Влияние индустриальных объектов на изменение геоэкологических условий окружающей среды на примере теплоэлектростанции

2. Удельный выброс загрязнителей на единицу условного топлива, данная характеристика свидетельствует об эффективности структуры системы производства энергии.

3. 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.

4. 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.

1.3 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

2.1 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].

Почва - обыкновенные черноземы с разнообразной растительностью степи. В пределах черноземных почв значительное распространение имеют почвы и солоды. Наблюдается усиление засоленности почв с севера на юг, а также от восточных и западных периферий к центру. Восточная часть характеризуется распространением карбонатных почв, развивающихся в понижениях рельефа. В западной части почвы менее комплексные, нередко щебнистые и неполноразвитые, подстилаемые плотными породами [29].

Лучшими почвами области являются черноземы обыкновенные. Они отличаются высоким плодородием, благоприятными агрофизическими и химическими свойствами, содержат 4-5 % гумуса, имеют рН 7,2-7,5 и емкость поглощения 30-40 мг-экв., на 100 г почвы. Средний балл 45-50. Наибольшими массивами встречаются легкосуглинистые и супесчаные разновидности.

Среди черноземов южных значительные площади занимают солонцы и солонцеватые почвы. Содержание гумуса в них не превышает 3,4-4%, а в супесчаных 1,8-3 %. Балл бонитета черноземов южных 38. Урожайность зерновых культур -10,5 ц/га. Гораздо лучшими параметрами характеризуются карбонатные южные черноземы. Они содержат до 3,5 % гумуса, механический состав их тяжело суглинистый.Балл бонитета 28-30. Урожайность зерновых культур до 8 ц/га. Среди темно каштановых почв распространены карбонатные супесчаные разновидности. Они характеризуются низким содержанием гумуса -1,5-2 %. Емкость поглощения колеблется от 10 до 20 мг-экв. на 100 г почвы. Балл бонитета 12-14 , урожайность зерновых культур не превышает 4-5 ц/га, каштановые карбонатные суглинистые почвы содержат гумуса не более 3%, имеют балл бонитета 25, урожайность зерновых культур 5-6 ц/га [38].

В соответствии с почвенной зональностью с севера на юг области выделяется четыре растительные зоны - лесостепная, степная, полупустынная и пустынная. Помимо того, для каждой зоны растительности плоских суглинистых междуречий в области развиваются псаммофильные варианты растительных сообществ на песчаных равнинах, петрофитные - на каменистых склонах предгорий, галофитные - на засоленных низких озерных и речных террасах. В лесостепи, занимающей небольшие участки междуречных равнин на северо-востоке области, расположены березовые и березово-осиновые колки, сочетающиеся с луговыми разнотравно-злаковыми степями. На черноземах степной зоны развиваются умеренно-ковыльные степи; на темно-каштановых и каштановых почвах сухие типчако -ковыльные степи [29].

На юге области в растительном покрове представлены микрокомплексы из полынно-злаковых группировок с участием пустынных эфемеров и галофитных полукустарников. В составе травянистой степной растительности встречаются эндемичные виды растений: астрагал костанайский, льнянка коротко-плодная, чабрец казахстанский.

В поймах рек и лиманов сосредоточены основные луговые сенокосы области пойменные луга - разнотравно-злаковые. По берегам рек распространены кустарниковые заросли. Значительную ценность представляют островные сосновые леса, простирающиеся по массивам эоловых песков далеко на Юг вглубь сухих степей. Крупные Боры области- Аракарагай, Аманкарагай и Наурузум -Карагай. Среди низких Кушмрунских гор - леса ольхи клейкой.

2.2 Краткая характеристика урбанизированных территорий Костанайской области

Город Костанай административный центр Костанайской области. Расположен в западной части Тургайской ложбины, на левом берегу реки Тобол.

Основан в 1879 году. Население -221,4 тыс. чел. (1999). Расположен на крайнем северо-западе Казахстана, между Уральским хребтом на западе и Казахским мелкосопочником на востоке, в бассейне реки Тобол.

Кустанай расположен в северной части Кустанайской области на северо-западе Казахстана, в районе среднего течения - на левом берегу реки - Тобол. Географические координаты города - 53°12' северной широты и 63°38' восточной долготы от Гринвича. Высота над уровнем моря 125-185 метров.

В 1936 году в составе Казахской ССР образована Кустанайская область, административно-хозяйственным центром которой стал город Кустанай.

Климат города, удаленного от морей и океанов, расположенного в глубине Европейско-Азиатского материка, резко континентальный, сопровождающийся большими колебаниями температур, сухостью воздуха, малым количеством осадков, большим количеством ясных дней и сильными ветрами/28/.

Город - Кустанай расположен в степной зоне центральной части Северного Казахстана, где несоответствие между количеством тепла и влаги обусловливает засушливость местного климата.

Расположение территории города в северо-западной части азиатского антициклона обусловливает преобладание здесь воздушных масс, направленных с юга и юго-запада на север и северо-восток, что подтверждается большей повторяемостью ветров этих румбов.

Самым теплым месяцем является июль, самым холодным - январь. Годовая амплитуда средних температур составляет 38.8°С. Абсолютный максимум температуры воздуха равен +41.1°С, абсолютный минимум наблюдался в 1940 году и равен - 46°С.

Таким образом, годовая амплитуда колебания температур воздуха может достигать 86°С, однако, среднегодовая температура воздуха положительная и равна +1.5°С.

Продолжительность безморозного периода составляет в среднем 127 дней.

Средняя глубина промерзания грунта равна 2.20 м, максимальная - 2.60 м; минимальная - 1.80 м.

Максимальное количество осадков выпадает в июле, а минимальное - в марте. Из общего годового количества осадков 256 мм в теплый период выпадает 174 мм, т.е. 68%; в холодные месяцы 82 мм, или 32% годового количества осадков.

Высота снежного покрова достигает 33 - 53 см, обычно в феврале марте.

Годовой ход абсолютной влажности следует за годовым ходом температуры воздуха: наименьшая влажность отмечается в зимний период январь - феврале наибольшая влажность - в июле.

Годовой ход относительной влажности обратен годовому ходу температуры и абсолютной влажности воздуха. Поэтому относительная влажность воздуха меньше летом, чем зимой и характеризует климат, как засушливый. Среднегодовая скорость ветра равна 0.5 м/сек.

Максимальное значение скорости ветра достигает, 20-24 м/сек. Наибольшие скорости ветра - в марте, мае; наименьшие в июле - августе.

В городе преобладают ветры западных румбов; господствующее направление ветра - юго-западное. В июле преобладающее направление - северное [29].

2.3 Характеристика геоэкологических условия Федоровского района

Фёдоровка -- село в Костанайской области Федоровского района Республики Казахстан. Центр Фёдоровского района. Фёдоровский район занимает территорию 7,5 тыс. кв. км. или 3,7% от территории области. В районах Федоровки проживает около 5102 человек. Село возникло в результате переселения коренных славянских народов Российской империи в так называемые «богатые земли». Первые переселенцы здесь появились еще в 1894 году, а в 1900 году селу было присвоено его настоящее название. Происхождение его названия привязывается к имени ямщика. Существует версия, что поначалу здесь поселился ямщик Фёдор, какое-то время жил сам, а потом стали подъезжать другие переселенцы. По другой версии первым был Фёдор, но не ямщик, а некий мордвин - рыбак. На карте Федоровку можно найти на севере страны [35].

Предприятия села Федоровка представлены молочным заводом, выпускающим молочную продукцию и консерванты. Фирмы и компании Федоровки предлагают услуги по складированию зерна, услуги по перевозкам. В селе находится железнодорожная станция на линии Троицк -- Костанай, в 85 км. к северо-западу от Костаная, что делает более доступным процесс грузовых и пассажирских перевозок. Некоторые компании занимаются юридическими и финансовыми консультациями. Сельскохозяйственные организации Федоровки выращивают зерновые и зернобобовые культуры, занимаются растениеводством. Учреждение села Федоровка включают в свой состав органы местного управления, представленные отделами здравоохранения, образования, финансов, культуры и развития языков. В селе работает детский дом, детские сады и школы. Все телефоны Федоровки уточняются в справочных каталогах области и района. Содержание телефонных справочников Федоровки всегда содержит актуальную информацию об организациях и фирмах. Наиболее полным справочником являются Желтые страницы Федоровки, которые периодически пополняются новыми контактами. Справочники телефонов села Федоровка включены в телефонные базы района. В 1940--1950 годы Фёдоровка служила местом ссылки [37].

В Федоровском районе имеются три реки: Аят, Тогузак, Уй. Также имеется 73 озера (большая часть рыбохозяйственных). Состояние водных ресурсов на территории района находится 71 рыбохозяйственое озеро: 3 озера («Соленое» АО «Сельхозтехника», «Жаман - Жарколь» поселок Федоровка, «Ток Таз» ПК «Банновский») используются населением для культурного отдыха. Некоторые из озер в засушливые годы пересыхают. При осуществлении мероприятий по улучшению водных ресурсов они эффективно могут быть использованы для удолитворения хозяйственных и бытовых нужд.

Мониторинг состояния поверхностных вод проводится аккредитованной лабораторией КФ ГУ «Тобыл - Торгайского департамента экологии».

