Чем вредны электростанции на угле
Угольные электростанции и загрязнение окружающей среды
Автор: Partha Das Sharma
Источник: https://saferenvironment.wordpress.com/2008/09/05/coal-fired-power-plants-and-pollution/
Угольные электростанции и загрязнение окружающей среды – значительное сокращение загрязнения, необходимого для сохранения окружающей среды.
Электростанции, работающие на угле, являются крупнейшим стационарным источником загрязнения в любой стране. Токсины этих угольных электростанций наносят серьезный ущерб как здоровью человека, так и окружающей среде и способствуют снижению качества жизни. Очистка этих станций и поиск более чистых альтернативных источников энергии является общей целью достижения чистого, здорового воздуха в каждой стране.
Загрязнение воздуха состоит из смеси химических веществ с различными вредными воздействиями на организм человека, дикую природу, растения и климат. Электростанции, работающие на угле, ответственны за выброс более 85% от общего объема выбросов углекислого газа в мире, что является основным фактором глобального потепления. Основные компоненты загрязнения воздуха описаны ниже:
1. Углекислый газ (CO2): Угольные электростанции являются крупнейшим источником выбросов CO2 в мире. Сжигание ископаемых видов топлива, таких как уголь, приводит к загрязнению углекислым газом (CO2), что делает использование энергии единственным крупнейшим источником парниковых газов в мире. В настоящее время в атмосфере на 30% больше CO2, чем было в начале промышленной революции, и мы хорошо продвигаемся к удвоению уровней CO2 в атмосфере в течение этого столетия. Угольные электростанции имеют самый высокий уровень выработки CO2 на единицу электроэнергии среди всех ископаемых видов топлива.
2. Смог озона: Образуется на уровне земли, когда солнечный свет смешивается с оксидами азота и парами углеводородов, выбрасываемыми электростанциями, транспортными средствами и промышленностью. Она способствует раздражению дыхательных путей, кашлю, хрипу, приступам астмы и подавлению иммунитета.
3. Двуокись серы (SO2 ): Газ, выделяемый при сжигании угля и масла, который превращается в кислые газы (серная кислота) и серу (в час). Последствия для здоровья включают: раздражение дыхательных путей, дестабилизацию сердечного ритма и приступы астмы.
4. Оксид азота (NOx): общий термин для дыма NO / O2, образующийся в результате сжигания угля, нефти, природного газа и бензина. Это основной ингредиент кислотных дождей и озонового смога.
6. Ртуть (Hg): Токсичные металлические частицы оседают в воде, загрязняют рыбу и перемещаются вверх по пищевой цепи. Проглатывание ртути может привести к преждевременным родам, низкой массе тела при рождении, структурным дефектам, нарушениям в обучении, порокам сердца и неврологическим дефектам. Ртуть – токсин развития, который в первую очередь влияет на развитие плода. У неродившихся детей это может вызвать повреждение головного мозга, умственную отсталость, слепоту и многие другие проблемы. Младенцы также подвергаются этой опасности через зараженное грудное молоко. Хотя опасность ртути чаще всего ассоциируется с женщинами и детьми, употребление рыбы с высоким содержанием ртути также подвергает мужчин среднего возраста большему риску ишемической болезни сердца.
7. Кислотный дождь: кислотный дождь или кислотное осаждение происходит, когда диоксид серы (SO2) и оксид азота (NOx) реагируют с водой и кислородом в атмосфере с образованием кислотных соединений, чаще всего серной и азотной кислоты. Эти кислые соединения затем либо смешиваются с естественными осадками, либо падают на землю в виде кислотных дождей, либо остаются сухими, а затем оседают на землю. Кислотный дождь разрушает экосистемы, в том числе ручьи и озера, путем изменения их баланса pH, что делает их неспособными поддерживать жизнь. Кислотный дождь может разрушать леса, разрушать растительную и животную жизнь, а также искусственные памятники и здания, чтобы эффективно уничтожить наши природные и исторические сокровища.
