Автореферат: Оптимизация инженерно-экологических изысканий в зонах техногенного воздействия тепловых электростанций

По теме диссертации опубликовано 11 работ в научных журналах [2, 5, 7, 9-11] и материалах конференций [1, 3, 4, 6, 8], в том числе, 5 работ - в рекомендованных ВАК журналах и изданиях [2, 5, 9-11]. Общий объем опубликованных работ составляет 3.5 печатных листа.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах [2, 5, 7, 10] заключался в участии в полевых исследованиях, анализе фондовых данных и материалов полевых и лабораторных исследований, геоэкологическом обобщении результатов комплексных исследований состояния биотопов ПТС-ТЭС, а также в разработке рекомендаций по оптимизации инженерных изысканий и экологического проектирования ТЭС.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, включающего 204 источника. Диссертация изложена на 230 страницах и содержит 13 рисунков, 15 таблиц и 4 графических приложения.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю А.Д.Потапову - заведующему кафедрой инженерной геологии и геоэкологии МГСУ, доктору технических наук, профессору, академику РАЕН за постоянное внимание к выполняемой в процессе обучения в аспирантуре диссертации; А.В.Шульго - генеральному директору ОАО “56-й Институт инженерных изысканий”; В.А.Ларченкову - генеральному директору ООО “Тэпизыскания” за плодотворное сотрудничество и помощь при выполнении настоящей работы.

Содержание работы

1-я глава посвящена анализу современного состояния комплексных исследований биотопов ПТС-ТЭС на основе инженерно-экологических изысканий и разработки природоохранных мероприятий в процессе эксплуатации ТЭС.

В главе на основе анализа литературных и фондовых источников рассматриваются различные виды воздействий ТЭС на биотопы и биоту: загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных вод, почвы, геологической среды складированием ЗШО, физические загрязнения. Показано, что ТЭС являются опасным загрязнителем и совокупное воздействие загрязнений на человека и окружающую среду весьма масштабно.

Учет природных и техногенных условий производится как в рамках инженерных изысканий, так и при реализации экологического мониторинга (см. рис. 1). При этом инженерно-экологические изыскания и экологический мониторинг также являются компонентами жизненного цикла ТЭС.

Рис. 1. Геоэкологическое обеспечение жизненного цикла ТЭС

Основной этап жизненного цикла ТЭС, при котором оказывается наиболее интенсивное негативное воздействие на человека и природную среду - эксплуатация ТЭС. Для этого этапа данные о природно-техногенных условиях территорий размещения ТЭС необходимы для разработки технологий очистки дымовых газов, сточных вод, складирования и утилизации ЗШО, а также для защиты от физических воздействий.

Таким образом, в условиях жизни современного общества все большую актуальность приобретает тенденция ужесточения требований к экологизации строительной деятельности в тепловой энергетике и эксплуатации ее объектов.

Проведенный анализ позволил сформулировать задачи исследования, включающие:

комплексный анализ воздействий ТЭС на природную среду и средств инженерной защиты биотопов ПТС-ТЭС, биоты и человека от этих воздействий;

геоэкологическое обобщение результатов инженерно-экологических изысканий, выполненных с участием автора на объектах тепловой энергетики, адаптированное для решения природоохранных задач на этапах строительства и эксплуатации ТЭС;

прогноз изменений компонентов природной среды в результате строительства и эксплуатации ТЭС;

построение системы приоритетов по учету воздействий ТЭС на человека и окружающую среду, позволяющей оптимизировать процесс инженерно-экологических изысканий и разработки технических решений защиты окружающей среды при проектировании ТЭС.

Во 2-й главе приводится краткое описание методики проведения инженерно-экологических изыскательских работ на территориях строительства объектов ТЭС с учетом особенностей природно-техногенных условий, этапов проектирования и специфики объектов. Инженерно-экологические изыскательские работы включают подготовительные работы, полевые исследования, а также камеральные работы (лабораторные исследования, обработку и анализ результатов полевых и лабораторных работ).

Главной особенностью инженерно-экологических изысканий является их прикладной характер, основная цель которых заключается в получении исходных данных для проектирования инженерной защиты природной среды и организации природоохранных мероприятий. Поэтому процесс реализации инженерно-экологических изысканий как компоненты комплексных инженерных изысканий должен быть жестко привязан к системе нормативно-технических документов в строительстве и природоохранных нормативов.

В главе уточняется термин ЗТВ, которая понимается как территория вокруг промышленного (хозяйственного) объекта, в пределах которой возможно достоверное установление в процессе экологических исследований негативных изменений в ландшафтной оболочке, обусловленных многофакторным влиянием объекта. При этом границы ЗТВ можно интерпретировать как границы биотопа ПТС-ТЭС.

В нормативно-технических документах, касающихся инженерно-экологических изысканий, отсутствуют рекомендации по заданию территорий исследований ПТС. Поэтому в работе дается их обоснование. Поскольку ТЭС представляет собой крупный промышленный объект, в значительной мере влияющий не только на экологическую обстановку близлежащей территории, но и имеющий важное социальное значение, при выполнении инженерно-экологических изысканий необходимо рассматривать гораздо большую территорию, выходящую за пределы формально определяемой ЗТВ. Таким образом, территория исследования должна включать в себя ЗТВ и представлять собой территорию административного района или группы районов. Такой выбор территории исследования оправдан еще и тем обстоятельством, что статистические данные о природно-хозяйственном и социальном состоянии территории обычно относятся к административным районам.

В 3-й главе приводятся результаты, полученные автором при реализации инженерно-экологических изыскательских работ на золоотвале Черепетской ГРЭС, площадке Мордовской ГРЭС, участке склада сухой золы ТЭЦ-22 - Филиала ОАО “Мосэнерго”.

Необходимым этапом инженерно-экологических изыскательских работ является анализ экологической изученности и описание состояния компонентов природной среды по фондовым и литературным данным. Для получения комплексной картины состояния природной среды использовались материалы выполненных ранее инженерно-геологических, инженерно-гидрометеорологических изысканий, а также фондовые и литературные данные. В результате анализа этих материалов были составлены комплексные характеристики природных условий районов размещения Черепетской ГРЭС, Мордовской ГРЭС, ТЭЦ-22, включающие описание климатических, геоморфологических, гидрологических, геологических, гидрогеологических условий, почвенного покрова, растительного и животного мира, хозяйственного использования территории, социальной сферы, объектов историко-культурного наследия, заповедников, заказников и памятников природы.

В ходе полевых исследований отбирались пробы почвы (гумусового и переходного горизонтов), почвообразующей породы, грунта, золы, поверхностных вод, снега, донных отложений, растительности (стеблей и корней растений, грибов), рыбы. Программой полевых работ предусматривались также газогеохимические исследования, гамма-съемка и исследование радоноопасности. Полевые работы проводились Производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) и ООО “Тэпизыскания” с участием автора. При выборе точек отбора проб и полевых измерений учитывались характер рельефа, среднегодовая роза ветров, положение водных объектов, геологическое строение территорий, расположение населенных пунктов и дорожных коммуникаций. Таблица фактического материала представлена в табл. 1.

Пробы подвергались многоэлементному химическому анализу и специальным анализам на содержание ртути, бенз(а)пирена и нефтепродуктов. Химический анализ снеговых проб позволил оценить интенсивность осаждения различных загрязняющих веществ на земную поверхность. По результатам микробиологического и паразитологического исследования проб почвы, грунта и донных отложений оценивалось биологическое загрязнение территорий. С помощью анализа на радиоактивность в пробах почвы, золы, донных отложений определялось содержание естественных радионуклидов (ЕРН) и цезия-137. Минералого-петрографическое исследование, гранулометрический анализ зольных частиц и определение коррозионной активности золы позволили получить полезные данные для использования ЗШО в производстве строительных материалов. Лабораторные исследования на различных этапах проводились на базе ВИМС им. Н.М.Федоровского, Московского государственного геологоразведочного университета, Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, ООО “Эко-Дизайн Инжиниринг”, РНЦ “Курчатовский институт”, ФГУП “НИИВодГео”, ГНЦ “Институт биофизики” и территориальных организаций Роспотребнадзора.

