Зола-унос тепловых электростанций и котельных, как замена местных известковых материалов
Рассмотрение и анализ перспективных направлений утилизации золы-уноса тепловых электростанций и котельных от сжигания твердых видов топлива. Исследование ситуации с золошлаковыми отходами в России. Определение содержания подвижного железа в почве.
Рубрика | Экология и охрана природы |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 20.06.2018 |
Размер файла | 176,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
С.-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров
Зола-унос тепловых электростанций и котельных, как замена местных известковых материалов
УДК 631.445.24 : 631.831 : 631.879.3
Талашов Д.Н., Волкова Е.Н.
Аннотация
В качестве одного из перспективных направлений утилизации золы-уноса ТЭС и котельных от сжигания твердых видов топлива и с целью пополнения ассортимента традиционно используемых известковых материалов дешевыми и эффективными аналогами предложено использовать золу-унос в качестве химмелиоранта кислых почв Северо-Западного региона. В ходе многолетнего микрополевого эксперимента с сельскохозяйственными культурами проведена оценка возможности и целесообразности данного мероприятия, и представлено заключение о рекомендуемых для местных условий дозах золы-уноса, исследованных нами в опыте. Отработаны методология оценки золошлаковых отходов как потенциальных мелиорантов кислых почв и порядок их доведения до стадии практического применения в случае соответствия требованиям, предъявляемым к известковым материалам.
Ключевые слова: мелиорант, зола-унос, золошлаковые отходы, известкование, кислая почва, плодородие, промышленные отходы
Ситуация с золошлаковыми отходами в России выглядит все более проблемной: запас накопленных отходов составляет порядка 1,5 миллиарда тонн при ежегодном приросте, по разным оценкам, на 27-35 миллионов тонн с относительным объемом переработки, не превышающим 10% от общего объема образования, а площадь занимаемой ими территории достигает 28 тысяч гектаров. И их ежегодный выход возрастет до 50-60 млн. тонн к 2020 году [1-4]. Процент утилизации летучей золы (далее - зола-унос), доля которой в общем объеме золошлаков - 70-90 %, сравним разве что с показателем Австралии и непомерно низок в сравнении со многими другими странами [5].
В ближайшей перспективе природоохранное законодательство РФ претерпит изменения в части, предусматривающей плату за размещение отходов: предполагается повышение ставок платы за размещение золошлаковых отходов в 25 раз с 2013 г. с дальнейшим повышением в 100 раз к 2016 г. Объекты размещения золошлаков, несоответствующие новым требованиям, будут подлежать закрытию и рекультивации, а с собственников золоотвалов будет взиматься плата за сверхлимитное размещение отходов из прибыли с применением коэффициента 25. Большинство полигонов для хранения и размещения золы и золошлаковых смесей на данный момент уже не соответствует установленным требованиям [6].
Доля угля в топливном балансе электростанций снизилась за последние 7-8 лет до 25-29 % [7]. Из-за сложившейся в настоящее время экономической ситуации дальнейшего снижения не последовало, и, напротив, появляются прогнозы об увеличении доли угля уже в ближайшие годы.
Полного отказа от использования твердых видов топлива на теплоэлектростанциях и котельных страны не произойдет по экономическим соображениям: новообразовавшиеся золошлаковые отходы заполнят имеющиеся золошлакоотвалы, и потребуется дополнительный отвод земли для их расширения, что крайне затруднительно, в ряде случаев невозможно, а также финансово затратно. Обустройство и содержание вновь образуемых золоотвалов, включающие расходы на транспортировку золошлаков от станции до золо-шлакоотвала, эксплуатацию золошлакоотвала, экологические платежи, аренду земли, как и рекультивация золошлаковых отвалов, - дорогостоящие мероприятия, приводящие к увеличению себестоимости электроэнергии.
Не стоит забывать про экологические издержки эксплуатации золоотвалов: они являются потенциальными источниками опасности для населения, растительного и животного мира близлежащих к золоотвалам территорий. В связи с этим первостепенную важность приобретает вопрос утилизации огромных объемов накопленных отходов и снижения скорости роста золошлаковых отходов вплоть до полной их ликвидации.
Следует отметить, что основными источниками теплоснабжения в Северо-Западном федеральном округе являются котельные, а треть используемого топлива по-прежнему составляют твердые виды [8]. И нередко топливом служат твердые отходы различных производств и процессов, а также их разнообразные комбинации.
Собственно, для всех ТЭС и котельных работа на твердом топливе сопровождается образованием золошлаковых отходов, подлежащих утилизации, а не бесконечному накоплению. Другое дело, что их физико-химические свойства зависят от вида сжигаемого топлива, топочного режима, технологии улавливания дымовых газов. А чтобы довести качественное состояние образующихся отходов до состояния сырья для производства товарной продукции, используемой в промышленности, его необходимо подвергнуть определенной предварительной переработке, что подразумевает новые финансовые вливания. Исходя из этого, можно сделать вывод о существенной потребности в разработке методологии, порядка оценки и доведения отходов до нужного состояния, а также в поиске недорогих направлений их утилизации.
Общеизвестна практика использования золошлаковых отходов строительной индустрии для производства стройматериалов, цементов, керамики, стекла, стеклокерамики, сорбентов и при сооружении дорожного полотна. Также золошлаки могут использоваться для заполнения горнорудных выработок, в качестве изолирующего материала на полигонах ТБО, при рекультивации отработанных карьеров, для извлечения ценных элементов, для нейтрализации кислых почв в сельском хозяйстве [2-4, 7, 9-17].
В земледелии на территории Северо-Западного региона, где более 40% почв - кислые [18, 19], для проведения периодического и поддерживающего известкования кислых почв могут быть утилизированы и использованы в качестве замены традиционно используемых известковых материалов достаточно большие объемы золошлаковых отходов от сжигания твердых видов топлива.