Неблагоприятное воздействие золы, образующейся на угольной электростанции
Летучая зола поступает в основном из угольных электростанций, вырабатывающих электроэнергию. Эти электростанции измельчают уголь до тонкости порошка до его сжигания. Летучая зола – минеральный остаток, образующийся при сжигании угля, – захватывается от выхлопных газов электростанции и собирается для использования. Летучая зола представляет собой тонкий стеклянный порошок, извлеченный из газов горения угля во время производства электроэнергии. Эти микронные земные элементы состоят в основном из диоксида кремния, оксида алюминия и железа.
Углеродные электростанции с использованием пылевидного угля или лигнита в качестве топлива генерируют большое количество летучей золы в качестве побочного продукта. С увеличением ввода в эксплуатацию нескольких тепловых электростанций большой мощности и с увеличением использования низкосортного угля с высоким содержанием золы количество выработки золы из них становится очень большим. Это создает серьезные экологические проблемы. Большая часть золы, образующейся на электростанциях, расположена вблизи завода как отходы, покрывающие несколько гектаров ценных земель. Взгляд на неприятности, создаваемые летучей золой; он был высоко оценен всеми и различными правительственными учреждениями, необходимостью безопасного удаления и эффективного использования летучей золы. Свойства летучей золы зависят от нескольких переменных, таких как источник угля, степень измельчения, конструкция котлоагрегата, условия загрузки и обжига, методы обработки и хранения и т. д.
В настоящее время в недостаточно развитой стране, такой как Индия, основное внимание уделяется демонстрации технологий, связанных с угольной золой, таких как:
— xарактеристика летучей золы;
— гидравлические конструкции, обработка и транспортировка, исследования и применение в сельском хозяйстве;
— зольные пруды и плотины, рекультивация зольных прудов для поселения людей, дорог и набережных, подземных шахтных завалов и т. д.
Только небольшое количество общего количества золы используется в бетоне, кирпиче, обработке стабилизации почвы и т. д. Массовое использование золы еще не началось полным ходом.
Характеристики летучей золы. Физические, геотехнические и химические параметры, характеризующие золу–унос, такие же, как для природных почв, например удельный вес, размер зерна, пределы Аттерберга, характеристики уплотнения, коэффициент проницаемости, параметры прочности на сдвиг и параметры консолидации.
Экологические проблемы удаления летучей золы – зола, производимая на тепловых электростанциях, вызывает все три экологических риска, таких как загрязнение воздуха, поверхностных вод и грунтовых вод. С этими проблемами непосредственно связана дополнительная экологическая цель – эстетическое расширение объектов по утилизации золы.
Загрязнение воздуха вызвано прямыми выбросами токсичных газов с электростанций, а также пылением с холма/пруда. Воздушная пыль может попадать в систему поверхностного водоснабжения или почву и может загрязнять систему воды/почвы.
Влажная система утилизации на большинстве электростанций приводит к сбросу твердых частиц золы непосредственно в близлежащую систему поверхностного водоснабжения. Длительное хранение золы в прудах при влажном состоянии и влажном климате может вызвать выщелачивание токсичных металлов из золы и загрязнить почву и, в конечном счете, систему подземных вод.
Экологические аспекты удаления золы должны быть учтены в целях сведения к минимуму загрязнения воздуха и воды. Большинство из вышеуказанных экологических проблем можно свести к минимуму за счет включения технических мер в проектирование зольных прудов и непрерывного мониторинга систем воды на поверхности и грунтовых водах.
Технология чистого угля – так называемые чистые угольные технологии – это разнообразные развивающиеся реакции на экологические проблемы конца 20–го века, в том числе глобальное потепление из–за выбросов углекислого газа в атмосферу.
