Угольная зола

Угольная электростанция с зольниками

Угольная зола , также известная как остатки сгорания угля (CCR), представляет собой минеральный остаток, который остается от сжигания угля. Воздействие угольной золы и содержащихся в ней токсичных веществ может представлять опасность для здоровья рабочих угольных электростанций и жителей, проживающих вблизи свалок угольной золы.

Задний план

Угольная зола производится на угольных электростанциях . Уголь измельчается, а затем сжигается для выработки электроэнергии. Частицы, которые остаются после сжигания угля, называются угольной золой, в основном состоящей из летучей золы и зольного остатка . Другими побочными продуктами сгорания угля являются котельный шлак, гипс для десульфуризации дымовых газов и другие виды остатков десульфуризации дымовых газов. В зависимости от типа сжигаемого угля химический состав угольной золы может варьироваться. Угольная зола, полученная при сжигании битуминозного угля, состоит в основном из оксида алюминия (Al 2 O 3 ), оксида кальция (CaO) и диоксида кремния (SiO 2 ). В составе угля есть много потенциально опасных веществ, повышенная концентрация которых во вдыхаемых частицах может вызвать серьезные проблемы со здоровьем человека. К таким компонентам, которые обнаруживаются в угольной золе в различных концентрациях, относятся мышьяк , кадмий , хром , кобальт , медь , свинец , литий , ртуть , молибден , селен , таллий и уран .

Угольная зола в Индии хранилась в прудах для золы и загрязнила окружающую землю и водоемы. В США в 2012 году образовалось около 110 миллионов тонн угольной золы. Более половины угольной золы, произведенной в США, было сброшено в золоотвалы (поверхностные водохранилища; влажное захоронение) или на свалки (сухое захоронение). По состоянию на 2020 год в США насчитывается 310 действующих свалок на территории и 735 действующих поверхностных водохранилищ.

Проблемы гигиены труда

Угольная зола содержит много токсичных веществ, которые могут повлиять на здоровье человека, если люди подвергаются их воздействию выше определенной концентрации в виде твердых частиц. Таким образом, необходимо избегать ситуаций, в которых сотрудники, работающие на угольных электростанциях, или представители общественности, проживающие вблизи полигонов угольной золы, будут подвергаться воздействию высоких концентраций угольной золы. Воздействие на здоровье пыли угольной золы можно рассматривать как частный случай воздействия твердых частиц (загрязнение частицами). Соответственно, необходимо оценить риск для здоровья мельчайших частиц угольной золы (вдыхаемых частиц), поскольку они могут попасть в легкие. Чтобы оценить этот риск, уровни воздействия твердых частиц на рабочих или представителей общественности сравниваются с «безопасными пороговыми уровнями». Что касается здоровья рабочих, ACGIH ежегодно издает буклет с таблицами, в которых представлены значения пороговых уровней (ПДК) — максимально допустимые концентрации — для широкого спектра веществ и материалов. Частицы угольной золы относятся к категории, называемой «PNOS — частицы, не указанные в других характеристиках». Для этой категории, также известной как «мешающая пыль», значение ПДК составляет 3 мг / м3 для вдыхаемых частиц (менее 10 микрометров).

Воздействие на здоровье токсичных компонентов, содержащихся в угольной золе

Свинец : прямое воздействие свинца может нанести серьезный ущерб нервной системе. Воздействие свинца может привести к заболеванию почек, нарушению слуха, высокому кровяному давлению, задержке развития, отеку мозга, повреждению гемоглобина и проблемам с репродуктивной функцией у мужчин. Как низкие, так и высокие уровни воздействия свинца могут нанести вред организму человека.

Кадмий : прямое воздействие высоких уровней кадмия опасно для здоровья. В частности, легкие непосредственно поглощают кадмий в кровоток. Когда люди подвергаются воздействию кадмия в течение длительного периода времени, могут возникать заболевания почек и легких. Кроме того, воздействие кадмия может быть связано с гипертонией. Наконец, хроническое воздействие кадмия может вызвать слабость костей, что увеличивает риск переломов костей и остеопороза.

Хром : Прямое воздействие хрома (VI) опасно для здоровья. Высокий уровень хрома (VI) в питьевой воде может вызвать язвы в тонком кишечнике и желудке при попадании внутрь. Наконец, язвы на коже могут возникать при воздействии хрома (VI) через кожу.

Мышьяк : при вдыхании или проглатывании большого количества мышьяка с отходами угольной золы могут развиться такие заболевания, как рак мочевого пузыря, рак кожи, рак почек и рак легких. В конечном итоге, длительное воздействие мышьяка может привести к летальному исходу. Кроме того, низкие уровни воздействия мышьяка могут вызвать нерегулярное сердцебиение, тошноту, диарею, рвоту, периферическую невропатию и ухудшение зрения.

Ртуть : хроническое воздействие ртути из угольной золы может нанести вред нервной системе. При вдыхании или проглатывании ртути могут возникнуть различные последствия для здоровья, такие как ухудшение зрения, судороги, онемение, потеря памяти и бессонница.

Бор : при вдыхании пыли угольной золы воздействие бора может вызвать дискомфорт в горле, носу и глазах. Кроме того, при попадании в организм отходов угольной золы воздействие бора может быть связано с поражением почек, печени, мозга и кишечника.

Молибден : при вдыхании молибдена из пыли угольной золы может возникнуть дискомфорт в носу, горле, коже и глазах. В результате кратковременное воздействие молибдена может вызвать усиление хрипов и кашля. Кроме того, хроническое воздействие молибдена может вызвать потерю аппетита, усталость, головные боли и болезненность мышц.

Таллий : воздействие таллия в пыли угольной золы может вызвать периферическую невропатию при вдыхании. Кроме того, при попадании в организм угольной золы воздействие таллия может вызвать диарею и рвоту. Кроме того, воздействие таллия также связано с осложнениями со стороны сердца, печени, легких и почек.

Кремнезем : при вдыхании кремнезема из пыли угольной золы может развиться заболевание легких плода или силикоз. Кроме того, хроническое воздействие кремнезема может вызвать рак легких. Кроме того, воздействие кремнезема в течение определенного периода времени может вызвать потерю аппетита, плохую циркуляцию кислорода, затруднения дыхания и жар.

Повторное использование угольной золы

Повторное использование угольной золы приносит пользу окружающей среде, сокращая производство парниковых газов и уменьшая потребность в использовании первичных материалов. Кроме того, при переработке угольной золы можно избежать затрат, связанных с площадками для захоронения угольной золы.

Существует две формы рециркуляции угольной золы: «инкапсулированная» и «неинкапсулированная». Когда угольная зола связана с другими материалами, она инкапсулируется. Например, угольную золу можно повторно использовать при изготовлении бетона, кирпича и стеновых панелей. С другой стороны, Использование угольной золы без капсул — это когда зола не связана с другими материалами (сыпучие частицы или шлам). Примером неинкапсулированной угольной золы является распространение золы на обледенелых дорогах зимой.

Несмотря на то, что повторное использование угольной золы сводит к минимуму последствия для здоровья людей, при переработке угольной золы могут возникнуть проблемы со здоровьем. В частности, рабочие, занимающиеся бурением или резкой инкапсулированной угольной золы, увеличивают риск вдыхания пыли угольной золы. Кроме того, когда некапсулированная угольная зола разбрасывается зимой по заснеженным улицам, рыхлая зола может попасть в канавы на обочине дороги. В результате токсины из угольной золы могут попадать в поверхностные водоемы, а также в грунтовые воды , которые могут быть источниками питьевой воды . Следовательно, обе формы переработанной угольной золы (инкапсулированная и неинкапсулированная) могут вызвать серьезные проблемы со здоровьем у людей.

Правила по отходам угольной золы

В Соединенных Штатах, когда угольная зола сбрасывается в поверхностные водоемы и свалки, зола считается «специальными отходами» (т.е. неопасными) в соответствии с Законом о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA).