Использование золы-уноса отдельно от шлаков предпочтительнее, поскольку по гранулометрическому составу зола представляет собой тонкодисперсный пылящий в сухом состоянии материал с размером частиц менее 100 мкм, не требует помола перед внесением в почву, позволяя избежать затрат на предварительную подготовку [20].
В условиях дефицита известковых удобрений, производство которых в России значительно сократилось за последние десятилетия, увеличение доли известьсодержащих отходов промышленности в ассортименте известковых удобрений оказывается вполне оправданным и перспективным решением.
Приобретение известковых удобрений и доставка их на поля обычно - самые затратные статьи расходов, связанных с известкованием. Исходя из практики, применение нетрадиционных химических мелиорантов для известкования кислых почв обходится в разы дешевле, так как это местное сырье. Потребитель при выборе мелиоранта обращает внимание на удаленность источников поставок, затраты на погрузку, транспортировку, внесение [21, 22].
Оценка возможности применения золошлаков для целей мелиорации кислых почв предполагает проведение полевых испытаний на растениях в течение как минимум 3 лет, чтобы вынести научно обоснованное заключение о целесообразности предполагаемого мероприятия. При этом необходимо исключить вероятность попадания элементов компонентного состава отходов в пищевые цепи и последующего накопления их в отдельных звеньях до концентраций, превышающих предельно допустимые [23].
В многолетнем микрополевом эксперименте оценивалась транслокационная способность отдельных компонентов золы-уноса в системе отходы-почва-растение, отслеживались количественные и качественные изменения состава продукции растениеводства относительно вносимых доз, подбирались оптимальные значения доз отходов для условий Северо-Западного региона, а также отрабатывалась методология отнесения золошлаковых отходов к потенциальным химмелиорантам, включающая оценку возможности и целесообразности использования и ожидаемого мелиоративного эффекта при дальнейшей реализации по прямому назначению.
Методика исследования
По итогам испытаний 8 образцов золошлаков от ряда предприятий, работающих на твердом топливе, и 5 образцов металлургических шлаков были выбраны 2 наиболее подходящих для мелиорации кислых почв по оптимальному соотношению группы параметров, характеризующих потенциальный мелиорант: влажности, гранулометрического состава, общей нейтрализующей способности, рНKCI, элементного химического состава (табл. 1).
Выбранная для дальнейших экспериментов зола-унос котельной пос. «Лисино-Корпус» и котельной предприятия ОАО «Светогорск» имела наибольшие значения общей нейтрализующей способности, которая теоретически обусловлена суммарным содержанием карбонатов, окисей и гидроокисей кальция и магния в отходах. Данные о процентном содержании оксидов Ca, Mg, K и Р вкупе с высокой щелочностью представленной золы потенциально предполагают достаточно высокий мелиоративный эффект от использования на кислых почвах. Общая нейтрализующая способность - важный показатель при оценке возможности использования отходов для химической мелиорации почвы, однако является, по существу, лишь фактором емкости и не отражает скорости взаимодействия химмелиоранта с почвой. Согласно таблице 1, зола имела мелкодисперсный гранулометрический состав и низкую влажность, что, в свою очередь, дает возможность вносить ее в почву в расчетных дозах без предварительной подготовки. При этом, соответственно, исключаются затраты на данное мероприятие. Из тяжелых металлов контролировались Fe, Mn, Cu и Zn. Исходя из расчетов, максимальные вносимые дозы, предусмотренные схемой эксперимента, даже без учета почвенного разбавления, её буферности, гранулометрического и химического состава почвы и других характеристик, не приводили к превышению ПДК по каждому отдельному элементу в почве.
Исследования, в соответствии с разработанной в Ленинградской области программой, проводились в 2008-2011 гг. на кислой дерново-подзолистой почве, выведенной из сельскохозяйственного оборота около 5 лет ранее. Агрохимическая характеристика почвы: по гранулометрическому составу - супесчаная, рНKCI 5,27 - среда слабокислая, Р2О5подв. - 7,46 мг/100 г почвы - низкая обеспеченность, К2О - 8,1 мг/100 г почвы - средняя обеспеченность по Пейве, гидролитическая кислотность - 3,14 мг-экв/100 г почвы, содержание гумуса - 2,96%, сумма поглощенных оснований по Каппену-Гильковицу - 9,05 мг-экв/100 г почвы, степень насыщенности почвы основаниями - 74,23%, подвижный алюминий по Соколову - 0,315 мг-экв/100 г почвы, общее железо - 236 мг/кг, обменный марганец - 10,42 мг/кг.
Таблица 1. Характеристика отходов
Определяемый показатель |
Зола-унос котельной |
||
пос. «Лисино-Корпус» |
ОАО «Светогорск» |
||
Общая нейтрализующая способность, % |
79,55 |
59,33 |
|
Гранулометрический состав / Содержание частиц с d<0.2 мм, % |
однородный, мелкодисперсный / 50 |
однородный, мелкодисперсный / 81 |
|
рНKCI |
10,87 |
10,76 |
|
Влажность, % |
0,31 |
0,38 |
|
Класс опасности для ОПС |
4 |
4 |
|
ZnO, % |
0,090 |
0,250 |
|
PbO, % |
- |
0,001 |
|
CdO, % |
<0,010 |
<0,001 |
|
CoO, % |
<0,010 |
0,001 |
|
NiO, % |
<0,010 |
0,005 |
|
SiO2, % |
21,500 |
33,000 |
|
SeO2, % |
0,017 |
0,240 |
|
MnO, % |
0,800 |
0,500 |
|
Fe2O3, % |
1,800 |
2,600 |
|
Cr2O3, % |
<0,010 |
0,012 |
|
MgO, % |
6,800 |
2,400 |
|
V2O5, % |
0,010 |
0,080 |
|
CuO, % |
0,040 |
0,050 |
|
Al2O3, % |
4,200 |
27,000 |
|
TiO2, % |
0,100 |
0,400 |
|
SrO, % |
0,170 |
0,020 |
|
CaO, % |
25,500 |
11,000 |
|
BaO, % |
0,030 |
0,020 |
|
Na2O, % |
1,000 |
1,200 |
|
K2O, % |
17,500 |
8,600 |
Схема полевого опыта (табл. 2) была представлена 8 вариантами с трехкратной повторностью: в полиэтиленовые сосуды без дна вместимостью 9 кг почвы вносились дозы отходов согласно схеме и последовательно высаживались с-х. культуры по 25-30 откалиброванных семян на каждый сосуд; после появления проростков оставляли по 20 штук.
В 2009 г. выращивали яровой ячмень «Суздалец», в 2010 г. - рапс яровой «Лира», горох сладкий «Амброзия», в 2011 г. - горчицу листовую «Прима». На всех этапах посадки-уборки растений отбиралась почва для анализа из каждого сосуда. В почве определяли: рНKCI, гранулометрический состав по Качинскому, влажность, подвижный алюминий по Соколову, гидролитическую кислотность по Каппену, сумму поглощенных оснований по Каппену-Гильковицу, степень насыщенности почвы основаниями, обменный аммоний, нитраты с помощью ионоселективного электрода, подвижный фосфор по Кирсанову, углерод органических соединений по Тюрину, обменный марганец фотометрическим методом, общее содержание железа сульфосалицинатным методом, содержание подвижных форм соединений тяжелых металлов в ацетатно-аммонийных буферных вытяжках с рН 4.8 атомно-абсорбционным методом. Для растений определяли: биомассу, сухое вещество методом высушивания при температуре 105 оС, зольность, валовое содержание тяжелых металлов с применением атомно-абсорбционного спектрометра Varian AA240FS [24, 25].
Таблица 2. Схема микрополевого опыта
Варианты |
||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
почва без отхода (контроль) |
почва + |
|||||||
зола-унос котельной пос. «Лисино-Корпус» |
зола-унос котельной ОАО «Светогорск» |
древесная зола |
||||||
0.25 г.к. |
0.5 г.к. |
0.75 г.к. |
0.25 г.к. |
0.5 г.к. |
0.75 г.к. |
0,5 г.к. |
Примечание: г.к. - гидролитическая кислотность.
Результаты и их обсуждение
Согласно рабочей гипотезе, половинной дозы отходов должно быть достаточно для нейтрализации супесчаной слабокислой дерново-подзолистой почвы и обеспечения комфортных условий питания растений, поэтому был выбран диапазон 0,25-0,75 г.к.
Из таблицы 3 и рис. 1 следует, что при внесении дозы 0,75 г.к. обоих образцов золы-уноса достигался интервал значений кислотности среды, благоприятный для большинства сельскохозяйственных культур, а нейтрализующее действие сохранялось на третий год после мелиорации с рНKCI почвы выше 6. В вариантах с половинной дозой отходов рНKCI почвы практически не опускался ниже 6, но к середине второго года отмечалась заметная потеря эффекта. Древесная зола от сжигания обычных дров в домашней печи при дозе 0,5 г.к. по своему нейтрализующему действию практически соответствовала действию дозы 0,25 г.к. исследуемых образцов золы-уноса. В варианте без мелиоранта отмечалось дальнейшее подкисление почвы с каждым годом севооборота.
Снижение гидролитической кислотности было максимально к концу 1 года с начала эксперимента: в 1,8-3,9 раз для доз, соответственно, 0,25-0,75 г.к. Результат древесной золы был на уровне 0,25 г.к. золы-уноса котельных, что равносильно в 2 раза более слабому мелиоративному эффекту в сравнении с испытуемыми образцами отходов.
Таблица 3. Изменение значений рНKCI за время эксперимента
№ варианта |
Время отбора образцов |
|||||||
2009 г. |
2010 г. |
2011 г. |
||||||
исходная почва |
после уборки ячменя |
перед посадкой рапса |
после уборки рапса |
после уборки гороха |
перед посадкой горчицы |
после уборки горчицы |
||
1 |
5,27 |
5,24 |
5,06 |
5,22 |
5,08 |
5,23 |
5,05 |
|
2 |
5,75 |
6,00 |
5,85 |
5,64 |
5,72 |
5,56 |
||
3 |
6,38 |
6,57 |
6,42 |
6,14 |
6,25 |
6,07 |
||
4 |
6,73 |
6,48 |
6,65 |
6,60 |
6,51 |
6,45 |
||
5 |
5,95 |
6,12 |
5,95 |
5,66 |
5,84 |
5,62 |
||
6 |
6,23 |
6,36 |
6,34 |
5,98 |
6,17 |
6,09 |
||
7 |
6,65 |
6,53 |
6,53 |
6,47 |
6,41 |
6,34 |
||
8 |
6,13 |
5,84 |
5,88 |
5,73 |
5,96 |
5,65 |
Рис. 1. Динамика pHKCI на протяжении эксперимента
На второй год эксперимента после уборки рапса, очевидно, из-за ослабления нейтрализующего действия мелиорантов, наметилась тенденция к постепенному росту гидролитической кислотности.
