Оценка загрязнения атмосферного воздуха продуктами сгорания угля и мазута на примере квартальных котельных г. Улан-Удэ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Улан-Удэ ежегодно входит в приоритетный список городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Основными стационарными источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Улан-Удэ являются предприятия теплоэнергетики. Их вклад в общее загрязнение атмосферы города стационарными источниками составляет около 45 %. В качестве топлива используются каменный и бурый уголь, мазут. Целью исследования было изучение влияния различных видов топлива на загрязнение атмосферного воздуха по результатам расчетного моделирования и экспериментальной оценки качества снежного покрова. Объектами исследования являлись квартальные котельные, расположенные в г. Улан-Удэ (пос. Аэропорт, пос. Стеклозавод). Расчетное моделирование проведено с использованием Унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы «Web-Призма-предприятие». Анализ микроэлементного состава талой снеговой воды выполнен методом индуктивно-связанной плазмы на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500ce. Результаты рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере показали превышение расчетных приземных концентраций при сжигании угля по твердым и газообразным веществам по сравнению с аналогичными концентрациями, создаваемыми при сжигании мазута, в 2,45-141,4 раза. По экспериментальным исследованиям снежного покрова, напротив, котельная, работающая на мазуте, вносит больший вклад в загрязнение (Z = 1563,80 - очень высокий уровень загрязнения) по сравнению с котельной, использующей в качестве топлива уголь (Z = 107,61 - средний уровень загрязнения). Причинами такого расхождения могут являться несовершенства методики расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу: нормированию подлежат твердые частицы (угольная или мазутная зола) без учета их химического состава; алгоритм рассеивания выбросов не учитывает плотность застройки вокруг источника выбросов в атмосферу.