В 2015 году EPA опубликовало Постановление об остатках от сжигания угля (CCR). Агентство продолжало классифицировать угольную золу как неопасную (тем самым избегая строгих разрешительных требований в соответствии с подзаголовком C RCRA ), но с новыми ограничениями:

1. Существующие золоотвалы, загрязняющие грунтовые воды, должны перестать получать CCR и должны быть закрыты или модернизированы с помощью облицовки.
2. Существующие золоотвалы и свалки должны соответствовать структурным ограничениям и ограничениям по местоположению, где это применимо, или должны быть закрыты.
3. Пруд, который больше не получает CCR, по-прежнему подчиняется всем правилам, если он не будет обезвожен и покрыт к 2018 году.
4. Новые пруды и свалки должны иметь геомембранную облицовку поверх слоя уплотненной почвы.

В 2016 году Апелляционный суд США по округу Колумбия отменил положения о «досрочном закрытии» в постановлении в 40 CFR 257.100. Затем EPA продлило срок соответствия для бездействующих водоемов, которые пытались использовать положения о досрочном закрытии. В 2018 году по запросу промышленности Агентство по охране окружающей среды продлило срок соблюдения требований для золоотвалов без покрытия с 2019 на 2020 год и предоставило государственным органам больше гибкости при определении соответствия стандартам. Постановление 2018 года было оспорено в судебном порядке и возвращено судом в EPA для дальнейшего пересмотра. Суд постановил, что EPA не смогло должным образом решить проблемы с необлицованными прудами, многие из которых продолжают просачиваться в грунтовые воды. В 2019 году суд согласился на добровольное заключение под стражу, оставив в силе крайний срок соблюдения требований 2020 года для незащищенных прудов до принятия дальнейших правил.

Агентство по охране окружающей среды опубликовало предложенное правило 14 августа 2019 года, в котором будут использоваться критерии, основанные на местоположении, а не числовой порог (например, размер водохранилища или свалки), требующий от оператора демонстрации минимального воздействия на окружающую среду, чтобы объект мог продолжать работать. 2 декабря 2019 года EPA опубликовало еще одно предлагаемое правило, которое установит крайний срок до 31 августа 2020 года для предприятий, которые должны прекратить размещение золы в необлицованных водохранилищах. Предложение также предоставит некоторым предприятиям дополнительное время — до восьми лет — для поиска альтернативы управлению золошлаками до закрытия поверхностных водохранилищ. Окончательное правило ожидается в начале 2020 года.

Сотни лет средневековые алхимики искали формулу превращения неблагородных материалов в золото. А современная наука знает, как преобразовать в золото угольные золы и шлаки, но в России это «тайное” знание используется редко. «Городские новости” решили узнать, что сейчас происходит в сфере переработки золошлаков и превращаются ли в России отходы, оставшиеся от сжигания угля, в доходы, как это происходит во многих странах мира.

300 технологий

К тому, чтобы поразбираться в этой теме, нас подтолкнул постоянный читатель газеты, заслуженный энергетик России Владимир Литвинов. Владимир Николаевич 50 лет проработал в отрасли, сейчас руководит комитетом по энергоэффективным технологиям Союза товаропризводителей и предпринимателей Красноярского края. Много лет он изучает проблему утилизации золошлаковых отходов, исследовал опыт зарубежных стран, соседних с нашим краем регионов и поделился с нами своими наблюдениями.

— Сегодня в медийном пространстве много информации о проблемах утилизации твёрдых коммунальных отходов, — рассказывает Владимир Николаевич. — Но совершенно игнорируется не менее важная проблема — утилизации золошлаковых отходов от тепловых электростанций. А для Сибири эта тема особенно актуальна, поскольку здесь расположен крупнейший угольный бассейн страны и вся энергетика Сибирского федерального округа построена на угле.

Литвинов уверен, что золошлаки — настоящая «золотая жила”. Германия, Индия, Китай, Южная Корея, Польша используют от 80 до 100 процентов отходов, оставшихся после сжигания угля, а из 100 тысяч тонн золы и шлаков в некоторых государствах производят до 20 килограммов золота. Власти Индии, например, обязали строителей, реализующих свои проекты вблизи ТЭЦ, использовать в работе золошлаковые материалы.