Как говорилось выше, уголь при сжигании является самым грязным из всех ископаемых видов топлива. Для снижения воздействия на окружающую среду угольных электростанций используется и разрабатывается целый ряд технологий. Таким образом, чистая технология использования угля – это название, приписываемое химическому промыванию угля химическими веществами и примесями, и затем газификация для выработки энергии после сжигания полученного синтез–газа. Полученные дымовые газы, обработанные паром, с целью удаления двуокиси серы, чтобы сделать углекислый газ экономически пригодным для восстановления.
Заключение – Угольные электростанции и загрязнение, которое они выпускают каждый день, представляют серьезную угрозу для здоровья человека и окружающей среды. Нам необходимо действовать сейчас, чтобы очистить загрязненную угольную энергетику за счет сокращения загрязнения. Нам также необходимо уменьшить зависимость от грязного угля, удалив эти установки и заменив их на чистые энергетические альтернативы, такие как ветер, солнце и повышение энергоэффективности. Это будет нашей главной целью, не только для широкой общественности, но и для правительства для того чтобы подготовить эффективные средства / законы для того чтобы контролировать такие опасности немедленно.
Процессы сжигания угля и газификации угля производят побочные продукты – большие объемы чрезвычайно разнообразных отходов, которые варьируются в зависимости от процесса горения, типа обработки дымовых газов, содержания или смеси кормового угля, механизмов контроля загрязнения и т. д. Необходимы мероприятия для улучшения здоровья и безопасности отходов этой отрасли.
Такие виды деятельности, как добыча угля и сжигание угля, выбрасывают в атмосферу тонны парниковых газов. Как и процесс изготовления цемента для бетона. Угольная зола, отход от сжигания угля, обладает определенными цементирующими свойствами (в дополнение к нескольким токсичным элементам, таким как ртуть), что в некоторых случаях может использоваться в качестве частичной замены энергоемкого портландского цемента, используемого в бетоне.
«Токсичность» угольной тепло-электрогенерации
Д.А. Крылов, к.т.н., ведущий научный сотрудник, НИЦ «Курчатовский институт»
В Долгосрочной программе развития угольной промышленности России на период до 2030 г. намечено опережающее развитие угольной тепло-электрогенерации в России.
Внастоящее время угольные электростанции (ТЭС) России производят лишь 20% энергии, но на их долю приходится 70% вредных выбросов энергетики [1]. В связи с планируемым увеличением потребления угля на ТЭС могут возрасти и объемы вредных выбросов электростанций в окружающую среду.
В энергетике проблеме выбросов в атмосферу СО2, оксидов серы, азота и летучей золы уделяется большое внимание. Существуют программы по уменьшению таких выбросов. Между тем, вопросам негативного воздействия микроэлементов, содержащихся в углях, в золошлаковых отходах угольных электростанций и в выбросах в атмосферу летучей золы угольными ТЭС, уделяется несопоставимо меньшее внимание.
Геохимики в химсоставе неорганического вещества угля выделяют две группы элементов. Одна из них включает главные золообразующие элементы: Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, S, P. На их долю в углях приходится примерно 99% всей массы неорганического вещества. Другая группа – это микроэлементы, составляющие обычно не более 1% от всего неорганического вещества угля.
В соответствии с геохимической классификацией [2] по концентрированному признаку к микроэлементам относят собственно малые элементы 0,1–0,001% (1000–10 г/т), редкие – 0,001–0,00001% (10–0,1 г/т) и ультраредкие с содержанием менее 0,00001% (менее 0,1 г/т) (табл. 1).
Концентрации некоторых элементов в углях могут значительно превышать их средние содержания в земной коре. Это обусловлено тем, что геохимическая среда в угленосных пластах благоприятна для накопления микроэлементов по сравнению со средним фоном земной коры. За рубежом большие исследования по содержанию микропримесей в различных фракциях золы ТЭС были проведены в 1960-х и в начале 1970-х годов.
Американские геохимики Р. Финкельман и Р. Броун отмечают, что при учете масштабов добычи угля в США из него можно было бы получить не менее половины ежегодно потребляемых в стране мышьяка, бериллия, висмута, кобальта, гафния и др., снизив при этом уровень экологического загрязнения, поскольку при использовании угля накапливается значительное количество опасных элементов, оказывающих существенное влияние на человека и окружающую среду [3].
Насколько сильно отличаются показатели содержания некоторых тяжелых металлов в углях крупных бассейнов видно из данных табл. 2 [4]: в канско-ачинских – в расчете на 1 кг у.т. содержится на порядок меньше тяжелых металлов, чем в донецких и экибастузских углях. Главная проблема, сдерживающая получение ценных элементов из углей, это, как правило, низкое их содержание. Вместе с тем известны пласты углей, в которых концентрация отдельных микроэлементов достигает величин, сопоставимых с их содержанием в рудах отрабатываемых месторождений. Стоимость некоторых редких металлов, присутствующих в углях, в ряде случаев может превышать стоимость угля. Такие металлоносные угли могут рассматриваться как редкометалльные руды, а их органическое вещество – как попутный продукт.
Известно, что в золошлаковых отходах ТЭС содержание большинства химических элементов (за исключением легколетучих) в несколько раз выше их первичного содержания в исходном угле (табл. 3). Данные табл. 3 свидетельствуют о высоком концентрировании некоторых микроэлементов в золах ТЭС.
«В России, Украине и некоторых других странах в промышленных масштабах проводится получение товарных соединений германия из углей и углистых пород» [6].
Авторы публикации [6] отмечают, что относительно высокое содержание микроэлементов в уловленной летучей золе или в золошлаковых отходах может позволить производство промышленного выделения ценных элементов пирометаллургическими и гидрометаллургическими методами или их сочетанием. Токсичные элементы6примеси в углях Специалисты ИСЭМ СО РАН отмечают: «за рамками внимания природоохранных организаций России при оценках экологической опасности топлив в современной практике остается без должного внимания поток в природную среду микроэлементов, в первую очередь тяжелых металлов, обладающих токсичными, канцерогенными, мутагенными и тератогенными свойствами, способными к тому же усиливать эти негативные свойства в присутствии друг друга» [7].
По оценке специалистов [8], среднее (кларковое) содержание урана в углях составляет 3,6 г/т, а тория для бурых углей – 6,3 г/т, каменных – 3,5 г/т.
Угли, содержащие уран в концентрациях на один-два порядка выше кларка, известны во многих странах мира: в России, Турции, Франции, США и других. Следует отметить, что содержания урана и тория в углях в большей части угольных месторождений России не превышают кларковых значений, но имеются месторождения, в которых кларковые содержания урана и тория превышены в несколько раз. Причем эти месторождения разрабатываются без всякого радиационно-гигиенического контроля, уголь используется на ТЭС, в котельных и в печах индивидуальных домов. Зола и шлак, образующиеся при сжигании таких углей, обогащены естественными радионуклидами (ЕРН). Золошлаковые отвалы ТЭС, использующие уголь с повышенным содержанием радионуклидов, занимают огромные территории, образуя с годами, по сути, техногенные месторождения ЕРН.
По данным американских специалистов [9], к 2000 г., мировой суммарный выброс урана и тория в результате сжигания угля составляет около 37 300 т ежегодно, причем около 7300 т поступает из США. «В бурых углях пласта «Итатский» (Кемеровская область) выявлено повышенное содержание урана – 139 г/т, а в золошлаковом материале, образующемся при сжигании этого угля, содержание урана составляет 902,6 г/т» [10]. Такой золошлаковый материал с концентрацией в нем урана 0,09% относится по мировой классификации к рядовым урановым рудам (с диапазоном содержания урана 0,05–0,1%).
В табл. 4 представлены данные по повышенным концентрациям урана и тория в товарных углях, добываемых на некоторых угольных предприятиях в Кемеровской области [10–12].