Полный текст

Введение На протяжении ряда лет г. Улан-Удэ, расположенный в границах Байкальской природной территории, входит в приоритетный список городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха. По данным мониторинга атмосферного воздуха Бурятского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, среднегодовая концентрация бенз(а)пирена в 2022 г. составила 8,7 ПДК, по взвешенным веществам РМ10 - 1,48 ПДК, взвешенным веществам РМ2,5 - 1,68 ПДК, фенолу - 1,33 ПДК[31]. Основными стационарными источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Улан-Удэ являются предприятия теплоэнергетики: «Генерация Бурятии» ПАО «ТГК-14» (ТЭЦ-1, ТЭЦ-2), «Улан-Удэнский энергетический комплекс» ПАО «ТГК-14», на балансе которого находятся 33 котельные, работающие на угле, мазуте и электричестве. Вклад объектов теплоэнергетики в общее загрязнение атмосферы города стационарными источниками составляет около 45 %. Для оценки загрязнения атмосферного воздуха в зимний период многими учеными [1-3] предлагается использовать снежный покров, который является хорошей депонирующей средой для различного вида загрязнителей. Исследования снежного покрова являются актуальными для определения химического состава выбросов загрязняющих веществ в атмосферу различными источниками, изучения процессов их распределения по территории и осаждения. Целью представленной работы было изучение влияния различного вида топлива на загрязнение атмосферного воздуха по результатам расчетного моделирования и экспериментальной оценки качества снежного покрова. Объекты и методы исследования В качестве объектов исследования были выбраны две близкие по мощности квартальные котельные г. Улан-Удэ, работающие на разных видах топлива: котельные пос. Аэропорт и пос. Стеклозавод. При подборе исследуемых объектов одним из критериев выбора являлось отсутствие рядом прочих стационарных источников загрязнения атмосферы с наветренной стороны, а также удаленность от транспортных магистралей. Котельная пос. Аэропорт мощностью 16,245 Гкал/ч расположена в юго-западной части г. Улан-Удэ. Ближайшая жилая застройка находится на расстоянии 12 м в северо-восточном направлении от котельной. В качестве топлива используется уголь, общий расход которого составляет 33 тыс. т/год. Выброс загрязняющих веществ в атмосферу осуществляется через трубу высотой 30 м диаметром 1,5 м. В качестве пылегазоочистного оборудования установлены батарейные циклоны БЦ-2-7*(5+3) с эффективностью очистки 85,47-88,03 % (3 шт.) и циклон ЦН-11-02 с эффективностью очистки 81,07 % (1 шт.). Котельная пос. Стеклозавод мощностью 11,943 Гкал/ч расположена в северо-западной части г. Улан-Удэ, обеспечивает теплом и горячей водой одноименный жилой микрорайон. Ближайшие жилые дома находятся на расстоянии 109 м в северном направлении от котельной. В качестве топлива используется мазут, годовой расход которого составляет 8,48 тыс. т. Выброс загрязняющих веществ в атмосферу осуществляется через трубу высотой 45 м, диаметром 1,0 м. Пылегазоочистное оборудование отсутствует. Обе рассматриваемые котельные относятся к III категории объектов негативного воздействия на окружающую среду[32]. Для получения информации о возможных максимальных концентрациях загрязняющих веществ в атмосферном воздухе при сжигании топлива проведены расчеты рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере от источников выбросов с использованием Унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы «Web-Призма-предприятие», согласованной в соответствии с приказом Минприроды России[33] и реализующей методику разработки (расчета) и установления нормативов допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух[34]. Данные о метеорологическом режиме местности, метеорологические характеристики и коэффициенты, необходимые для проведения расчетов загрязнения атмосферы (значение коэффициента стратификации атмосферы, средняя максимальная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, средняя температура наружного воздуха за самый холодный период, скорость ветра u* (м/с), повторяемость превышения которой по средним многолетним данным составляет не более 5 %), приняты по данным Бурятского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Расчеты полей приземных концентраций загрязняющих веществ проведены в соответствии с методами расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) в атмосферном воздухе[35] в условном расчетном прямоугольнике 600×600 м с шагом расчетной сетки 50×50 м. Пробы снега в зоне воздействия рассматриваемых котельных отбирались в конце периода снегонакопления в соответствии с Методическими рекомендациями[36] из шурфов на всю мощность снежного покрова, за исключением пятисантиметрового слоя над почвой, для избежания загрязнения проб литогенной составляющей во время формирования снегового покрова. При отборе проб снега замеряли площадь и глубину шурфа. Вес каждой пробы - около 10 кг. Для исследования были отобраны по 5 проб в зоне возможного воздействия каждой котельной: 4 пробы - вокруг каждой котельной (по румбам) на расстоянии от 50 до 150 м от границы объекта, пятая проба - на границе ближайшей жилой застройки. В качестве фоновой была отобрана проба в лесном массиве пригорода г. Улан-Удэ, где отсутствуют антропогенные источники загрязнения. Анализ микроэлементного состава талой снеговой воды выполнен методом индуктивно-связанной плазмы на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500 ce в Лимнологическом институте СО РАН (г. Иркутск) согласно методике [4]. Для оценки степени загрязнения снегового покрова были выбраны геохимические показатели, учитывающие распределение как отдельных элементов, участвующих в загрязнении, так и их ассоциаций, связанных с полиэлементностью химического состава техногенных потоков. К ним относятся коэффициент концентрации химических элементов (
×

Об авторах

Ольга Николаевна Чудинова

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

Автор, ответственный за переписку.
Email: chudinova1980@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-4160-3062
SPIN-код: 8879-9145

кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры «Промышленная экология и защита в чрезвычайных ситуациях»

Российская Федерация, Республика Бурятия, 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, д. 40В, стр. 4

Татьяна Викторовна Чередова

Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН

Email: cheredova-tv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8832-7731
SPIN-код: 8289-9649

младший научный сотрудник

Российская Федерация, Республика Бурятия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, д. 6а

Анна Александровна Бутакова

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

Email: environment03@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-7607-7023
SPIN-код: 9798-9181

преподаватель, кафедры «Промышленная экология и защита в чрезвычайных ситуациях»

Российская Федерация, Республика Бурятия, 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, д. 40В, стр. 4

Алексей Павлович Беспрозванных

«Улан-Удэнский энергетический комплекс» филиал ПАО «ТГК-14»

Email: aleksey.dom.com@gmail.com
ORCID iD: 0009-0009-9840-3812
SPIN-код: 4727-9228

специалист по охране труда 1 категории Службы охраны труда и производственного контроля «Улан-Удэнский энергетический комплекс»

Российская Федерация, Республика Бурятия, 670045, г. Улан-Удэ, ул. Трактовая, д. 11Б