— Я был на учёбе и стажировке в Дании, там нет золоотвалов ТЭЦ, стопроцентная переработка золошлаков, — говорит Владимир Николаевич. — В Германии отработанные золы ТЭЦ — отличный материал для производства бетона, бетон без зол там уже не производят. В Польше золошлаки идут на производство строительных материалов и цемента, на строительство дорог и в горное дело. В Китае из золы делают обожжённый кирпич, керамзит, бетон и добавки в цемент, удобрения для сельского хозяйства, зола используется для улучшения земель. Примерно 15 процентов отходов используется для засыпки шахт.

Землю — золе и шлакам

Есть у этой темы, кроме экономической, и другая сторона — экологическая, и она, пожалуй, не менее важна.

— Внедрение безотходных и малоотходных технологий — одно из основных направлений в деле защиты окружающей среды, — говорит Владимир Литвинов. — Так, только в золоотвалах энергопредприятий Красноярского края, входящих в группу «Сибирская генерирующая компания”, находится около 15,5 миллиона тонн золошлаковых отходов. В среднем их ежегодный прирост составляет от 0,5 до 0,8 миллиона тонн. Утилизируется, перерабатывается и используется всего два-три процента годовой выработки золошлаков. А основная часть отходов складируется в золоотвалах без какой-либо очистки. Они занимают значительные земельные площади. Пыление и фильтрация золоотвалов потенциально вредны для здоровья населения, растений и животных, находящихся вблизи. Особую опасность представляют такие склады, расположенные в городской черте Красноярска, около рек и озёр.

В последнее время Сибирская генерирующая компания активизировала работу по вовлечению в хозяйственный оборот золошлаков от красноярских ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, провела их лицензирование, но это незначительные объёмы с учётом ежегодного выхода золошлаков от этих ТЭЦ.

Отходы или сырьё?

В России в настоящее время разработано более 300 технологий для использования золошлаков, применяются они далеко не все и не повсеместно. Но в некоторых сибирских регионах опыт такой работы всё же есть.

— Вся энергетика Сибирского федерального округа держится на угле, — констатирует Владимир Николаевич. — По сведениям межрегиональной ассоциации «Сибирское соглашение”, в золоотвалах СФО уже около 500 миллионов тонн золошлаковых отходов с ежегодным пополнением их до 13 миллионов тонн. По информации комитета Госдумы по энергетике, сегодня 45 процентов мощностей угольных теплоэлектростанций в РФ сосредоточены в СФО. Угольная генерация в долгосрочной перспективе будет развиваться именно в Сибири, и, по прогнозам ведущих специалистовэнергетиков, ежегодный выход золошлаковых отходов к 2030 году вырастет на 10—30 процентов.

В Омской и Иркутской областях, а также на Кузбассе опыт масштабной переработки золошлаков уже есть. В Омске три года назад был создан промышленный кластер по использованию и переработке золошлаковых материалов, который объединил несколько крупных компаний. Золошлаки ТЭЦ применяются для производства строительных материалов в этом регионе больше 10 лет. Как сообщают местные СМИ, на сегодня в Омской области возведено более двух миллионов квадратных метров жилья и других объектов с использованием материалов, содержащих золошлаки.

В Кемеровской области открыт завод по переработке золошлаков Беловской ГРЭС, продукция которого используется при бурении скважин, в литейном деле, производстве огнеупорных и лакокрасочных материалов и ориентирована на потребителей в России, странах СНГ, США и других. В Иркутске более 10 лет работает компания «Иркутскзолопродукт”, выпускающая ячеистые бетоны, сухие строительные смеси, зольный гравий, микросферы, магнетит и другие материалы для строительства зданий, сооружения дорог и не только.

Восстановление земель

В это трудно сегодня поверить, но Красноярскую ТЭЦ-1 ещё в тридцатые годы прошлого века запроектировали вдали от города. Однако Красноярск разрастался, и сейчас станция окружена жильём и другими производствами. В такой же ситуации — ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3.

