Введение к работе
Актуальность темы.
Из Программы «Целевое видение стратегии развития энергетики России на период до 2030 г.», разработанной в 2006 г. под руководством академика РАН А.Е. Шейндлина следует, что выработка электроэнергии ТЭС на угле будет оставаться практически на прежнем уровне.
В объединенной энергетической системе (ОЭС) Сибири насчитывается 86 электростанций различного типа с установленной мощностью 45 млн. кВт. Более 50% этой мощности обеспечивают тепловые электростанции (ТЭС), построенные еще в 60 - 70-е годы прошлого столетия, в период, когда экологической безопасности еще не уделялось должного внимания.
Изучению воздействия ТЭС на природную среду, в том числе и ТЭЦ - 1, в г. Чите посвящены работы Заслоновскго В.Н., Заманы Л.В., Итигиловой М.Ц., Кондратьева В.Г., Котельникова A.M., Мязина В.П., Мязиной В.И., Покровского Д.С., Чечель А.П., Токаревой О.Ю., Шестернева Д.М., Цыганка В.И. и. др. В результате установлено, что наибольшую экологическую опасность для природной среды представляют гидротехнические сооружения складирования зо-лошлаковых отходов ТЭС, построенные без противофильтрационных экранов. Их воздействие на криолитозону приводит к ее деградации и формированию путей фильтрации техногенных вод по тектоническим нарушениям. Это снижает качество эксплуатации существующих и ставит под угрозу строительство перспективных городских водозаборов, предопределяет тепловое, механическое и химическое загрязнения поверхностной и подземной гидросферы. Например, оз. Кенон, один из крупных водоемов бассейна Верхнего Амура, использующееся как пруд охладитель ТЭЦ-1, и за период эксплуатации деградировал из природного в техногенный водоем.
Работа выполнялась в соответствии с программой фундаментальных исследований РАН № 16 «Изменения окружающей среды и климата: природные катастрофы», проект СО РАН «Исследование эволюции природных и природ-нотехногенных геосистем криолитозоны горных областей юга Сибири в условиях изменения климата, Гос. per. № 01.2.007-04723». Завершение работ преду смотрено Программой 7.10.2 фундаментальных исследований СО РАН «При родные и техногенные системы в криосфере Земли и их взаимодействие». От дельное положение НИР «Исследование влияния дисперсного и минеральног состава цеолитосодержащих туфов Забайкалья на их водно - физические і сорбционные свойства при очистке сточных и оборотных вод золоотвала № Читинской ТЭЦ -1» выполнены совместно с Забайкальским отделением Меж дународной академии наук и безопасности жизнедеятельности (ЗО МАНЭБ) і аккредитованной лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в За байкальском крае».
Таким образом, исследования по усовершенствованию эколого - ориенти рованных технологий для управления водным балансом системы гидрозоло удаления (ГЗУ) тепловой электростанции весьма актуальны и, несомненн имеют научное и прикладное значение.
Объектом исследований является природно-техническая система «ТЭ1 1, г. Чита», расположенная в криолитозоне Центрального Забайкалья.
Предмет исследования - загрязнение поверхностной и подземной гидр сферы территории в границах влияния природно-технической системы (ПТ( тепловой электростанции (ТЭЦ - 1, г. Чита) на природную среду и совреме ные технологии по снижению техногенного воздействия.
Цель работы - максимальное снижение отрицательного воздействия р конструируемой системы гидрозолоудаления на природную среду путем м нимизации загрязнения поверхностной и подземной гидросферы
Идея работы - снижение воздействия тепловых электростанций на поверхностные и подземные воды достигается с использованием усовершенствованных эколого-ориентированных технологий в строительстве противофильт-рационных экранов и очистки техногенных стоков с учетом особенностей природных условий, наличия местных строительных материалов и применением эффективных и дешевых природных сорбентов - цеолитов.
Основные задачи исследований:
Изучить особенности природно-климатических условий района исследований, выявить основные факторы, влияющие на загрязнение поверхностной и подземной гидросферы и выполнить анализ современного состояния использования технологий для управления водным балансом системы ГЗУ;
Обосновать размещение инженерных объектов для реконструкции системы ГЗУ и установить закономерности изменения свойств местных строительных материалов для строительства противофильтрационного экрана с заранее заданными свойствами;
Усовершенствовать технологию укладки противофильтрационного экрана, на основе использования композитных материалов и разработать техническое решение по снижению техногенного воздействия на поверхностные и подземные воды системы ГЗУ;
Оценить эффективность применения цеолитов Забайкалья для кондиционирования (очистки) техногенных стоков ТЭС и разработать техническое решение их использования в зимний и летний периоды;
5. Разработать рекомендации по совершенствованию мониторинга сис
темы гидрозолоудаления с использованием усовершенствованных технологий;
6. Выполнить оценку эколого-экономической эффективности использова
ния увершенствованных технологий в системе ГЗУ тепловой электростанции.
Методика комплексных исследований включает:
а) обобщение фондовых и литературных источников, рассматриваемых
вопросов исследований;
б) анализ и оценку техногенного загрязнения подземных и поверхност
ных вод;
в) лабораторные экспериментальные исследования местных строитель
ных материалов, эффективности очистки сточных вод с применением цеолито
Забайкалья;
г) обработку результатов исследований;
д) обоснование и разработку технических решений использования пред
ложенных технологий при реконструкции ТЭС.