Состояния поверхностных вод рек Аят и Тогузак по гидрохимическим показателям 3 класс «Умеренно загрязненная». ИЗВ индекс загрязнения воды - 1,01,205. Присутствует Марганец и Железо в концентрациях превышения ПДК - от 37,2 до 15,5 Марганец и 31,8 до 13,8 Железо, Медь до 7,9; Сульфаты, Фенолы, Фториды до 1,9 ПДК.

Из приятных моментов это относительно чистая река Уй. Неприятных больше, это в результате самовольного захвата земель и расширения земель сельскохозяйственного назначения не соблюдается водоохранные донны и зоны покоя, где производится запахивания земель до уреза воды. Таким образом, озера мелеют, не пополняясь талыми водами природного ландшафта, в озера попадают химические препараты, происходит заболевание и вымирание рыб, зарастание камышом и заболачивание озер.

Существуют большие проблемы с системой колонизации на предприятиях промышленности и здравоохранения, более 30 лет не ремонтировалось очистные сооружение ЦРБ, не функционируют механическая и биологическая система очистки на ТОО «Шын», где при откачке и сушке иловых образований в летней период, задыхается население села Федоровка. Сбрасываемая вода без всякой очистки поступает в окружающую среду плодя, гнилостные бактерии и загрязняя воздух. При авариях на водоводах в водопроводных сетях Федоровского управления водопроводах, происходит засоление подпочечных вод, которые истощают плодородный слой почвы, как результат дача в деревне, новый водопровод, где проблем не должно быть более 50 лет, заболел в первый год.

Неудовлетворительно решается вопрос с водоснабжением населения доброкачественной питьевой водой. Из 106 общественных колодцев только 36 благоустроенны, имеются крышки, навесы, ведра. 13 населенных пунктов пользуются подводной водой из скважин. Подвозной водой пользуются населения Банновского, Камышинского, Вишневского, Коржункольского, Жаркольского, Пешковского сельских округов. Вода подводной спецавтотранспортом из глубинных скважин. Качество воды в районе соответствует требованием ГОСТа в установленных пределах. Основным источником загрязнения открытых водоемов является: распашка сельхозугодий всплошную у урезу воды и загрязнения водоохранных зон горюче-смазочными материалами, разбивка станов рыболовецких артелей и загрязнения ими водоохранных зон. Строительство новой водопроводной ветки от скважин поселка Владыкинка по райцентру поселка Федоровка (12 км.) не законченно. Согласно областной программы «Питьевая вода», утвержденной решением Акима Костанайской области от 08.12.2000 года планируется провести за счет средств местного бюджета разведку месторождений подземных вод поселка Вишневка, реконструкцию водопроводных сетей в поселке Федоровка.

Существующий водопровод ГКП «Управления водопроводов» эксплуатируются в аварийном режиме, так как водопроводная трасса существует более 30 лет без капитального ремонта. Ежедневно на разводящих сетях регистрируются аварии, часть которых по причине маломощности. ГКП «ФУВ» и большого количества аварий ликвидируются в поздние сроки (спустя неделю и более). Очень часто аварии и выход из строя глубинных скважин на водобазе (7 скважин в поселке Владыкинка).

Шахтовых колодцев общественного пользования - 37 и индивидуального пользования - 870. Большая часть шахтовых колодцев поддерживается в технически удовлетворительном состоянии, однако их очистка и дезинфекция практически не проводится.

Канализационные сети функционируют в ГККП «Федоровская центральная районная больница», ТОО «Шын», Жилгородка ГКП «Управление водопроводов». Сточные воды от ГККП «Федоровская ЦРБ» и Жилгородка ГКП «ФУВ» сбрасываются в накопитель сточных вод, расположенный в 3-х км., от поселка Федоровка.

Обваловка карт накопителя и канализационные трассы от ГККП «Федоровская ЦРБ» и ГКП «ФУВ» до накопителя сточных вод не ремонтировалось более 30 лет и находятся в аварийном состоянии.

Техническое обслуживание канализационной трассы и накопителя сточных вод ТОО «Шын» проводится постоянно, однако очистные канализационные сооружения не функционируют на протяжении 8 лет.

Сточные воды от предприятий райцентра, а также жилого сектора выводится спецавтотранспортом ТОО «Исток - 2030», ТОО «Алгабас» на накопитель сточных вод райцентра. Техническое состояние накопителя сточных вод райцентра удолитворительно. Объем стоков, вывозимых на накопитель составляет около 500 куб. м. в год.

Вывод сточных вод по сельским округам производится на свалках ТБО, на которых не оборудованы определенные места слива, что приводит к растеканию их по прилегающей к свалке территории и загрязнению земель.

Основными источниками загрязнения водоохранные зон горючесмазочными материалами; разбивка станов рыболовецких артелей и загрязнения ими охранных зон.

3. Методология исследований

В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования основаны на методах математического моделирования, положениях технологий использования топлива и топливных эмульсий. Экспериментальные исследования включают численное моделирование, а также сравнительный анализ. При этом используются теории математического планирования эксперимента и подобия. Результаты опытов обработаны математическими методами с применением теории погрешностей измерений.

Расчет выбросов основан на использовании удельных показателей, т.е. выбросов загрязняющих веществ, приведенных к единице времени, оборудования, массе получаемой продукции или расходуемых топлива, сырья и материалов [17,18].

Удельные показатели выделения загрязняющих веществ от производственного оборудования выявлены на основании имеющихся данных государственных нормативных показателей для данного производства.

Для расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от источников ремонтных предприятий использовались данные, приведенные в "Сборнике методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами", сравнительные характеристики по уровню ПДК для атмосферного воздуха даны согласно государственного нормативного РД 52.04.186-89.

Расчет мощности выбросов произведен по «Методике расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных дизельных установок». Нормативные выноски для расчетов загрязняющих веществ приведены в Приложении А,B,C,D,E,F.

Экспериментальной базой исследования явилось ГКП «Теплокоммунэнергострой» Федоровского районного центра. Основную деятельность предприятия составляет теплоснабжение поселка Федоровка. Котельные работают на угле Экибастузского бассейна.

4. Анализ влияния теплоэлектростанции на геоэкологические условия изучаемого района

4.1.Характеристика изучаемой теплоэлектростанции, как объекта проводимого исследования 

Объектом исследования явилось ГКП «Теплокоммунэнергострой».

Основную деятельность предприятия является теплоснабжение поселка Федоровка. Котельные работают на угле Экибастузского бассейна.

По валовому количеству выбросов данное предприятие относится к третьей категории. На предприятии разработан проект нормативов ПДВ.

На предприятии насчитано 16 источников выбросов, 9 из которых неорганизованные. В атмосферу выделяется загрязняющие вещество 7 наименований. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемые в атмосферу, являются взвешенные вещества, диоксиды азота и серы, окись углерода. Основными характеристиками котельных установок, являются следующие : скоростной напор ветра Wo = 30 кг/м²; средняя температура наиболее холодной пятидневки - минус 26 ^оC; средняя температура за отопительный сезон - минус 1,8 ^оC; число часов работы системы отопления/вентиляции в сутки - 24 часа; продолжительность отопительного сезона - 220 дней; температура теплоносителя системы отопления и вентиляции - 95/70 ^оC, регулирование температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха; температура теплоносителя горячего водоснабжения 60 ^оC; температура внутри отапливаемых помещений +18 ^оC; температура воздуха в помещении котельного зала +5 ^оC.

Тепловые нагрузки в соответствии с видом деятельности отражены в таблице 1.

Таблица1. Тепловые нагрузки котельной

Вид нагрузки	Значение
- на отопление	200 кВт	0,172 Гкал/час
- на ГВС (максимольночасовой)	280 кВт	0,24 Гкал/час
С учетом собственных нужд котельной и потерь в тепловых сетях
Общая (с учетом собственных нужд и тепловых потерь):	480 кВт	6,36 Гкал/час

При проектировании новых отопительных сетей используются фиксированные схемы. Схема присоединения потребителей тепла - в соответствии с заданием на проектирование:

- отопление - зависимая, двух трубная с регулированием температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха;

- горячее водоснабжение - закрытая, через теплообменники с циркуляционным трубопроводом.

Тепловоноситель для системы отопления и вентиляции - сетевая вода с расчетными параметрами температуры 90 - 70^оС, регулирование температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха по отопительному графику. Давление теплоносителя на выходе из котельной 0,45 МПа, на входе - 0,40 МПа.

Теплоноситель для системы горячего водоснабжения - вода с температурой 60 ^оС. Давление теплоносителя на выходе из котельной - 0,3 МПа, потери давления в циркуляционном трубопроводе 0,05 МПа.

Основное топливо - природный газ низкого давления, низшая теплота сгорания 33,5 МДж/м³ (8000 ккал/м³), плотность - 0,72 кг/м³. Давление газа на вводе в котельную - 0,005 МПа (изб).

Водоснабжение котельной осуществляется от внутреннего водопровода здания. Исходная вода по качеству должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82* "Вода питьевая". Водоотведение из котельной - через выпуски во внутриквартальную наружную сеть канализации. Основные характеристики работ котельных установок отражены в таблице 2.

Таблица 2.Основные нормативные показатели работы котельных установок.

№ п/п	Наименование показателя.	Значение.
1	2	3
1	Расчетная тепловая мощность котельной (с учетом собственных нужд и потерь), кВт (Гкал/час)	480 (0,412)
2	Установленная номинальная тепловая мощность котельной, кВт (Гкал/ч)	480 (0,412)
3	Годовая выработка тепла, тыс. Гкал./год;	2,232
4	Годовой отпуск тепла потребителям, тыс. Гкал./год;	2,215
5	Годовое число часов использования установленной производительности, ч.;	5417
6	Годовой расход топлива:
	- натурального, тыс. м3.;	303,261
	- условного, тыс. Т.У.Т.;	0,347
7	Установленная мощность токоприемников, кВт;
8	Годовой расход электроэнергии, тыс. МВт*ч;
9	Годовой расход воды:
	- на нужды горячего водоснабжения, тыс. м3;	37,597
	- на собственные нужды котельной, тыс. м3;	0,01
10	Численность персонала, чел.; (определяется эксплуатирующей организацией)	-
11	Строительный объем котельной, м3.;	89
12	Общая площадь застройки здания, м2.;	31,8
13	Общая сметная стоимость строительства, млн. руб.;	договорная
14	Удельные показатели на 1Гкал/ч установленной производительности;
	- мощность токоприемников, кВт/ Гкал/ч.;	13,1
	- численность персонала, чел./ Гкал/ч.;	-
15	Удельный расход условного топлива на 1Гкал отпущенного тепла, Т.У.Т./Гкал.;	0,161

4.2 Геоэкологические условия функционирования топливно-энергетического комплекса села Федоровка

Согласно статистики в Федоровском районе имеется 730 организованных и 490 не организованных источников выбросов загрязняющих веществ (эмиссий в окружающую среду). Имеются 21 котельная и 51 миникотельные. Из них действующими остались всего 11 котельных. В 2000 году реализовано 14 700 тонн угля, в 2009 году 12 000 тонн угля. В районе имеются 8 предприятий имеющих автономные источники отопления. Отмечено уменьшение выбросов в атмосферных воздух в связи с реконструкцией котельного оборудования в ТОО «Шын». Установкой циклонов со степенью 95% очистки на новой котельной, сокращением, режима работы крупных предприятий, перехода ряда предприятий на электрическое отопление. Валовой выброс загрязняющих веществ по району составил 9,837 тыс. тонн, в том числе твердые - 2,992 тыс. тонн в год, газообразные - 6,845 тыс. тонн. в год, в том числе серистый ангидрид - 0,573 тыс. тонн в год, окись углерода - 4,991 тыс. тонн в год, окись азота - 0,622 тыс. тонн в год. По данным дорожной полиции в районе зарегистрировано 10 260 ед. автотранспорта. Действуют 2 КРП, выбросы от передвижных источников составляет 8 737 тонн в год, в том числе окись углерода - 4,737 тыс. тонн, углерододы - 0,615 тыс. тонн, альдегиды - 0,0381 тыс. тонн, бензапирен - 0,001 тыс. тонн, окись азота - 0,527 тыс. тонн, диоксид серы - 0,096 тыс. тонн, сажа - 0,001 тыс. тонн, соединения свинца - 0,003 тыс. тонн. Всего - 6,0181 тыс. тонн. Загрязнение атмосферного воздуха происходит от сгорания топлива, масел, присадок к ним и продуктов их сгорания, металлов. Шумовое воздействие, образования выбросов, вытеснение и уничтожения флоры и фауны, а также сжигания пожнивных остатков сельхозтоваропроизводителями, от лесных и степных пожаров. Лесные и степные пожары являются большими источниками образования (СОЗ) диоксинов и фуранов.

Проблемными вопросами в области охраны атмосферного воздуха является отсутствие очистного оборудования на действующих котельных, отсутствие средств для перевода котельных с твердого топлива на жидкое.

В Федоровском районе имеются три реки: Аят, Тогузак, Уй. Также имеется 73 озера (большая часть рыбохозяйственных). Состояние водных ресурсов на территории района находится 71 рыбохозяйственое озеро: 3 озера («Соленое» АО «Сельхозтехника», «Жаман - Жарколь» поселок Федоровка, «Ток Таз» ПК «Банновский») используются населением для культурного отдыха. Некоторые из озер в засушливые годы пересыхают. При осуществлении мероприятий по улучшению водных ресурсов они эффективно могут быть использованы для удолитворения хозяйственных и бытовых нужд.

Мониторинг состояния поверхностных вод проводится аккредитованной лабораторией КФ ГУ «Тобыл - Торгайского департамента экологии».

