CC BY
32Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТСХШЧ^КМ НАУКИ
2021 - 5.81
УДК 504.05
ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ОТ КОТЕЛЬНЫХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЗОНЫ БАЙКАЛЬСКОЙ ПРИРОДНОЙ ТЕРРИТОРИИ
ШАВАНОВ НИКОЛАЙ ДМИТРИЕВИЧ
Аспирант, ассистент кафедры «Техносферная безопасность», Иркутский государственный
университет путей сообщения, Иркутск, Россия
РУШ ЕЛЕНА АНАТОЛЬЕВНА
Д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Техносферная безопасность», Иркутский государственный университет путей сообщения, Иркутск, Россия
ПАНКОВ ПАВЕЛ ПАВЛОВИЧ
К.т.н., доцент, старший научный сотрудник, Забайкальский институт железнодорожного
транспорта - филиал ИрГУПС, Чита, Россия
КОНОВАЛОВА НАТАЛИЯ АНАТОЛЬЕВНА
Д.т.н., доцент, ведущий научный сотрудник, Забайкальский институт железнодорожного
транспорта - филиал ИрГУПС, Чита, Россия
Аннотация. В настоящей статье представлены данные об образовании и накоплении золошлаковых отходов котельных Центральной экологической зоны Байкальской природной территории. Рассмотрены качественные и количественные характеристики котельных коммунального типа, рассчитан объём ежегодного образования золошлаковых отходов от коммунальных котельных по административным районам Иркутской области, выделены районы с наибольшим накоплением отходов, определён удельный показатель образования золошлаков на душу населения и виды энергоресурсов коммунальных предприятий. Рассмотрены приоритетные направления обращения с твердыми отходами производства, согласно законодательным актам Российской Федерации, регламентирующие природоохранную, производственную и хозяйственную деятельность на данной территории вблизи озера Байкал. Детально рассмотрены котельные коммунального типа Слюдянского района Иркутской области, работающие на органическом топливе. Проанализирован возможный перевод котельных коммунального типа на иные энергоресурсы, перенос объектов размещения отходов за пределы границ центральной экологической зоны, а также качество функционирующего оборудования по очистке отходящих газов на примере превалирующего вида предприятий по мощностным характеристикам - коммунальных котельных малой мощности (2-5 Гкал/ч). Показано, что переполнение имеющихся отвалов зол и шлаков создает риск снижения мощности котельных и вывода их из экономического и энергетического баланса. Показана актуальность прямого крупнотоннажного использования зол и шлаков в качестве дисперсного минерального сырья в строительной индустрии, в частности в составах композиционных материалов при строительстве железнодорожного пути для его усиления и теплоизоляции, что позволит снизить техногенную нагрузку на окружающую природную среду.
Ключевые слова: золошлаковые отходы, котельные, утилизация отходов, Центральная экологическая зона, Байкальская природная территория, техногенная нагрузка
Важнейшим вопросом природоохранной деятельности Российской Федерации является обезвреживание и утилизация отходов производства. Особо остро стоит вопрос утилизации золошлаковых отходов для освобождения имеющихся крупнотоннажных отвалов, являющихся объектами накопленного вреда и крайне негативно влияющими на окружающую природную среду [1,2]. Ежегодно в России образуются золошлаковые отходы в объёме до 40
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТСХШЧ^КМ НАУКИ
2021 - 5.81
млн т. Общее накопление продуктов сжигания угля на золоотвалах страны превышает 1,5 млрд т, а площади, используемые для их хранения занимают около 20 тыс. км2 [7-8].
Воздействию отходов от сжигания угля подвергаются все компоненты природной среды. Наиболее нагружаемой является почва, обладающая депонирующими свойствами [9].
Образование золы и шлака связано с активной работой теплоэлектростанций. В результате их деятельности формируются отходы различных классов опасности, значительную часть из которых составляют золошлаковые отходы котельных. В настоящее время в Российской Федерации более 65% общего количества электрической и тепловой энергии поставляют именно теплоэлектростанции, работающие на органическом топливе [8,10-11]. Утилизация таких отходов на данный момент в России не превышает 5-10 % [2,5].