В лабораторных анализах почвы на конец 1 года севооборота для доз отходов 0,75 г.к. регистрировалось увеличение содержания подвижного фосфора (в 1,5-2 раза) и суммы обменных оснований (в среднем в 2,5 раза). Прослеживалось двукратное превосходство золы-уноса котельных над древесной золой по оказываемому положительному воздействию. К концу второго года следует отметить снижение подвижного фосфора до уровня содержания в исходной почве, что связано с потреблением этого элемента растениями. В целом содержание подвижных форм фосфора в исходной почве очень низкое, и его можно восполнить дополнительным внесением фосфорных удобрений, но это не предусматривалось программой исследований. Значения суммы обменных оснований уменьшались на 20% к концу третьего года эксперимента, что можно считать несущественным.
Присутствие обменного алюминия незначительно даже в исходной почве, что связано со слабокислой средой, где его подвижность мала, а после мелиорации отмечалось десятикратное сокращение его концентрации [26, 27].
Немаловажный фактор, определяющий отрицательное действие кислотности почв на растения, - накопление в них избыточных количеств марганца и железа, поскольку они активно участвуют в окислительно-восстановительных процессах, происходящих в клетках растений. При кислой реакции следовало ожидать, с одной стороны, увеличения подвижности марганца и железа в почве, с другой стороны, - более интенсивного поглощения этих элементов растениями.
Известкование снижало содержание легкоподвижных форм марганца и железа, которые, как известно, оказывают достоверное подкисляющее действие на почву, причем на дерново-подзолистую - в большей мере (табл. 4, 5).
Общее содержание железа (табл. 4) сезонно колебалось с возрастанием к концу каждого года, при этом в вариантах с отходами с каждым годом происходило снижение концентраций в сравнении с контролем вследствие выноса и отсутствия источника пополнения [22].
Таблица 4. Содержание подвижного железа в почве, мг/кг
№ варианта |
Время отбора образцов |
|||||||
2009 г. |
2010 г. |
2011 г. |
||||||
исходная почва |
после уборки ячменя |
перед посадкой рапса |
после уборки рапса |
после уборки гороха |
перед посадкой горчицы |
после уборки горчицы |
||
1 |
236 |
256 |
140 |
188 |
248 |
148 |
240 |
|
2 |
261 |
146 |
208 |
212 |
148 |
196 |
||
3 |
267 |
152 |
223 |
177 |
140 |
164 |
||
4 |
272 |
156 |
236 |
144 |
120 |
136 |
||
5 |
274 |
177 |
252 |
242 |
144 |
232 |
||
6 |
292 |
194 |
262 |
238 |
144 |
228 |
||
7 |
300 |
216 |
280 |
232 |
136 |
212 |
||
8 |
248 |
144 |
232 |
184 |
144 |
188 |
В эксперименте наблюдалось увеличение концентрации обменного марганца в конце каждого вегетационного периода, что, вероятно, связано с изменением характера окислительно-восстановительных реакций в почве в сочетании с сезонной непостоянностью природных условий (табл. 5). Высокое содержание марганца возможно при слабокислой реакции, когда в почве содержится достаточное количество восстановленных форм железа. Токсичность марганца проявляется при более высоких значениях рН, чем алюминия и железа, вследствие чего оптимальный интервал реакции при высоком содержании марганца в почве сдвигается в щелочную сторону [22]. В опыте прослеживалась следующая тенденция: чем выше доза вносимого мелиоранта, тем меньше прирост концентрации обменного марганца к концу каждого года севооборота (для доз отходов 0,75 г.к. - в 4 раза). С каждым годом эффект постепенно ослабевал. Показатели древесной золы были между показателями вариантов с золой-уносом с дозами 0,25 г.к. и 0,5 г.к., и период действия оказался ниже (табл. 5). золошлаковый электростанция отход
Таблица 5. Содержание обменного марганца, мг/кг
№ варианта |
Время отбора образцов |
|||||||
2009 г. |
2010 г. |
2011 г. |
||||||
исходная почва |
после уборки ячменя |
перед посадкой рапса |
после уборки рапса |
после уборки гороха |
перед посадкой горчицы |
после уборки горчицы |
||
1 |
10,42 |
10,99 |
1,78 |
10,90 |
11,28 |
2,50 |
11,66 |
|
2 |
4,89 |
1,55 |
6,03 |
6,41 |
2,40 |
6,98 |
||
3 |
3,31 |
1,35 |
3,84 |
4,60 |
2,21 |
5,17 |
||
4 |
2,50 |
1,55 |
2,88 |
3,36 |
1,93 |
3,55 |
||
5 |
4,93 |
1,45 |
5,65 |
6,60 |
2,60 |
6,41 |
||
6 |
3,88 |
1,55 |
3,93 |
4,50 |
2,50 |
4,89 |
||
7 |
2,69 |
1,55 |
2,60 |
3,84 |
2,21 |
4,50 |
||
8 |
3,84 |
4,79 |
4,79 |
5,84 |
4,41 |
7,37 |
Динамика концентраций подвижных форм тяжелых металлов была слабовыраженной. Прослеживалось снижение подвижности железа с усилением нейтрализационного эффекта от мелиорантов. Для марганца данная тенденция проявилась на второй год эксперимента. В отношении меди подобную закономерность можно отметить в первый год, а далее имело место некоторое увеличение подвижности в сравнении с контрольным вариантом. Древесная зола при средней нейтрализационной эффективности вносила наименьший вклад с точки зрения потенциального химического загрязнения почвы, поэтому и достигался наилучший результат по снижению подвижности тяжелых металлов (табл. 6).
Для цинка, который отличается высокой подвижностью, отмечалось почти трехкратное ее увеличение для максимальных доз отходов на первом году эксперимента (табл. 6).
Присутствие всех определяемых подвижных форм микроэлементов после уборки каждой последующей культуры ослабевало, и поэтому, в частности, на третий год подобные лабораторные анализы почвы не проводились, так как прослеживалась четкая тенденция к снижению. Соответственно, и для растений 3 года не определялось валовое содержание тяжелых металлов.
Превышения ПДК металлов в почве не происходило, колебания концентраций происходили на уровне фоновых, не достигая и половины значений ПДК. Подобная картина является результатом действия противоположно направленных процессов: нейтрализации кислотности среды и, как следствие, снижения подвижности большинства тяжелых металлов в почве и дополнительного поступления тяжелых металлов с отходами. Известкование сокращает поступление микроэлементов в растения, тогда как общее содержание их в почве пополняется вносимыми отходами.
Таблица 6. Подвижные формы тяжелых металлов в почве, мг/кг
№ п/п |
Определяемый элемент |
ПДК |
Лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) |
Исходная почва до начала эксперимента |
Варианты |
||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
||||||
1 |
Медь |
3 |
общесанитарный |
0,15 |
После уборки ячменя |
||||||||
0,67 |
0,45 |
0,32 |
0,11 |
0,46 |
0,35 |
0,16 |
0,09 |
||||||
После уборки рапса |
|||||||||||||
0,12 |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,16 |
0,19 |
0,23 |
0,16 |
||||||
После уборки гороха |
|||||||||||||
0,09 |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
0,12 |
0,15 |
0,20 |
0,19 |
||||||
2 |
Железо |
- |
- |
34,95 |
После уборки ячменя |
||||||||
55,35 |
39,25 |
27,47 |
22,55 |
42,86 |
29,67 |
18,64 |
17,46 |
||||||
После уборки рапса |
|||||||||||||
43,49 |
25,77 |
22,76 |
17,76 |
27,33 |
24,92 |
21,35 |
19,76 |
||||||
После уборки гороха |
|||||||||||||
32,47 |
25,80 |
21,36 |
13,95 |
26,55 |
23,69 |
19,65 |
22,28 |
||||||
3 |
Марганец |
80 |
общесанитарный |
32,72 |
После уборки ячменя |
||||||||
28,86 |
29,33 |
29,82 |
30,14 |
31,56 |
33,74 |
36,02 |
27,51 |
||||||
После уборки рапса |
|||||||||||||
15,30 |
15,00 |
14,72 |
14,40 |
14,94 |
14,54 |
14,20 |
12,00 |
||||||
После уборки гороха |
|||||||||||||
15,15 |
14,90 |
13,36 |
10,80 |
14,52 |
12,45 |
9,54 |
9,10 |
||||||
4 |
Цинк |
23 |
транслокационный |
0,82 |
После уборки ячменя |
||||||||
1,18 |
1,92 |
2,47 |
3,28 |
1,77 |
2,31 |
2,91 |
1,28 |
||||||
После уборки рапса |
|||||||||||||
0,72 |
0,85 |
0,95 |
1,10 |
1,04 |
1,33 |
1,70 |
0,58 |
||||||
После уборки гороха |
|||||||||||||
0,90 |
1,02 |
1,14 |
1,27 |
1,07 |
1,26 |
1,43 |
0,58 |
Сравнение валовых концентраций элементов в растениях (табл. 7), с учетом их колебаний при внесении отходов, с данными о содержании элементов в зрелых тканях листьев по обобщенным материалам для многих видов растений позволяет отнести их к дефицитному или нормальному содержанию [28]. Содержание меди было на уровне фонового для сельскохозяйственных культур, цинка - несколько больше [29].
В вариантах с отходами прослеживалась тенденция: чем больше доза вносимой золы-уноса, тем выше концентрации цинка, меди, марганца и железа в стеблях ячменя относительно колоса в сравнении с контрольным вариантом, что объясняется защитной реакцией растений на повышенное присутствие тяжелых металлов в почве и постепенной аккумуляцией элементов в корне-стебле-колосе. Внесение древесной золы в дозе 0.5 г.к. также сказывается на приросте концентраций тяжелых металлов в стеблях ячменя. Для всех растений практически во всех вариантах с внесением отходов отмечалось увеличение содержания в случае максимальной дозы: меди - в 2-4, железа - в 1,5-4 раза (ожидаемо применение золы котельной ОАО «Светогорск» приводило к наибольшему накоплению за счет большего процентного содержания элементов в самой золе). В вариантах с золой котельной ОАО «Светогорск» возрастало в 1,5-3 раза присутствие цинка и марганца (табл. 7). Накопления тяжелых металлов в концентрациях, вызывающих опасения, не происходило.
Таблица 7. Тяжелые металлы в растениях, мг/кг
№ п/п |
Определяемый элемент |
Варианты |
||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|||
Ячмень (солома/колос) |
||||||||||
1 |
Медь |
3,2/1,2 |
3,4/1,1 |
3,6/1,0 |
3,9/1,0 |
5,9/1,6 |
8,6/2,1 |
11,4/2,6 |
4,6/1,7 |
|
2 |
Цинк |
11,2/17,2 |
11,5/16,7 |
11,9/16,3 |
12,2/15,8 |
16,3/18,0 |
21,4/18,7 |
26,7/19,5 |
14,0/15,1 |
|
3 |
Марганец |
20,0/15,8 |
19,7/15,3 |
19,5/14,7 |
19,2/14,2 |
22,6/15,4 |
25,3/15,0 |
28,0/14,6 |
28,0/11,6 |
|
4 |
Железо |
124,0/63,4 |
143,7/62,8 |
163,3/62,1 |
183,6/61,5 |
137,9/70,8 |
151,9/78,3 |
166,2/85,9 |
340,4/56,8 |
|
Рапс |
||||||||||
1 |
Медь |
4,3 |
4,5 |
4,6 |
4,7 |
4,7 |
5,1 |
5,5 |
3,9 |
|
2 |
Цинк |
69,3 |
70,2 |
71,1 |
72,0 |
76,4 |
83,5 |
90,8 |
64,0 |
|
3 |
Марганец |
17,6 |
16,9 |
16,2 |
15,5 |
16,9 |
16,3 |
15,5 |
12,2 |
|
4 |
Железо |
73,6 |
111,4 |
97,1 |
96,5 |
125,3 |
181,5 |
144,4 |
224,7 |
|
Горох |
||||||||||
1 |
Медь |
6,3 |
6,5 |
6,7 |
6,9 |
7,7 |
9,1 |
10,7 |
6,0 |
|
2 |
Цинк |
147,9 |
140,5 |
133,5 |
124,7 |
156,4 |
164,4 |
172,9 |
138,7 |
|
3 |
Марганец |
39,6 |
34,4 |
30,5 |
26,6 |
41,2 |
40,7 |
39,6 |
31,9 |
|
4 |
Железо |
29,5 |
126,8 |
175,4 |
75,8 |
101,4 |
145,7 |
132,9 |
253,5 |
По данным, представленным в таблице 8, можно судить о приросте биомассы растений в зависимости от дозы отходов относительно контрольного варианта.
С увеличением дозы отходов наблюдался прирост биомассы растений. Максимальным этот показатель был в первый год при выращивании ячменя и рапса: зола-унос котельной пос. «Лисино-Корпус» при дозе 0,75 г.к. - 79,5%, зола-унос котельной ОАО «Светогорск» при дозе 0,5 г.к. - 65%. Во втором случае доза 0,75 г.к. не приводила к приросту урожая первых двух культур в сравнении с половинной дозой, хотя по мелиоративному эффекту имела превосходство. Увеличение биомассы растений в последующие годы замедлялось, что связано с биологическими особенностями растений. Древесная зола также способствовала приросту биомассы, равному 22% в первый год, а на развитие последующих культур практически не оказала благоприятного воздействия.
Таблица 8. Изменение биомассы растений (в среднем)
№ варианта |
Сухая биомасса, г/сосуд |
Прирост биомассы, % |
|||||||||
Ячмень |
Рапс |
Горох |
Горчица |
Суммарно |
Ячмень |
Рапс |
Горох |
Горчица |
Суммарно |
||
1 |
22,6 |
9,4 |
14,6 |
12,4 |
58,9 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
2 |
30,0 |
10,8 |
18,1 |
14,7 |
73,6 |
33 |
15 |
24 |
18 |
25 |
|
3 |
36,3 |
13,2 |
18,7 |
15,8 |
84,0 |
61 |
41 |
28 |
27 |
43 |
|
4 |
43,9 |
15,5 |
20,5 |
16,6 |
96,5 |
94 |
65 |
41 |
34 |
64 |
|
5 |
27,2 |
12,8 |
20,1 |
13,8 |
73,9 |
20 |
37 |
38 |
12 |
25 |
|
6 |
37,1 |
15,6 |
19,1 |
14,4 |
86,2 |
64 |
66 |
31 |
16 |
46 |
|
7 |
27,8 |
14,8 |
19,7 |
16,3 |
78,5 |
23 |
57 |
35 |
31 |
33 |
|
8 |
31,1 |
9,9 |
16,9 |
13,5 |
71,4 |
38 |
6 |
16 |
9 |
21 |
|
НСР05 |
5,5 |
2,0 |
1,6 |
1,2 |
9,2 |
- |
- |
- |
- |
- |
Выводы
1. Результаты экспериментов дают основание рекомендовать золу-унос котельных пос. «Лисино-Корпус» и ОАО «Светогорск» в качестве химического мелиоранта при проведении периодического и поддерживающего известкования кислых дерново-подзолистых почв Северо-Западного региона. Для супесчаной слабокислой дерново-подзолистой почвы дозы 0.75 г.к. достаточно для достижения требуемого эффекта, а именно: доведения рН среды до интервала значений, благоприятных для большинства сельскохозяйственных культур, и повышения их урожайности без негативных последствий. Эти дозы для золы-уноса котельных пос. «Лисино-Корпус» и ОАО «Светогорск» равны, соответственно, 10,97 и 26,45 т/га.
2. Наличие в составе отходов меди, цинка и марганца не препятствует их использованию для химической мелиорации кислых почв при условии соблюдения технологических требований по внесению и контролю концентраций указанных выше тяжелых металлов в почве и выращиваемых на ней растениях. Постоянный контроль особенно уместен на подверженных химическому загрязнению почвах и в случаях совместного внесения с другими удобрениями.
Фактически концентрация подвижных форм контролируемых тяжелых металлов в почве была значительно ниже установленных ПДК, их валовая концентрация в растениях соответствовала нормальному содержанию, поэтому присутствующие в составе отходов компоненты можно расценивать как необходимые для растений микроэлементы.
3. Зола-унос котельных пос. «Лисино-Корпус» и ОАО «Светогорск» пригодна для повышения плодородия и устранения повышенной кислотности дерново-подзолистых почв Севера-Запада. Попутно решается вопрос утилизации данных отходов: существенные объемы могут быть направлены на нейтрализацию кислых почв близлежащих от источников образования и накопления отходов территорий.
4. Получен суммарный за 3 года севооборота прирост урожайности сельскохозяйственных культур 25-64 % за счет одного только мероприятия: известкования слабокислой дерново-подзолистой почвы золой-уносом котельных. При равных условиях анализируемая зола практически по всем параметрам имела двукратное превосходство над древесной золой, что характеризует ее как перспективный химмелиорант, способный расширить имеющийся ассортимент традиционных известковых материалов и даже полностью заменить его.
При комплексной обработке почвы совместно с минеральными и органическими удобрениями можно достигнуть значительно больших урожаев.