В Красноярске на ТЭЦ-2 в советское время перерабатывали шлаки в шлакоблоки: несгораемый остаток угля собирали, прессовали и даже использовали в строительстве промышленных объектов. Но, как говорят в Сибирской генерирующей компании, в перестройку производство было приостановлено. Сейчас в нашем городе золошлаки применяются при восстановлении земель — для заполнения отработанных карьеров. 10 лет назад золошлаками тушили самозагоревшиеся отходы Канского биохимзавода.

В 2017 году в Красноярске компания «СТКМ-инжиниринг” совместно со специальным конструкторско-технологическим бюро «Наука” представляла экспериментальнопромышленную установку для переработки золошлаковых отходов ТЭЦ, ГРЭС, а также шламов металлургических комбинатов. Разработчики продемонстировали процесс получения новых продуктов, которые можно применять в строительстве, оборонной промышленности, металлургии и других отраслях. Однако дальше экспериментально-промышленной установки дело не пошло, сейчас компания ликвидирована. Как говорит Андрей Павлов, который руководил организацией, производство требовало слишком больших инвестиций — от миллиарда двухсот тысяч рублей с окупаемостью в шесть-семь лет, поэтому в нашем регионе оно никого не заинтересовало. Интересовались Объединённые Арабские Эмираты, однако и здесь не удалось добиться результатов: установка была расчитана на золошлаки от нашего, местного угля, а в ОАЭ состав этих материалов другой.

Золоотвалы пока дешевле?

Чтобы в России сделать переработку золошлаков массовым явлением, необходимо менять федеральное законодательство. Например, внести в него поправки, которые бы признавали золошлаки одним из основных продуктов ТЭЦ, таким же, как свет и тепло. Кроме того, требуется упростить процедуру сертификации и признания золошлаковых отходов золошлаковыми материалами. В этом уверено большинство специалистов отрасли, даже в Омске, где переработка золошлаков активно развивается. Омское издание «Коммерческие новости” пишет со ссылкой на слова исполнительного директора зольного кластера Сергея Лекаревича, что в сегодняшних условиях собственникам угольных станций проще и дешевле складировать отходы от своего производства на золотоотвалах, чем инвестировать в переработку. Затраты на складирование заложены в тариф, и генерации нет экономической выгоды переходить на безотходное производство.

По мнению Владимира Литвинова, огромные затраты на транспортирование, складирование и хранение золошлаковых отходов входят в себестоимость производства и оплачиваются потребителями энергоносителей, а реальные экономические стимулы для снижения подобных затрат отсутствуют. Поэтому, как правило, ТЭЦ не заинтересованы в переработке. Необходимо угольную генерацию стимулировать с помощью законодательства.

— Нужно срочно на уровне правительства РФ принять техническую политику по утилизации золошлаков угольных ТЭЦ в Российской Федерации с целью вовлечения этих материалов в хозяйственный оборот России на основе российского и зарубежного опыта и для сохранения природных ресурсов страны для будущих поколений, — говорит Владимир Николаевич.

По его словам, Министерство энергетики РФ сейчас разрабатывает поправки в законодательство, направленные на снижение негативного воздействия предприятий теплоснабжения на окружающую среду. Но можно решать эту проблему и на региональном уровне. Союз товаропроизводителей края разработал предложения, которые одновременно должны способствовать ликвидации золоотвалов, улучшению экологии и развитию предпринимательской деятельности.

Среди таких предложений — проект закона Красноярского края «Об использовании золошлаков ТЭЦ в строительной индустрии и других сферах экономики”, проект целевой программы формирования рынка золо-шлаковых материалов и новых технологий с высокой добавочной стоимостью и программы стимулирования экономической заинтересованности предпринимателей, использующих в своей деятельности золошлаковые материалы.

По мнению Владимира Литвинова, также нужно разработать и утвердить региональные нормы проектирования и строительства автомобильных дорог, инженерных сооружений, благоустройства и обратных засыпок фундаментов объектов промышленного и гражданского назначения с использованием золошлаковых материалов красноярских ТЭЦ. И это далеко не всё. Владимир Николаевич уверяет, что готов продолжать работу, чтобы повернуть ситуацию с золошлаками в нашем регионе в конструктивное русло.