузка потребителей от ТЭЦ составляет 375 гигакалорий в час, от семи крупных районных и промышленных котельных около 100 гигакалорий в час (при установленной мощности 460 литров и 674 гигакалорий в час соответственно). Потребители вне зоны централизованного теплоснабжения обеспечиваются теплом от автономных источников тепла, потребители частного сектора от отопительных печей.

Предусматривается развитие двух систем теплоснабжения:

централизованное теплоснабжение с использованием существующих источников, требующих модернизации и реконструкции;

децентрализованное теплоснабжение с сооружением автономных источников теплоснабжения.

Процент охвата теплоснабжением города Костаная составляет 80% от общего объема городской застройки. В состав предприятия входят:

Костанайская ТЭЦ, которая обеспечивает тепловой энергией и горячей водой центральный район города с населением более 55 тыс. человек и 2256 прочих потребителей;

Котельная №2 оказывает услуги по отоплению и горячему водоснабжению в северо-восточном районе города с населением 26 тыс. человек и 420 прочим потребителям;

Котельная №3 обслуживает юго-западный район города с населением более 58 тыс. человек и 981 прочих абонентов

Тепловой район обеспечивает ремонт и эксплуатацию магистральных и внутренних тепловых сетей, общая протяженность тепловых сетей составляет 226,2 километра.

Из всех, существующих на нынешний день видов электростанций тепловые станции, работающие на органическом топливе, более всего загрязняют атмосферу. Объёмы загрязнения окружающей среды и вид загрязнения зависят от типа и мощности станций.

Результатом работы тепловых станций является загрязнение атмосферы углекислотой, выделяющейся при сжигании топлива, окисью углерода, окислами серы, углеводородами, окислами азота, огромными количествами твёрдых частиц (зола) и другими вредными веществами. Кроме того происходит значительное тепловое загрязнение водоёмов при сбрасывании в них тёплой воды.

Увеличение количества углекислоты в атмосфере Земли ведёт к возникновению так называемого «парникового эффекта». Углекислый газ поглощает длинноволновое излучение нагретой поверхности Земли, нагревается и тем самым способствует сохранению на ней тепла. Увеличение доли углекислого газа в атмосфере может привести к повышению на несколько градусов температуры низких слоёв атмосферы, а это в свою очередь, может привести к таянию ледников Гренландии и Антарктиды и затоплению части суши [51].

Наряду с увеличением содержания углекислого газа, происходит уменьшение доли кислорода в атмосфере, который расходуется на сжигание топлива на тепловых станциях.

Вредное воздействие на животный и растительный мир оказывает загрязнение атмосферы окисью серы. Наибольшее загрязнение атмосферы серой приходится как раз на долю электростанций и отопительных установок.

Вредное воздействие окиси углерода на человека и животных состоит в том, что она, соединяясь с гемоглобином крови, очень быстро лишает организм кислорода.

Станции, работающие на угле потребляют его в больших количествах и больше всего выбрасывают загрязняющих атмосферу веществ. Выбросы в атмосферу зависят от качества сжигаемого угля.

Сбросы горячей воды в водоёмы и повышение вследствие этого их температуры приводят к нарушению экологического равновесия, установившегося в естественных условиях, что неблагоприятно влияет на флору и фауну. Тепловое загрязнение водоёмов может быть уменьшено с переходом на замкнутые циклы использования воды.

Таким образом мы видим, что влияние ТЭЦ на биосферу огромно и неблагоприятно. Но несмотря на это пока тепловые электростанции и теплоэлектроцентрали остаются преобладающими при производстве электроэнергии и тепла для нужд человека.

Примеси, содержащиеся в выбросах тепловых электростанций, попадая в биосферу в районе расположения станции, вступив во взаимодействие с окружающей средой, претерпевают различные изменения. Вымываемые атмосферными осадками, они попадают в почву и водоёмы. Помимо основных компонентов, образующихся при сжигании органического топлива, в выбросах ТЭС содержатся пылевые частицы, имеющие различный состав, оксиды азота и серы, оксиды металлов, фтористые соединения и газообразные продукты неполного сгорания топлива. Попадая в атмосферу, они наносят большой вред не только основным компонентам биосферы, но и предприятиям, другим городским объектам, транспорту и местному населению. Наличие оксида серы в частицах пыли обусловлено присутствием в топливе минеральных примесей, оксид азота образуется из-за частичного окисления азота в высокотемпературном пламени.

Наиболее высокую биологическую активность имеет диоксид азота, он оказывает сильное раздражающее действие на слизистую оболочку глаз и дыхательные пути. Огромное негативное влияние на здоровье человека оказывают тяжёлые металлы. В больших количествах, проникая в организм, в течение короткого периода времени они способны вызвать острые отравления. При долговременном воздействии в малых дозах такие вещества, как мышьяк, хром и никель могут проявлять свои канцерогенные качества. Если перевести количество вредных выбросов в год на ТЭС мощностью 1 млн. кВт на смертельные дозы, то получается такая картина: железо - 400 млн. доз, алюминий и его соединения - более 100 млн. доз, магний -1,5 млн. доз. В выбросах ТЭС, работающих на угольном топливе, присутствуют окислы алюминия и кремния. Эти абразивные вещества способны разрушать ткань лёгких, в результате чего развивается такая болезнь, как силикоз, раньше этим заболеванием страдали в основном шахтёры. Сейчас силикоз довольно часто определяют у детей, проживающих в непосредственной близости от угольных теплоэлектростанций. В районах расположения ТЭС, наряду с возрастанием доли углекислого газа, уменьшается доля кислорода в атмосфере, так как большое количество кислорода расходуется при сжигании топлива.

Окись серы, попадающая с выбросами в атмосферу, наносит большой ущерб животному и растительному миру, она разрушает хлорофилл, имеющийся в растениях, повреждает листья и хвою. Окись углерода, попадая в организм человека и животных, соединяется с гемоглобином крови, в результате чего в организме возникает недостаток кислорода, и, как следствие, происходят различные нарушения нервной системы.

Оксид азота снижает прозрачность атмосферы и способствует образованию смога. Имеющийся в составе золы пентаксид ванадия отличается высокой токсичностью, при попадании в дыхательные пути человека и животных, он вызывает сильное раздражение, нарушает деятельность нервной системы, кровообращение и обмен веществ. Своеобразный канцероген бензапирен может вызывать онкологические болезни.

Учитывая всю опасность продуктов сгорания, выбрасываемых теплоэлектростанциями, их проектирование и строительство ведётся с максимальным соблюдением экологических требований, целью которых является недопущение выбросов вредных веществ, превышающих предельно допустимые концентрации. Предельно допустимыми концентрациями принято считать концентрации вредных веществ, не оказывающих на организм человека прямого или косвенного негативного воздействия, не снижающих его трудоспособность, не влияющих на самочувствие и настроение. Косвенное воздействие определяется по влиянию загрязняющих веществ на зелёные насаждения и микроклимат.

Распространение вредных выбросов ТЭС зависит от нескольких факторов: рельефа местности, температуры окружающей среды, скорости ветра, облачности, интенсивности осадков. Ускоряет распространение и увеличивает площадь загрязнения вредными веществами такое явление, как туман. Вредные вещества при взаимодействии с туманом образуют устойчивое сильнозагрязнённое мелкодисперсное облако - смог, имеющий наибольшую плотность у поверхности земли.

Сжигание топлива на ТЭС связано с образованием продуктов сгорания, содержащих летучую золу, частицы недогоревшего пылевидного топлива, сернистый и серный ангидрид, оксиды азота и газообразные продукты неполного сгорания, а при сжигании мазута, кроме того, соединения ванадия, соли натрия, кокс и частицы сажи. В золе некоторых топлив имеется мышьяк, свободный диоксид кремния, свободный оксид кальция и др. Перевод с твердого топлива на газовое ведет к значительному удорожанию вырабатываемой энергии, не говоря уже о дефиците и того, и другого. Кроме того, это не решит проблемы загрязнения атмосферы. Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы окиси серы, так как мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат более 2% серы. При сжигании газа в дымовых выбросах также содержится оксид серы, а содержание оксидов азота не меньше, чем при сжигании угля [54].