Научные положения, представляемые к защите:
Снижение техногенного воздействия на поверхностные и подземны воды системы гидрозолоудаления тепловой электростанции достигается путем усовершенствования технологии сооружения противофильтрационного экран на основе применения композитных местных строительных материалов (при родных суглинков и золошлаков), с заранее заданными свойствами;
Управление положительным водным балансом в системе ГЗУ тепл вой электростанции достигается с использованием усовершенствованной эк лого-ориентированной технологии очистки техногенных стоков ТЭС, ВКЛІ чающей круглогодичное использование очистных сооружений с цеолитовым фильтрами (цеолитосодержащими туфами месторождений Забайкалья).
Достоверность научных положений и выводов в диссертационно работе базируется:
на представительном объеме лабораторных и натурных эксперимех тальных исследований, статистической их обработке;
на сходимости результатов натурных и лабораторных исследовани сравнительных оценок применения традиционных и новых методов исследов ний, в том числе в независимых аккредитованных лабораториях РФ.
Научная новизна работы. В представленной на защиту диссертационной работе получили дальнейшее развитие известные методы, используемые для снижения воздействия системы ГЗУ на качество поверхностных и подземных вод. Научная новизна их разработки заключена в следующем:
1. Выполнен аналитический обзор существующих эколого-
ориентированных технологий, использующихся в системе гидрозолоудаления
ТЭС, разработана графическая функциональная модель ПТС «ТЭЦ -1, г. Чита»
и оценено ее влияние на деградацию криолитозоны и экологическое состояние
окружающей среды;
2. Разработана методика создания противофильтрационного экрана из
композитных материалов с заранее заданными свойствами;
3. Предложена и защищена патентом эколого-ориентированная техноло
гия применения природных сорбентов (ЦСТ Забайкалья) для круглогодичной
очистки (кондиционировании качества) техногенных стоков ТЭС;
4. Разработана технология управления положительным водным балансом
системы ГЗУ для снижения техногенного воздействия тепловой электростан
ции на подземные и поверхностные воды.
5. Разработаны рекомендации по совершенствованию геомониторинга
природно - технической системы ТЭС в условиях деградации криолитозоны.
Личный вклад автора заключается в: определении цели и задач исследований; изучении и обобщении фондовых материалов по геокриологическим и гидрогеологическим условиям ПТС; разработке графической функциональной модели ПТС тепловой электростанции; разработке технических решений по использованию усовершенствованных эколого-ориентированных геотехнологий для реконструкции ТЭЦ-1 г. Чита.
В качестве ответственного исполнителя автор участвовал в проведении экспериментальных лабораторных (технологических) исследований противо-
фильтрационных (композитных) материалов и природных сорбентов (цеолитои Забайкалья).
Практическая значимость результатов исследований состоит в том, что они позволили:
Выполнить оценку техногенного воздействия ПТС тепловой электростанции на высокоурбанизированные (городские) территории и геосистем района исследований в целом;
Применить в Забайкалье и рекомендовать к применению в других рай онах ОЭС Сибири усовершенствованные эколого-ориентированные технологій для управления положительным водным балансом системы гидрозолоудалени; при реконструкции ТЭС, построенных в 60 - 70 -е годы XX века;
Доказать эффективность использования природных сорбентов - цеоли тов Забайкалья, для обеспечения очистки техногенных стоков оборотной сие темы ГЗУ тепловой электростанции;
Снизить загрязнение поверхностных и подземных вод в границах ПТ и предложить основные направления дальнейших исследований для оздоров ления природной среды в зоне влияния ТЭС.
Реализация результатов исследований:
Усовершенствованные эколого-ориентированные технологии вошли проектные решения ОАО «ЗабайкалцветметНИИпроект» по реконструкци системы гидрозолоудаления ТЭЦ-1 г. Чита и применены Заказчиком ТГК -1 при реализации проекта;
Разработанная при участии автора «Система оборотного водоснабже ния теплоэлектростанции» позволила решить вопрос использования цеолитсо держащих фильтров для круглогодичной очистки техногенных стоков систем гидрозолоудаления ТЭЦ-1. г Чита (Патент № 2278220 РФ);
3. Основные положения диссертации используются при чтении лекций на кафедрах «Гидрогеологии и инженерной геологии» и «Безопасности жизнедеятельности» в Читинском Государственном Университете.
Апробация работы. Основные положения диссертации были заслушаны и положительно оценены на: Международной научно - практической конференции «Забайкалье в Геополитике России» (г. Чита, 2003 г.); VII-м Международном симпозиуме «Проблемы инженерного мерзлотоведения» (г. Чита, 2007 г.), Международном симпозиуме «Приграничное сотрудничество: Россия, Китай, Монголия» (г. Чита, 2008 г.), Годичных сессиях Научного Совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (г. Москва, 2003, 2005 гг.). Они неоднократно докладывались на Региональных конференциях в г. Чите, Технических советах ТГК - 14, Читинской Генерации ТЭЦ- 1 и Экспертных совещаниях Государственной экологической экспертизы (г. Чита, 2002, 2003, 2004 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, включая статью в рецензируемом журнале по списку ВАК (Вестник Чит.ГУ, № 1 (52), г. Чита, 2009 г.), получен Патент на изобретение РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. В ней содержится 160 страниц текста, 27 рисунков, 12 таблиц список использованной литературы из 165 наименований, включая 5 зарубежных источников и 11 текстовых приложений.
Автор выражает свою признательность научному руководителю, д.т.н., профессору Д.М. Шестерневу за помощь в проведении исследований и подготовке диссертации, д.т.н., профессору А.Н. Хатьковой, к.т.н. СИ. Михайлюти-ной за ценные советы и консультации, коллективу ОАО «ЗабайкалцветметНИ-Ипроект» и особо его генеральному директору Ю.В. Бутько и начальнику отдела Н.Б. Насоловец за внимание, практическое содействие и помощь в оформлении работы.