По результатам инженерно-экологических изысканий получена комплексная характеристика современного геоэкологического состояния биотопов ПТС-ТЭС. Основные результаты исследования геоэкологического состояния биотопов сводятся к следующему.

Территория, прилегающая к золоотвалу Черепетской ГРЭС. Лабораторные исследования химического состава почвы и поверхностных вод показали сравнительно невысокий уровень загрязнения почвы и повышенный уровень загрязнения поверхностных вод в пределах санитарно-защитной зоны золоотвала в сравнении с фоном. Оценка основных загрязняющих веществ в почвах и грунтах в целом по району показала, что наиболее значительно валовое содержание свинца, бора и банз(а)пирена. Медь, цинк, марганец, бериллий и другие элементы содержатся в значительно меньших количествах. Концентрации свинца составляют 10-100 мг/кг. Такое его содержание можно объяснить высоким природным фоном и дополнительным техногенным загрязнением. Загрязнение почв и грунтов бенз(а)пиреном весьма неравномерно по площади и изменяется в пределах 0.0005-0.08 мг/кг. Содержание загрязняющих веществ в исследованных объектах (почве, золе, иле, поверхностных водах, растительности, грибах, рыбе) в основном удовлетворяет действующим санитарно-гигиеническим нормативам.

Таблица 1

Виды лабораторных анализов проб и полевых измерений в районе размещения ТЭС

Из всех исследованных компонентов природной среды в наибольшей степени загрязнена атмосфера. Согласно полученным результатам в течение года вблизи золоотвала выпадает 2.0-2.9 г/м² загрязняющих веществ при фоновом значении 0.28 г/м². Основные загрязняющие агенты атмосферного воздуха - бериллий, никель, хром. Высокое содержание канцерогенных веществ в составе аэрозоля, выбрасываемого ГРЭС, может оказаться причиной высокого уровня онкологических легочных заболеваний в Суворовском районе Тульской области.

Для анализа характера комплексного загрязнения территории использована также карта загрязненности территории Тульской области, составленная Государственным гидрологическим институтом по данным космических снимков снежного покрова. Поскольку космические снимки снежного покрова позволяют идентифицировать пятна загрязнения с высоким разрешением, ареал загрязнения, вызываемого Черепетской ГРЭС, характеризует конфигурацию ЗТВ. Установленный ареал загрязнений характеризует комплексное загрязнение атмосферного воздуха, почвы, поверхностных вод и растительности. Принимая Черепетскую ГРЭС в качестве объекта-аналога, можно считать, что размеры ЗТВ аналогичных объектов имеют тот же порядок. Выявление границ ЗТВ по результатам космических снимков снежного покрова имеет принципиальное преимущество перед геохимическими методами. Так, определение концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе с точностью нескольких процентов ПДК возможно лишь с помощью тонких химико-аналитических методов. Кроме того, попытка установления ЗТВ путем измерения химического загрязнения почвы, поверхностных вод и растительности требует значительного числа проб.

Результаты гамма-съемки показали, что в целом мощность эквивалентной дозы (МЭД) внешнего гамма-излучения местности незначительна. Лабораторный анализ проб почвы, золы и донных отложений позволил установить отсутствие их радиационного загрязнения. В образцах техногенного грунта и золы выявлено относительно повышенное содержание радионуклидов Ra-226 и Th-232.

Анализ результатов микробиологических и паразитологических исследований показал, что в наибольшей степени заражены донный ил и почвы на западной стороне санитарно-защитной зоны золоотвала вблизи несанкционированной свалки твердых бытовых отходов.

По результатам лабораторных анализов зольных частиц установлен их гранулометрический состав и некоторые физические и химические свойства. Содержание песчаной, гравелистой и щебенистой фракций составляет 53 %, пылеватой - 46 %, глинистой - 1 %. Рентгено-фазовый анализ выявил наличие в золе кварца, гематита, муллита и стекла. Исследование коррозионной агрессивности золы по отношению к стали позволило установить, что ее степень изменяется от средней до высокой. Оценена агрессивность золы к бетону марки W4, арматуре железобетонных конструкций, свинцу и алюминию. Полученные результаты по исследованию гранулометрического состава зольных частиц, их физических и химических свойств обосновывают перспективу практической реализации производственного процесса по утилизации ЗШО.