Так как не хватает качественного топлива, ТЭС работают на низкосортном. В процессе сгорания такого топлива образуются загрязняющие вещества, которые выводятся в атмосферу с дымом и попадают в почву с золой. Помимо того, что эти выбросы неблагоприятно влияют на окружающую среду, продукты сгорания вызывают выпадение кислотных осадков и парниковый эффект, который грозит нам засухами.

Одним из факторов воздействия угольных ТЭС на окружающую среду являются выбросы систем складирования топлива, его транспортировки, пылеприготовления и золоудаления [52]. При транспортировке и складировании возможно не только пылевое загрязнение, но и выделение продуктов окисления топлива. Для золошлакоотвалов требуются значительные территории, которые долгое время не используются, и являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности, которые воздушным путем или же с водой попадают в биосферу.

Кроме того, происходит значительное тепловое загрязнение водоемов при сбрасывании в них теплой воды, что сопутствует цепным природным реакциям: зарастанию водоемов водорослями, нарушению кислородного баланса, что создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.

Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные циклы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ [43].

Основными факторами воздействия ТЭС на гидросферу являются выбросы теплоты, следствием которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоеме; временное повышение температуры; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределения осадков, испарений, туманов [32].

На ТЭС с охлаждающей водой сбрасывается от 4 до 7 кДж теплоты на каждый 1 кВт·ч выработанной электроэнергии. По санитарным нормам тепловые сбросы не должны повышать собственную температуру водоема более чем на 5° в зимнее время и 3° в летнее.

Источниками загрязнения атмосферы являются производственные стоки и выбросы продуктов сгорания.

К сточным водам ТЭС относятся следующие воды: содержащие нефтепродукты, после обмывки поверхностей нагрева паровых котлов, сбросные после установок химической очистки, консервации и промывок оборудования, а также систем гидрозолоудаления.

Количество сточных вод, содержащих нефтепродукты, не зависит от мощности станции и типа оборудования, хотя при использовании жидкого топлива оно несколько выше, чем для ТЭС на твердом топливе. В то же время в основном количество их зависит от качества монтажа и эксплуатации оборудования электростанции.

Совершенствование конструкции оборудования, тщательное соблюдение правил его эксплуатации позволяют снизить до минимальных значений количество поступающих в сточные воды нефтепродуктов, а применение различного типа ловушек и отстойников позволяет исключить их попадание в окружающую среду [44].

Загрязняющие примеси выбросов электростанций воздействуют на биосферу района расположения предприятия, подвергаются различным превращениям и взаимодействиям, а также осаждаются, вымываются атмосферными осадками, поступают в почву и водоемы. Кроме основных компонентов, образующихся в результате сжигания органического топлива (углекислого газа и воды), выбросы ТЭС содержат пылевые частицы различного состава, оксиды серы, оксиды азота, фтористые соединения, оксиды металлов, газообразные продукты неполного сгорания топлива. Их поступление в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Наличие пылевых частиц, оксидов серы обусловлено содержанием в топливе минеральных примесей, а наличие оксидов азота - частичным окислением азота воздуха в высокотемпературном пламени.

Наиболее высокой биологической активностью обладает диоксид азота (), который оказывает раздражающее действие на дыхательные пути и слизистую оболочку глаза. Также большую экологическую опасность для человека представляют тяжелые металлы. Попадая в организм в больших количествах, в течение короткого времени они могут вызвать острое отравление, а при хроническом воздействии малых доз в течение продолжительного времени может проявиться канцерогенное действие мышьяка, хрома, никеля и т.д. [51]. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС [33].

Наряду с увеличением углекислого газа, происходит уменьшение доли кислорода в атмосфере, который расходуется на сжигание топлива на тепловых станциях.

Воздействие на животный и растительный мир оказывает загрязнение атмосферы окисью серы , которая разрушает хлорофилл растений, может привести к повреждениям листьев и хвои. Воздействие окиси углерода() на человека и животных состоит в том, что она, соединяясь с гемоглобином крови, очень быстро лишает организм кислорода и приводит к нарушению нервной системы. Оксиды азота снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию смога. Токсичностью отличается пентаксид ванадия , входящий в состав золы мазута. Это вещество вызывает раздражение дыхательных путей у человека и животных, расстройство кровообращения и нервной системы, а также нарушение обмена веществ.

Бенз(а)пирен - своеобразный канцероген, который способен вызывать онкологические заболевания [41]. Поэтому проектирование и сооружение электростанций ведутся с соблюдением требований по предельно допустимым концентрациям основных выбросов, загрязняющих атмосферу отходящими газами предприятий в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека (таблица 1).

Предельно допустимой признана такая концентрация, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает работоспособности, не влияет на его самочувствие или настроение. При косвенном действии учитывалось влияние загрязняющих веществ на микроклимат и зеленые насаждения [55].

Распространение перечисленных выбросов в атмосферу зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к температуре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов воздействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива [52].

Таким образом воздействия ТЭС на окружающую среду можно разделить на:

физические воздействия, включающие в себя: акустическое воздействие, электро-магнитное воздействие, радиационное, тепловое загрязнение;

непосредственные воздействия связанные с привнесением или изъятием из природной среды отдельных компонентов (химическое загрязнение, выбросы вредных веществ)

косвенные воздействия, включающие в себя: гравитационное осаждение твердых частиц и аэрозолей, химические реакции вредных веществ выброшенных в атмосферу и гидросферу, а также на почве, вымывание из атмосферы NOX, SO2, SO3 с образованием кислотных осадков, изменение гидрологического и гидрохимического режимов грунтовых вод, изменение инсоляции в зоне рассеивания дымового факела, в зоне паров от градирни.

Основными последствиями данных воздействий являются:

изменение состава природной среды;

изменение растительного покрова,

изменение климата;

состояния недр;

ландшафта;

условий природопользования.

Для ТЭС характерна следующая особенность воздействия на окружающую среду:

высокая локализованность воздействия с большой интенсивностью использования природных ресурсов, выделения вредных веществ, тепла, других воздействий. Так например объем дымовых газов выбрасываемых крупной ТЭС составляет порядка 1800 м3/с. Все воздействия ТЭС можно подразделить по масштабу воздействия:

локальное воздействие - это воздействие ТЭС на окружающую среду в радиусе от 15 до 100 км, К локальным воздействиям относится пыление золоотвалов, изменение ландшафта, поражение птиц током от линий электропередач, изменение термических режимов объектов, в частности озер и рек и т.д.

региональное воздействие в данном случае рассматривается радиус 1000..1500км, воздействия ТЭС представляют собой сверхдальние и трансграничные переносы загрязняющих веществ, возникновение кислотных дождей.

макроэкономические, глобальные воздействия представляют собой воздействия на территорию всей страны или всей планеты. Это сокращение запасов чистой пресной воды, природных ресурсов, глобальное потепление, вызванное выбросами СО2, возникновение озоновых дыр, вызванное эмиссией оксидов азота и т.д.

Макроэкономические характеристики предназначены для оценки отрасли по воздействию на окружающую среду в целом, для анализа воздействия экономики страны на экологическую обстановку на планете. Кроме того, макроэкономические характеристики позволяют оценить уровень концентрации электрической мощности на территории страны и давление отрасли на окружающую среду. В качестве основных характеристик приняты:

. Удельный выброс загрязнителей на единицу каждого вида используемого топлива (газа, мазута, угля), данная характеристика свидетельствует о совершенстве системы сжигания, подготовки топлива, очистке дымовых газов, эффективности использования природных ресурсов.

. Удельный выброс загрязнителей на единицу условного топлива, данная характеристика свидетельствует об эффективности структуры системы производства энергии.

. Удельный выброс на единицу произведенной продукции, данная харктеристика показывает эффективность всего производства страны в том числе и энергетического комплекса для решения задач защиты окружающей среды.

. Удельная экологическая нагрузка - удельный выброс загрязняющих веществ на единицу освоенной территории.

