научная статья по теме ОЧИЩЕНИЕ СТОЧНЫХ ВОД ТЭЦ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С МИНЕРАЛЬНЫМИ И ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫМИ ОБРАЗОВАНИЯМИ Геология

Текст научной статьи на тему «ОЧИЩЕНИЕ СТОЧНЫХ ВОД ТЭЦ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С МИНЕРАЛЬНЫМИ И ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫМИ ОБРАЗОВАНИЯМИ»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 4, с. 344-355

УТИЛИЗАЦИЯ И ЗАХОРОНЕНИЕ ОТХОДОВ

УДК 550.4:502.5:628.4.043

ОЧИЩЕНИЕ СТОЧНЫХ ВОД ТЭЦ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С МИНЕРАЛЬНЫМИ И ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫМИ ОБРАЗОВАНИЯМИ

© 2014 г. С. Х. Павлов*, К. В. Чудненко**, А. И. Оргильянов*, И. Г. Крюкова*, П. С. Бадминов*

* Институт земной коры СО РАН, ул. Лермонтова, 128, Иркутск, 664033 Россия. E-mail: spavlov@crust.irk.ru ** Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, ул. Фаворского, 1а, Иркутск, 664033 Россия. E-mail: chud@igc.irk.ru

Поступила в редакцию 19.07.2013 г. После исправления 4.12.2013 г.

Прослежено изменение состава сточных вод крупного золоотвала равнинного типа в ряду пульпа ^ осветленная вода ^ техногенные подземные и поверхностные воды. Установлено, что преобразование техногенных вод происходит в результате их физико-химического взаимодействия с минеральными и органоминеральными образованиями.

Ключевые слова: фильтрационные утечки, подземные воды, загрязнение, гидрогеохимические процессы, физико-химическое моделирование.

ВВЕДЕНИЕ

Потоки химических элементов, формирующиеся в различных ландшафтах природных и освоенных территорий с различной степенью антропогенной нагрузки, особенно выражены там, где в их создании участвует водная составляющая. Формирование химического состава природных вод с учетом естественных и антропогенных факторов - фундаментальная проблема современной гидрогеохимии [8]. Многочисленные исследования в этой области позволили определить ведущие факторы, процессы и геохимические обстановки миграции химических элементов в земной коре [10]. Значительного прогресса достигли исследования гидрогеохимических аспектов техногенеза [11, 16]. Процессы формирования состава подземных вод в различных природных обстановках и геоэкологических ситуациях все активнее рассматриваются на количественном уровне [5]. Несмотря на впечатляющие успехи, достигнутые в изучении формирования состава природных и техногенных вод, существует значительный ряд проблемных вопросов, которые требуют своего решения.

Среди многочисленных проблем техногенеза своей масштабностью выделяется проблема захо-

ронения и утилизации продуктов сжигания твердых топлив на предприятиях теплоэнергетики [15]. Анализ видов и интенсивности воздействия золошлакоотвалов на окружающую среду выявил, что из всех объектов природной среды наибольшему загрязнению, в основном химическому, подвергается динамичная часть геологической среды - подземные воды [12].

Вопросам минимизации загрязнения природных вод в результате фильтрационных утечек техногенных вод из золошлакоотвалов уделяется достаточно большое внимание. На стадии изысканий на участках складирования токсичных отходов обосновывается необходимость проведения литолого-фациального анализа территории с целью оценки защитных свойств пород для предотвращения попадания загрязнителей в подземные воды [14]. В процессе строительства основания и ограждающие дамбы подобных сооружений оборудуются противофильтрационными экранами из природных грунтов и искусственных материалов [1, 3]. Тем не менее проведение даже таких дорогостоящих мероприятий не исключает фильтрационных утечек, и острота проблемы не уменьшается, поэтому ширятся научные исследования по оценке воздействия золошлакоотвалов на окру-

жающую среду, в которых существенная роль отводится загрязнению подземных вод в результате фильтрационных утечек сточных вод из прудов-отстойников золоотвалов. Выявлена зависимость состава формирующихся фильтрационных утечек от минерального состава золы [9]. Рассмотрению этой проблемы на примере золоотвала ТЭЦ-9 в г. Ангарске посвящена данная работа.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА

Золоотвал равнинного типа площадью более 5 км2 расположен на расстоянии 4.8 км от ТЭЦ-9 на левом берегу р. Ангары в 2.5 км от ее русла. С восточной, северной и южной сторон к золоот-валу примыкает болотный массив - Сушинский калтус. На удалении от 800 до 1500 м с северной и восточной сторон от золоотвала находится крупное линейное гидротехническое сооружение -Большой канал, шириной 30 м и глубиной 6 м, протяженность которого приближается к 10 км.

Золошлаки поступают на золоотвал по пульпопроводу системы гидрозолоудаления, где происходит разделение пульпы на водную и твердую фазы. Уровень техногенных вод в пруде-отстойнике подвержен сезонным и внутрисезонным колебаниям, связанным с технологическими процессами работы станции и метеогенными факторами. Большая площадь золоотвала и пруда-отстойника определяют высокую степень зарегулированнос-ти уровня воды в пруде-отстойнике. Максимальная величина амплитуды колебания уровня воды в пруде-отстойнике не превышает 30 см.