К основным параметрам классификации зол и шлаков относятся ее химический состав, фазовый минералогический состав, дисперсность и содержание несгоревших частиц углерода - потери при прокаливании [7].
По своим физико-химическим свойствам золошлаковые отходы являются неорганическим дисперсным наполнителем, который может заменить собой природные вещества в составах композиционных материалов [1-3]. Данные композиты могут применяться в строительной индустрии, в частности в дорожном строительстве [4,10].
Золошлаковые отходы могут быть эффективным исходным минеральным сырьем для получения дорожных цементогрунтов. Доказана эффективность комплексного подхода в направленном изменении физико-механических свойств минерального сырья, включающего использование полимерных добавок [16]. Разработана технология утилизации производственных отходов, основанная на их крупнотоннажном прямом использовании в составах дорожных цементогрунтов, оснований дорожных одежд, площадок различного назначения. Методом биотестирования выявлено, что разработанные дорожные цементогрунты не оказывают острого токсичного действия на тест-объекты (Daphnia magna Straus и Chlorella vulgaris Beijer) и безопасны для здоровья человека и окружающей среды
[17].
Себестоимость таких композитов может быть на 15-30% меньше материалов на основе базового сырья. Из этого следует, что применение золошлака котельных в качестве сырья позволит снизить техногенную нагрузку на прилегающие территории отвалов, а также добиться положительного экономического эффекта [8,12].
В качестве объекта исследования выбраны золошлаковые отходы коммунальных котельных Центральной экологической зоны Байкальской природной территории (далее -территория), которая выделена в соответствии с федеральным законом «Об охране озера Байкал» [12].
В центральной зоне, которая включает озеро Байкал, его водоохранную зону, ООПТ установлены наиболее суровые требования природоохраны. Постановлением Правительства РФ от 31.12.2020 №2399 утвержден перечень видов деятельности, который запрещает осуществлять складирование, захоронение и обезвреживание вновь образующихся отходов различных классов опасности (I-V) за пределами специально оборудованных мест размещения отходов, а также обезвреживание отходов производства и потребления путем сжигания выбросов без очистки до нормативных показателей.
Особое внимание уделено проблеме рационального сбора и утилизации отходов, образующихся в муниципальных образованиях рекреационной зоны побережья озера, методам улучшения санитарно-гигиенического состояния рекреационных зон. Остро стоит проблема совершенствования системы управления отходами - сбором, хранением и утилизацией [13].
В границах рассматриваемой зоны представлены теплоисточники различной мощности. В общей сложности на территории функционируют 98 котельных коммунального типа, 66 из которых - работают на угле, 19 - на электричестве, 9 - на дровах, 3 - на газе и 1 - на мазуте [6].
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2021 - 5.81
Мощностные характеристики всех территориальных котельных оцениваются в 441,5 Гкал/ч. Преобладающими на территории являются котельные малой мощности (до 2-5 Гкал/ч), образование отходов от которых составляет около 60% от общего числа образующихся золошлаков. Внушительная часть таких котельных сконцентрирована в южной и северной частях экологической зоны (рис. 1).
а б
Рис. 2. Отвалы золошлаковых отходов коммунальных котельных г. Слюдянка (а - отвал №1, б - отвал №2, фото автора, апрель 2023)
Данные котельные обеспечивают теплом три района Иркутской области и пять районов Республики Бурятия, как субъектов Российской Федерации, имеющих в своем составе границы рассматриваемой территории. Основным энергоресурсом для котельных является уголь, который обрабатывается в объёме около 300 тыс. т угля в год.
Проблемным является качество оборудования котельных малой мощности для очистки отходящих газов, которое является достаточно низким (рис. 2) [6].
Рис. 2 Очистное оборудование для золошлакоулавливания и очистки
отходящих газов коммунальных котельных г. Слюдянка (а - общий вид, б - образование золы уноса, фото автора, апрель 2023)
Информация по расходу энергетических ресурсов в данных по состоянию на 2018 год представлена в табл. 1.
Таблица 1
Характеристика котельных коммунального типа территории
Наименование топлива Количество котельных, шт. Суммарная мощность, Гкал/ч Затраты энергетического носителя
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 2021 - 5.81
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Уголь 66 398 297 тыс. т
Электрическая 19 18 20 млн кВт/ч
энергия
Дрова (в том числе 9 6 6 тыс. м3
щепа)
Прочие (газ, мазут) 4 19,5 2 тыс. т
ВСЕГО 98
659
Стоит отметить, что наряду с коммунальными котельными золошлаковые отходы образуются при работе промышленных предприятий, в том числе железнодорожного транспорта. 10% котельных Российской Федерации относится именно к железнодорожному транспорту. По данным дирекции по тепловодоснабжению ОАО «РЖД» стандартная железнодорожная котельная вагоноремонтного депо образует около 10 т золошлаковых отходов ежедневно, что даёт право утверждать об образовании более чем 3,5 тыс. т золошлаков от каждой железнодорожной котельной в год.
Образование внушительного количества золошлаковых отходов имеет тенденцию существенного роста в будущем, что способствует устойчивому накоплению твердых отходов - золошлаков [2,4].
Анализируя количество золошлаковых отходов от коммунальных котельных в границах экологической зоны, виден устойчивый показатель массового образования золошлаков в районах гг. Байкальск, Слюдянка, Северобайкальск. Их количество превышает более 10 тыс. т по каждому из городов ежегодно. В других населённых пунктах по всему побережью озера Байкал золошлаки образовываются в количестве от 2 до 5 тыс. т в год [2]. Рассматриваемая территория практически не имеет площадей, на которых отсутствует образование золошлаковых отходов. Удельный показатель образования золошлаков на душу населения в гг. Байкальск, Слюдянка и Северобайкальск превышает 3 т на 1 чел. в год [6].
Объем золошлаков от всех коммунальных котельных территории оценивается в 60-70 тыс. т/год. Только в Слюдянском районе Иркутской области располагается 15 угольных котельных коммунального типа - в гг. Слюдянка (8 шт.), Култук (4 шт.), Байкальск (1 шт.), Утулик (1 шт.), Ангасолка (1 шт.). На рисунке 3 «белым значком» показаны котельные, работающие на угле.___ ___
'ft* • > Я*
mpaR^i
вам
. .
иГГЧ Г* и я ..-"] В - ' , ____|1|.^н«лм* т -«г
■v. Google Earth П, - -.......с
Рис. 3. Графическое представление расположения котельных в границах территории, в частности угольные котельные Слюдянского района Иркутской области [12]
Активное использование угля ведет к загрязнению воздуха и переполнению полигонов золошлаковыми отходами, что противоречит основным требованиям экологической безопасности на рассматриваемой территории [14].
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТСХШЧ^КМ НАУКИ
2021 - 5.81
Общий объем золошлаковых отходов от котельных коммунального типа, расположенных в пределах экологической зоны оценивается в 79,76 тыс. т. в год (табл. 2). Наибольший объем золошлаков приходится на южную часть территории (Слюдянский и Кабанский районы) - 49,06 тыс. т (61% от общего количества отходов) и на северную (СевероБайкальский район и г. Северобайкальск) - 28,35 тыс. т (36% от всех золошлаковых отходов) [6].
Таблица 2
Проектное количество золошлакоотвалов от котельных коммунального типа по административным районам территории, тыс. т/год
Административный район Количество золошлаковых отходов, тыс. т/год
Слюдянский 46,00
г. Северобайкальск 22,02
Северо-Байкальский 6,33
Кабанский 3,06
другие 2,35
ИТОГО 79,76
Приоритетным направлением обращения с отходами производства в России в период до 2030 года являются их утилизация и обезвреживание с получением энергии тепла. Кроме того, в Российской Федерации разработана государственная программа «Энергоэффективность и развитие энергетики», в которой указаны основные показатели использования золошлаковых отходов в целях промышленности до 2030 года [7].
Неприоритетным направлением является размещение отходов производства на объектах размещения отходов, внесенных в государственный реестр объектов размещения отходов и имеющих лицензии на данный вид деятельности. На остальных объектах -санкционированных и несанкционированных свалках размещение любых отходов запрещено.
В настоящее время в связи с отсутствием земельных участков и невозможностью их перевода в земли других категорий на данной территории сложно создать современную инфраструктуру для переработки и утилизации отходов с минимальным негативным воздействием на уникальную природу озера Байкал [13].
Выполняя требования Водного кодекса РФ, перенос площадок под строительство объектов размещения отходов за пределы водоохранной зоны озера Байкал приведет к многократному увеличению транспортных издержек предприятий жилищно-коммунального хозяйства и коммунальных затрат граждан.
Запрет на перевод земель лесного фонда, занятых защитными лесами в земли других категорий, за исключением перевода таких земель в земли особо охраняемых территорий и объектов при них, является одним из основных ограничивающих факторов, который препятствует социально-экономическому развитию территории.
В границах рассматриваемой территории запрещено строительство новых котельных и тепловых электростанций, работающих на угле.
Возможным решением проблемы может стать переход на альтернативные источники энергии. Позитивным примером могут служить перевод некоторых котельных отдельных предприятий Забайкальской железной дороги на станциях Харагун, Забайкальск, Харанор, Даурия, Адриановка и Карымская на электротермию. В//рамках перевода котельных с органического топлива были установлены электрические котлы марок ЭП3, ЭВПМ, а также вихревые индукционные нагреватели. Несколько котлов на угле были демонтированы, некоторые - оставлены в резерве. Также была выполнена замена 16 единиц оборудования пылегазоочистки на новое на 12-ти котельных в Забайкальском крае на станциях Читинского территориального участка ЗабЖД.
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2021 - 5.81
Но подобное внедрение в границах рассматриваемой территории не может быть выполнено оперативно или выполнено вовсе, ввиду жесткого регламента ведения производственной и хозяйственной деятельности вблизи озера Байкал. Из числа наилучших доступных технологий применительно к данным условиям целесообразным является вовлечение золошлаковых отходов в производство дорожно-строительных материалов.
Наряду с утилизацией в строительной индустрии экологический эффект от применения природоохранных технологий может быть достигнут при установке более качественного оборудования очистки отходящих газов на существующих котельных малой мощности [15]. Модернизация золоулавливающих устройств угольных котельных должна обеспечивать показатели степени очистки от твердых частиц до 80-85 %.
Представленные результаты свидетельствуют об острой необходимости решения задачи обезвреживания золошлаковых отходов от котельных в пределах Центральной экологической зоны Байкальской природной территории. Ежегодное образование тысяч тонн отходов и их последующая утилизация должны являться приоритетом для природоохранной деятельности государства. Переполнение золоотвалов создает риск снижения мощности котельных и вывода их из энергетического и экономического баланса. Использование золошлаков в качестве дисперсного минерального сырья в составах строительных композиционных материалов позволит снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и получить положительный экономический эффект. Одним из возможных вариантов вовлечения золошлаков в составы новых материалов является создание плит для усиления и теплоизоляции земляного полотна железнодорожного пути на участке Слюдянка - Мысовая.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бурганова, Ф. И. Комплексный метод утилизации золошлаковых отходов тепловых электростанций и котельных / Ф. И. Бурганова, А. Р. Шайхутдинова, Л. О. Зверев - Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2019. - С. 202-206.
2. Истомина, К. Р. Возможные технологии использования золы уноса / К. Р. Истомина, А. М. Бургонутдинов, К. А. Хусаинова // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. -2022. - № 1. - С. 36-44.
3. Проблемы токсичности золошлаковых отходов / Б. С. Ксенофонтов, И. А. Буторова, А. С. Козодаев [и др.] // . - 2017. - Т. 21, № 2. - С. 4-9.
4. Производство строительных материалов на основе золошлаковых отходов алматинской ТЭЦ-2 / С. В. Гладышев, Р. А. Абдулвалиев, Р. И. Саяхов [и др.] // . - 2016. - № 3(298). - С. 102-108.