Относительно благополучные макроэкономические характеристики России не могут свидетельствовать об экологическом благополучии в энергетике, они лишь свидетельство о том что российское общество пока является обществом с малым энергопотреблением.

.3 Специфика выбросов и загрязнений, возникающих в результате работы теплоэлектростанций

Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу и во время пребывания там ведущие себя по-разному (изменяется температура, свойства, фазовые и агрегатные состояния, образуются и разлагаются химические соединения, смеси) называются примесными выбросами.

Происходящие в продуктах сгорания при движении их в пределах энергоустановки, изменения обусловлены высокими абсолютными температурами, большими перепадами температур, высокими скоростями движения, взаимодействием с конструкционными материалами (огнеупорные и изоляционные материалы, металлы и сплавы), а также взаимодействиями, происходящими в этих условиях.

При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.

В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образоваться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.

Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота. Окислы углерода практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. К числу примесей относятся, прежде всего, окись и двуокись углерода. Свойства СО2 и СО, как и других газов, по отношению к солнечному излучению характеризуются избирательностью в небольших участках спектра. Так, для СО2 при нормальных условиях характерны три полосы селективного поглощения излучения в диапазонах длин волн: 2,4-3,0; 4,0-4,8; 12,5-16,5 мкм. С ростом температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, так как уменьшается плотность газа.

Сера. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид - SO2. Он составляет примерно 99% выбросов сернистых соединений, содержащихся в уходящих газах котлоагрегатов. Его удельная масса составляет 2,93 кг/м^3, температура кипения 195 гр. по Цельсию. Продолжительность пребывания SО2 в атмосфере сравнительно невелика. В присутствии аммиака и некоторых других веществ время жизни SО2 исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15-20 суток.

Воздействие серы на людей, животных и растения, а также на различные вещества разнообразна и зависит от концентрации и от различных факторов окружающей среды.

Азот. В процессе горения азота образует с кислородом ряд соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5, свойства которых существенно различаются. Время существования окислов азота характеризуется сроком от 100 часов до 4,5 лет.

Аэрозоли подразделяются на первичные - непосредственно выбрасываемые в атмосферу, и вторичные - образуемые при превращениях в атмосфере. Время существования аэрозолей в атмосфере колеблется от минут до месяцев, в зависимости от многих факторов. Крупные аэрозоли на высоте 1 км существуют 2-3 суток, в тропосфере - 5-10 суток, в стратосфере - до нескольких месяцев.

Размеры частиц могут сильно отличаться. Скорость осаждения частиц определяется в зависимости от их размеров и свойств, а также от свойств воздуха. Значительная доля примесей выпадает вблизи источника. Для тяжелых примесей характерна меньшая зависимость от толщины приземного слоя, чем для легких. Вследствие большой дисперсности частиц максимумы их концентрации разнесены в пространстве.

Поступление влаги в атмосферу от энергетических объектов вызывается различными процессами, имеющими различные температуры и энергии (сгорание топлива, продувки, протечки и др.).

Поведение влаги в атмосфере, в свою очередь, отличается разнообразием и связано с локальными концентрациями и фазовыми переходами. Как и другие газообразные вещества, водяной пар имеет линейчатый спектр поглощения. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощающая способность уменьшается.

Количественная оценка поведения влаги в атмосфере может производиться только на фоне естественного атмосферного влагосодержания, которое зависит от взаимодействия с гидросферой и литосферой, а также с тепловыми процессами.

Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу подвергаются наиболее детальному и глубокому изучению.

Можно выделить несколько групп наиболее важных взаимодействий энергоустановок с конденсированными компонентами окружающей среды:

водопотребление и водоиспользование, обуславливающие изменение естественного материального баланса водной среды (перенос солей, питательных веществ и др.).

осаждение на поверхность твердых выбросов продуктов сгорания органических топлив из атмосферы, вызывающее изменение свойств воды, ее цветности, альбедо и пр.

выпадение на поверхность в виде твердых частиц и жидких растворов продуктов выбросов в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков; металлов и их соединений; канцерогенных веществ.

выбросы непосредственно на поверхность суши и воды продуктов сжигания твердых топлив (зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки поверхностей нагрева (сажа, зола и пр.).

выбросы на поверхность воды и суши жидких и твердых топлив при транспортировке, переработке, перегрузке.

выбросы твердых и жидких радиоактивных отходов, характеризуемые условиями их распространения в гидро - и литосфере.

выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: локальное постоянное повышение температуры в водоеме; временное повышение температуры; изменение условий ледостава зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределений осадков, испарений, туманов.

создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов- охладителей, что вызывает: изменение качественного и количественного состава речных стоков; изменение гидрологии водного бассейна; увеличение давления на дно, проникновение влаги в разломы земной коры и изменение сейсмичности; изменение условий рыболовства, развития планктона и водной растительности; изменение микроклимата; изменения условий отдыха, спортивных занятий, бальнеологических и других факторов водной среды.

изменение ландшафта при сооружении разнородных энергетических объектов, потреблении ресурсов литосферы в том числе: вырубка лесов, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель, лугов; взаимодействие берегов с водохранилищами.

воздействие выбросов, выносов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шельфов.

Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между гидро -, лито- и атмосферой.

Приведенная группировка разнородных влияний энергетики на гидро - и литосферу условна, так как все указанные взаимодействия связаны между собой и каждое взаимодействие не может рассматриваться изолированно, что затрудняет и количественные оценки.

Из анализа общих схем взаимодействия энергетических установок с окружающей средой следует, что основным фактором взаимодействия ТЭС с водной средой является потребление воды техническими системами водоснабжения, в том числе безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах - на охлаждение конденсаторов паровых турбин. Остальные потребители технической воды (системы золо - и шлакоудаления, химводоотчистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют около 7% общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения.

Водный баланс ТЭС зависит от организации системы технического водоснабжения. Для системы гидрозолоудаления используется вода из системы охлаждения подшипников. На химводоотчистку может поступать циркуляционная вода после выхода ее из конденсаторов.

При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300МВт образуется до 10 тыс. кубических метров разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.

Ведущиеся наблюдения и исследования выявляют воздействие ТЭС на водный бассейн в зависимости от конструкции подводящих и отводящих каналов, фильтров, сбросных устройств.

Основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающих на поверхность гидро - и литосферы, являются твердые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности гидро - и литосферы является жидкое топливо, его компоненты и продукты его потребления и разложения.

2.Физико -географическая характеристика районов исследования

.1 Краткая географическая характеристика Костанайской области

Костанайская область расположена на крайнем северо-западе Казахстана, между Уральским хребтом на западе и Казахским мелкосопочником на востоке, в бассейне рек Тобол и Убаган . Территория области - около 196 тысячи квадратных километров(7,7 процентов площади Казахстана). Протяженность территории с севера на юг 750 и с запада на восток 250-400 километров [28,29]/

Костанайская область входит в умерено-засушливую, степную и частично лесостепную зону с преобладанием обыкновенных черноземов. Характерной чертой климата является резко выраженная континентальность - жаркое и сухое лето сменяется малоснежной и холодной зимой. Средняя скорость ветра в зимние месяцы составляет 4-5 м/с. Зимой максимальная температура воздуха нередко падает до - 35 ⁰С [29].

Количество осадков убывает с севера на юг и составляет от 349 до 251 мм. в год соответственно. В резко засушливые годы на севере выпадает лишь 200 мм осадков, а на юге еще меньше-160 мм. В исключительно влажные годы количество осадков возрастает в два раза и составляет - 450мм как на севере так и на юге [29].

Характерным признаком континентальности климата является существенное преобладание осадков теплого периода (май-октябрь), когда выпадает 60-80% годовой нормы. Продолжительность дня летом составляет 16-17 часов. Территория, вследствие отсутствия барьеров доступна для свободного перемещения теплого воздуха пустынь Казахстана и холодного арктического воздуха.

В холодное время года область часто находится под влиянием мощного западного отрога сибирского антициклона. В таких случаях преобладает антициклональный режим погоды с устойчивыми морозами с середины декабря и до начала марта воздух обычно охлажден до 20 градусов.

Речная сеть хорошо развита только в северной и южной частях области. На севере она состоит из степных рек, принадлежащих к системе Тобола. И на юге образована реками бассейна Тургай. Абсолютные высоты колеблются от 50 до 400 м над уровнем моря. В пределах Костанайской области насчитывается около 310 рек длиною не менее 10 км, причем более половины из них (174) являются временно действующими. Рек длиною более 100 км -21,а свыше 500км - только две Тобол и Тургай [28].

Для северной части Костанайской области в целом характерно множество бессточных озер различной формы и размеров. Встречаются как соленые озера, так и с пресной водой.

Костанайская область захватывает значительную часть Тургайского прогиба- тектонической структуры, образовавшейся на стыке Западно- сибирской (с севера) и Туранской (с юга) плит, а также Уральской складчатой области (с запада) и центрально-Казахстанского щита (с востока).

В геологическом строении принимают участие два комплекса пород: сложно дислоцированных докембрийских и палеозойских пород, слагающих складчатый фундамент, и горизонтально залегающих мезозойско-кайнозойских отложений, образующих платформенный чехол [38].

Почва - обыкновенные черноземы с разнообразной растительностью степи. В пределах черноземных почв значительное распространение имеют почвы и солоды. Наблюдается усиление засоленности почв с севера на юг, а также от восточных и западных периферий к центру. Восточная часть характеризуется распространением карбонатных почв, развивающихся в понижениях рельефа. В западной части почвы менее комплексные, нередко щебнистые и неполноразвитые, подстилаемые плотными породами [29].

Лучшими почвами области являются черноземы обыкновенные. Они отличаются высоким плодородием, благоприятными агрофизическими и химическими свойствами, содержат 4-5 % гумуса, имеют рН 7,2-7,5 и емкость поглощения 30-40 мг-экв., на 100 г почвы. Средний балл 45-50. Наибольшими массивами встречаются легкосуглинистые и супесчаные разновидности.

Среди черноземов южных значительные площади занимают солонцы и солонцеватые почвы. Содержание гумуса в них не превышает 3,4-4%, а в супесчаных 1,8-3 %. Балл бонитета черноземов южных 38. Урожайность зерновых культур -10,5 ц/га. Гораздо лучшими параметрами характеризуются карбонатные южные черноземы. Они содержат до 3,5 % гумуса, механический состав их тяжело суглинистый.Балл бонитета 28-30. Урожайность зерновых культур до 8 ц/га. Среди темно каштановых почв распространены карбонатные супесчаные разновидности. Они характеризуются низким содержанием гумуса -1,5-2 %. Емкость поглощения колеблется от 10 до 20 мг-экв. на 100 г почвы. Балл бонитета 12-14 , урожайность зерновых культур не превышает 4-5 ц/га, каштановые карбонатные суглинистые почвы содержат гумуса не более 3%, имеют балл бонитета 25, урожайность зерновых культур 5-6 ц/га [38].

В соответствии с почвенной зональностью с севера на юг области выделяется четыре растительные зоны - лесостепная, степная, полупустынная и пустынная. Помимо того, для каждой зоны растительности плоских суглинистых междуречий в области развиваются псаммофильные варианты растительных сообществ на песчаных равнинах, петрофитные - на каменистых склонах предгорий, галофитные - на засоленных низких озерных и речных террасах. В лесостепи, занимающей небольшие участки междуречных равнин на северо-востоке области, расположены березовые и березово-осиновые колки, сочетающиеся с луговыми разнотравно-злаковыми степями. На черноземах степной зоны развиваются умеренно-ковыльные степи; на темно-каштановых и каштановых почвах сухие типчако -ковыльные степи [29].

На юге области в растительном покрове представлены микрокомплексы из полынно-злаковых группировок с участием пустынных эфемеров и галофитных полукустарников. В составе травянистой степной растительности встречаются эндемичные виды растений: астрагал костанайский, льнянка коротко-плодная, чабрец казахстанский.

В поймах рек и лиманов сосредоточены основные луговые сенокосы области пойменные луга - разнотравно-злаковые. По берегам рек распространены кустарниковые заросли. Значительную ценность представляют островные сосновые леса, простирающиеся по массивам эоловых песков далеко на Юг вглубь сухих степей. Крупные Боры области- Аракарагай, Аманкарагай и Наурузум -Карагай. Среди низких Кушмрунских гор - леса ольхи клейкой.

2.2 Краткая характеристика урбанизированных территорий Костанайской области

Город Костанай административный центр Костанайской области. Расположен в западной части Тургайской ложбины, на левом берегу реки Тобол.

Основан в 1879 году. Население -221,4 тыс. чел. (1999). Расположен на крайнем северо-западе Казахстана, между Уральским хребтом на западе и Казахским мелкосопочником на востоке, в бассейне реки Тобол.

Кустанай расположен в северной части Кустанайской области на северо-западе Казахстана, в районе среднего течения - на левом берегу реки - Тобол. Географические координаты города - 53°12' северной широты и 63°38' восточной долготы от Гринвича. Высота над уровнем моря 125-185 метров.

В 1936 году в составе Казахской ССР образована Кустанайская область, административно-хозяйственным центром которой стал город Кустанай.

Климат города, удаленного от морей и океанов, расположенного в глубине Европейско-Азиатского материка, резко континентальный, сопровождающийся большими колебаниями температур, сухостью воздуха, малым количеством осадков, большим количеством ясных дней и сильными ветрами/28/.

Город - Кустанай расположен в степной зоне центральной части Северного Казахстана, где несоответствие между количеством тепла и влаги обусловливает засушливость местного климата.

Расположение территории города в северо-западной части азиатского антициклона обусловливает преобладание здесь воздушных масс, направленных с юга и юго-запада на север и северо-восток, что подтверждается большей повторяемостью ветров этих румбов.

Самым теплым месяцем является июль, самым холодным - январь. Годовая амплитуда средних температур составляет 38.8°С. Абсолютный максимум температуры воздуха равен +41.1°С, абсолютный минимум наблюдался в 1940 году и равен - 46°С.

Таким образом, годовая амплитуда колебания температур воздуха может достигать 86°С, однако, среднегодовая температура воздуха положительная и равна +1.5°С.

Продолжительность безморозного периода составляет в среднем 127 дней.

Средняя глубина промерзания грунта равна 2.20 м, максимальная - 2.60 м; минимальная - 1.80 м.

Максимальное количество осадков выпадает в июле, а минимальное - в марте. Из общего годового количества осадков 256 мм в теплый период выпадает 174 мм, т.е. 68%; в холодные месяцы 82 мм, или 32% годового количества осадков.

Высота снежного покрова достигает 33 - 53 см, обычно в феврале марте.

Годовой ход абсолютной влажности следует за годовым ходом температуры воздуха: наименьшая влажность отмечается в зимний период январь - феврале наибольшая влажность - в июле.

Годовой ход относительной влажности обратен годовому ходу температуры и абсолютной влажности воздуха. Поэтому относительная влажность воздуха меньше летом, чем зимой и характеризует климат, как засушливый. Среднегодовая скорость ветра равна 0.5 м/сек.

Максимальное значение скорости ветра достигает, 20-24 м/сек. Наибольшие скорости ветра - в марте, мае; наименьшие в июле - августе.

В городе преобладают ветры западных румбов; господствующее направление ветра - юго-западное. В июле преобладающее направление - северное [29].

2.3 Характеристика геоэкологических условия Федоровского района

Фёдоровка - село в Костанайской области Федоровского района Республики Казахстан. Центр Фёдоровского района. Фёдоровский район занимает территорию 7,5 тыс. кв. км. или 3,7% от территории области. В районах Федоровки проживает около 5102 человек. Село возникло в результате переселения коренных славянских народов Российской империи в так называемые «богатые земли». Первые переселенцы здесь появились еще в 1894 году, а в 1900 году селу было присвоено его настоящее название. Происхождение его названия привязывается к имени ямщика. Существует версия, что поначалу здесь поселился ямщик Фёдор, какое-то время жил сам, а потом стали подъезжать другие переселенцы. По другой версии первым был Фёдор, но не ямщик, а некий мордвин - рыбак. На карте Федоровку можно найти на севере страны [35].

Предприятия села Федоровка представлены молочным заводом, выпускающим молочную продукцию и консерванты. Фирмы и компании Федоровки предлагают услуги по складированию зерна, услуги по перевозкам. В селе находится железнодорожная станция на линии Троицк - Костанай, в 85 км. к северо-западу от Костаная, что делает более доступным процесс грузовых и пассажирских перевозок. Некоторые компании занимаются юридическими и финансовыми консультациями. Сельскохозяйственные организации Федоровки выращивают зерновые и зернобобовые культуры, занимаются растениеводством. Учреждение села Федоровка включают в свой состав органы местного управления, представленные отделами здравоохранения, образования, финансов, культуры и развития языков. В селе работает детский дом, детские сады и школы. Все телефоны Федоровки уточняются в справочных каталогах области и района. Содержание телефонных справочников Федоровки всегда содержит актуальную информацию об организациях и фирмах. Наиболее полным справочником являются Желтые страницы Федоровки, которые периодически пополняются новыми контактами. Справочники телефонов села Федоровка включены в телефонные базы района. В 1940-1950 годы Фёдоровка служила местом ссылки [37].

В Федоровском районе имеются три реки: Аят, Тогузак, Уй. Также имеется 73 озера (большая часть рыбохозяйственных). Состояние водных ресурсов на территории района находится 71 рыбохозяйственое озеро: 3 озера («Соленое» АО «Сельхозтехника», «Жаман - Жарколь» поселок Федоровка, «Ток Таз» ПК «Банновский») используются населением для культурного отдыха. Некоторые из озер в засушливые годы пересыхают. При осуществлении мероприятий по улучшению водных ресурсов они эффективно могут быть использованы для удолитворения хозяйственных и бытовых нужд.

Мониторинг состояния поверхностных вод проводится аккредитованной лабораторией КФ ГУ «Тобыл - Торгайского департамента экологии».

Состояния поверхностных вод рек Аят и Тогузак по гидрохимическим показателям 3 класс «Умеренно загрязненная». ИЗВ индекс загрязнения воды - 1,01,205. Присутствует Марганец и Железо в концентрациях превышения ПДК - от 37,2 до 15,5 Марганец и 31,8 до 13,8 Железо, Медь до 7,9; Сульфаты, Фенолы, Фториды до 1,9 ПДК.

Из приятных моментов это относительно чистая река Уй. Неприятных больше, это в результате самовольного захвата земель и расширения земель сельскохозяйственного назначения не соблюдается водоохранные донны и зоны покоя, где производится запахивания земель до уреза воды. Таким образом, озера мелеют, не пополняясь талыми водами природного ландшафта, в озера попадают химические препараты, происходит заболевание и вымирание рыб, зарастание камышом и заболачивание озер.

Существуют большие проблемы с системой колонизации на предприятиях промышленности и здравоохранения, более 30 лет не ремонтировалось очистные сооружение ЦРБ, не функционируют механическая и биологическая система очистки на ТОО «Шын», где при откачке и сушке иловых образований в летней период, задыхается население села Федоровка. Сбрасываемая вода без всякой очистки поступает в окружающую среду плодя, гнилостные бактерии и загрязняя воздух. При авариях на водоводах в водопроводных сетях Федоровского управления водопроводах, происходит засоление подпочечных вод, которые истощают плодородный слой почвы, как результат дача в деревне, новый водопровод, где проблем не должно быть более 50 лет, заболел в первый год.

Неудовлетворительно решается вопрос с водоснабжением населения доброкачественной питьевой водой. Из 106 общественных колодцев только 36 благоустроенны, имеются крышки, навесы, ведра. 13 населенных пунктов пользуются подводной водой из скважин. Подвозной водой пользуются населения Банновского, Камышинского, Вишневского, Коржункольского, Жаркольского, Пешковского сельских округов. Вода подводной спецавтотранспортом из глубинных скважин. Качество воды в районе соответствует требованием ГОСТа в установленных пределах. Основным источником загрязнения открытых водоемов является: распашка сельхозугодий всплошную у урезу воды и загрязнения водоохранных зон горюче-смазочными материалами, разбивка станов рыболовецких артелей и загрязнения ими водоохранных зон. Строительство новой водопроводной ветки от скважин поселка Владыкинка по райцентру поселка Федоровка (12 км.) не законченно. Согласно областной программы «Питьевая вода», утвержденной решением Акима Костанайской области от 08.12.2000 года планируется провести за счет средств местного бюджета разведку месторождений подземных вод поселка Вишневка, реконструкцию водопроводных сетей в поселке Федоровка.

Существующий водопровод ГКП «Управления водопроводов» эксплуатируются в аварийном режиме, так как водопроводная трасса существует более 30 лет без капитального ремонта. Ежедневно на разводящих сетях регистрируются аварии, часть которых по причине маломощности. ГКП «ФУВ» и большого количества аварий ликвидируются в поздние сроки (спустя неделю и более). Очень часто аварии и выход из строя глубинных скважин на водобазе (7 скважин в поселке Владыкинка).

Шахтовых колодцев общественного пользования - 37 и индивидуального пользования - 870. Большая часть шахтовых колодцев поддерживается в технически удовлетворительном состоянии, однако их очистка и дезинфекция практически не проводится.

Канализационные сети функционируют в ГККП «Федоровская центральная районная больница», ТОО «Шын», Жилгородка ГКП «Управление водопроводов». Сточные воды от ГККП «Федоровская ЦРБ» и Жилгородка ГКП «ФУВ» сбрасываются в накопитель сточных вод, расположенный в 3-х км., от поселка Федоровка.

Обваловка карт накопителя и канализационные трассы от ГККП «Федоровская ЦРБ» и ГКП «ФУВ» до накопителя сточных вод не ремонтировалось более 30 лет и находятся в аварийном состоянии.

Техническое обслуживание канализационной трассы и накопителя сточных вод ТОО «Шын» проводится постоянно, однако очистные канализационные сооружения не функционируют на протяжении 8 лет.

Сточные воды от предприятий райцентра, а также жилого сектора выводится спецавтотранспортом ТОО «Исток - 2030», ТОО «Алгабас» на накопитель сточных вод райцентра. Техническое состояние накопителя сточных вод райцентра удолитворительно. Объем стоков, вывозимых на накопитель составляет около 500 куб. м. в год.

Вывод сточных вод по сельским округам производится на свалках ТБО, на которых не оборудованы определенные места слива, что приводит к растеканию их по прилегающей к свалке территории и загрязнению земель.

Основными источниками загрязнения водоохранные зон горючесмазочными материалами; разбивка станов рыболовецких артелей и загрязнения ими охранных зон.

3. Методология исследований

В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования основаны на методах математического моделирования, положениях технологий использования топлива и топливных эмульсий. Экспериментальные исследования включают численное моделирование, а также сравнительный анализ. При этом используются теории математического планирования эксперимента и подобия. Результаты опытов обработаны математическими методами с применением теории погрешностей измерений.

Расчет выбросов основан на использовании удельных показателей, т.е. выбросов загрязняющих веществ, приведенных к единице времени, оборудования, массе получаемой продукции или расходуемых топлива, сырья и материалов [17,18].

Удельные показатели выделения загрязняющих веществ от производственного оборудования выявлены на основании имеющихся данных государственных нормативных показателей для данного производства.

Для расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от источников ремонтных предприятий использовались данные, приведенные в "Сборнике методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами", сравнительные характеристики по уровню ПДК для атмосферного воздуха даны согласно государственного нормативного РД 52.04.186-89.

Расчет мощности выбросов произведен по «Методике расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных дизельных установок». Нормативные выноски для расчетов загрязняющих веществ приведены в Приложении А,B,C,D,E,F.

Экспериментальной базой исследования явилось ГКП «Теплокоммунэнергострой» Федоровского районного центра. Основную деятельность предприятия составляет теплоснабжение поселка Федоровка. Котельные работают на угле Экибастузского бассейна.

4. Анализ влияния теплоэлектростанции на геоэкологические условия изучаемого района

4.1.Характеристика изучаемой теплоэлектростанции, как объекта проводимого исследования

Объектом исследования явилось ГКП «Теплокоммунэнергострой».

Основную деятельность предприятия является теплоснабжение поселка Федоровка. Котельные работают на угле Экибастузского бассейна.

По валовому количеству выбросов данное предприятие относится к третьей категории. На предприятии разработан проект нормативов ПДВ.

На предприятии насчитано 16 источников выбросов, 9 из которых неорганизованные. В атмосферу выделяется загрязняющие вещество 7 наименований. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемые в атмосферу, являются взвешенные вещества, диоксиды азота и серы, окись углерода. Основными характеристиками котельных установок, являются следующие : скоростной напор ветра Wo = 30 кг/м²; средняя температура наиболее холодной пятидневки - минус 26 ^оC; средняя температура за отопительный сезон - минус 1,8 ^оC; число часов работы системы отопления/вентиляции в сутки - 24 часа; продолжительность отопительного сезона - 220 дней; температура теплоносителя системы отопления и вентиляции - 95/70 ^оC, регулирование температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха; температура теплоносителя горячего водоснабжения 60 ^оC; температура внутри отапливаемых помещений +18 ^оC; температура воздуха в помещении котельного зала +5 ^оC.

Тепловые нагрузки в соответствии с видом деятельности отражены в таблице 1.

Таблица1. Тепловые нагрузки котельной

При проектировании новых отопительных сетей используются фиксированные схемы. Схема присоединения потребителей тепла - в соответствии с заданием на проектирование:

отопление - зависимая, двух трубная с регулированием температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха;

горячее водоснабжение - закрытая, через теплообменники с циркуляционным трубопроводом.

Тепловоноситель для системы отопления и вентиляции - сетевая вода с расчетными параметрами температуры 90 - 70^оС, регулирование температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха по отопительному графику. Давление теплоносителя на выходе из котельной 0,45 МПа, на входе - 0,40 МПа.

Теплоноситель для системы горячего водоснабжения - вода с температурой 60 ^оС. Давление теплоносителя на выходе из котельной - 0,3 МПа, потери давления в циркуляционном трубопроводе 0,05 МПа.

Основное топливо - природный газ низкого давления, низшая теплота сгорания 33,5 МДж/м³ (8000 ккал/м³), плотность - 0,72 кг/м³. Давление газа на вводе в котельную - 0,005 МПа (изб).

Водоснабжение котельной осуществляется от внутреннего водопровода здания. Исходная вода по качеству должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82* "Вода питьевая". Водоотведение из котельной - через выпуски во внутриквартальную наружную сеть канализации. Основные характеристики работ котельных установок отражены в таблице 2.

Таблица 2.Основные нормативные показатели работы котельных установок.

4.2 Геоэкологические условия функционирования топливно-энергетического комплекса села Федоровка

Согласно статистики в Федоровском районе имеется 730 организованных и 490 не организованных источников выбросов загрязняющих веществ (эмиссий в окружающую среду). Имеются 21 котельная и 51 миникотельные. Из них действующими остались всего 11 котельных. В 2000 году реализовано 14 700 тонн угля, в 2009 году 12 000 тонн угля. В районе имеются 8 предприятий имеющих автономные источники отопления. Отмечено уменьшение выбросов в атмосферных воздух в связи с реконструкцией котельного оборудования в ТОО «Шын». Установкой циклонов со степенью 95% очистки на новой котельной, сокращением, режима работы крупных предприятий, перехода ряда предприятий на электрическое отопление. Валовой выброс загрязняющих веществ по району составил 9,837 тыс. тонн, в том числе твердые - 2,992 тыс. тонн в год, газообразные - 6,845 тыс. тонн. в год, в том числе серистый ангидрид - 0,573 тыс. тонн в год, окись углерода - 4,991 тыс. тонн в год, окись азота - 0,622 тыс. тонн в год. По данным дорожной полиции в районе зарегистрировано 10 260 ед. автотранспорта. Действуют 2 КРП, выбросы от передвижных источников составляет 8 737 тонн в год, в том числе окись углерода - 4,737 тыс. тонн, углерододы - 0,615 тыс. тонн, альдегиды - 0,0381 тыс. тонн, бензапирен - 0,001 тыс. тонн, окись азота - 0,527 тыс. тонн, диоксид серы - 0,096 тыс. тонн, сажа - 0,001 тыс. тонн, соединения свинца - 0,003 тыс. тонн. Всего - 6,0181 тыс. тонн. Загрязнение атмосферного воздуха происходит от сгорания топлива, масел, присадок к ним и продуктов их сгорания, металлов. Шумовое воздействие, образования выбросов, вытеснение и уничтожения флоры и фауны, а также сжигания пожнивных остатков сельхозтоваропроизводителями, от лесных и степных пожаров. Лесные и степные пожары являются большими источниками образования (СОЗ) диоксинов и фуранов.

В Федоровском районе имеются три реки: Аят, Тогузак, Уй. Также имеется 73 озера (большая часть рыбохозяйственных). Состояние водных ресурсов на территории района находится 71 рыбохозяйственое озеро: 3 озера («Соленое» АО «Сельхозтехника», «Жаман - Жарколь» поселок Федоровка, «Ток Таз» ПК «Банновский») используются населением для культурного отдыха. Некоторые из озер в засушливые годы пересыхают. При осуществлении мероприятий по улучшению водных ресурсов они эффективно могут быть использованы для удолитворения хозяйственных и бытовых нужд.

Мониторинг состояния поверхностных вод проводится аккредитованной лабораторией КФ ГУ «Тобыл - Торгайского департамента экологии».

Состояния поверхностных вод рек Аят и Тогузак по гидрохимическим показателям 3 класс «Умеренно загрязненная». ИЗВ индекс загрязнения воды - 1,01,205. Присутствует Марганец и Железо в концентрациях превышения ПДК - от 37,2 до 15,5 Марганец и 31,8 до 13,8 Железо, Медь до 7,9; Сульфаты, Фенолы, Фториды до 1,9 ПДК.

Из приятных моментов это относительно чистая река Уй. Неприятных больше, это в результате самовольного захвата земель и расширения земель сельскохозяйственного назначения не соблюдается водоохранные донны и зоны покоя, где производится запахивания земель до уреза воды. Таким образом, озера мелеют, не пополняясь талыми водами природного ландшафта, в озера попадают химические препараты, происходит заболевание и вымирание рыб, зарастание камышом и заболачивание озер.

Существуют большие проблемы с системой колонизации на предприятиях промышленности и здравоохранения, более 30 лет не ремонтировалось очистные сооружение ЦРБ, не функционируют механическая и биологическая система очистки на ТОО «Шын», где при откачке и сушке иловых образований в летней период, задыхается население села Федоровка. Сбрасываемая вода без всякой очистки поступает в окружающую среду плодя, гнилостные бактерии и загрязняя воздух. При авариях на водоводах в водопроводных сетях Федоровского управления водопроводах, происходит засоление подпочечных вод, которые истощают плодородный слой почвы, как результат дача в деревне, новый водопровод, где проблем не должно быть более 50 лет, заболел в первый год.