В геологическом строении основания золоот-вала принимают участие песчаники и углистые алевролиты среднеюрского возраста, перекрытые четвертичными аллювиальными песчано-гравий-но-галечниковыми образованиями мощностью до 8 м и песками, супесями и суглинками слоем толщиной до 5 м, на которых залегают современные отложения торфа. В районе золоотвала распространены водоносные горизонты торфяных образований с водами порового типа, аллювиальных отложений с водами порово-пластового типа и среднеюрский водоносный комплекс с водами трещинно-пластового типа.

По периметру золоотвала в теле ограждающей дамбы заложено 16 створов, на которых в 39 скважинах ведутся наблюдения за водоносным горизонтом в теле плотины и в 43 скважинах за аллювиальным водоносным горизонтом. На удалении от первых десятков до 650 м от золоотвала наблюдения за водами аллювиального водоносного горизонта проводятся еще в 6 скважинах, и в

1 скважине (в непосредственной близости от золоотвала) изучаются воды юрского водоносного комплекса.

Техногенные воды из чаши золоотвала фильтруются в тело плотины и аллювиальный водоносный горизонт. В теле плотины они имеют свободную поверхность, в аллювиальном водоносном горизонте приобретают напор. Превышение уровня безнапорных вод над уровнем напорных вод достигает 3-4 м и свидетельствует о возможности нисходящей фильтрации из тела плотины в аллювиальный водоносный горизонт. Во временном разрезе и безнапорные, и напорные воды подвержены сезонным колебаниям, характер и амплитуда которых определяются метеогенными факторами. В теле плотины амплитуда колебания уровня подземных вод превышает 3 м. В аллювиальном водоносном горизонте она не достигает 1 м.

В основании ограждающей дамбы почти по всему периметру золоотвала проходит дренажная канава, в которую поступают сточные воды в результате сброса из пруда-отстойника и дренирования техногенного водоносного горизонта, сформировавшегося в результате фильтрационных утечек. По мере движения фильтрационного потока от пруда-отстойника к ограждающей дамбе и за ее пределы разность уровня напорных и безнапорных вод уменьшается, и в районе дренажной канавы уровень воды аллювиального водоносного горизонта превышает уровень безнапорного потока. В дренажную канаву разгружаются как безнапорные, так и напорные техногенные воды. Если безнапорный поток техногенных вод полностью перехватывается дренажной канавой, то поток аллювиального водоносного горизонта разделяется: часть его дренируется канавой, а часть продолжает движение за пределы площади золоотвала. Эта составляющая потока техногенных вод наиболее важна как источник загрязнения подземных и поверхностных вод окружающей территории.

МЕТОДИКА РАБОТ

Для выяснения геоэкологической ситуации на золоотвале и прилегающей к нему территории выполнен комплекс полевых и лабораторных исследований. С целью определения химического состава органических и минеральных образований литогенной части геологической среды и техногенных отложений на площади золоотвала за его пределами и по разрезу опробованы: зола, почвы, рыхлые осадки четвертичного и консолидированные породы юрского возраста.

В связи с длительным периодом эксплуатации ТЭЦ работала на углях Иркутского и Канско-Ачинского бассейнов, поэтому состав золы на зо-лоотвале значительно колеблется. Геохимические особенности зол, установленные в процессе геологического изучения угольных месторождений и при исследовании реальных золошлаковых отходов, обычно существенно различаются. Ситуация осложняется использованием углей различных угольных бассейнов и различиями в химическом составе почвенного покрова в районе золоотва-ла (только в отношении песчаников наблюдается определенная стабильность компонентного состава). К расчету приняты средние значения составов золы, почвенного покрова и песчаников, полученные при проведении настоящих исследований (табл. 1).

Пробы воды отбирались из пруда-отстойника, дренажной канавы, болот, рек, Большого канала и из скважин при проведении опытно-фильтрационных работ. По времени проведения гидрогеохимическое опробование было разовым и эпизодическим с выполнением полевых и лабораторных определений гидрохимических характеристик. Анализы твердых образцов и водных проб проводились в сертифицированных лабораториях современными методами исследований.

В настоящее время в геохимии подземных вод имеется множество научных и прикладных проблем, которые невозможно решить без ис-

Таблица 1. Средний химический состав золы, почвы и песчаника

Компоненты Массовые %

зола почва песчаник

SiO2 61.12 54.84 64.65

ТЮ2 0.64 0.36 0.84

А1А 19.74 13.36 16.57

Бе2О3 0 0 1.17

БеО 2.1 0.86 2.99

СаО 6.15 3.12 1.17

MgO 1.33 1.24 1.82

К2О 0.74 1.44 3.6

Ш2О 0.27 1.77 3.2

МпО 0.09 0.07 0.04

Р2О5 0.09 0.21 0.19

СО2 2.86 1.12 0.11

S 0.02 0.04 0.1

с 1.99 17.04 0

Б 0.2 0.23 0.03

Н2О 0.2 1.53 2.86

Сумма 97.54 97.23 99.35

пользования компьютерного моделирования процессов формирования их химического состава [7]. Для расчета химических равновесий авторы использовали программный комплекс «Селектор» [4] в его последней модификации [18]. Применительно к исследуемым гидрогеохимическим системам создана базовая модель «вода-порода-газ-органическое вещество», включающая широкий спектр (21) независимых компонентов и до 170 компонентов водного раствора (включая растворенные газы), большое число потенциально возможных в равнове

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