Список литературы

  1. Язиков Е.Г., Таловская А.В., Жорняк Л.В. Оценка эколого-геохимического состояния территории г. Томска по данным изучения пылеаэрозолей и почв: монография. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. 264 с.
  2. Мищенко О.А., Шелганова А.А. Мониторинг состояния снежного покрова на территории Хабаровского края // Отходы и ресурсы. 2022. Т. 9, № 3. С. 1-10. https://doi.org/10.15862/11ECOR322.
  3. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с.
  4. Чебыкин Е.П., Сороковикова Л.М., Томберг И.В. Современное состояние вод р. Селенги на территории России по главным компонентам и следовым элементам // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. Т. 20, № 5. С. 613-631.
  5. Куклина М.В., Баяскаланова Т.А., Богданов В.Н., Уразова Н.Г. Перспективы использования малых угольных разрезов Республики Бурятия // Фундаментальные исследования. 2018. № 4. С. 98-103.
  6. Вязова Н.Г., Шаулина Л.П., Шмидт А.Ф., Димова Л.М. Микроэлементы в углях Восточной Сибири // Химия твердого топлива. 2016. № 5. С. 45-55. https://doi.org/10.7868/S0023117716050091
  7. Такайшвили, Л.Н., Агафонов Г.В. Тенденции и перспективы использования энергетических углей Восточной Сибири // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333, № 3. С. 15-28. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/3/3598
  8. Сидорова Г.П., Якимов А.А., Овчаренко Н.В., Гущина Т.О. Редкие и рассеянные элементы в углях Забайкалья // Вестник Забайкальского государственного университета. 2019. Т. 25, № 2. С. 26-33. https://doi.org/10.21209/2227-9245-2019-25-2-26-33
  9. Сидорова Г.П., Чуркин А.А. Качество бурых углей Окино-Ключевского месторождения // Вестник ЗабГУ. 2011. № 6. С. 104-108.
  10. Будаева А.Д., Золтоев Е.В. Состав и свойства сорбентов, полученных из окисленных бурых углей Гусиноозерского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № 2. С. 122-125.
  11. Такайшвили Л.Н., Агафонов Г.В. Перспективы разработки месторождений местных углей Восточной Сибири для нужд энергетики // Борисовские чтения: материалы III Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2021. С. 173-177.
  12. Самбуева З.В., Грипак А.М. Состав, свойства и утилизация летучей золы энергетических углей // Современные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей XI Международной научно-практической конференции. Пенза: Наука и Просвещение, 2020. С. 18-22.
  13. Липантьев Р.Е., Тутубалина В.П. Влияние элементного состава нефти различных месторождений на эксплуатационные свойства мазута // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2012. № 9-10. С. 52-56.
  14. Зверева Э.Р., Шагеев М.Ф., Дмитриев А.В. Использование золошлаковых отходов, образующихся при сжигании мазутов на тепловых электрических станциях // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. Т. 10, № 1(37). С. 64-73.
  15. Бабаев Б.Д., Волшаник В.В. Сравнительная оценка экологического влияния разных систем энергоснабжения // Вестник Московского энергетического института. 2014. № 4. С. 29-32.
  16. Pak Iu., Pak D., Nuguzhinov Zh., Tebaeva A. Natural radioactivity of coal in the context of radioecological safety and rational use // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2021. No. 1. P. 97-106. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2021-197-106
  17. Сидорова Г.П., Крылов Д.А. Радиоактивность углей и золошлаковых отходов угольных электростанций // Энергия: экономика, техника, экология. 2017. № 2. С. 21-26.
  18. Котлер В.Р. Выбросы оксидов азота при совместном сжигании угля с газом или мазутом // Теплоэнергетика. 1996. № 5. С. 47-52.
  19. Пиляева О.В., Шепелев И.И., Головных Н.В., Жуков Е.И. Снижение выбросов угарного газа в атмосферу при сжигании мазута в технологических теплоэнергетических установках // Экология и промышленность России. 2023. Т. 27, № 11. С. 4-8. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2023-11-4-8
  20. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы-примеси в углях. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 538 с.
  21. Авгушевич И.В., Сидорук Е.И., Броновец Т.М. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей. М.: Реклама мастер, 2019. 576 с.

© Чудинова О.Н., Чередова Т.В., Бутакова А.А., Беспрозванных А.П., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах