научная статья по теме ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ДЫМОВЫХ УНОСОВ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА УГЛЯХ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ДЫМОВЫХ УНОСОВ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА УГЛЯХ»

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК № 4 ЭНЕРГЕТИКА 2008

УДК 574.2

© 2008 г. ГЛУЩЕНКО H.H., БОГОСЛОВСКАЯ O.A., БАЙТУКАЛОВ Т.А., ОЛЬХОВСКАЯ И.П., ОВСЯННИКОВА М.Н.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ДЫМОВЫХ УНОСОВ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА УГЛЯХ

В работе представлены исследования физико-химических и биологических свойств летучей золы, прошедшей электрофильтры Новочеркасской ГРЭС (г. Ростов-на-Дону), работающей на углях. Твердая фаза летучей золы представляет собой неоднородные по размеру частицы с диаметром вплоть до 150 мкм. Доля частиц диаметром 0,015,0 мкм составляет 42%. По данным рентгеноструктурного анализа в состав твердых частиц дымовых уносов входят такие макроэлементы как Fe, Si, Al в виде оксидов. Основные токсикологические характеристики летучей золы сравнимы с токсикологическими характеристиками ее макроэлементов железа и алюминия в дисперсной форме. Нанесение водной суспензии твердых частиц дымовых уносов на раны экспериментальных животных в концентрации 0,5% в суммарной дозе 280 мг/кг не влияет на скорость заживления ран. В то же время один из макроэлементов частиц летучей золы -магний, наносимый на раны в виде водной суспензии в дозе 20 мг/кг, тормозит регенерацию кожи, увеличивая время полузаживления экспериментальных ран на 86% по сравнению с контролем. Один из минорных компонентов частиц летучей золы - цинк, наносимый на раны в виде водной суспензии в дозе 5 мг/кг, также тормозит заживление ран. Исследование микробиологической чистоты летучей золы показало, что бактериальное заражение образцов умеренное и представлено колониями различных культур. Установлен синергизм роста стафилококка (St. Albus) и бактерий, присутствующих на твердых частицах дымовых уносов.

Введение. Поступление продуктов сгорания топлив в атмосферный воздух увеличивает концентрацию в нем вредных веществ до уровней, опасных для жизни человека, животных и растений. На долю ТЭС приходится 27% выбросов промышленных предприятий. Загрязнение атмосферы, почв, воды районов угольных ТЭС тяжелыми металлами, радионуклидами, фтор- и хлорсодержащими и канцерогенными полициклическими ароматическими углеводородами делает актуальным изучение биологической активности продуктов сгорания топлива для дальнейшей разработки методов прогнозирования и управления качеством природной среды в районах ТЭС с целью снижения отрицательного их воздействия на биологические объекты [1-5]. В связи с этим в работе проведено изучение некоторых физико-химических свойств и биологической активности летучей золы (твердых частиц дымовых уносов) ТЭС, прошедшей электрофильтры Новочеркасской ГРЭС (г. Ростов-на-Дону), работающей на низкосортном антрацитовом штыбе. Выбор объекта исследований не случаен, поскольку Новочеркасская ГРЭС расположена в районе пахотного земледелия зерновых культур, пастбищ, сенокосов, многолетних насаждений и населенных пунктов [2, 6].

Известно, что в промышленных зонах повышена общая заболеваемость населения (в т.ч. детей) с нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем [7, 8]. Так как летучая зола ТЭС оседает на различные объекты окружающей среды, в т.ч. на кожу человека и животных, авторы изучили влияние твердых ча-

5 Энергетика, № 4

129

стиц дымовых уносов и некоторых ее компонентов на процессы ранозаживления на модели экспериментальных полнослойных ран. Кроме того, известно, что частицы дымовых уносов могут подвергаться инфицированию [9]. В связи с этим, авторы исследовали микробиологическую чистоту летучей золы ТЭС и ее влияние на рост тест-культур кишечной палочки (E. coli 1157) и стафилококка (St. albus).

Объекты и методы исследования

Летучую золу выбросов ТЭС отбирали с фильтров электроаспиратора при прокачивании воздуха со скоростью 30 л/мин в течение 30 мин.

По фотографиям, полученным на электронном микроскопе фирмы "Jeol" (Япония), измерялся диаметр частиц и рассчитывалась кривая распределения по размерам (было измерено 1000 частиц).

Для проведения рентгеноструктурного анализа твердые частицы летучей золы массой 10 мг смешивали с вакуумной смазкой массой 1 г. После равномерного перемешивания твердых частиц в смазке испытуемый образец помещали в углубление из оргстекла. Далее образец помещали в крепление камеры рентгеноструктурного анализатора "ДРОН" (Россия). Съемку проводили по следующим параметрам: фиксировали углы дискретности по углам поворота образца и время накопления сигнала. Идентификацию пиков проводили по компьютерной базе данных.

Исследование острой токсичности образцов пыли и влияние ее на ранозаживление проводили на взрослых мышах-самках линии SHK, массой 20-25 г. Животным внутри-брюшинно вводили по 0,25 мл водной суспензии исследуемого образца летучей золы в определенной концентрации. Токсичность оценивалась по показателям МПД (максимально переносимая доза, при которой гибель мышей еще не происходит), ЛД50 (летальная доза, при которой гибнет 50% мышей) и ЛД100 (летальная доза, при которой гибнет 100% мышей).

Влияние исследуемых образцов летучей золы на заживление ран изучалось на модели полнослойных ран [10]. Площадь ран рассчитывали с помощью компьютерной программы ImageJ 1.30v.

