WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Футорянский Леонид Дмитриевич

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОПТИМАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ЗОЛОШЛАКООТВАЛОВ ТЭС

В ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ СРЕДНЕГО УРАЛА

Специальность 25.00.36 – Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель – доктор геолого-минералогических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ

Грязнов Олег Николаевич

Официальные оппоненты:

  1. Доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник

Расулов Ариф Таджаддин-оглы,

ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

  1. Кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Новиков Виталий Прокофьевич,

ФГУ «ТФИ по Уральскому федеральному округу»

Ведущая организация – ГОУ ВПО «Томский политехнический университет»

Защита диссертации состоится «19» июня 2008 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, ауд. 3326)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «____» __________ 2008 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета _____________________ А.Б. Макаров

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Многие страны мира, в том числе и Российская Федерация, для получения электрической энергии используют тепловые электростанции (ТЭС), топливом на которых являются каменные и бурые угли.

На территории Свердловской области, занимающей значительную часть Среднего Урала, эксплуатируется более десятка ТЭС, некоторые из них, такие как Рефтинская ГРЭС, являются крупнейшими в стране.

Топливом на ТЭС Среднего Урала является низкосортный каменный уголь экибастузского бассейна, зольность (содержание минеральных примесей) которого достигает 40 – 43 %. Технологией предусматривается сжигание угля в пылевидном состоянии и последующее удаление отходов производства – золы и шлаков – посредством гидротранспорта в накопители – золошлакооотвалы (ЗШО).

Утилизация отходов ТЭС – одна из актуальных проблем современности. В настоящее время в целом по стране утилизируется не более 5 – 10 % золошлакового материала в различных отраслях строительства и промышленности. Оставшееся количество хранится в ЗШО без использования. При этом накопление золошлаков не прекращается, а, с учётом возрастающих потребностей в электроэнергии и недостаточных темпов развития других источников её производства, можно предположить увеличение количества складируемых золошлаковых отходов.

Известно, что даже при нормальной эксплуатации ЗШО имеют место проявления неблагоприятных геоэкологических процессов и явлений, нарушающих экологическое равновесие в районах их размещения. Известны случаи развития аварийных ситуаций на ЗШО ТЭС, проявление которых наиболее контрастно отражается на экологической обстановке района.

В условиях Среднего Урала при штатных и аварийных ситуациях наиболее уязвимы почвы, грунты и природные воды районов размещения ЗШО ТЭС. В целом строительство и эксплуатация ЗШО наносит серьёзный экологический ущерб.

Прогнозирование характера и степени воздействия ЗШО ТЭС на окружающую среду затруднено в связи с недостаточной изученностью самих золошлаковых отходов как источника аэрогенного и гидрогенного загрязнения её компонентов и условий техногенной трансформации среды.

Цель исследований – изучение взаимодействия ЗШО ТЭС и окружающей среды, последствий их эксплуатации в природных условиях Среднего Урала и разработка критериев оценки геоэкологической опасности размещения проектируемых ЗШО.

Идея работы заключается в том, что накопители золошлаковых отходов, расположенные в различных физико-географических, зонально-климатических и геолого-гидрогеологических условиях, воздействуют на окружающую природную среду с одинаковым характером, но с различной интенсивностью, обусловленной комплексом природных и техногенных факторов, определяемых условиями площадки размещения ЗШО и его техническими параметрами.

Задачи исследований определяются их целевым назначением и включают:

  1. Анализ природных условий Среднего Урала – характеристика орографических, климатических, гидрологических и геолого-гидрогеологических условий.
  2. Обобщение материалов по составу и свойствам золошлаковых отходов как источника загрязнения окружающей природной среды.
  3. Исследование последствий эксплуатации ЗШО ТЭС на Среднем Урале с оценкой состояния почв, грунтов и природных вод в районах их размещения.
  4. Разработка критериев прогнозной оценки геоэкологической опасности размещения ЗШО ТЭС.

Исходный материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положены материалы, собранные автором в период обучения в очной аспирантуре Уральского государственного горного университета в 2003 – 2005 годах и работы в ОАО «Уральская гидрогеологическая экспедиция» в 2000 – 2002, 2006 – 2008 годах. Теоретической и методологической основой работы является комплексный подход к изучению и оценке состояния окружающей природной среды, базирующийся на полувековом опыте эксплуатации ЗШО ТЭС Среднего Урала, отражённом в производственных отчётах, материалах инженерно-геологических изысканий, материалах ОВОС, представляемых на экологическую экспертизу, в опубликованных работах, затрагивающих различные аспекты исследований на действующих и рекультивированных ЗШО, а также в разделах ОВОС по оценке воздействия ЗШО ТЭС на поверхностную и подземную гидросферу, разработанных при личном участии автора.

Исследования проведены с использованием современных методов сбора, обобщения и анализа материалов, моделирования на основе компьютерных технологий.

Научная новизна работы заключается в том, что реализация задач исследований позволила:

    • обобщить и систематизировать данные об эколого-геологических последствиях эксплуатации ЗШО ТЭС в условиях Среднего Урала;
    • выявить характер и степень воздействия ЗШО ТЭС на почвы, грунты и природные воды в районах их размещения;
    • доказать зависимость состояния окружающей природной среды в районах размещения ЗШО ТЭС от природных условий площадки и технических параметров накопителя;
    • разработать частную классификацию природных и техногенных факторов, определяющих геоэкологическую опасность размещения ЗШО ТЭС в природных условиях Среднего Урала.

На защиту выносятся следующие научные положения.

  1. Химический состав и физические свойства зол и шлаков тепловых электростанций Среднего Урала обусловливают характер и интенсивность геоэкологического воздействия золошлакоотвалов на компоненты окружающей среды.
  2. Природные условия Среднего Урала, технические характеристики золошлакоотвалов тепловых электростанций определяют трансформацию гидродинамического и гидрохимического режимов поверхностных и подземных вод и пылевое загрязнение прилегающих территорий.
  3. Совокупность природных и техногенных факторов, в их численном выражении отражающих геоэкологические характеристики золошлакоотвалов тепловых электростанций, позволяет предложить геоэкологические критерии оценки их оптимального размещения в природных условиях Среднего Урала.

Практическая значимость работы заключается в разработке геоэкологических критериев оценки опасности размещения ЗШО ТЭС в условиях Среднего Урала, позволяющих в комплексе объективно оценить необходимость и достаточность проектных решений на ранних стадиях проектирования при выборе варианта размещения.

Личный вклад автора.

Лично автором или при его непосредственном участии выполнены:

  • постановка задач исследований;
  • анализ опубликованных и фондовых источников по природным условиям Среднего Урала;
  • обобщение материалов по составу и свойствам золошлаковых отходов уральских ТЭС;
  • исследование последствий эксплуатации ЗШО ТЭС на Среднем Урале, включая непосредственное участие в полевых и камеральных работах по оценке геоэкологической обстановки в районах размещения крупнейших ТЭС, при разработке разделов ОВОС по оценке воздействия ЗШО на поверхностные и подземные воды;
  • разработка критериев прогнозной оценки геоэкологической опасности размещения ЗШО ТЭС в условиях Среднего Урала.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объёмом корректного фактического материала, использованием полученных автором выводов и рекомендаций при разработке разделов ОВОС на крупнейших в регионе ЗШО ТЭС – Рефтинской, Верхнетагильской и Серовской ГРЭС.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-методической конференции «Тенденции и перспективы развития гидрогеологии, инженерной геологии в условиях рыночной экономики России. XI Толстихинские чтения» (2004 г., Санкт-Петербург), Молодёжной научно-практической конференции «Уральская горнопромышленная декада» (2004, 2005, 2006 гг., Екатеринбург), XVIII Всероссийском совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (2006 г., Иркутск), на совещании «Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий» (2007 г., Екатеринбург).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ, в т.ч. 1 статья в издании из перечня ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения общим объёмом 195 страниц машинописного текста, содержит 20 таблиц, 29 иллюстраций и список литературы из 131 наименования.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, докт. геол.-минерал. наук, заведующему кафедрой гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии О.Н. Грязнову, доценту, канд. геол.-минерал. наук, ведущему гидрогеологу Свердловской гидрогеологической партии ОАО «Уральская гидрогеологическая экспедиция» С.Н. Елохиной за неоценимую помощь на всех этапах подготовки диссертации, начальнику Свердловской гидрогеологической партии Уральской гидрогеологической экспедиции А.А. Арзамасцеву, главному технологу гидротехнических сооружений ОАО «Инженерный центр энергетики Урала» института УралТЭП В.А. Пайкову, коллегам, сотрудникам Свердловской гидрогеологической партии УГГЭ за помощь, оказанную при оформлении работы.

