3579

метантенк с помощью инжектирующих устройств. Пар смешивается с осадком, конденсируется и нагревает его.

Широко применяется подача пара пароструйным инжектором. Инжекторы устанавливают в галерее управления по одному агрегату на каждый метантенк. Забирая в качестве рабочей жидкости осадок из метантенков и подавая смесь этой жидкости и пара снова в метантенк, паровой инжектор обеспечивает и подогрев осадка, и частичное перемешивание бродящей массы. В зимний период инжектор работает от 11 до 13 ч, а летом от 3 до 4 ч в сутки. Перегретый пар целесообразно подавать в дозирующую камеру. При температуре подогрева осадка в камерах от 70 до 80 °С происходит его дегельминтизация, что является обязательным условием в технологическом процессе обработки осадков на современных станциях.

Перемешивают осадок циркуляционными насосами с гидроэлеваторами или пропеллерными мешалками. Осадок целесообразно перемешивать в течение от 5 до 10 ч в сутки. Гидроэлеваторы надежны в эксплуатации, но имеют низкий коэффициент полезного действия, поэтому их применяют только для метантенков объемом до 1700 м3.

Метантенки большего объема оборудуют пропеллерными мешалками.

Для транспортирования газа из метантенков необходимо обустройство газовой сети. С целью исключения неравномерности поступления, на концевых участках устраивают аккумулирующие газгольдеры, которые выравнивают давление газа в сети. Емкость газгольдеров определяется в соответствии с графиком выхода и потребления газа. При отсутствии графика принимается емкость, равная 3-х часовому притоку газа. Газовая сеть устраивается из стальных труб на сварке с усиленной и противокоррозионной изоляцией и укладывается на глубине промерзания (но не менее 0,9 м) или утепляется при прокладке по поверхности земли. Эксплуатация

140

газгольдеров заключается в ежедневном учете количества поступающего и расходуемого газа и обеспечении бесперебойной работы всех узлов сооружений.

Для предотвращения замерзания воды в резервуаре газгольдера в зимнее время нужно следить за подогревом ее до температуры не ниже +5 °С.

При заполнении газгольдера газом должна быть обеспечена определенная глубина гидрозатвора. Она предусматривается с учетом возможности перекоса подвижного звена, запаса высоты в случае образования волн на наружной поверхности воды в гидрозатворе и запаса глубины для предотвращения просачивания газа через воду над прокладкой в нижней части гидрозатвора.

В крышке колокола установлен манометр в виде изогнутой трубки по уровню воды, по которому можно следить за нормальным ходом подъема колокола. Заклинивание и задержка при подъеме вызывают дополнительное давление и сопротивление.

Главными контролирующими величинами, характеризующими работу метантенков, являются выход газа и его состав, летучие жирные кислоты (ЛЖК), рН, общая щелочность, запах сбраживаемого осадка. В нормальном режиме эксплуатации метантенков с мезофильным режимом сбраживания существуют оптимальные диапазоны этих параметров.

Две стадии (фазы) сбраживания, характерные для всех видов анаэробных процессов, проявляются при мезофильном режиме в виде стадий разжижения и газообразования. На первой стадии образуются ЛЖК, на второй — метанообразующие бактерии продуцируют метан из этих кислот или спиртов. Эти виды бактерий очень чувствительны к изменению рН, максимум их активности приходится на диапазон рН от 6,8 до 7,2. Если произведено слишком большое количество ЛЖК, величина рН падает и это сдерживает биологический процесс.

141

Успешная эксплуатация метантенков может быть нарушена попаданием веществ, токсически влияющих на анаэробную микрофлору: ионов тяжелых металлов (меди, никеля, цинка), избытка ионов аммония, сульфидов, цианидов, фенолов, высококонцентрированных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Поэтому при нарушениях работы метантенков, но при благоприятных главных условиях протекания процесса нужно произвести химический анализ указанных ингредиентов.

Таким образом, основой поддержания оптимальных параметров эксплуатации метантенков прежде всего является успешная работа сооружений, в которых образуются осадки и формируется состав. Только комплексный подход к технологии эксплуатации может дать желаемый эффект.

142

4. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЛИТОСФЕРЫ

4.1. Классификация твердых отходов

Очистка производственных и бытовых сточных вод связана с выделением осадков. К осадкам относятся все примеси, задержанные первичными и вторичными отстойниками, а также сооружениями после механической, физико-химической и биологической очистки.

Кнерастворенным веществам относят взвешенные вещества с размерами 0,1 мкм и более, коллоидные частицы с размерами 0,1 – 0,001 мкм.

Взвешенные вещества составляют основную массу осадков, задерживаемых отстойниками. В зависимости от размеров, удельного веса и условий осаждения эти вещества опускаются на дно сооружения, всплывают на поверхность воды или остаются во взвешенном состоянии. Следует отметить, что взвешенные вещества составляют часть взвешенных веществ.

В составе нерастворенных примесей бытовых стоков органические вещества составляют 70 – 80 %, а минеральные – 20 – 30 %. Совершенно иная ситуация в производственных стоках, где состав осадков зависит от вида производства, метода очистки и иных условий.

Различают осадки первичные и вторичные.

Кпервичным осадкам относят грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе и выделены из воды

методами механической очистки. Размеры частиц примесей составляют более 10-6 мм.

Квторичным осадкам относятся примеси в виде коллоидов, молекул и ионов, которые могут быть переведены

втвердую фазу и удалены из воды в результате биологической

и физико-химической очистки. Размеры частиц при этом составят 10-6 мм – 10-8 мм.

Косновным осадкам сточных вод относят первичные остатки, активный ил, шлам.

143

Взависимости от способа обработки осадки разделяют:

–сырые осадки, не подверженные дополнительной об-

работке;

–осадки, прошедшие обработку в анаэробных стабили-

заторах;

–уплотненные осадки с высоким уровнем влажности от

85 до 90 %;

–осадки обезвоженные с влажностью от 40 до 60 %;

–сухие осадки, подвергнутые термической сушке с влажностью от 5 до 20 %.

Наряду с осадками сточных вод для литосферы серьезную опасность представляет загрязнение продуктами шлако- и золоудаления ТЭС.

Золошлаки по объему образования занимают одно из первых мест среди отходов энергетического производства.

Врезультате подготовки у высокотемпературной обработки угля на выходе ТЭС образуются золошлаковые материалы – новое минеральное сырье определенного химического, минералогического и гранулометрического состава.

По зерновому составу золошлаковые материалы принято делить на золу и шлаки. Условной границей можно принять фракции 0,25 мм: отходы менее 0,25 мм относят к золам, более крупные – к шлакам.

При удалении мелкой и легкой фракции золы, которая уносится дымовыми газами из топок и улавливается фильтрами ТЭС в золосборники (такая зола называется золой уноса), получают золу сухого отбора. Зола сухого отбора поступает с помощью пневмотранспорта либо непосредственно в транспортирующие средства, либо в силосы потребителя. При очистке золосборников водой зола и шлак в виде золопульпы удаляются в отвалы и образуют золошлаковые смеси гидроудаления. На этих отвалах, имеющихся при каждой ТЭС, хранятся основные массы золошлаковые материалы.

144

4.2. Утилизация твердых отходов ТЭЦ

Для электростанций, сжигающих твердое топливо, характерным является наличие значительных площадей земли, занятых под золошлакоотвалы. В Российской Федерации на конец 2013 года эти площади превысили 28 тыс. га. В настоящее время в золоотвалах находится около 1,8 млрд т золошлаков ТЭС. Площади, выделяемые для организации золошлакоотвалов должны обеспечивать работу электростанции не менее 25 лет. Вместимость золошлакоотвалов предусматривается достаточной для работы электростанции в течение 5 лет после ввода ее на проектную мощность. Необходимая площадь отчуждения для отвалов строящихся ТЭС оценивается по годовому выходу золошлакового материала и составляет от 200 до 500 га при выходе шлака и золы более 1500 тыс. т/год. Максимальная высота золошлакоотвала от 35 до 40 м.

Основная часть отходов складируется в золоотвалах без какой-либо очистки. Часть золоотвалов по мере урбанизации территории оказывается в районах жилой застройки. Пыление и фильтрация золоотвалов создают повышенную опасность и для здоровья населения, и для окружающей среды. Особую опасность представляют золоотвалы, расположенные вблизи рек и бассейнов – из-за возможного прорыва дамб. При этом, по оценке экспертов, затраты на строительство нового золоотвала составляют свыше миллиарда рублей, а суммарная стоимость сооружения золоотвалов и систем гидрозолоудаления достигает диапазона от 12 до 17 % стоимости ТЭС.

В ряде случаев из-за пыления были закрыты расположенные вблизи ТЭС золоотвалы, на которые еще имелась возможность складировать золошлаки в течение длительного времени. В результате пришлось строить новые дорогостоящие золоотвалы на значительном расстоянии от ТЭС. Однако это не устранило загрязнения атмосферы и литосферы, а перенесло его на сельскохозяйственные угодья.

145

Высокодисперсные грунты наряду с низкой фильтрацией обладают способностью поглощать токсичные элементы, поэтому в некоторых случаях для адсорбции вредных веществ в течение всего периода эксплуатации золоотвала достаточно активности таких грунтов.

Исследования и расчеты рассеивания золы, поступающей в атмосферу с поверхности золошлакоотвала, показывают, что при сильном ветре концентрация золы, превышающая предельно допустимую, может наблюдаться на расстоянии до 4 км от кромки отвала. Для исключения негативного влияния отработанных карт золошлакоотвалов на окружающую природную среду проводится их рекультивация (консервация).

Одной из наиболее серьезных и сложных проблем является защита подземных и поверхностных вод от загрязнения токсичными химическими элементами и их соединениями, содержащимися в оборотных и фильтрационных водах золоотвалов.

Чтобы обеспечить максимальное ослабление неблагоприятного воздействия фильтрационной воды на грунтовый поток, необходимо правильно выбрать место расположения золоотвала.

Предпочтение отдается площадкам, состоящим из высокодисперсных грунтов с низкой водопроницаемостью и максимальным удалением их от водоемов и водотоков.

Для контроля за эксплуатацией золоотвалов и уровнем фактических загрязнений подземных вод во всех проектах вновь сооружаемых и наращиваемых золоотвалов необходимо предусматривать комплекс наблюдательных скважин, которые размещают в створах, идущих от наиболее вероятных источников загрязнения (золоотвалов, бассейнов осветленной воды) до открытых водоисточников или водозаборов. Наблюдательные скважины оборудуются пьезометрами для контроля за уровнем грунтовых вод, с их помощью проводится отбор проб для химического анализа на загрязняющие и регламентируемые компоненты. Регулярный контроль за скважинами позво-

146

ляет следить за изменением химического состава грунтовых вод и продвижением фронта загрязнения, а также оценивать эффективность работы противофильтрационных и дренажных устройств золоотвала.

Для уменьшения утечки фильтрационной воды из золоотвалов применяют экранированные ложа отвалов. Концентрация токсичных веществ в водоемах после сброса в них вод гидрозолоудаления не должна превышать ПДК.

Проведенные российскими специалистами исследования о воздействии на окружающую среду золы с повышенным содержанием оксида кальция показали, что в зонах интенсивного осаждения золы длительное ее воздействие изменило реакцию почвенных растворов со слабокислой на слабощелочную, способствовало накоплению в почве повышенного содержания кальция, железа и магния, уменьшило содержание органического углерода, т.е. произошло существенное изменение свойств почвы, что не могло не сказаться на растительном мире.

На таких почвах деревья интенсивнее поглощают магний, железо и медь и испытывают недостаток в марганце и барии, что ведет к нарушению обменных процессов.

Золошлаковые материалы имеют хорошую перспективу широкого применения в целях ресурсосбережения. При этом нужно учитывать, что золошлаковые материалы представляют собой ценное минеральное сырье, которое можно использовать в металлургии, строительной индустрии, при сооружении дорог, в сельском хозяйстве и др.

147

использовать их для производства строительных материалов и изделий самой широкой номенклатуры: портландцемента, смешанных и бесцементных вяжущих, обжиговых и безобжиговых заполнителей, стеновых материалов (силикатного и глинозольного кирпича, керамических камней, плитки, пенокерамики) и др.

Наиболее качественной для практического применения является зола уноса сухого отбора, поскольку она всегда отсортирована по фракциям с помощью электрических полей электрофильтров. Такая зола может храниться в сухом виде и применяться в производстве без дополнительной подготовки.

На основании исследований многих ТЭС, сжигающих топливо различных угольных месторождений, все золошлаковые материалы в зависимости от состава можно разделить на три группы: активные, скрытно активные и инертные.

В пределах этих групп золошлаковые материалы распределены по форме содержания кальция в оксиде: общий, свободный, связанный в сульфаты и входящий в состав клинкерных минералов.

Золошлаковые материалы первой группы (активные) способны к самостоятельному твердению, поэтому их можно использовать взамен цемента для устройства оснований из укрепленных грунтов и местных малопрочных каменных материалов. Способностью к самостоятельному твердению обладает только зола уноса сухого отбора. Ее называют самостоятельным медленно твердеющим вяжущим, от портландцемента она отличается меньшим содержанием клинкерных минералов, отсутствием алита, содержанием минералов низкой активности, извести, ангидрита и полуводного гипса, округлых сплавившихся частиц, оксидов щелочноземельных металлов, наличием стеклообразной фазы и органических веществ, что определяет замедленную гидратацию и замедленное по сравнению с укрепленными портландцементом твердение укрепляемых ею материалов.

149