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.