Содержание работы

В первой главе диссертации рассмотрено современное состояние проблемы утилизации и складирования золошлаковых отходов ТЭС на Среднем Урале. Дан обзор наиболее крупных объектов на территории Свердловской области. Выполнен анализ ранее проведённых исследований, охарактеризовано современное состояние уровня исследований золошлаковых отходов ТЭС.

Во второй главе работы приведена характеристика природных (физико-географических, климатических, геолого-гидрогеологических и инженерно-геологических) условий Среднего Урала, рассмотрены геологическое строение и гидрогеологические условия Среднего Урала.

В третьей главе рассматриваются геохимические и инженерно-геологические свойства зол и шлаков ТЭС. Выделены основные показатели, определяющие загрязняющее воздействие отходов ТЭС, работающих на экибастузских углях. Приведена краткая характеристика физико-механических свойств зол и шлаков ТЭС как показатель устойчивости ограждающих дамб ЗШО, возводимых на зольном основании, и, следовательно, опасности их разрушения.

В четвертой главе рассмотрены конструктивные особенности ЗШО Среднего Урала, дана характеристика типовых объектов по природным условиям площадок размещения. Приведены примеры трансформации окружающей среды в районах размещения действующих и законсервированных ЗШО, характер и степень их воздействия на почвы, грунты и природные воды в различных природно-техногенных условиях.

В пятой главе рассмотрены факторы, определяющие геоэкологическую опасность размещения ЗШО ТЭС в природных условиях Среднего Урала, и разработаны геоэкологические критерии оптимального размещения ЗШО.

Защищаемые научные положения.

  1. Химический состав и физические свойства зол и шлаков тепловых электростанций Среднего Урала обусловливают характер и интенсивность геоэкологического воздействия золошлакоотвалов на компоненты окружающей среды

В результате термической обработки минеральной составляющей экибастузского угля происходит преобразование его гранулометрического, фазово-минералогического и геохимического (микрокомпонентного) состава.

Химический состав сухой золы экибастузских углей, используемых на Уральских ТЭС, на макрокомпонентном уровне представлен, главным образом, оксидами кремния и алюминия. Микрокомпонентный состав обусловлен 22 элементами, среди которых титан, барий, селен, цинк, марганец, цирконий, фтор, медь и ванадий характеризуются концентрациями, значительно превосходящими их кларковые содержания в осадочных породах.

Механизм воздействия ЗШО ТЭС на окружающую среду представляется следующим образом (рис. 1).

Аэрогенный вынос золошлакового материала обусловливает загрязнение приземного слоя атмосферы, а ассимиляция твёрдых частиц на прилегающей территории приводит к загрязнению почв и грунтов зоны аэрации.

Инфильтрационным потоком происходит вторичное загрязнение подземных вод подвижными в данных средах компонентами, а разгрузка подземного потока в естественные дрены вызывает загрязнение поверхностного стока. Загрязнение поверхностных водных объектов за счёт разгрузки подземных вод в водотоки и водоёмы, а также аэрогенный привнос золошлакового материала оцениваются как второстепенные.

Рис. 1. Принципиальная схема воздействия золошлакоотвалов ТЭС

на окружающую природную среду

Наиболее значимое загрязнение поверхностные водные источники получают вследствие прямого сброса без очистки зольных вод в естественные водотоки.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»