ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО СКЛАДИРОВАНИЯ ОТХОДОВ ТЭС

Тихонова А.И.

Источник: Материалы VIII научно-технической конференции аспирантов и студентов, Т.1 – Донецк, ДонНТУ – 2009, с. 49-50

Значительную долю (67,5%) в энергетическом комплексе страны составляют теплоэлектростанции (ТЭС). Они оказывают значительное негативное воздействие на состояние всех элементов окружающей природной среды. Это, прежде всего, химическое загрязнение, связанное со значительными выбросами в атмосферу таких загрязнителей, как оксиды азота, углерода, диоксид серы, зола и др., загрязнение гидросферы органическими и взвешенными веществами, поступающими со сточными водами; различные виды физических воздействий, таких как тепловое и акустическое.

Кроме того, деятельность теплоэлектростанций связана с образованием большого количества отходов различных классов опасности, значительную часть которых составляют золошлаковые отходы (ЗШМ). Для строительства золоотвалов и их инженерной инфраструктуры (золопроводов, насосных станций и пр.) требуются отведения и нарушения больших площадей земельных угодий. Хранение ЗШМ вызывает попадание растворов из чаш золоотвалов в поверхностные и грунтовые воды с их последующим насыщением, пыление золы с поверхности чаш золоотвалов, особенно при накоплении значительного их количества и завершении исчерпания свободных емкостей на золоотвале.

В настоящее время на семи теплоэлектростанциях Донецкой области (Кураховской, Старобешевской, Углегорской, Мироновской, Славянской, Зуевской и Краматорской) накоплено более 146 млн. тонн золошлаковых отходов, под золошлакоотвалы занято около 1,5 тыс. га территории, при этом значительная их часть находится на грани исчерпания свободной емкости. В связи с этим, чрезвычайную актуальность приобретает проблема усовершенствования системы обращения с отходами ТЭС. Для решения этой задачи был предпринят комплексный анализ существующих в мировой практике методов утилизации золошлаковых отходов на предмет возможности их применения на ТЭС Донецкой области.

В результате анализа данных по химическому и минералогическому составу золошлаков был сделан вывод о том, что они во многом идентичны природному минеральному сырью. ЗШМ содержат оксиды ряда таких элементов, как кремний, алюминий, кальций, железо, магний, натрий, калий, а также микрокомпоненты, содержание которых менее 0,1% масс. К последним относятся германий, галлий, ванадий, титан, стронций, скандий, литий, молибден, бериллий, кобальт, цирконий, хром, никель, золото, серебро, редкоземельные металлы (лантан, иттрий, иттербий).

Поскольку себестоимость получения редких металлов из зол на 60% ниже, чем их извлечение из промышленных руд, то перспективным является использование их в металлургической промышленности. В процессе фракционирования золошлаковых материалов возможно выделять магнитные микросферы, применяемые в металлургии, приборостроении, радиотехнике и электронике.

Широки перспективы использования золошлаков в строительной индустрии (производство цемента, кирпича, изделий из ячеистого бетона, шлакоблоков, легких заполнителей, рубероида, керамзита), в строительстве дамб золошлакоотвалов, строительстве и ремонте дорог. За счет использования ЗШМ экономится до 30% цемента и более половины природных заполнителей, снижается теплопроводность бетонов, уменьшается масса зданий и сооружений. Разработано более ста технологий изготовления различных бетонов с использованием золы и шлаков. В легких бетонах зола используется в виде заполнителя взамен кварцевого песка и как добавка к вяжущей компоненте, применяется в ограждающих конструкциях и для снижения массы несущих конструкций. При уменьшении массы бетона на 10% стоимость конструкции снижается в среднем на 3%. ЗШМ ТЭС находят применение в дорожном строительстве. Для экономии дефицитного цемента при устройстве оснований дорожных одежд применяются смеси с использованием отходов теплоэнергетики.

Одним из самых золоемких направлений в производстве строительных материалов является изготовление керамического кирпича, камней и блоков. Изготовление строительного кирпича из золы не требует разработки глиняных карьеров, перевозки, многомесячного выдерживания сырья в запасниках. На кирпичных заводах за счет использования золы экономится до 20% топлива, повышается качество продукции. В ходе анализа результатов гамма-спектрологических исследований золошлаков ТЭС Донецкой области установлено, что их суммарная удельная активность не превышает 370 Бк/кг, и был сделан вывод о том, что золошлаки подходят для всех видов строительства без ограничений. Зола ТЭС нашего региона, содержащая 15-25% оксида алюминия, является практически неисчерпаемым сырьем для получения коагулянта на основе оксихлорида алюминия, необходимого для очистки питьевых и сточных вод и глинозема. Шламы этого производства могут быть использованы для получения цемента и силикатного кирпича, при этом обеспечивается полное использование ЗШМ.

Высококальциевая зола находит применение в раскислении почв сельскохозяйственных угодий. В результате ряда проведенных исследований установлено, что зола ТЭС, имеющая в своем составе значительно меньше кальция и марганца, чем известь, влияет на кислотные почвы в не меньшей степени. Кроме того, после дополнительных исследований водомиграционного и транслокационного показателей золошлаков ТЭС Донецкой области установлено, что возможно использование их в качестве минерального удобрения. Возможности использования золы и шлаков в производстве сельскохозяйственных продуктов не ограничиваются мелиорацией почв. Существуют пути использования ЗШМ для очистки водоемов и выращивания питательной массы для корма рыбам.

Наиболее качественной для практического применения является зола-унос сухого отбора. Она обладает наиболее стабильными свойствами, ценными для получения строительных материалов.

Вместе с тем, на ТЭС Донецкой области для удаления золы и шлака в отвалы наиболее распространен способ гидроудаления. Однако влажные золошлаки, попадая в отвалы-накопители, быстро слеживаются и в значительной степени теряют свои потребительские свойства. По своим физико-химическим свойствам увлажненная зола в большинстве случаев не может быть использована в промышленности строительных материалов. Кроме того, на ТЭС, оборудованных мокрыми золоулавливателями, необходимо осуществлять сгущение и обезвоживание золы до 10-15% влажности.

Установками сухого золоудаления обеспечены только две ТЭС Донецкой области: Кураховская и Славянская. Поэтому необходимо все ТЭС оборудовать установками по сухому улавливанию золы (электрофильтрами, циклонами) и средствами сухого отбора золы.

В перспективе целесообразно рассмотреть возможность перехода и других ТЭС на хранение ЗШМ на насыпных золоотвалах.