Таким образом воздействия ТЭС на окружающую среду можно разделить на:
физические воздействия, включающие в себя: акустическое воздействие, электро-магнитное воздействие, радиационное, тепловое загрязнение;
непосредственные воздействия связанные с привнесением или изъятием из природной среды отдельных компонентов (химическое загрязнение, выбросы вредных веществ)
косвенные воздействия, включающие в себя: гравитационное осаждение твердых частиц и аэрозолей, химические реакции вредных веществ выброшенных в атмосферу и гидросферу, а также на почве, вымывание из атмосферы NOX, SO2, SO3 с образованием кислотных осадков, изменение гидрологического и гидрохимического режимов грунтовых вод, изменение инсоляции в зоне рассеивания дымового факела, в зоне паров от градирни.
Основными последствиями данных воздействий являются:
изменение состава природной среды;
изменение растительного покрова,
изменение климата;
состояния недр;
ландшафта;
условий природопользования.
Для ТЭС характерна следующая особенность воздействия на окружающую среду:
высокая локализованность воздействия с большой интенсивностью использования природных ресурсов, выделения вредных веществ, тепла, других воздействий. Так например объем дымовых газов выбрасываемых крупной ТЭС составляет порядка 1800 м3/с. Все воздействия ТЭС можно подразделить по масштабу воздействия:
локальное воздействие - это воздействие ТЭС на окружающую среду в радиусе от 15 до 100 км, К локальным воздействиям относится пыление золоотвалов, изменение ландшафта, поражение птиц током от линий электропередач, изменение термических режимов объектов, в частности озер и рек и т.д.
региональное воздействие в данном случае рассматривается радиус 1000..1500км, воздействия ТЭС представляют собой сверхдальние и трансграничные переносы загрязняющих веществ, возникновение кислотных дождей.
макроэкономические, глобальные воздействия представляют собой воздействия на территорию всей страны или всей планеты. Это сокращение запасов чистой пресной воды, природных ресурсов, глобальное потепление, вызванное выбросами СО2, возникновение озоновых дыр, вызванное эмиссией оксидов азота и т.д.
Макроэкономические характеристики предназначены для оценки отрасли по воздействию на окружающую среду в целом, для анализа воздействия экономики страны на экологическую обстановку на планете. Кроме того, макроэкономические характеристики позволяют оценить уровень концентрации электрической мощности на территории страны и давление отрасли на окружающую среду. В качестве основных характеристик приняты:
. Удельный выброс загрязнителей на единицу каждого вида используемого топлива (газа, мазута, угля), данная характеристика свидетельствует о совершенстве системы сжигания, подготовки топлива, очистке дымовых газов, эффективности использования природных ресурсов.
. Удельный выброс загрязнителей на единицу условного топлива, данная характеристика свидетельствует об эффективности структуры системы производства энергии.
. Удельный выброс на единицу произведенной продукции, данная харктеристика показывает эффективность всего производства страны в том числе и энергетического комплекса для решения задач защиты окружающей среды.
. Удельная экологическая нагрузка - удельный выброс загрязняющих веществ на единицу освоенной территории.
Относительно благополучные макроэкономические характеристики России не могут свидетельствовать об экологическом благополучии в энергетике, они лишь свидетельство о том что российское общество пока является обществом с малым энергопотреблением.
.3 Специфика выбросов и загрязнений, возникающих в результате работы теплоэлектростанций
Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу и во время пребывания там ведущие себя по-разному (изменяется температура, свойства, фазовые и агрегатные состояния, образуются и разлагаются химические соединения, смеси) называются примесными выбросами.
Происходящие в продуктах сгорания при движении их в пределах энергоустановки, изменения обусловлены высокими абсолютными температурами, большими перепадами температур, высокими скоростями движения, взаимодействием с конструкционными материалами (огнеупорные и изоляционные материалы, металлы и сплавы), а также взаимодействиями, происходящими в этих условиях.
При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.
В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образоваться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.
Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота. Окислы углерода практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. К числу примесей относятся, прежде всего, окись и двуокись углерода. Свойства СО2 и СО, как и других газов, по отношению к солнечному излучению характеризуются избирательностью в небольших участках спектра. Так, для СО2 при нормальных условиях характерны три полосы селективного поглощения излучения в диапазонах длин волн: 2,4-3,0; 4,0-4,8; 12,5-16,5 мкм. С ростом температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, так как уменьшается плотность газа.
Сера. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид - SO2. Он составляет примерно 99% выбросов сернистых соединений, содержащихся в уходящих газах котлоагрегатов. Его удельная масса составляет 2,93 кг/м^3, температура кипения 195 гр. по Цельсию. Продолжительность пребывания SО2 в атмосфере сравнительно невелика. В присутствии аммиака и некоторых других веществ время жизни SО2 исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15-20 суток.
Воздействие серы на людей, животных и растения, а также на различные вещества разнообразна и зависит от концентрации и от различных факторов окружающей среды.
Азот. В процессе горения азота образует с кислородом ряд соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5, свойства которых существенно различаются. Время существования окислов азота характеризуется сроком от 100 часов до 4,5 лет.
Аэрозоли подразделяются на первичные - непосредственно выбрасываемые в атмосферу, и вторичные - образуемые при превращениях в атмосфере. Время существования аэрозолей в атмосфере колеблется от минут до месяцев, в зависимости от многих факторов. Крупные аэрозоли на высоте 1 км существуют 2-3 суток, в тропосфере - 5-10 суток, в стратосфере - до нескольких месяцев.
Размеры частиц могут сильно отличаться. Скорость осаждения частиц определяется в зависимости от их размеров и свойств, а также от свойств воздуха. Значительная доля примесей выпадает вблизи источника. Для тяжелых примесей характерна меньшая зависимость от толщины приземного слоя, чем для легких. Вследствие большой дисперсности частиц максимумы их концентрации разнесены в пространстве.
Поступление влаги в атмосферу от энергетических объектов вызывается различными процессами, имеющими различные температуры и энергии (сгорание топлива, продувки, протечки и др.).
Поведение влаги в атмосфере, в свою очередь, отличается разнообразием и связано с локальными концентрациями и фазовыми переходами. Как и другие газообразные вещества, водяной пар имеет линейчатый спектр поглощения. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощающая способность уменьшается.
Количественная оценка поведения влаги в атмосфере может производиться только на фоне естественного атмосферного влагосодержания, которое зависит от взаимодействия с гидросферой и литосферой, а также с тепловыми процессами.
Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу подвергаются наиболее детальному и глубокому изучению.
Можно выделить несколько групп наиболее важных взаимодействий энергоустановок с конденсированными компонентами окружающей среды:
водопотребление и водоиспользование, обуславливающие изменение естественного материального баланса водной среды (перенос солей, питательных веществ и др.).
осаждение на поверхность твердых выбросов продуктов сгорания органических топлив из атмосферы, вызывающее изменение свойств воды, ее цветности, альбедо и пр.
выпадение на поверхность в виде твердых частиц и жидких растворов продуктов выбросов в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков; металлов и их соединений; канцерогенных веществ.
выбросы непосредственно на поверхность суши и воды продуктов сжигания твердых топлив (зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки поверхностей нагрева (сажа, зола и пр.).
выбросы на поверхность воды и суши жидких и твердых топлив при транспортировке, переработке, перегрузке.
выбросы твердых и жидких радиоактивных отходов, характеризуемые условиями их распространения в гидро - и литосфере.
выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: локальное постоянное повышение температуры в водоеме; временное повышение температуры; изменение условий ледостава зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределений осадков, испарений, туманов.
создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов- охладителей, что вызывает: изменение качественного и количественного состава речных стоков; изменение гидрологии водного бассейна; увеличение давления на дно, проникновение влаги в разломы земной коры и изменение сейсмичности; изменение условий рыболовства, развития планктона и водной растительности; изменение микроклимата; изменения условий отдыха, спортивных занятий, бальнеологических и других факторов водной среды.
изменение ландшафта при сооружении разнородных энергетических объектов, потреблении ресурсов литосферы в том числе: вырубка лесов, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель, лугов; взаимодействие берегов с водохранилищами.
воздействие выбросов, выносов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шельфов.
Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между гидро -, лито- и атмосферой.
Приведенная группировка разнородных влияний энергетики на гидро - и литосферу условна, так как все указанные взаимодействия связаны между собой и каждое взаимодействие не может рассматриваться изолированно, что затрудняет и количественные оценки.
Из анализа общих схем взаимодействия энергетических установок с окружающей средой следует, что основным фактором взаимодействия ТЭС с водной средой является потребление воды техническими системами водоснабжения, в том числе безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах - на охлаждение конденсаторов паровых турбин. Остальные потребители технической воды (системы золо - и шлакоудаления, химводоотчистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют около 7% общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения.
Водный баланс ТЭС зависит от организации системы технического водоснабжения. Для системы гидрозолоудаления используется вода из системы охлаждения подшипников. На химводоотчистку может поступать циркуляционная вода после выхода ее из конденсаторов.
При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300МВт образуется до 10 тыс. кубических метров разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.
Ведущиеся наблюдения и исследования выявляют воздействие ТЭС на водный бассейн в зависимости от конструкции подводящих и отводящих каналов, фильтров, сбросных устройств.
Основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающих на поверхность гидро - и литосферы, являются твердые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности гидро - и литосферы является жидкое топливо, его компоненты и продукты его потребления и разложения.
2.Физико -географическая характеристика районов исследования
.1 Краткая географическая характеристика Костанайской области
Костанайская область расположена на крайнем северо-западе Казахстана, между Уральским хребтом на западе и Казахским мелкосопочником на востоке, в бассейне рек Тобол и Убаган . Территория области - около 196 тысячи квадратных километров(7,7 процентов площади Казахстана). Протяженность территории с севера на юг 750 и с запада на восток 250-400 километров [28,29]/
Костанайская область входит в умерено-засушливую, степную и частично лесостепную зону с преобладанием обыкновенных черноземов. Характерной чертой климата является резко выраженная континентальность - жаркое и сухое лето сменяется малоснежной и холодной зимой. Средняя скорость ветра в зимние месяцы составляет 4-5 м/с. Зимой максимальная температура воздуха нередко падает до - 35 0С [29].
Количество осадков убывает с севера на юг и составляет от 349 до 251 мм. в год соответственно. В резко засушливые годы на севере выпадает лишь 200 мм осадков, а на юге еще меньше-160 мм. В исключительно влажные годы количество осадков возрастает в два раза и составляет - 450мм как на севере так и на юге [29].
Характерным признаком континентальности климата является существенное преобладание осадков теплого периода (май-октябрь), когда выпадает 60-80% годовой нормы. Продолжительность дня летом составляет 16-17 часов. Территория, вследствие отсутствия барьеров доступна для свободного перемещения теплого воздуха пустынь Казахстана и холодного арктического воздуха.
В холодное время года область часто находится под влиянием мощного западного отрога сибирского антициклона. В таких случаях преобладает антициклональный режим погоды с устойчивыми морозами с середины декабря и до начала марта воздух обычно охлажден до 20 градусов.
Речная сеть хорошо развита только в северной и южной частях области. На севере она состоит из степных рек, принадлежащих к системе Тобола. И на юге образована реками бассейна Тургай. Абсолютные высоты колеблются от 50 до 400 м над уровнем моря. В пределах Костанайской области насчитывается около 310 рек длиною не менее 10 км, причем более половины из них (174) являются временно действующими. Рек длиною более 100 км -21,а свыше 500км - только две Тобол и Тургай [28].
Для северной части Костанайской области в целом характерно множество бессточных озер различной формы и размеров. Встречаются как соленые озера, так и с пресной водой.
Костанайская область захватывает значительную часть Тургайского прогиба- тектонической структуры, образовавшейся на стыке Западно- сибирской (с севера) и Туранской (с юга) плит, а также Уральской складчатой области (с запада) и центрально-Казахстанского щита (с востока).
В геологическом строении принимают участие два комплекса пород: сложно дислоцированных докембрийских и палеозойских пород, слагающих складчатый фундамент, и горизонтально залегающих мезозойско-кайнозойских отложений, образующих платформенный чехол [38].