Микробиологическое исследование проводили методом диффузии в агар, используя тест-культуры: кишечную палочку (Е. coli 1157) и стафилококк (St. albus) [11].

Результаты исследования

Оптический, электронно-микроскопический и рентгеноструктурный анализ твердых частиц дымовых уносов ТЭС. Известно, что физико-химические свойства летучей золы зависят от типа сжигаемого угля, условий и режима его сжигания, коллектора пыли и размера частиц [1-6]. Показано также, что для проявления биологической активности важна химическая форма, в которой элемент поступает в организм [12]. При изучении биологического действия различных образцов летучей золы (собранной в промышленных зонах предприятий, отдельных производств, городов и т.п.) кроме состава и формы, в которой элемент входит в состав частиц, необходимо учитывать также размер частиц. Так, 80% частиц диаметром 0,5-5 мкм проникает в дыхательные отделы легких и, поглощаясь альвеолярными макрофагами, поступает в кровь и ткани организма, при длительной экспозиции способствуя возникновению ряда заболеваний [13]. Более крупные частицы (>5 мкм) задерживаются в полости носа, более мелкие (<0,5 мкм) в дыхательных путях не оседают, человек их выдыхает. Считается, что основная масса частиц летучей золы попадает в организм через верхние дыхательные пути [7]. Частицы диаметром до 0,1 мкм могут проникать через кожный покров, попадать в капилляры и разноситься кровотоком по органам и тканям [12]. Результаты проведенного оптического и электронно-микроскопического анализа твердых частиц дымовых уносов показали, что твердые частицы дымовых уносов представляют собой образования светло-серого цвета с гладкой поверхностью и различной степенью прозрачности. На поверхности неко-

Рис. 1. Результаты рентгеноструктурного анализа летучей золы, прошедшей электрофильтры Новочеркасской ГРЭС, работающей на углях

торых частиц наблюдаются вкрапления черных микросфер (оксид железа) с однородной или неоднородной структурой.

При электронно-микроскопическом изучении частиц выяснилось, что твердые частицы дымовых уносов неоднородны по размеру, и диаметр большинства частиц лежит в интервале от 0,01 до 150 мкм. Распределение твердых частиц дымовых уносов по размеру представлено в табл. 1.

Видно, что на долю частиц диаметром до 5 мкм приходится почти 42% всех твердых частиц дымовых уносов ТЭС. Частицы такого размера проникают в растения, организмы животных и человека, распределяются по органам и тканям, растворяются в биожидкостях, достигая мишеней биологического действия [13, 14]. Исследования химического состава твердых частиц дымовых уносов свидетельствуют о том, что частицы представляют собой многокомпонентную систему, включающую макро- и микроэлементы [9, 15-21]. Результаты рентгеноструктурного анализа твердых частиц дымовых уносов, прошедших через электрофильтры Новочеркасской ГРЭС, представлены на рис. 1.

Видно, что образец летучей золы содержит следующие фазы: 10.47 (4.24 А) - 8Ю2, 12.80 (3.48 А) - А1203, 13.37 (3.33 А) - 8Ю2, 16.70 (2.68 А) - Ре203, 17.97 (2.50 А) - Бе203, 18.43 (2.44 А) - Б102.

Следовательно, твердые частицы дымовых уносов представляют собой алюмосили-катные частицы с включением железа. Элементы Бе, Б1, А1 в частицах летучей золя представлены в виде оксидов.

Таблица 1

Распределение твердых частиц дымовых уносов, прошедших электрофильтры ТЭС, по диаметру

(в % от общего числа частиц)

Диаметр частиц, мкм 0,01-5,00 5-10 10-15 15-20 Более 20

Содержание, % 41,6 ± 12,0 18,7 ± 5,0 8,3 ± 2,0 6,2 ± 2,0 25,2 ± 6,0

Изучение токсикологических характеристик летучей золы ТЭС, прошедшей электрофильтры ТЭС, и ее компонентов. Необходимость проведения токсикологических

5* 131

Таблица 2

Основные токсикологические характеристики твердых частиц дымовых уносов и ее отдельных компонентов****

о И

о и

И н

я

•е-

о а

о

5 а

Д 1-1

о

т

о Л

О

2

< ¡- и 3 и

ы а и ы а и ы а и ы я и

ст а ч о н а Д ст а ч о н а Д X1 ст а ч о н а Д ст а ч о н а Д

о и о ЧС о т о

¿3 з и Я

1200 15 10 7 2 1,5 200 4

2500 200 440 55 12 3,5 500 18

3100 1000 800 100 25 7,0 1100 40

мпд* ЛД*?

1700 3000 4100

1100 20 2200 35 3200 50

15 30

* МПД - максимально переносимая доза, при которой еще не происходит гибель животных.

** ЛД50 - доза, при которой гибнет половина экспериментальных животных.

*** ЛД100 - доза, при которой гибнут все экспериментальные животные.

**** Для солей дозы приведены в пересчете на металл.

ЛД*00*

исследований твердых частиц дымовых уносов связана не только с тем, что частицы представляют собой сложную систему макро- и микроэлементов, в состав которой входят высокотоксичные элементы, такие как РЬ, Щ, С^ но и с тем, что на поверхности частиц могут адсорбироваться полициклические ароматические углеводороды, в т.ч. 3,4-бензпирен, обладающий канцерогенной активностью, пары, газы, радиоактивные вещества, ионы и своб

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком