Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ШТАТНЫХ ВЫБРОСОВ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Шепотенко Н.А. Кошелев Ф.П.

Деятельность предприятия любой отрасли промышленности оказывает техногенное воздействие на окружающую среду. Не существует полностью замкнутых технологических циклов. Каждое производство осуществляет сбросы и выбросы различных загрязняющих веществ. Это относится и к электростанциям. После аварии на Чернобыльской АЭС сформировалось устойчивое общественное мнение об абсолютной опасности ядерной энергетики. При этом часто атомная промышленность рассматривается как единственный источник радиоактивного загрязнения. В свою очередь, использование органического топлива для получения электроэнергии приводит к выбросам большого количества золы, содержащей техногенно сконцентрированные изотопы естественных радиоактивных цепочек. Количество радионуклидов , выносимых в атмосферу, в результате переработки органического топлива, зависит от концентрации их в угле, метода сжигания и эффективности улавливания летучей золы. Измерения выбросов радиоактивности в атмосферу были начаты в 50-х годах XX столетия. Они показывают, что средняя активность в летучей золе при эффективности очистки 40% составляет: f - 265 Бк/кг; f - 200 Бк/кг; f - 240 Бк/кг; f - 930 Бк/кг; f - 1700 Бк/кг; f - 110 Бк/кг; f - 70 Бк/кг. Оценки показывают, что интегральная активность аэрозольных выбросов ТЭС составляет порядка 1011 Бк/год, что сравнимо со штатными выбросами АЭС с реактором ВВЭР-1000. Необходимо отметить, что теплоэлектростанции, в отличие от предприятий ЯТЦ не имеют санитарно-защитных зон и расположены на территории населенных пунктов.

Нами рассматривались особенности загрязнения окружающей среды продуктами сгорания каменного угля, выбрасываемыми ТЭС городов Сибири. Такой выбор обусловлен большой протяженностью зимнего периода на этой территории. В холодное время года над обширными районами Сибири располагается малоподвижный антициклон, который обуславливает сильное выхолаживание нижних слоев атмосферы и высокую повторяемость штилей и слабых ветров в сочетании с приземными и приподнятыми инверсиями температуры.

Для расчета выбросов ТЭС применялась интегральная модель, основанная на теории турбулентной диффузии и позволяющая рассчитывать все параметры струи с учетом скорости и температуры в атмосфере. В качестве входной метеорологической информации использовались среднемесячные распределения температуры, скорости и направления ветра по результатам аэрологического зондирования на местной метеостанции, а повторяемости направления и градаций скорости ветра взяты из данных о климатических особенностей Сибирского региона.

В условиях низких температур зимнего периода водяной пар в газо-аэрозольной струе может конденсироваться и выпадать в виде ледяной крупы вблизи источника, вымывая при этом часть загрязняющих веществ. Анализ возможных механизмов захвата золы дает основание предположить, что в условиях низких отрицательных температур водяной пар в дымовой струе переходит в лед путем лавинной сублимации. Образующиеся тяжелые крупинки льда, падая через струю, вымывают более мелкие частицы золы, захватывая их в процессе гравитационной коагуляции и изменяя тем самым ее дисперсный состав, пространственные распределения концентрации в воздухе и осадок на подстилающую поверхность.

По нашим оценкам, с помощью этого механизма вымывается до 50% выбрасываемых ТЭЦ крупных фракций золы, а ее остаток рассеивается в атмосфере по законам турбулентной диффузии. Таким образом, осадок золы на подстилающую поверхность состоит из золы, выпадающей со льдом, и золы, оседающей под действием сил тяжести и турбулентной диффузии.

Согласно проведенным нами оценкам, через дымовые трубы ТЭС с диаметром устья 4,5 и 305 м и высотой соответственно 100 и 120 м в атмосферу выбрасывается около 5700 кг/ч золы и примерно в 4 раза больше водяного пара со средневзвешенной скоростью 7-8 м/с в устье труб и перегревом дымовых газов на выходе около 70оС. Характеристики выбросов приведены в таблице.

В ходе исследований нами проводились расчеты для холодного времени года (октябрь-февраль) с учетом и без учета вымывания золы льдом, дисперсности золы и льда. Полученные результаты показывают, что концентрация золы от ТЭС максимальна вблизи нее, затем убывает до минимума на расстоянии примерно 3 км, а затем снова возрастает с удалением от источника, и на расстояние 5-8 км западнее ТЭС достигает максимума. Далее концентрация убывает по закону q~ f, характерному для турбулентной диффузии.

Такое распределение концентрации объясняется одновременным действием вблизи ТЭС двух механизмов: вымывания золы льдом и турбулентной диффузией, а вдали от ТЭС - действием диффузии в условиях преобладания слабых ветров и устойчивой стратификации атмосферы. Из-за слабого турбулентного перемешивания по вертикали зола уносится ветром и достигает подстилающей поверхности вдали от источника, формируя здесь максимум концентрации.

Таблица 4.2. Характеристики выбросов ТЭС золы и ледяной крупы

Размер фракции, мкм

Содержание, %

f, см/с

Вымывание, %

Зола

2,0

1,7

0,03

0

4,0

5,1

0,08

0

6,5

12,4

0,30

0,3

8,0

13,3

0,40

1,0

12,5

14,3

0,90

6,7

17,5

17,5

1,5

10,0

22,5

12,4

2,5

9,5

27,5

8,5

4,0

7,5

40,0

15,5

6,2

14,6

Ледяная крупа

100

0,56

26

-

150

0,35

45

-

200

0,09

76

-


Библиографическая ссылка

Шепотенко Н.А., Кошелев Ф.П. ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ШТАТНЫХ ВЫБРОСОВ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 2. – С. 135-136;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=12344 (дата обращения: 27.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074