(+7 495) 763-08-96  |  8 800 100-7631 info@geo-engine.ru

Оценка воздействия золошлакоотвала на подземные воды верхней гидродинамической зоны

Введение

В настоящее время, все больше внимания уделяется проблемам складирования и эксплуатации специальных гидротехнических сооружений — золошлакоотвалов тепловых электростанций. Для принятия управленческих решений необходимо иметь четкое представление о взаимодействии отходов горения угля и компонент окружающей среды. На данный момент не разработано единой методики оценки и прогноза проектов складирования, извлечения и консервации золошлаков. Существующие методики не обладают комплексностью в изучении взаимодействия золошлакохранилищ с окружающей средой.

Наибольший интерес вызывают работы, проведенные отечественными ученными по оценке геохимических и гидрогеологических аспектов загрязнения окружающей среды золошлакоотвалами. Оценку геохимического загрязнения окружающей среды угольными ТЭС следует начинать с изучения поведения токсичных элементов-примесей в углях. Наиболее полно данный аспект описан в работе Я. Э. Юдовича и М. П. Кетрис [4].

Гидрогеохимическим вопросам посвящены «Рекомендации по контролю состояния грунтовых вод в районе размещения золоотвалов ТЭС» П-78–2000 Всесоюзного научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева. В Рекомендациях приведены сведения по содержанию специфичных химических загрязнений осветленной воды золоотвалов ряда ТЭС; дано обоснование выбора химических компонентов, подлежащих обязательному контролю в составе осветленной воды золоотвалов и грунтовых вод; изложены принципы размещения сети наблюдательных скважин и техника проведения натурных исследований в районе размещения эксплуатируемых золоотвалов [3]. Изыскания для строительства новых золошлакоотвалов проводятся в соответствии с СП 11–102–97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства».

Основная цель настоящей работы — оценка сложившейся геоэкологической обстановки в районе золошлакоотвала ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго» для обоснования проекта корректировки мониторинговых исследований и поддержки принятия управленческих решений.

Методика и результаты исследования

Территория ТЭЦ-22 расположена в 500 м к западу от г. Дзержинский. Золошлакоотвал — трехсекционный, равнинный, пойменного типа, с ограждающими дамбами по периметру, за исключением участка, примыкающего к косогору. Площадь и объем секций золошлакоотвала: секция 1- 23.0 га, V=3 млн. м3, секция 2 -12.5 га, V=1.4 млн. м3, секция 3 -19 га, V=2.6 млн. м3. Общая площадь золошлакоотвала — 54 га, объем 7 млн. м3. Золошлакоотвал расположен на пойме р. Москва, примерно в 1.5 км от ближайшей застройки.

В рамках проведения обследования были спланированы и осуществлены следующие изыскания: рекогносцировочный осмотр территории отвала, газогеохимическая съемка золошлакоотвала ТЭЦ, отбор и анализ проб поверхностных и подземных вод.

Целью рекогносцировочного осмотра золошлакоотвала являлось фиксирование природно-техногенной обстановки: наличие родников, оползневых тел, прорывов дамб золошлакоотвала, посадок грунта и д.р. В ходе осмотра был установлен выход подземных вод в виде родника, воды которого впадают в небольшое техногенное озеро, подпитываемое так же ручьем со стороны мазутохранилища ТЭЦ-22. По берегам озера и на его водной поверхности лежит пленка нефтепродукта, донные отложения сложены золошлаковым материалом, пропитанным нефтепродуктами. На поверхности грунта выпадают железистые конкреции. Воды ручья впадают в озеро вторичного осветления ТЭЦ-22.

Установлен разлив золошлакового материала в виде небольшого болота, берега которого сложены золошлаками. Эрозионный врез болота (~ 3.5 м) позволяет предположить, что питание этой системы происходит за счет подземных вод. Зафиксированы многочисленные просадки грунта в области воздействия карты №3, за счет суффозионных явлений. Просадки грунта так же отмечаются в телах карт №1 и №2.

Газогеохимическая съемка проводилась для уточнения газогенерирующих функций техногенного массива. Был использован портативный газоанализатор Ecoprobe 5, позволяющий определять 5 параметров одновременно: диоксид углерода (CO2), кислород (O2), метан (CH4), углеводороды суммарно и летучие органические соединения. Среднее содержание СО2 в пробах составляет 12000 ppm, по сравнению со средним содержанием в почвенных образцах 5000–6000 ppm. По этому параметру можно судить о механическом составе грунтов — образцы соответствуют тяжелым водонасыщенным глинам. Метан в грунтах золошлакоотвала не обнаружен, отмечен слабый фон летучих органических соединений и углеводородов. Газогеохимическая съемка показала доминирование анаэробных процессов в техногенном массиве [1].

Для оценки гидродинамических и гидрогеохимических особенностей воздействия золошлакоотвала ТЭЦ-22 были спланированы и проведены следующие исследования: замер уровня и температуры подземных вод, pH-Eh метрия поверхностных и подземных вод, отбор проб воды на количественный химический анализ.

Мониторинговая сеть на данный момент включает 5 гидрогеологических скважин, расположенных по 2-м взаимно перпендикулярным створам: скв. №№ 2–3 для контроля химического состава подземных вод от золоотвала в сторону р. Москвы, №№ 3–5, 7 (см. рис. 1) для контроля химического состава водоносного горизонта на нижней границе золоотвала между дамбой и р. Москва. Для уточнения гидрогеохимических аспектов загрязнения были пробурены две дополнительные скважины: СК-1 в центре золошлакоотвала и СК-2 в сторону р. Москва.

По результатам замера уровня воды построена цифровая модель уровня подземных вод. Основная особенность грунтового водоносного горизонта — наличие куполообразного поднятия подземных вод над задействованной в настоящее время секцией (рис. 1).

Картосхема гидроизогипс исследуемой территории
Рисунок 1 Картосхема гидроизогипс исследуемой территории.



Проведенные гидрогеохимические исследования, показали, что подземные воды в районе расположения золошлакоотвала ТЭЦ-22 можно отнести к околонейтральным бескислородно-бессульфидным водам с низким положительным значением Eh. Такие воды образуются при поступлении в них стоков различных производств, особенно содержащих органические вещества (для нашей системы — установлено по ХПК, газогеохимическими исследованиям). Причина снижения Eh — наличие в стоках неокисленных органических веществ, из чего возникает инверсия окислительно-восстановительной зональности подземных вод. Это явление создает благоприятные условия для миграции и накопления таких веществ как аммоний, железо, марганец, мышьяк, селен [2]. При низких значениях Eh термодинамически устойчивым состоянием азота является NH4+. Зафиксировано, что концентрации аммония значительны (до 75.5 мг/л) в водах пруда первичного осветления и канала осветленной воды.

Дальнейшие исследования были спланированы с учетом возможности нахождения токсичных элементов в подземных водах в зависимости от pH-Eh системы. Пробы воды были проанализированы на: макрокомпоненты, бериллий, натрий, магний, алюминий, калий, кальций, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, мышьяк, селен, стронций, молибден, серебро, кадмий, сурьма, ртуть, таллий, свинец, торий, уран. Концентрации исследованных компонент сравнивались со значениями ПДК. Результаты представлены в таблице №1.

Таблица 1 Отношения концентраций i-элемента (Сi) к его ПДК в пьезометрических скважинах
Элемент Интервал изменения, (Сi/ПДК) Скважины с:
(Сi/ПДК) min (Сi/ПДК) max
Железо(III) 1.33 – 9.0 Скв. № 2 (влияние золошлакоотвала минимально) Скв. №№ 3–5
Марганец 1.5 - 190 Скв. №2 Скв. №4 и СК 2.
Бериллий* 1.5 - 4.45 Скв. №7 Скв. №2 и СК-1
Таллий 2 - 9 Скв. №7 Скв. №2

В результате дополнительных газогеохимических исследований установлено, что краевые зоны отвала ТЭЦ-22 более проницаемы для атмосферного воздуха. Это обусловливает наличие кислородного геохимического барьера, где Fe2+ переходит в Fe3+. Данная среда с повышенным содержанием железа и марганца, в свою очередь определяет наличие сорбционного геохимического барьера, который сорбирует многие загрязняющие вещества, в том числе таллий, бериллий, селен, мышьяк, кобальт и др. Этим и объясняется наблюдаемое распределение концентраций загрязняющих веществ — максимальные значения в районе скв. №2 и средние в районе скв. №№ 3–5 (рис.2).

Принципиальная схема формирования комплексного  A\G геохимического барьера в краевой зоне золошлакоотвала
Рисунок 2 Принципиальная схема формирования комплексного A\G геохимического барьера в краевой зоне золошлакоотвала.
Заключение

Результаты исследований показали, что подземные воды верхней гидродинамической зоны на исследуемом объекте подвергаются значительному техногенному воздействию. Разработка программ рационального природопользования и реабилитации среды с учетом возможной консервации объекта должна учитывать геоэкологическую обстановку, и, прежде всего, состояние геологической среды и подземных вод как наиболее уязвимых компонентов. Впервые исследования были расширены по ряду компонент, изучение которых должно войти в программы мониторинга окружающей среды районов размещения золошлакоотвалов.

Список литературы
  1. Горин В. В., Реунов И. В. Применение исследовательского комплекса Ecoprobe 5 c целью мониторинга загрязнения среды золошлакоотвалами ТЭЦ // Междунар. форум рациональное природопользование: Тез. докл. М.: Изд-во «ПИК Максима», 2005. С.285–286.
  2. Крайнов С. Р., Рыженко Б.Н., Швец В. М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. М.: Наука, 2004. 677 с.
  3. Рекомендации по контролю за состоянием грунтовых вод в районе размещения золоотвалов ТЭС.П-78–2000.М.: ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, 2000.14 с.
  4. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях.- Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 654 с.