5. В процессе теоретических и практических изысканий разработана методология изучения золошлаковых отходов, которые предполагается использовать в качестве мелиорантов, предложен порядок оценки возможности их использования для целей известкования кислых почв, а также выделены и отработаны показатели, наиболее значимые для агрохимических целей.
Список использованных источников
1. Зырянов В.В., Зырянов Д.В. Зола уноса - техногенное сырье. М.: ООО ИПЦ «Маска», 2009. 320 с.
2. Кожуховский И.С. О направлениях работы по сокращению объемов золошлаковых отходов и ускорению их переработки и использования // "Расширение использования золошлаковых отходов угольных станций" в рамках VII Международного форума по управлению отходами, природоохранным технологиям и возобновляемой энергетике ВэйстТэк-2011: материалы конференции [электронный ресурс]. URL: http://www.e-apbe.ru/library/2011_06_01_ISK.ppt (дата обращения: 18.01.2012).
3. Путилов В.Я., Путилова И.В. Аналитические материалы по проблеме золошлаков ТЭС. Оценка основных интегральных показателей новых и реконструируемых систем золошлакоудаления ТЭС России на примере Рефтинской ГРЭС ОАО «ОГК-5» [электронный ресурс]. URL: ccp.e-apbe.ru/uploads/files/putilovy_refta.pdf (дата обращения: 10.10.2011).
4. Хлебов А.В. Использование золошлаков - экологичность энергопроизводства // Энергетика и промышленность России. 2010, № 4. С. 19.
5. Kishor P., Ghosh A. K., Kumar D. Use of flyash in agriculture: a way to improve soil fertility and its productivity // Asian journal of agricultural research. 2010, № 4. Р. 1-14.
6. Ветошкина Л.П. Влияние изменения законодательных и нормативных документов на экономические показатели собственников зол и золошлаковых смесей // "Расширение использования золошлаковых отходов угольных станций" в рамках VII Международного форума по управлению отходами, природоохранным технологиям и возобновляемой энергетике ВэйстТэк-2011: материалы конф. [электронный ресурс]. URL: http://www.e-apbe.ru/library/presentations/detail.php?ID=56583 (дата обращения: 18.01.2012).
7. Делицын Л.Н., Власов А.С. Необходимость новых подходов к использованию золы угольных ТЭС // Теплоэнергетика. 2010, № 4. С. 49-56.
8. Некрасов А.С., Синяк Ю.В., Воронина С.А., Семикашев В.В. Современное состояние теплоснабжения России // Проблемы прогнозирования. 2011, № 1. С. 30-43.
9. Аршавская В.Ф., Савченко Т.И. Влияние нетрадиционных химических мелиорантов на урожай культур, качество сельскохозяйственной продукции, свойства почвы, потребление и вынос питательных веществ // Агрохимия. 1992, № 2. С. 87-90.
10. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2007. 368 с.
11. Маковский Р.Д., Пушкарева Н.Г., Башмаков А.А. Влияние нетрадиционных агрохимикатов на качество сельскохозяйственной продукции // Агрохимический вестник. 2008, № 3. С. 15-17.
12. Ватин Н.И., Петросов Д.В., Калачев А.И., Лахтинен П. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Инженерно-строительный журнал. 2011, № 4. С. 16-21.
13. Пушкарева М.М., Блохин Е.Л., Цитцер О.Ю. К природоохранной оценке отходов промышленности как средств химизации сельского хозяйства // Химия в сельском хозяйстве. 1986, № 5. С. 10-13.
14. Сидоров Н.Ф. Использование золы на мелиоративные и удобрительные цели // Бюллетень ВИУА. 2001, № 115. С. 69-70.
15. Литвинович А.В., Павлова О.Ю., Лаврищев А.В. и др. Химический состав ярового рапса, выращенного на кислых дерново-подзолистых почвах, произвесткованных промышленными отходами // Агрохимия. 2008, № 7. С. 50-55.
16. Ferreira C., Ribeiro A., Ottosen L. Possible applications for municipal solid waste ?y ash // Journal of Hazardous Materials. 2003, № 96. P. 201-216.
17. Performance of Several Crops Grown in Fly Ash Amended Soil / Singh S. [et al.] // Conference Paper of 2011 World of Coal Ash (WOCA), Denver, CO, May 9-12, 2011 [электронный ресурс]. URL: http://www.flyash.info/2011/086-Singh-2011.pdf (дата обращения: 10.05.2012).
18. Гогмачадзе Г.Д. Агроэкологический мониторинг почв и земельных ресурсов Российской Федерации. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2010. 592 с.
19. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010. 100 с.
20. Ухов Н.В. Местные мелиоранты - важный источник повышения плодородия почв на северо-востоке России // Мелиорация и водное хозяйство. 2010, № 1. С. 45-48.
21. Кузьмич М.А. Агроэкологическое обоснование применения нетрадиционных химических мелиорантов в земледелии России: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. 2004. 43 с.
22. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Теоретические основы известкования почв. СПб.: ЛНИИСХ, 2005. 252 с.
23. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд., доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
24. Новицкий М.В., Донских И.Н., Чернов Д.В. и др. Лабораторно-практические занятия по почвоведению: учебное пособие. СПб.: Проспект Науки, 2009. 320 с.
25. Практикум по агрохимии. Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. акад. РАСХН В.Г. Минеева. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
26. Шильников И.А., Сычёв В.Г., Зеленов Н.А. и др. Известкование как фактор урожайности и почвенного плодородия. М.: ВНИИА, 2008. 340 с.
27. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Известкование почв (результаты 50-летних полевых опытов). СПб: ГНУ ЛНИИСХ Россельхозакадемии, 2010. 253 с.
28. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение / Под ред. М.М. Овчаренко. М.: Пролетарский светоч, 1997. 290 с.
29. Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Кн. 5. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2001. 148 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проблема утилизации золошлаковых материалов, получаемых в результате сжигания топлива тепловых электростанций. Использование древесной золы в качестве удобрений для сельского хозяйства, применение ее в качестве удобрений и борьбы с болезнями, вредителями.
реферат [21,4 K], добавлен 21.06.2015Виды производства электроэнергии в РФ. Характеристики и происхождение сточных вод. Состав и концентрация загрязнений, находящихся в них. Физико-химические методы их очистки. Анализ влияния развития тепловых электростанций и их влияния на окружающую среду.
реферат [153,3 K], добавлен 03.04.2014Выбросы ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3. Характеристика загрязняющих веществ, их воздействие на организм человека. Воздействие ТЭЦ на гидросферу. Системы очистки, применяемые на тепловых электростанциях. Расчет выбросов оксида ванадия, углерода, азота, твердых частиц.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.02.2016Рассмотрение наиболее перспективных путей управления процессом флокуляции и эффективного использования полиакриламидных флокулянтов. В современной экологии применение флокулянтов на стадии предварительной очистки сточных вод тепловых электростанций.
курсовая работа [201,8 K], добавлен 23.02.2011Анализ воздействия отходящих дымовых газов на окружающую среду. Характеристика котельного производства. Устройство котельных установок. Альтернативные варианты систем очистки отходящих дымовых газов котельных агрегатов. Очистка дымовых газов от золы.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 04.04.2016Характеристики летучей золы. Основы теории золоулавливания. Фракционный состав золы уноса некоторых топлив. Типы и характеристики золоуловителей. Технические характеристики батарейных циклонов серийного изготовления. Основные параметры электрофильтров.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 05.08.2013Понятие и характеристика деятельности атомных электростанций. Воздействие атомных станций на окружающую среду. Управление экологическими проблемами загрязнения окружающей среды радиоактивными отходами. Оценка природоохранной деятельности на КАЭС и ЛАЭС.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 13.07.2015Характеристика сущности и типов ветровых электростанций. Принцип работы прибрежных, шельфовых, плавающих ветряных электростанций. Преимущества и недостатки. Распространенность в России. Камчатка — регион России, где активно развивается ветроэнергетика.
презентация [1,3 M], добавлен 30.12.2016Актуальность очистки выбросов тепловых электростанций в атмосферу. Токсичные вещества в топливе и дымовых газах. Преобразование вредных выбросов ТЭС в атмосферном воздухе. Типы и характеристики золоуловителей. Переработка сернистых топлив перед сжиганием.
курсовая работа [37,1 K], добавлен 05.01.2014Влияние тепловых электростанций на экологическую обстановку прилегающих территорий Новочеркасского района. Структура, химические и физические свойства полициклических ароматических углеводородов. Источники поступления паров в окружающую среду, в почву.
курсовая работа [91,4 K], добавлен 25.01.2011Способы получения электроэнергии и связанные с ними экологические проблемы. Решение экологических проблем для тепловых и атомных электростанций. Альтернативные источники энергии: солнца, ветра, припливов и отливов, геотермальная и энергия биомассы.
презентация [4,0 M], добавлен 31.03.2015Экологические проблемы на предприятиях теплоэнергетики. Расчет минимальной высоты трубы для горячего источника. Построение розы ветров. Методы очистки газов. Химическая, физическая и токсикологическая характеристика диоксида серы. Расчет массы выброса.
курсовая работа [576,6 K], добавлен 22.10.2014Характеристика и классификация твердых бытовых отходов (ТБО). Комплексное управление отходами: сбор и временное хранение, мусороперегрузочные станции и вывоз ТБО. Сбор и использование вторсырья; способы утилизации, проблемы переработки отходов.
реферат [34,6 K], добавлен 02.12.2010Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках. Расчет суммарного расхода топлива и высоты дымовой трубы. Анализ зависимости концентрации вредных примесей от расстояния до источника выбросов.
контрольная работа [196,9 K], добавлен 10.04.2011Понятие, характеристика, функции и значимость гидросферы. Виды и источники загрязнений поверхностных и подземных вод. Группы сточных вод. Влияние сельского хозяйства и тепловых электростанций на загрязнение рек и водоемов. Методы очистки сточных вод.
реферат [24,9 K], добавлен 17.11.2016Обобщение экологических проблем. Анализ загрязнений и перспективных направлений методов очистки выбросов и сбросов в цехах механической обработки. Загрязнение атмосферы выбросами. Загрязнение водного бассейна сточными водами. Загрязнение почвы отходами.
реферат [29,5 K], добавлен 24.07.2010Расчет выбросов твердых частиц летучей золы и несгоревшего топлива, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов при сжигании твердого топлива и мазута. Принцип расчёта величины предельно допустимого выброса. Расчет опасной скорости ветра.
контрольная работа [119,2 K], добавлен 07.02.2013Оценка проблемы утилизации мусора в Казани. Анализ достоинств и недостатков существующих способов утилизации и переработки отходов. Способы утилизации твердых бытовых отходов в европейских странах и в России. Массовое сознание и пути решения проблемы.
контрольная работа [38,1 K], добавлен 21.11.2011Накопление отходов в результате деятельности человека. Способы и проблемы утилизации твердых бытовых отходов. Этапы складирования отходов, сжигания мусора, сливания отходов в водоёмы. Правила захоронения отходов. Функционирование полигонов захоронения.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 22.10.2015Рассмотрение комплекса по утилизации твердых производственных отходов котлами ПТВМ-100 резервным топливом. Определение критической и рабочей частоты вращения мельницы. Эпюра сил и моментов промежуточного вала. Расчет привода мельницы и конвейера.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 10.10.2019