Содержание урана в угле, добываемом на Итатском разрезе (см. табл. 4), значительно превышает среднемировые уровни для углей: средний – 56,9; вариации от 6 до 139 г/т. Среднее содержание ртути в углях, добываемых в различных бассейнах мира, колеблется от 0,05 до 0,3 г/т [13]. Угли юго-западных бассейнов Китая в среднем содержат 0,55 г/т ртути. В США содержание ртути в углях в среднем составляет около 0,2 г/т при широком интервале – от 0,003 до 2,9 г/т.
В угольных пластах Донбасса, расположенных в пределах (или вблизи) Никитского месторождения ртути, ее содержание в углях повышается до нескольких десятков грамм на тонну, а в отдельных линзах до 1000 г/т. Проблема присутствия токсичных элементов в углях изложена в ряде монографий и статей, в частности, в публикациях Томского университета. Учеными этого университета [14] систематизированы имеющиеся данные по накоплению токсичных элементов в разрабатываемых или готовых к эксплуатации угольных месторождениях Сибири (табл. 5).
Повышенные содержания токсичных микроэлементов проявляются и в углях других бассейнов (справочник «Ценные и токсичные элементы в товарных углях России»):
— в Печорском бассейне – по содержаниям хрома, цинка;
— в Восточном Донбассе – по содержаниям ртути, хрома в сортовых антрацитах, ванадия и цинка – в промпродукте;
— в угле Приморского края – по концентрациям фтора, кадмия, сурьмы, цинка в товарных углях и продуктах обогащения;
— в Сахалинском бассейне – по содержаниям таллия, цинка.
Воздействие на окружающую среду токсичных элементов, содержащихся в золошлаковых отвалах ТЭС
Замечено [15], что золошлаковые отвалы (ЗШО) ТЭС даже при выполнении необходимого комплекса мероприятий оказывают угнетающее воздействие на окружающую среду не только в зоне расположения таких хранилищ, но и далеко за их пределами вследствие пыления и загрязнения водного бассейна фильтратами токсичных соединений. Существенное содержание зольной компоненты в поверхностном почвенном слое обнаружено в радиусе до 1 км от ЗШО ТЭС [16]. Концентрация токсичных элементов оказалась повышенной в кормах, потребляемых скотом на пастбищах вблизи золоотвалов. Проведены исследования по изучению форм нахождения токсичных элементов в ЗШО ТЭС Кемеровской области в системе «отходы – вода – почва» и оценка потенциальной опасности золоотвалов [17].
Установлено превышение предельно допустимых концентраций элементов в почве (ПДКп), прилегающей к ЗШО по санитарным нормам допустимых концентраций химических веществ. Максимальные концентрации подвижных форм тяжелых металлов в отвалах наблюдались по меди, никелю, цинку и свинцу. Высокие концентрации ванадия, молибдена, мышьяка, никеля, цинка, марганца и хрома отмечены как в водорастворимых формах золошлаковых отвалов, так и в грунтовых и поверхностных водах вблизи золоотвалов. Для этих элементов практически не существует барьеров при инфильтрации природных вод через ложе золоотвала. Вместе с тем в почвах, прилегающих к территории ЗШО, обнаружены высокие концентрации подвижных форм цинка, свинца, меди и никеля, превышающих значения ПДКп (табл. 6). Последнее говорит о переходе из ЗШО в почвы данных металлов, несмотря на низкие концентрации хрома, никеля и цинка в валовой форме.
Содержание токсичных микроэлементов в летучей золе ТЭС Кроме основных элементов: Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, в твердых частицах дымовых уносов от ТЭС присутствуют тяжелые металлы. При выгорании органического вещества угля на ТЭС происходит испарение металлов, часть из которых конденсируется на аэрозолях и улетучивается с паром. Другая часть испарившегося металла конденсируется на частицах летучей золы. Так как мелкие частицы имеют наибольшую поверхность, на них происходит конденсация и трансформация паров металлов [18].
