2809

оценка доли тяжелых металлов в исходном сырье для возможности управления потоками опасных компонентов. Анализ иностранных источников литературы показал, что в состав ряда добавок входят соединения тяжелых металлов (табл. 2).

Таблица 2

Добавки для полимеров, содержащие соединения тяжелых металлов [2, 3]

Табл. 2 показывает, что в большей степени добавки, в состав которых входят соединения тяжелых металлов, – пигменты, обеспечивающие цветность полимерной продукции. Часть добавок также являются стабилизаторами, но в качестве стабилизаторов они применяются преимущественно в изделиях из ПВХ, содержание которого во вторичном топливе из ТКО ограничено из-за высокого содержания хлора.

41

При повторном производстве нового изделия из вторичных полимеров, помимо уже содержащихся добавок, для придания заданных свойств вводятся новые, что приводит к увеличению содержания тяжелых металлов в готовой продукции из вторичного сырья по сравнению с продукцией, произведенной из первичных ресурсов [3]. Многократные циклы переработки, с одной стороны, позволяют экономить ресурсы и обеспечивают снижение захораниваемых отходов, с другой – приводят к износу материала и необходимости его термической утилизации, к моменту которой тяжелые металлы в составе полимеров накапливаются и могут стать причиной ненормативных токсичных выбросов.

Ввиду особенности свойств минеральных компонентов для части добавок нет более безопасных альтернатив, но при этом их использование разрешено только в ограниченном типе продукции (например, только для наружной отделки); некоторые добавки запрещается использовать при производстве упаковок для пищевой продукции и игрушек [4]. Однако такие ограничения не снижают вероятности попадания изделий, содержащих тяжелые металлы, в состав вторичного топлива из ТКО. Кроме того, многие добавки (например, пигменты на основе кадмия) используются для производства высококачественной продукции, которая отличается долгой продолжительностью срока использования. Соответственно, даже при запрете таких добавок изделия, произведенные ранее, будут некоторое время поступать на утилизацию, а содержание тяжелых металлов в них будет значительно превышать значение на этапе производства.

Управление потоками тяжелых металлов в составе вторичного топлива из ТКО должно осуществляться на этапе отбора компонентов топлива на основании полученных данных по идентификации потенциально опасных компонентов. В связи с тем что уровень загрязнения тяжелыми металлами формируют прежде всего окрашенные полимерные изделия, важно учитывать параметр цвета при получении потока вторичного топлива из ТКО. При этом современные технологии получения вторичного топлива, в частности автоматическая сортировка отходов, позволяют извлекать из целевого потока компоненты на основании их цвета, а также ПВХ, поэтому такая технология является предпочтительной при получении топлива из ТКО.

При получении вторичного топлива важно обеспечить минимальный уровень содержания вредных и токсичных веществ, неблагоприятно воздействующих на окружающую среду и здоровье человека,

42

для чего необходима идентификация основных источников опасности. В случае снижения доли токсичных веществ путем удаления потенциально опасных компонентов из целевого потока, вторичное топливо из ТКО может стать альтернативным энергоресурсом для традиционных твердых видов топлива в России, в результате чего снизится доля отходов, размещаемых в окружающей среде.

Список литературы

1.Screening Assessment for the Challenge Cobalt, Cobalt chloride, Sulfuric acid, cobalt (2+) salt (1:1), Sulfuric acid, cobalt salt [Электронный ресурс] // Environment Canada. – 2011. – URL: http://www.ec.gc.ca/ese-ees/ 8E18277B-457E-4073-8F27-EF5878648820/batch10_4substances%281% 29_en.pdf (дата обращения: 01.10.2015).

2.Sorensen P.L., Hansen E., Nilsson N.H. Hazardous substances in plastic materials // Report of Danish technological institute. – 2013. – P. 53–78.

3.Verlag C.H. Kunststoffe im Lebensmittelverkehr // Empfehlungen des Bundesinstitutes für Risikobewertung. Textsammlung auf Grund der amtlichen Bekanntmachungen. – 2012. – S. 1150–1180.

4.Material flow analysis of plastic products in Austria – emphasis on data uncertainties in consumption sectors and solid waste management / J. Feketitsch, H. Buchner, J. Lederer, D. Laner, J. Fellner. – Vienna, 2013.

Об авторах

Базылева Яна Вадимовна – аспирантка кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский поли-

технический университет, e-mail: bazylevajana@gmail.com.

Полыгалов Степан Владимирович – аспирант кафедры охра-

ны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: polyste17@mail.ru.

Ильиных Галина Викторовна – старший преподаватель кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: galina.perm59@yandex.ru.

43

УДК 504.054

В.М. Белокурова, П.В. Смольникова, Н.В. Карбаинова, Е.А. Волкова

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ ПРИ СЖИГАНИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Теплоэнергетическая отрасль оказывает комплексное негативное воздействие как на окружающую среду, так и на организм человека. Сжигание твердого топлива, по сравнению с экологически чистым природным газом, приводит к образованию большого количества вредных выбросов различного состояния и состава. Одним из современных эффективных мероприятий по снижению количества твердых выбросов, а также углекислого и сернистого газа, оксида азота, является сжигание угля в шлаковом расплаве.

Ключевые слова: теплоэнергетика, уголь, негативное воздействие, выбросы, оксид углерода, оксид азота, оксид серы, тепловое загрязнение, шлаковый расплав.

V.M. Belokurova, P.V. Smolnikova,

N.V. Karbainova, E.A. Volkova

ENVIRONMENTAL PROBLEMS IN POWER SYSTEM

WHEN BURNING SOLID FUEL

The heat power system makes complex adverse effect both on environment and on a human body. Burning of solid fuel, in comparison with environmentally friendly natural gas, leads to formation of a large number of harmful emissions of various condition and structure. One of the modern effective action to decrease number of solid emissions, also carbon and sulphurous dioxides, nitrogen oxide, is burning of coal in slag fusion.

Keywords: power system, coal, adverse effects, emissions, carbon oxide, nitrogen oxide, sulfur oxide, thermal pollution, slag fusion.

Роль теплоэнергетики в обществе является значимой, так как произведенная тепловая энергия используется для улучшения условий жизни человека, а также в различных отраслях промышленности. С ростом энергопотребления возникают вопросы не только рацио-

44

нального использования и поиска новых ресурсов, но и экологически чистого производства энергии. Теплоэнергетика является одним из источников негативного воздействия на человека и окружающую среду: атмосферу, гидросферу и литосферу. Три основные стадии, включающие, во-первых, добычу, переработку и транспортирование топлива, во-вторых, производство энергии в виде теплоты или электричества, в-третьих, транспортирование энергии и переработку отходов, оказывают неблагоприятное влияние на среду обитания человека

вкомплексе, на каждом этапе по-своему.

Внастоящее время в крупных городах в основном на тепловых электрических станциях (ТЭС), тепловых электрических централях (ТЭЦ) и котельных производится тепловая и электрическая энергия. Основными видами топлива являются твердое топливо (торф, угли (каменные, бурые), горючие сланцы), жидкое (мазут), газообразное (природный газ). Согласно энергетической стратегии России на период до 2030 года [1] должны быть проведены мероприятия по снижению удельных показателей загрязнения окружающей среды предприятиями топливно-энергетического комплекса, а также сфера угольной промышленности должна характеризоваться увеличением доли угля в то- пливно-энергетическом балансе страны, так как его запасы огромны по сравнению с запасами нефти и газа. Именно при сжигании твердого топлива, по сравнению с жидким и газообразным, образуется большое количество выбросов в виде твердых, жидких и газообразных веществ и соединений, поэтому рассмотрим аспекты негативного воздействия на окружающую среду и людей при сжигании углей.

Масштабность вредных выбросов зависит от мощности ТЭС, ТЭЦ и котельных, характеристики твердого топлива, способа его сжигания, степени технологической оснащенности и совершенства теплотехнического оборудования, уровня природоохранных мероприятий и других факторов.

Элементарный состав твердого топлива включает следующее содержание горючих веществ (углерод, водород, сера, кислород и азот) и негорючих (минеральные примеси) [2]. Процентное содержание данных элементов зависит от месторождения и сорта твердого топлива, что сказывается на количестве и составе продуктов сгорания. Основными вредными веществами, получаемыми в процессе полного и не-

полного сжигания угля, являются оксиды углерода СО, СО2, азота NO, NO2, серы SO2, SO3, сажа и зола, а также, в зависимости от особенно-

45

сти состава топлива, производные минеральных примесей топлива, такие как тяжелые металлы, оксиды металлов: железа, алюминия, магния, мышьяка, хрома, марганца, соединения кремния и кальция, сероводород, хлористый водород, формальдегиды, бензопирен и др. Исследования дымовых уходящих газов энергетических установок показали, что почти половина общего количества вредных веществ при сжигании угля приходится на оксиды углерода, до 20 % – на оксиды серы, около 8 % – на оксиды азота и до 20 % – на сажу, золу и производные минеральных примесей.

Углекислый газ поглощается растительностью в процессе синтеза органических соединений и регенерации кислорода, но, по некоторым оценкам, его выбросы превышают регенерационные возможности растительности. Влияние углекислого газа выражается в токсическом действии на живые организмы и способности поглощать инфракрасные лучи, что влияет на потепления климата и называется парниковым эффектом [3].

Сернистый газ приводит к пожелтению листьев деревьев и их карликовости, у человека – к раздражению верхних дыхательных путей, так как легко растворяется в слизи гортани и трахеи. В присутствии влаги сернистый газ образует слабый раствор серной кислоты и, выпадая в виде кислотных дождей, нарушает микрофлору почвы и водоемов, меняет их кислотность.

Диоксид азота участвует при образовании фотохимического смога в приземном слое атмосферы, раздражает нижний отдел дыхательной системы человека, особенно легочную ткань. Диоксид азота, также как и сернистый газ, может выпасть в виде кислотных дождей.

Немаловажным фактором негативного воздействия на окружающую среду является тепловое загрязнение: при горении топлива воздух нагревается до температуры сгорания, а избыток уходящих горячих газов выбрасывается в атмосферу. Выбросы тепла в крупных городах приводят к повышению температуры воздуха на несколько градусов, что влияет на изменение микроклимата, химического и газового состава водоемов и грунтовых вод, механизм переноса загрязнений и др.

Газовое и тепловое загрязнение воздушного бассейна способствует образованию кислотных дождей, задымлению атмосферы, изменяет характер облачности, что приводит к усилению парникового эффекта.

46

До настоящего времени применялись традиционные технологии сжигания твердого топлива: в плотном и кипящем слое, факельное и циклонное сжигание угля, что приводит к накоплению огромного количества выбросов в виде породы, шлама, золы и шлака [2]. Перечисленные схемы сжигания угля характеризуются организацией системы золошлакоудаления и строительства золошлакоотвалов, которые неблагоприятно влияют на окружающую среду: наблюдается просадка грунтов, а также воздействие на поверхностные и подземные воды.

Помимо традиционных способов сжигания топлива, в последнее время разрабатываются и совершенствуются установки, обеспечивающие многоцелевое безотходное экологически чистое сжигание угля посредством его газификации в шлаковом расплаве. Данный метод обеспечивает высокую экологичность по оксидам азота, снижение на 30 % выбросов сернистого газа и на 10 % углекислого газа, а также безотходность по золошлакам, что не требует строительства золошлакоотвалов, мест захоронения твердых, илистых и жидких отходов [4].

Итак, теплоэнергетика оказывает непосредственное воздействие на окружающую среду, и в современном мире это взаимодействие является возрастающим: с ростом потребляемой энергии увеличиваются ее производство и, как следствие, роль условий окружающей среды. Предупреждение негативного воздействия необходимо производить на стадии проектирования путем выбора типа и мощности теплоэнергетических установок и оборудования, вида топлива и метода его сжигания, месторасположения предприятий по отношению к населенным пунктам, природоохранных комплексов, мероприятий и др. На существующих предприятиях снижение количества вредных выбросов должно осуществляться путем оценки современных мероприятий с учетом экономической целесообразности их проведения.

Список литературы

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г., № 1715-р [Электронный ресурс]. – URL: http://minenergo.gov.ru/aboutminen/energostrategy/ (дата обращения: 10.10.2015).

47

2.Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация: учеб. для нач. проф. образования. – М.: Академия, 2011. – 432 с.

3.Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС: учеб. для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 240 с.

4.Андрюшин А.В., Мадоян А.А. Безотходная ТЭС с газификацией твердого топлива в барботируемом шлаковом расплаве // Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрический станций и электрических систем ЭНЕРГО – 2010: тр. Всерос. науч.- практ. конф., Москва, 1–3 июня 2010 г.: в 2 т. – М.: Изд. дом МЭИ, 2010. – С. 36–39.

Об авторах

Белокурова Валерия Михайловна – магистрант кафедры теплотехнических и энергетических систем, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, e-mail: decentgirl13@mail.ru.

Смольникова Полина Вячеславовна – магистрант кафедры управления недвижимостью и инженерных систем, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, e-mail: smolnikovapolli@rambler.ru.

Карбаинова Надежда Валентиновна – магистрант кафедры теплотехнических и энергетических систем, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, e-mail: nkarbainova@bk.ru.

Волкова Елена Александровна – кандидат технических наук,

доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, e-mail: valena.dom@rambler.ru.

48

УДК 504.064.47

Д.Л. Борисов, Ю.М. Загорская, М.В. Шардин

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЫХАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ КОМПОНЕНТОВ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ИЗ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ

Настоящая работа посвящена определению дыхательной активности компонентов вторичного твердого топлива, полученного из твердых коммунальных отходов (ТКО) с целью определения оптимального способа его хранения. В рамках поставленной задачи были приведены характеристики вторичного топлива, проведен анализ возможных методов его хранения, дана оценка дыхательной активности компонентов, входящих в состав вторичного твердого топлива из ТКО.

Ключевые слова: твердые коммунальные отходы, вторичное топливо из ТКО, теплота сгорания, дыхательная активность.

D.L. Borisov, U.V. Zagorskaya, M.V. Shardin

DETERMINATION OF RDF COMPONENTS

RESPIRATORY ACTIVITY

The present work is devoted to the determination of the respiratory activity of the RDF-components from municipal solid waste (MSW). The study aims to determine the optimal method of storage. As part of the task had been given the characteristics of the secondary fuel, the analysis of possible storage methods for secondary fuels, assessed the respiratory activity of the secondary solid fuel components.

Keywords: municipal solid waste, derived fuels from MSW, combustion heat, respiratory activity.

Получение и использование твердого топлива из ТКО позволяет значительно снижать нагрузку на окружающую среду, что полноценно реализует экологический аспект устойчивого развития. Снижение происходит за счет уменьшения объема отходов, идущих на захоронение, а следовательно, снижения количества задалживаемых под полигоны территорий. Экономический аспект реализуется за счет уменьшения потребления первичных энергетических ресурсов [1]. Однако в на-

49

стоящее время рынок такого топлива в России совершенно не развит в силу доступности первичных энергоресурсов и ограниченности технологических возможностей потенциальных потребителей. Поэтому на данном этапе развития системы обращения с отходами в РФ целесообразно получать такое топливо и хранить его до тех пор, пока рынок топлива не сформируется. При этом уверенность в том, что такой рынок будет в будущем сформирован, нам дает опыт Европы и США, которые очень активно используют вторичное топливо из отходов, а также повышенное внимание к проблеме внедрения ресурсо- и энергосберегающих технологий со стороны государства.

Экологическая безопасность при использовании топлива наряду с экономическим эффектом являются приоритетными факторами при создании вторичного топлива. На этапе отбора инертных и опасных компонентов в топливе должны оставаться горючие фракции, обладающие высокой теплотой сгорания. Такими являются бумага, дерево, текстиль, безопасные полимеры, ветошь, резина [3] (таблица).

Теплотворная способность фракций ТКО

Главной отличительной чертой ТКО является высокое содержание биоразлагаемых компонентов. Разложение отходов является результатом деятельности различных групп бактерий, которые потребляют органический материал, содержащийся в отходах. Процесс разложения делится на две категории: аэробное (характеризуется участием свободного кислорода) и анаэробное (без участия свободного кислорода).

В процессе аэробного разложения органический материал, содержащийся в отходах, вступает в реакцию со свободным кислородом (O2) и производит углекислый газ (CO2), а также небольшое количество воды и тепла. При определенных условиях эта реакция может уско-

50