Неудолитворительно решается вопрос с водоснабжением населения доброкачественной питьевой водой. Из 106 общественных колодцев только 36 благоустроенны, имеются крышки, навесы, ведра. 13 населенных пунктов пользуются подводной водой из скважин. Подвозной водой пользуются населения Банновского, Камышинского, Вишневского, Коржункольского, Жаркольского, Пешковского сельских округов. Вода подводной спецавтотранспортом из глубинных скважин. Качество воды в районе соответствует требованием ГОСТа в установленных пределах. Основным источником загрязнения открытых водоемов является: распашка сельхозугодий всплошную у урезу воды и загрязнения водоохранных зон горюче-смазочными материалами, разбивка станов рыболовецких артелей и загрязнения ими водоохранных зон. Строительство новой водопроводной ветки от скважин поселка Владыкинка по райцентру поселка Федоровка (12 км.) не законченно. Согласно областной программы «Питьевая вода», утвержденной решением Акима Костанайской области от 08.12.2000 года планируется провести за счет средств местного бюджета разведку месторождений подземных вод поселка Вишневка, реконструкцию водопроводных сетей в поселке Федоровка.

Существующий водопровод ГКП «Управления водопроводов» эксплуатируются в аварийном режиме, так как водопроводная трасса существует более 30 лет без капитального ремонта. Ежедневно на разводящих сетях регистрируются аварии, часть которых по причине маломощности. ГКП «ФУВ» и большого количества аварий ликвидируются в поздние сроки (спустя неделю и более). Очень часто аварии и выход из строя глубинных скважин на водобазе (7 скважин в поселке Владыкинка).

Шахтовых колодцев общественного пользования - 37 и индивидуального пользования - 870. Большая часть шахтовых колодцев поддерживается в технически удолитворительном состоянии, однако их очистка и дезинфекция практически не проводится.

Канализационные сети функционируют в ГККП «Федоровская центральная районная больница», ТОО «Шын», Жилгородка ГКП «Управление водопроводов». Сточные воды от ГККП «Федоровская ЦРБ» и Жилгородка ГКП «ФУВ» сбрасываются в накопитель сточных вод, расположенный в 3-х км., от поселка Федоровка.

Обваловка карт накопителя и канализационные трассы от ГККП «Федоровская ЦРБ» и ГКП «ФУВ» до накопителя сточных вод не ремонтировалось более 30 лет и находятся в аварийном состоянии.

Техническое обслуживание канализационной трассы и накопителя сточных вод ТОО «Шын» проводится постоянно, однако очистные канализационные сооружения не функционируют на протяжении 8 лет.

Сточные воды от предприятий райцентра, а также жилого сектора выводится спецавтотранспортом ТОО «Исток - 2030», ТОО «Алгабас» на накопитель сточных вод райцентра. Техническое состояние накопителя сточных вод райцентра удолитворительно. Объем стоков, вывозимых на накопитель составляет около 500 куб. м. в год.

Вывод сточных вод по сельским округам производится на свалках ТБО, на которых не оборудованы определенные места слива, что приводит к растеканию их по прилегающей к свалке территории и загрязнению земель.

Основными источниками загрязнения водоохранные зон горючесмазочными материалами; разбивка станов рыболовецких артелей и загрязнения ими охранных зон.

Типичными нарушениями являются: загрязнения земель отходами производства, нарушение плодородного слоя земель при раскопках и демонтаже трубопроводов, хранения и применения средств защиты и карантина растений. Применения стойких органических загрязнителей «СОЗ» - Стокгольмская конференция от 21.05.2001 года.

Промышленные источники диоксинов и фуранов. Использование пашни на землях сельскохозяйственного назначения 378,5 т. га., в том числе посевная площадь 292,96 т. га., использования земель крестьянскими хозяйствами 219,4 т. га.

Количество недропользователей - 7; добыча подземных вод - 48 511 м ³.

Контроль и мониторинг состояния подземных вод проводится департаментом «Тобыл - Торгайского» водного бассейна и уполномоченным органом в области охраны окружающей среды.

Общая площадь лесного фонда 35 050 га., площадь покрытая лесом 15 485 га.

Распространены: кабан, сибирская косуля, лось, заяц, барсук, лиса, волк. Район расположен на пути миграции казары, гуся, утки и др. водоплавающей дичи которая гнездится на севере.

Применение пестицидов и ядохимикатов: 817,6 тыс. тонн. Преимущественно Дезорол, Буран, Герольд, Торо и другие. Минеральных удобрения 23,977 тыс. тонн.

Тара из под химических препаратов средств защиты и карантина растений, на захоронение предприятию ТОО «Шаруа» по договору передана следующим предприятиям: ТОО «Банновка» - 1 038 кг., ТОО «Абайское» - 115,2 кг., ТОО «Алтын - Инвест» - 424 кг., ТОО «Иволга - Холдинг» - 704 кг., ТОО «Пшеничное» - 510 кг., Федоровское РТИ КГИ в АПК МСХ РК - 817,6 кг. Крестьянские и фермерские хозяйства используют средства защиты и карантина растений без регистрации в санэпидемнадзоре и без согласования с уполномоченным органом в области охраны окружающей среды, допуская при этом нарушение экологического законодательства. Тара из под этих препаратов на захоронение не сдается, учет по химпрополке сельскохозяйственных культур не ведется. Последствие применения химических препаратов и концерогеннов на землях сельскохозяйственного назначения сказывается на гибели биологического разнообразия, происходит загрязнения подземных близко расположенных подпочвенных вод, гибель диких животных, сокращение их численности, гибель перелетных птиц и выводков в местах гнездовья.

Следует отметить, что тара из под ядохимикатов, средств защиты и карантина растений и минеральных удобрений относится к опасным видам отходов и подлежит захоронению на полигоне опасных отходов «Кизбель».

.3 Анализ изменения геоэкологических условий окружающей среды под воздействием Федоровской теплоэлектростанции

Анализ изменения геоэкологических условий под влиянием ГКП «Теплокоммунэнергострой» изучаемого района включал расет выбросов по основным категориям загрязняющих веществ; сравнительное обоснование в соответствии с государственными нормативными документами , в частности с руководящим документом РК для нормирования качества атмосферного воздуха.

Таким образом, по валовому количеству выбросов данное предприятие относится к третьей категории. На предприятии насчитано 16 источников выбросов, 9 из которых неорганизованные. В атмосферу выделяется загрязняющие вещества -7 наименований. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемые в атмосферу, являются взвешенные вещества, диоксиды азота и серы, окись углерода. Так для анализа влияния на геоэкологические условия изучаемой местности был проведен ряд расчетов, которые включали:

1.Расчет выбросов угольной пыли .

Максимально разовый выброс угольной пыли при разработке и сдуве материалов <#"879179.files/image001.gif"> , (5)

где А_В- валовый выброс при переработке материалов, т/год;

А_М - максимально разовый выброс при переработке материала (ссыпка, перевалка, перемещение), г/с; ₁ - годовое время <#"879179.files/image002.gif"> , (6)

Качество выбрасываемой угольной пыли:

А_М = (0,0052∙0,02∙1,4∙0,2∙0,01∙0,4∙4,11∙10⁶∙0,7)/ 3600 = 0,000927 г/с;

В _М = 1,4∙0,2∙0,01∙1,3∙0,4∙0,005∙510 = 0,0037128 г/с; = 0,000927+0,0037128 = 0,0046398 г/с;

А_В = 0,000927∙3600∙284 / 10⁶ = 0,0009477 т/год;

В_В = 0,0037128 ∙3600∙6816 / 10⁶ = 0,0911032 т/год;

Всего по угольной пыли в год:

М = 0,0009477 + 0,0911032 = 0,0920509 т/год.

2. Расчет выбросов загрязняющих веществ топлива в котлоагрегатах.

Котельная работает <#"879179.files/image003.gif">, (7)

где В_ρ - расчетный расход топлива, т/год;

В - фактический расход топлива, 1166,5 т/год; ₄ - потеря тепла от механической неполноты сгорания, 9,8%.

Расчетный расход топлива рассчитывается следующим образом (формула (8)):

, (8)

где В'_ρ - расчетный расход топлива, кг/с;

В' - фактический расход топлива, 80,83184 г/с; ₄ - потеря тепла от механической неполноты сгорания, 9,8%.

В_ρ = 1166,5 ∙ (1- 9,8/100)= 1052,183 т/год;

В'_ρ = 80,83184 ∙ (1- 9,8/100) = 0,07291 кг/с.

Фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу определяется следующим образом (формула (9)):

Q_Т = В_ρ/Time/3,6∙Q_r , (9)

где Q_Т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку тепла, МВт;

В_ρ - расчетный расход топлива, т/год; - время работы котла за год, 6816 час; _r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг.

Фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу определяется следующим образом (формула (10)):

Q'_Т = В'_ρ∙Q_r , (10)

где Q_Т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку тепла, МВт;

В'_ρ - расчетный расход топлива, кг/с; _r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг.

Q_Т = 1052,183: 6816 : 3,6∙26,4 = 1,13204 МВт, '_Т = 0,07291∙26,4= 1,924824 МВт.

Тепловое напряжение зеркала <#"879179.files/image005.gif">, (11)

где q_r - тепловое напряжение зеркала горения, МВт/м²; - площадь горения, 5 м².

Тепловое напряжение зеркала горения рассчитывается следующим образом (формула (12)):

, (12)

где q'_r - тепловое напряжение зеркала горения, МВт/м²; - площадь горения, 5 м². _r = 1,13204/5= 0,2264 МВт/м²; '_r = 1,924824/5= 0,38496 МВт/м².

Удельный выброс оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива рассчитывается следующим образом (формула (13)):

К_no2 = 0,11∙α_Т(1+5,46∙( )∙( q_r ∙ Q_r ) ∙0,25, (13)

где К_no2 - удельный выброс оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива, г/МДж;

α_Т - коэффициент избытка воздуха в топке, 1,35; - характеристика гранулометрического состава угля, 40%; _r - тепловое напряжение зеркала горения, МВт/м²; _r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг.

Удельный выброс оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива рассчитывается следующим образом (формула (14)):

К_no2' = 0,11∙α_Т(1+5,46∙( )∙( q'_r ∙ Q_r ) ∙0,25, (14)

где К_no2' - удельный выброс оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива, г/МДж;

α_Т - коэффициент избытка воздуха в топке, 1,35; - характеристика гранулометрического состава угля, 40%; '_r - тепловое напряжение зеркала горения, МВт/м²; _r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг.

К_no2 = 0,11∙1,35(1+5,46∙ ∙( 0,2264 ∙ 26,4 ) ∙0,25 = 1,38498 г/МДж

К_no2 = 0,11∙1,35(1+5,46∙ ∙( 0,38496 ∙ 26,4 ) ∙0,25 = 2,35495 г/МДж

Выброс оксидов азота определяется следующим образом (формула (15)):

М_nох = В_ρ∙ Q_r ∙ К_no2 ∙Я_r ∙k_П, (15)

где В_ρ - расчетный расход топлива, т/год; _r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг;

К_no2 - удельный выброс оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива, г/МДж;

Я_r - коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов, подавляемых в смеси сдутьевым воздухом <#"879179.files/image009.gif">), (19)

где В - фактический расход топлива, 1166,5 т/год;

С_со -выход оксида углерода при сжигании топлива; ₄ - потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, 9,8 %.

Расчет выбросов оксида углерода определяется следующим образом (формула (20)):

М_со' = 0,001∙В ∙ С_со ∙ ( ), (20)

где В - фактический расход топлива, 1166,5 т/год;

С_со - выход оксида углерода при сжигании топлива; ₄ - потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, 9,8 %.

Выбросы углерода при сжигании топлива определяются следующим образом (формула (21)):

С_со = q₃ ∙R∙ Q_r , (21)

где С_со - выход оксида углерода при сжигании топлива; ₃ - потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, 2%; - твердое топливо <#"879179.files/image010.gif">) (24)

где В - фактический расход топлива, 1166,5 т/год; _з - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях, 0,76; ⁴ _уноса - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, 3,9% _r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг.

Расчет количества коксовых остатков при сжигании твердого топлива определяется следующим образом (формула (25)):

М_к '= 0,01∙В'∙(1-V_з )∙(q⁴ _уноса ∙ ) (25)

где В' - фактический расход топлива, 80,83184 г/с; _з - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях, 0,76; ⁴ _уноса - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, 3,9% _r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг.

Всего по угольной золе в год:

М_з = 0,01∙1166,5∙12,9∙0,6∙(1- 0,76) = 21,668904 т/год;

М_з' = 0,01∙80,83184∙12,9∙0,6∙(1- 0,76) = 1,5015322 г/с;

Всего по саже в год:

М_к = 0,01∙1166,5∙(1-0,76)∙(3,9 _уноса ∙ 26,4 /32,68) = 8,820603 т/год;

М_к' = 0,01∙80,83184∙(1-0,76)∙(3,9_уноса ∙ 26,4 /32,68) = 0,6114841 г/с.

7. Расчет параметров газовоздушной смеси от источников выбросов.

От источников выбросов рассчитываются параметры: плотность <#"879179.files/image011.gif">, (26)

где Р_Н- плотность наружного воздуха, кг/м³; - средняя температура наружного воздуха для времени года, 23,6⁰С.

Плотность газо-воздушной смеси рассчитывается следующим образом (формула (27)):

Р_УХ= , (27)

где Р_УХ - плотность газо-воздушной смеси, кг/м³; ₁ - температура на газо-воздушной смеси, отходящей от источника выделения, 35⁰С.

Параметр, характеризующий равность плотности и высоту трубы рассчитывается следующим образом (формула (28)):

H=h∙(P_Н-Р_УХ), (28)

где H- параметр, характеризующий равность плотности и высоту трубы; - высота трубы, 3м.

Параметр, характеризующий сопротивление трубы рассчитывается следующим образом (формула (29)):

Z = , (29)

где Z - параметр, характеризующий сопротивление трубы; - высота трубы, 3м; - диаметр трубы, 0,2 м.

Скорость газо-воздушной смеси на выходе из источника рассчитывается следующим образом (формула (30)):

S = , (30)

где S - скорость газо-воздушной смеси на выходе из источника, м/с; - параметр, характеризующий равность плотности и высоту трубы; - параметр, характеризующий сопротивление трубы;

Р_УХ - плотность газо-воздушной смеси, кг/м³.

Объем газо-воздушной смеси рассчитывается следующим образом (формула (31)):

V=S∙F, (31)

где V - объем газо-воздушной смеси; - скорость газо-воздушной смеси на выходе из источника, м/с; - площадь сечения устья источников выбросов, м.

Площадь сечения устья источника выброса рассчитывается следующим образом (формула (32)):

F= (32)

где F - площадь сечения устья источников выбросов, м; - диаметр трубы, 0,2 м.

Р_Н = 353/(273 + 23,6) = 1,190155 кг/м³,

Р_УХ = 353/(273 + 35) = 1,146104 кг/м³, = 3∙(1,190155 - 1,146104) = 0,132153, = 0,04∙3/0,2 = 0,6, = ((0,132153∙2∙9,8)/ = 2,14793 м/с, = 2,14793 ∙ 0,0314 = 0,067445 м³/с; = 3,14∙0,2²/4 = 0,0314 м².

На источнике № 4 - котельная установлен дымосос ДН-10. При использовании тягодутьевого оборудования рассчитываются следующие параметры газо-воздушной смеси: производительность <#"879179.files/image017.gif">(33)

где P- производительность <#"879179.files/image019.gif"> (34)

где W- скорость газо-воздушной смеси, исходящей от источника выброса, м/c; - площадь сечения источника выброса, м², по формуле (32); КПД электродвигателя тягодувного оборудования, 0,83 доли единиц;

Р = 14650 / 3600 = 4,069 м³/с; = 4,069 / 0,5024∙0,83 = 6,723 м/с;

по формуле (31) V = 2,14793 ∙ 0,0314 = 0,067445 м³/с.

Сводные данные по загрязняющим веществам приведены в таблице 4.

Таблица <#"879179.files/image020.gif">

При сравнении полученных расчетных данных с показателями ПДК для атмосферного воздуха с данными государственного нормативного РД 52.04.186-89 были получены следующие данные, представленные в таблице 5.

Таблица 5. Сравнительная характеристика среднесуточных уровней загрязняющих веществ с показателем ПДК.