Распределение некоторых микроэлементов в различных по размеру частицах (фракциях) летучей золы неравномерно и обычно увеличивается с уменьшением размеров частиц. В связи с этим более мелкая зола, не уловленная золоуловителями, поступающая с дымовыми газами в атмосферу, содержит больше перечисленных элементов, чем средняя по составу зола исходного топлива. При этом концентрация микроэлементов в летучей золе возрастает на 1–2 порядка.
Изучение состава летучей золы Березовской ГРЭС–1, работающей на канско-ачинских углях, показало, что значительная часть микроэлементов, содержащихся в угле, поступает в атмосферу не с золой, а с субмикронными аэрозолями или в газообразной фазе, которые практически не улавливаются электрофильтрами [19].
Исследователями Ростовского госуниверситета установлено [20], что при сжигании углей на ТЭС в атмосферу поступает в среднем:
— не менее 10% общей массы содержащихся в них Al, Co, Fe, Mn, Na, Se;
— 100% As, Br, Cl, Hg, Sb и Sc.
Расстояния, на которые могут разноситься от ТЭС частицы золы уносов, и их осаждение вместе с атмосферными осадками, зависят от физических свойств золы, погодных условий, розы ветров и т. д. Частицы диаметром 10 мкм и более осаждаются довольно быстро и их воздействие проявляется в непосредственной близости от ТЭС, в радиусе до 3 км. Частицы менее 10 нанометров (нм) и особенно менее 2,5 нм могут преодолевать сотни километров, прежде чем осядут. Аэрозоли часто выполняют функцию ядра конденсации металлов [18].
Несмотря на меры, принимаемые энергетиками по снижению выбросов в атмосферу, в результате работы ТЭС объемы ежегодных выбросов в атмосферу тяжелых металлов значительны. В табл. 7, по данным [18], со ссылкой на первоисточник, приведена информация о ежегодных выбросах в атмосферу тяжелых металлов в результате работы топливосжигающих установок в 15 странах Евросоюза в 1990 г. В табл. 8, по данным АО «ВТИ» [21], представлена информация по среднему содержанию микроэлементов, выбрасываемых в атмосферу с летучей золой при сжигании на ТЭС углей различных бассейнов.
В табл. 9 приведены рассчитанные нами удельные средние содержания микроэлементов, выбрасываемых в атмосферу с летучей золой ТЭС, в расчете на производство 1 кВт·ч электроэнергии. В расчетах использованы данные табл. 8 и показатели по удельным выходам золы всего (г/кВт·ч), по оценкам АО «ВТИ» [21], при сжигании на ТЭС углей различных месторождений. Показатели содержания микроэлементов рассчитаны нами для значений КПД установок золоулавливания на ТЭС, равными 96%.
Воздействие на окружающую среду и здоровье людей элементов6примесей, выбрасываемых с летучей золой ТЭС В исследовании, проведенном на Новочеркасской ГРЭС [22], показано, что диаметр большинства твердых частиц, выбрасываемых в атмосферу, лежит в интервале от 0,01 до 150 мкм, при этом на долю частиц диаметром до 5 мкм приходится почти 42%. Частицы такого размера проникают в растения, организмы животных и человека, распределяются по органам и тканям, растворяются в биожидкостях, достигая мишеней биологического действия. Установлено, что длительное воздействие наночастиц магния и цинка (эти элементы входят в состав летучей золы ГРЭС), наносимых на раны экспериментальных животных в виде водной суспензии, увеличивает время их заживления [22].
Наночастицы, входящие в состав летучей золы, обладают высокой биологической активностью, легко проникают в организм живых систем, разносятся по всем органам и тканям [18]. Известно, что металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно из нее выводятся, приводя к повышенному, по сравнению с фоновым, уровню в зонах пахотного земледелия зерновых культур, пастбищ, сенокосов, многолетних насаждений и населенных пунктов.
«Вследствие увеличения числа взвешенных частиц в воде, изменения pH концентрация кислорода в воде снижается, возникает угроза жизнедеятельности представителей водной фауны. Высвобождение из пылевых частиц потенциально опасных элементов: As, B, Mo, Se, Sr, V в воду и почву приводит к накоплению их в сельскохозяйственных растениях, и они могут попасть в организм животных и человека. Элементы Se и Mo– не токсичные для растений, концентрируясь в растительной ткани, токсичны для пастбищных животных. Почвы с высоким уровнем Mo могут вызывать, например, молибдениоз рогатого скота» [18].
Анализ заболеваемости органов дыхания у населения, проживающего в зоне влияния выбросов ТЭС, позволил сделать вывод, что удельный вес заболеваний выше у тех, кто проживает на расстоянии от 1000 до 2000 м от ТЭС. Среди острых заболеваний на первом месте – заболевания верхних дыхательных путей, бронхит, бронхиальная астма и др. Среди возрастных групп населения чаще болеют дети и лица старше 40 лет, по сравнению с населением, живущим в благоприятной экологической обстановке [18].
Исследованиями ВНИИгидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова [23] установлено воздействие на окружающую среду и, в частности, на почвы выбросов тяжелых металлов от Рязанской ГРЭС. По оценке АО «ВТИ», содержание металлов в летучей золе Рязанской ГРЭС в 10 раз и более превышает значение фоновой концентрации соответствующих элементов в почвах Русской равнины (табл. 10). Показано, что существует реальная опасность загрязнения сельхозпродукции, в т. ч. животноводческой, через корм скоту, имеющим повышенное содержание привнесенных элементов от Рязанской ГРЭС [23].
В исследованиях института Фундаментальных проблем биологии РАН, оценено загрязнение Челябинска и его окрестностей тяжелыми металлами (Cu, Co, Ni, Zn, Pb, Cd, Cr, Mo, Hg) [24] и мышьяком [25], источником которых служат выбросы ТЭС и котельных, сжигающие уголь Челябинского бассейна, а также выбросы горящих терриконов шахт Челябинского бассейна в районе г. Копейска. Загрязнение этими веществами обусловлено воздушным переносом от этих источников, а также вследствие пылеобразования и переноса аэрозолей из ЗШО теплоэнергетических установок. Загрязнение поверхностных и подземных вод региона происходит в результате смыва, фильтрации и выщелачивания токсичных веществ из ЗШО ТЭС.
Содержание Zn, Pb, Cd и Hg в почвах этой территории оказалось выше нормативов ПДК в 1,5–20 раз, Cd и Hg в воде – в 6 и 2 раза [24]. Содержание мышьяка в почвах оказалось выше ПДК в 7–18 раз, а в почвах садово-огородных участков и сельскохозяйственных угодий – в 7–19 раз [25]. В дождевой воде, в коре тополя, в биомассе кукурузы и надводной биомассе тростника обнаружено повышенное содержание мышьяка и тяжелых металлов. Повышенное содержание этих веществ стало результатом их захвата из воздушной среды. Накопление мышьяка в тростнике происходило путем его поглощения из поверхностной воды и донных отложений, так как биогеохимия данного растения связана с этими компонентами окружающей среды.
Установлено загрязнение мышьяком и тяжелыми металлами воды и донных отложений р. Миасс и озера Первое, дренирующих территорию Челябинска и его окрестностей. По оценке ученых, геоэкологическую ситуацию этого региона следует считать крайне неблагополучной из-за загрязнения почв мышьяком и рядом тяжелых металлов в количествах, значительно превышающих ПДК. Это повышает риск попадания токсичных микроэлементов в организм человека через воздух и почвенную пыль или через пищевые цепи при выращивании растений на загрязненных садово-огородных участках и сельскохозугодий. Содержание мышьяка и тяжелых металлов в почве и в воде на территории Челябинска и его окрестностей было одного порядка с содержанием этих веществ в районе Южноуральской ГРЭС, использующей также челябинские угли [24, 25].