Состояния поверхностных вод рек Аят и Тогузак по гидрохимическим показателям 3 класс «Умеренно загрязненная». ИЗВ индекс загрязнения воды - 1,01,205. Присутствует Марганец и Железо в концентрациях превышения ПДК - от 37,2 до 15,5 Марганец и 31,8 до 13,8 Железо, Медь до 7,9; Сульфаты, Фенолы, Фториды до 1,9 ПДК.

Из приятных моментов это относительно чистая река Уй. Неприятных больше, это в результате самовольного захвата земель и расширения земель сельскохозяйственного назначения не соблюдается водоохранные донны и зоны покоя, где производится запахивания земель до уреза воды. Таким образом, озера мелеют, не пополняясь талыми водами природного ландшафта, в озера попадают химические препараты, происходит заболевание и вымирание рыб, зарастание камышом и заболачивание озер.

Существуют большие проблемы с системой колонизации на предприятиях промышленности и здравоохранения, более 30 лет не ремонтировалось очистные сооружение ЦРБ, не функционируют механическая и биологическая система очистки на ТОО «Шын», где при откачке и сушке иловых образований в летней период, задыхается население села Федоровка. Сбрасываемая вода без всякой очистки поступает в окружающую среду плодя, гнилостные бактерии и загрязняя воздух. При авариях на водоводах в водопроводных сетях Федоровского управления водопроводах, происходит засоление подпочечных вод, которые истощают плодородный слой почвы, как результат дача в деревне, новый водопровод, где проблем не должно быть более 50 лет, заболел в первый год.

Неудолитворительно решается вопрос с водоснабжением населения доброкачественной питьевой водой. Из 106 общественных колодцев только 36 благоустроенны, имеются крышки, навесы, ведра. 13 населенных пунктов пользуются подводной водой из скважин. Подвозной водой пользуются населения Банновского, Камышинского, Вишневского, Коржункольского, Жаркольского, Пешковского сельских округов. Вода подводной спецавтотранспортом из глубинных скважин. Качество воды в районе соответствует требованием ГОСТа в установленных пределах. Основным источником загрязнения открытых водоемов является: распашка сельхозугодий всплошную у урезу воды и загрязнения водоохранных зон горюче-смазочными материалами, разбивка станов рыболовецких артелей и загрязнения ими водоохранных зон. Строительство новой водопроводной ветки от скважин поселка Владыкинка по райцентру поселка Федоровка (12 км.) не законченно. Согласно областной программы «Питьевая вода», утвержденной решением Акима Костанайской области от 08.12.2000 года планируется провести за счет средств местного бюджета разведку месторождений подземных вод поселка Вишневка, реконструкцию водопроводных сетей в поселке Федоровка.

Существующий водопровод ГКП «Управления водопроводов» эксплуатируются в аварийном режиме, так как водопроводная трасса существует более 30 лет без капитального ремонта. Ежедневно на разводящих сетях регистрируются аварии, часть которых по причине маломощности. ГКП «ФУВ» и большого количества аварий ликвидируются в поздние сроки (спустя неделю и более). Очень часто аварии и выход из строя глубинных скважин на водобазе (7 скважин в поселке Владыкинка).

Шахтовых колодцев общественного пользования - 37 и индивидуального пользования - 870. Большая часть шахтовых колодцев поддерживается в технически удолитворительном состоянии, однако их очистка и дезинфекция практически не проводится.

Канализационные сети функционируют в ГККП «Федоровская центральная районная больница», ТОО «Шын», Жилгородка ГКП «Управление водопроводов». Сточные воды от ГККП «Федоровская ЦРБ» и Жилгородка ГКП «ФУВ» сбрасываются в накопитель сточных вод, расположенный в 3-х км., от поселка Федоровка.

Обваловка карт накопителя и канализационные трассы от ГККП «Федоровская ЦРБ» и ГКП «ФУВ» до накопителя сточных вод не ремонтировалось более 30 лет и находятся в аварийном состоянии.

Техническое обслуживание канализационной трассы и накопителя сточных вод ТОО «Шын» проводится постоянно, однако очистные канализационные сооружения не функционируют на протяжении 8 лет.

Сточные воды от предприятий райцентра, а также жилого сектора выводится спецавтотранспортом ТОО «Исток - 2030», ТОО «Алгабас» на накопитель сточных вод райцентра. Техническое состояние накопителя сточных вод райцентра удолитворительно. Объем стоков, вывозимых на накопитель составляет около 500 куб. м. в год.

Вывод сточных вод по сельским округам производится на свалках ТБО, на которых не оборудованы определенные места слива, что приводит к растеканию их по прилегающей к свалке территории и загрязнению земель.

Основными источниками загрязнения водоохранные зон горючесмазочными материалами; разбивка станов рыболовецких артелей и загрязнения ими охранных зон.

Типичными нарушениями являются: загрязнения земель отходами производства, нарушение плодородного слоя земель при раскопках и демонтаже трубопроводов, хранения и применения средств защиты и карантина растений. Применения стойких органических загрязнителей «СОЗ» - Стокгольмская конференция от 21.05.2001 года.

Промышленные источники диоксинов и фуранов. Использование пашни на землях сельскохозяйственного назначения 378,5 т. га., в том числе посевная площадь 292,96 т. га., использования земель крестьянскими хозяйствами 219,4 т. га.

Количество недропользователей - 7; добыча подземных вод - 48 511 м ³.

Контроль и мониторинг состояния подземных вод проводится департаментом «Тобыл - Торгайского» водного бассейна и уполномоченным органом в области охраны окружающей среды.

Общая площадь лесного фонда 35 050 га., площадь покрытая лесом 15 485 га.

Распространены: кабан, сибирская косуля, лось, заяц, барсук, лиса, волк. Район расположен на пути миграции казары, гуся, утки и др. водоплавающей дичи которая гнездится на севере.

Применение пестицидов и ядохимикатов: 817,6 тыс. тонн. Преимущественно Дезорол, Буран, Герольд, Торо и другие. Минеральных удобрения 23,977 тыс. тонн.

Тара из под химических препаратов средств защиты и карантина растений, на захоронение предприятию ТОО «Шаруа» по договору передана следующим предприятиям: ТОО «Банновка» - 1 038 кг., ТОО «Абайское» - 115,2 кг., ТОО «Алтын - Инвест» - 424 кг., ТОО «Иволга - Холдинг» - 704 кг., ТОО «Пшеничное» - 510 кг., Федоровское РТИ КГИ в АПК МСХ РК - 817,6 кг. Крестьянские и фермерские хозяйства используют средства защиты и карантина растений без регистрации в санэпидемнадзоре и без согласования с уполномоченным органом в области охраны окружающей среды, допуская при этом нарушение экологического законодательства. Тара из под этих препаратов на захоронение не сдается, учет по химпрополке сельскохозяйственных культур не ведется. Последствие применения химических препаратов и концерогеннов на землях сельскохозяйственного назначения сказывается на гибели биологического разнообразия, происходит загрязнения подземных близко расположенных подпочвенных вод, гибель диких животных, сокращение их численности, гибель перелетных птиц и выводков в местах гнездовья.

Следует отметить, что тара из под ядохимикатов, средств защиты и карантина растений и минеральных удобрений относится к опасным видам отходов и подлежит захоронению на полигоне опасных отходов «Кизбель».

4.3 Анализ изменения геоэкологических условий окружающей среды под воздействием Федоровской теплоэлектростанции

Анализ изменения геоэкологических условий под влиянием ГКП «Теплокоммунэнергострой» изучаемого района включал расет выбросов по основным категориям загрязняющих веществ; сравнительное обоснование в соответствии с государственными нормативными документами , в частности с руководящим документом РК для нормирования качества атмосферного воздуха.

Таким образом, по валовому количеству выбросов данное предприятие относится к третьей категории. На предприятии насчитано 16 источников выбросов, 9 из которых неорганизованные. В атмосферу выделяется загрязняющие вещества -7 наименований. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемые в атмосферу, являются взвешенные вещества, диоксиды азота и серы, окись углерода. Так для анализа влияния на геоэкологические условия изучаемой местности был проведен ряд расчетов, которые включали:

1.Расчет выбросов угольной пыли .

Максимально разовый выброс угольной пыли при разработке и сдуве материалов рассчитывается следующим образом (формула (1)):

G = А_М + В_М, (1)

где G - максимально разовый выброс угольной пыли при переработке и сдуве материалов, г/с;

А_М -максимально разовый выброс при переработке материала (ссыпка, перевалка, перемещение), г/с;

В_М - максимально разовый выброс при статистическом хранении материала, г/с.

Максимально разовый выброс при переработке материала рассчитывается следующим образом (формула (2)):

А_М = (К₁•К₂ •К₃•К₄•К₅ •К₇• Т•10⁶•В')/3 600, (2)

где А_М - максимально разовый выброс при переработке материала

(ссыпка, перевалка, перемещение), г/с;

К₁ - весовая доля пылевой фракции в материале, 0,052;

К₂ - доля пыли, переходящая в аэрозоль, 0,02;

К₃ - коэффициент, учитывающий местные метеоусловия (преобладающая скорость ветра), 1,4;

К₄ - коэффициент, учитывающий степень защищенности узла от внешних воздействий, условия пылеобразования, 0,2;

К₅ -коэффициент, учитывающий влажность материала, 0,01;

К₇ - коэффициент, учитывающий крупность материала, 0,4;

Т - суммарное количество перерабатываемого материала, 4,11 т/час;

В' - коэффициент, учитывающий высоту пересыпки, 0,7.

Максимально разовый выброс при статистическом хранении материала рассчитывается следующим образом (формула (3)):

В_М = К₃•К₄ •К₅•К₆•К₇ •С•П, (3)

где В_М - максимально разовый выброс при статистическом хранении материала, г/с;

К₃- коэффициент, учитывающий местные метеоусловия (преобладающая скорость ветра), 1,4;

К₄ - коэффициент, учитывающий степень защищенности узла от внешних воздействий, условия пылеобразования, 0,2;

К₅- коэффициент, учитывающий влажность материала, 0,01;

К₆ - коэффициент, учитывающий профиль поверхности складируемого материала, 1,3;

К₇ - коэффициент, учитывающий крупность материала, 0,4;

С - удельный унос пыли с 1 м² фактической поверхности складируемого материала, 0,005;

П- поверхность опыления, 510 м².

Валовый выброс при переработке и сдуве материалов рассчитывается следующим образом (формула (4)):

М = А_В+В_В, (4)

где М - валовый выброс при переработке и сдуве материалов, т/год;

А_В - валовый выброс при переработке материалов, т/год;

В_В - валовый выброс при сдуве материалов, т/год.

Валовый выброс от переработки материалов рассчитывается следующим образом (формула (5)):

 , (5)

где А_В- валовый выброс при переработке материалов, т/год;

А_М - максимально разовый выброс при переработке материала (ссыпка, перевалка, перемещение), г/с;

t₁ - годовое время по переработке материалов, 284 часа.

Валовый выброс от переработки материалов рассчитывается следующим образом (формула (6)):

 , (6)

Качество выбрасываемой угольной пыли:

А_М = (0,0052•0,02•1,4•0,2•0,01•0,4•4,11•10⁶•0,7)/ 3600 = 0,000927 г/с;

В _М = 1,4•0,2•0,01•1,3•0,4•0,005•510 = 0,0037128 г/с;

G = 0,000927+0,0037128 = 0,0046398 г/с;

А_В = 0,000927•3600•284 / 10⁶ = 0,0009477 т/год;

В_В = 0,0037128 •3600•6816 / 10⁶ = 0,0911032 т/год;

Всего по угольной пыли в год:

М = 0,0009477 + 0,0911032 = 0,0920509 т/год.

2. Расчет выбросов загрязняющих веществ топлива в котлоагрегатах.

Котельная работает на топливе Экибастузского угля и других месторождений.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Выбросы загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлоагрегатах .

Наименование выброса	Максимально-разовый выброс (г/с)	Валовый выброс (т/год)
Оксиды азота	0,0421114	0,532194
Углерод черный (сажа)	0,6111956	8,820282
Диоксид серы	2,3570565	34,015140
Оксид углерода	3,9691667	57,279816
Пыль неорганическая: 70-20% SiO2	0,5255363	7,584116

3. Расчет выбросов оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива

Расчетный расход топлива рассчитывается следующим образом (формула (7)):

, (7)

где В_с - расчетный расход топлива, т/год;

В - фактический расход топлива, 1166,5 т/год;

q₄ - потеря тепла от механической неполноты сгорания, 9,8%.

Расчетный расход топлива рассчитывается следующим образом (формула (8)):

, (8)

где В'_с - расчетный расход топлива, кг/с;

В' - фактический расход топлива, 80,83184 г/с;

q₄ - потеря тепла от механической неполноты сгорания, 9,8%.

В_с = 1166,5 • (1- 9,8/100)= 1052,183 т/год;

В'_с = 80,83184 • (1- 9,8/100) = 0,07291 кг/с.

Фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу определяется следующим образом (формула (9)):

Q_Т = В_с/Time/3,6•Q_r , (9)

где Q_Т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку тепла, МВт;

В_с - расчетный расход топлива, т/год;

Time - время работы котла за год, 6816 час;

Q_r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг.

Фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу определяется следующим образом (формула (10)):

Q'_Т = В'_с•Q_r , (10)

где Q_Т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку тепла, МВт;

В'_с - расчетный расход топлива, кг/с;

Q_r - низкая теплота сгорания топлива, 26,4 МДж/кг.

Q_Т = 1052,183: 6816 : 3,6•26,4 = 1,13204 МВт,

Q'_Т = 0,07291•26,4= 1,924824 МВт.

Тепловое напряжение зеркала горения рассчитывается следующим образом (формула (11)):