5. Мальчик, А. Г. Исследование технологии переработки золошлаковых отходов ТЭС при производстве строительных материалов / А. Г. Мальчик, С. В. Литовкин, П. В. Родионов // Современные наукоемкие технологии. - 2016. - № 3-1. - С. 60-64.
6. Расчетное количество образования золошлаковых отходов от коммунальных котельных / И. Ю. Иванова, Е. П. Майсюк, Р. А. Иванов [и др.] // Атлас Байкальский регион: общество и природа: Научно-справочное издание. - Иркутск: Институт географии им. В.Б. Сочавы Сибирского отделения Российской академии наук, 2021. - С. 187-188.
7. Истомина, К. Р. Возможные технологии использования золы уноса / К. Р. Истомина, А. М. Бургонутдинов, К. А. Хусаинова // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. -2022. - № 1. - С. 36-44.
8. Фукс, С. Л. Анализ перспектив применения золы уноса в качестве геополимера / С. Л. Фукс, Т. А. Мусихина, С. В. Хитрин // Общество. Наука. Инновации (НПК-2018) : Сборник статей XVIII Всероссийской научно-практической конференции: в 3 томах, Киров, 02-28 апреля 2018 года / Вятский государственный университет. Том 2. - Киров: Вятский государственный университет, 2018. - С. 1031-1036.
9. Дахова, Е. В. Оценка фитотоксичности золошлаковых отходов от котельных малой мощности и индивидуальных отопительных систем на примере пгт. Шахтерск Сахалинской
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2021 - 5.81
области / Е. В. Дахова, Л. П. Майорова, А. И. Лукьянов // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. - 2022. - Т. 30, № 3. -С. 280-291.
10. Мингалеева, Г. Р. Эффективный способ удаления и утилизации золошлаковых отходов малых энергетических объектов / Г. Р. Мингалеева, Э. В. Шамсутдинов, Ю. В. Караева // Экология и промышленность России. - 2012. - № 8. - С. 23-25.
11. Черенцова, А. А. Оценка золошлаковых отходов как источник загрязнения окружающей среды и как источник вторичного сырья / А. А. Черенцова, С. М. Олесик // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2013. - № S3. - С. 230-243.
12. Иванов, Р. А. Особенности визуализации результатов решения пространственных задач оценки экологичности коммунальной энергетики / Р. А. Иванов, И. Ю. Иванова, Е. П. Майсюк // Актуальные вопросы аграрной науки. - 2019. - № 32. - С. 53-62.
13. Корсунова, Т. М. Проблемы управления отходами в центральной экологической зоне Байкальской природной территории / Т. М. Корсунова, И. В. Нимаева, Б. Д. Дараев // Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства : IV международная научная экологическая конференция (с участием экологов Азербайджана, Армении, Беларуси, Германии, Грузии, Казахстана, Киргизии, Латвии, Ливана, Молдовы, Приднестровья, России, Словакии, Узбекистана и Украины), Краснодар, 24-25 марта 2015 года. Том 2. - Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет, 2015. - С. 409-412.
14. Макаренко, Е. Л. Оценка образования отходов лесозаготовки и деревообработки в центральной экологической зоне байкальской природной территории / Е. Л. Макаренко // Успехи современного естествознания. - 2020. - № 5. - С. 63-69.
15. Эколого-экономическая эффективность применения альтернативных энергетических технологий для снижения антропогенной нагрузки в центральной экологической зоне байкальской природной территории / И. Ю. Иванова, А. К. Ижбулдин, Т. Ф. Тугузова, Е. П. Майсюк // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. - 2020. - № 25-27(347-349). - С. 138-146.
16. Коновалова, Н. А. Использование золошлаковых отходов Забайкальского края для улучшения свойств грунтов при строительстве и ремонте инженерных сооружений / Н. А. Коновалова, Е. А. Корякина, П. П. Панков // Естественные и технические науки. - 2016. - № 5(95). - С. 23-29.
17. Панков, П. П. Изучение состава и свойств золошлаковых отходов ТЭС Забайкальского края для снижения антропогенного воздействия на окружающую среду / П. П. Панков, Н. А. Коновалова, Д. В. Бесполитов // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. - 2020. - Т. 28, № 2. - С. 131141.