В международных исследованиях большое внимание уделяется проблеме выбросов ртути в атмосферу от ТЭС, негативному воздействию выбросов ртути на биосферу и на здоровье людей. Энергетики США и Западной Европы постоянно занимаются внедрением на энергетических котлах различных способов сокращения выбросов в атмосферу ртути. В 2000 г. американское Агентство по защите окружающей среды объявило о подготовке законодательного ограничения по выбросам ртути. В соответствии с этим законом выбросы ртути на угольных ТЭС должны быть снижены на 90% [26]. К сожалению, в России не принимаются меры по защите окружающей среды от негативного воздействия выбросов в атмосферу ртути от угольных ТЭС.
По [26] «с учетом рассеивания (при наличии высоких дымовых труб угольных ТЭС) концентрация ртути, выбрасываемой в атмосферу с дымовыми газами, в приземном воздухе оказывается сравнительно низкой и не создает угрозы здоровью человека, но атмосферная ртуть возвращается на землю с дождями, снегом и сухой пылью. Оказываясь в реках и озерах, она переходит в метилртуть и попадает в рыбу. Употребление такой рыбы в пищу оказывает влияние на здоровье человека, причем группой максимального риска оказываются женщины в детородном возрасте. Метилртуть, попадая через пищевые цепочки, вызывает неврологические заболевания, негативно влияет на сердечно-сосудистую систему человека».
Приведенные данные подтверждают оценку известного российского геохимика Я.Э. Юдовича [27]: «уголь нельзя рассматривать только как энергоноситель: это комплексное полезное ископаемое, и комплексное «вредное ископаемое», которое при использовании приводит к значительным негативным воздействиям на биосферу и здоровье людей». Вышеизложенные данные дают основание для утверждения, что угольные бассейны обладают высоким ресурсным потенциалом как источник ценного минерального сырья. Промышленное освоение этого сырья на территории угольных бассейнов и ТЭС позволит не только получить ряд ценных элементов для экономики, но и существенно улучшить экологическую обстановку в этих регионах.
Российские угольные ТЭС становятся постоянным источником загрязнения микроэлементами окружающей среды. Это происходит в результате концентрирования большого количества микроэлементов в золошлаковых отвалах и в выбросах ТЭС. Негативное воздействие микроэлементов на окружающую среду и здоровье населения происходит при прохождении газового шлейфа ТЭС через населенные пункты, выпадении не уловленной части золы на почву и дальнейшей миграции микроэлементов по пищевым цепочкам в организмы человека и животных. Снизить негативное воздействие микроэлементов на население, проживающее в районах расположения ТЭС, способен хорошо организованный контроль как за содержанием микроэлементов в углях, так и за содержанием таких элементов в летучей золе угольных ТЭС. Для этого на российских ТЭС необходим переход от использования существующих электрофильтров к высокоэффективным золоуловителям, способным эффективно улавливать субмикронные частицы.
Наряду с низкой эффективностью золоулавливающего оборудования, одной из главных причин больших выбросов летучей золы со значительным количеством микроэлементов следует считать использование «низкокачественных российских энергетических углей, потребление которых составляет около 90% суммарного ежегодного объема угольного топлива на ТЭС. Обогащенные угли на ТЭС как не поставлялись раньше, так не поставляются и сейчас» [28].
Для достижения целей развития современной электроэнергетики России необходимо добиваться поставки на ТЭС обогащенных углей с зольностью, уровень которой отвечал бы мировым экологическим стандартам (5–15%). Еще один барьер на пути развития отечественной экологически эффективной угольной генерации – низкий уровень утилизации золошлаковых отходов ТЭС. Золоотвалы стали символом технической отсталости и низкой экономической эффективности угольных ТЭС. Как отмечается [28], «золошлаковые отвалы угольных российских ТЭС накоплены в огромном количестве – 1,5 млрд т. Ежегодно утилизируется и используется не более 8% (2,1 млн т) выхода золошлаковых отвалов. В отличие от России в Германии и Дании в производстве стройматериалов используется до 100% годового выхода золошлаковых отвалов. В Германии в настоящее время запрещено иметь золошлакоотвалы».