Очистка грунтовых вод, загрязненных промышленным предприятием

Выбросы теплоты являются одним из основных факторов взаимодействия теплоэнергетических  объектов с окружающей средой, в  частности с атмосферой и гидросферой. Выделение происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического вещества или ядерного топлива для выработки тепловой энергии. Большая часть теплоты, получаемой охлаждающей водой в конденсаторах паровых турбин, передаётся в водоёмы, водотоки, а оттуда в атмосферу (t воды в месте сброса нагретой воды повышается, что ведёт к повышению средней.

Температуры поверхности водоёма, атмосферный  воздух над теплоэнергетической  установкой повышается, вследствие энергии, выделенной этой установкой в атмосферу). 

          Теплоэлектростанции оказывают значительное негативное воздействие на состояние всех элементов окружающей природной среды. Это, прежде всего, химическое загрязнение, связанное со значительными выбросами в атмосферу таких загрязнителей, как оксиды азота, углерода, диоксид серы, зола. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид – SO2 . Он составляет примерно 99% выбросов сернистых соединений (остальное количество приходится на SO3). Его удельная масса – 2,93 кг/м3, температура кипения – 195єC. Продолжительность пребывания SO2 в атмосфере сравнительно невелика. Он принимает участие в каталитических, фотохимических и других реакциях, в результате которых 
окисляется и выпадает в сульфаты. В присутствии значительных количеств 
аммиака NH3 и некоторых других веществ время жизни SO2 исчисляется 
несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15 – 20 
суток. В присутствии кислорода SO2 окисляется до SO3 и вступает в реакцию с 
водой, образуя серную кислоту.  Загрязнение гидросферы органическими и взвешенными веществами, поступающими со сточными водами; различные виды физических воздействий, таких как тепловое и акустическое. Кроме того, деятельность теплоэлектростанций связана с образованием большого количества отходов различных классов опасности, значительную часть которых составляют золошлаковые отходы (ЗШМ). 
При сжигании угля на тепловых электростанциях (ТЭС) образуется большое количество золошлаковых отходов (ЗШО), оказывающих негативное влияние на все компоненты окружающей природной среды. Из числа самых главных экологических проблем, возникающих при образовании и размещении ЗШО, выделяют следующие:  
накопление токсичных элементов в продуктах сжигания угля;  
расположение золошлакоотвалов (далее золоотвалов) вблизи больших городов (а нередко в черте города); поступление (выброс) токсичных микроэлементов в атмосферный воздух, загрязнение окружающей среды прилегающего района; загрязнение токсичными элементами, тяжелыми металлами поверхностных и подземных источников, земли, почвы при складировании и хранении золошлаковых материалов на золоотвале (золошлакоотвале); отчуждение больших территорий с целью строительства золоотвалов для размещения ЗШО; использование в большинстве ТЭС технологического оборудования, не отвечающего требованиям экологической безопасности;  
низкий процент утилизации ЗШО в качестве товарной продукции.  
 
Следует особо подчеркнуть, что защита подземных и поверхностных вод от загрязнения токсичными химическими элементами и их соединениями является одной из наиболее серьезных и сложных проблем.

 
К негативным последствиям влияния  золошлаковых отходов также относятся:  
отчуждение земель;  
деформация поверхности, изменение рельефа;  
загрязнение токсичными элементами, тяжелыми металлами;  
снижение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур; 
загрязнение дымовыми газами;  
пыление золоотвалов при транспортировке, складировании и ветровой эрозии; 
сокращение численности видов лесов, растительности, животных, биоты, ихтиофауны; изменение биоразнообразия;  
снижение дебита водотока, изменение гидрологического режима;  
также представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение 
водоёмов, вызывающее многообразные нарушения их состояния.  

ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром, а 
отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от электростанций в водоёмы 
непрерывно поступает поток воды с температурой на 8-12єC превышающей 
температуру воды в водоёме. Крупные ТЭС сбрасывают до 90 мі/с нагретой 
воды. По подсчётам немецких и швейцарских учёных, возможности рек Швейцарии 
и верхнего течения Рейна по нагреву сбросной теплотой электростанций уже 
исчерпаны. Нагрев воды в любом месте реки не должен превышать больше чем на 
3єC максимальную температуру воды реки, которая принята равной 28єC. Из 
этих условий мощность электростанций ФРГ, сооружаемых на Рейне, Инне, 
Везере и Эльбе, ограничивается значением 35000 МВт. Тепловое загрязнение 
может привести к печальным последствиям. По прогнозам Н.М. Сваткова 
изменение характеристик окружающей среды (повышение температуры воздуха и 
изменение уровня мирового океана) в ближайшие 100-200 лет может вызвать 
качественную перестройку окружающей среды (стаивание ледников, подъём 
уровня мирового океана на 65 метров и затопление обширных участков суши).  
 
Для уменьшения концентрации вредных соединений в приземном слое 
воздуха котельные ТЭС оборудуют высокими, до 100-200 и более метров, 
дымовыми трубами. Но это приводит также к увеличению площади их 
рассеивания. В результате крупными промышленными центрами образуются 
загрязнённые области протяженностью в десятки, а при устойчивом ветре – в 
сотни километров.  
 
Наиболее «чистое» топливо для тепловых электростанций – газ, как 
природный, так и получаемый при переработке нефти или в процессе метанового 
брожения органических веществ. Наиболее «грязное» топливо – горючие сланцы, 
торф, бурый уголь. При их сжигании образуется больше всего пылевых частиц и 
оксидов серы. 

ПРОБЛЕМЫ  г. МОСКВЫ. ПОДЗЕМНЫЕ  ВОДЫ И ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ.

     Эколого-гидрогеологические проблемы использования подземных вод для водоснабжения г. Москвы

     В качестве примера предполагаемого крупного отбора подземных вод и связанных с этим природоохранных ограничений рассмотрим проблемы водоснабжения г. Москвы.

Питьевое водоснабжение большинства небольших городов с населением менее 100 тыс. человек в каждом почти полностью основано на подземных водах. Третья часть крупных городов с населением свыше 250 тыс. человек, использует для питьевого водоснабжения исключительно подземные воды, и еще треть -подземные и поверхностные воды совместно. Однако водоснабжение крупнейших городов России и прежде всего таких многомиллионных городов как Москва и Санкт-Петербург основано почти полностью на поверхностных водах.

     До настоящего времени Москва остается одним из немногих крупных городов России, практически не использующих для питьевого водоснабжения подземные воды. Выход из строя водозаборов в связи с возможными аварийными ситуациями приводит к загрязнению поверхностных вод. Поэтому использование защищенных от загрязнения пресных подземных вод напорных водоносных горизонтов должно повысить надежность системы хозяйственно-питьевого водоснабжения города.

     Состав и свойства подземных вод изучены в пределах Московского региона до глубин, составляющих примерно 1500 м. Пресные подземные воды с минерализацией до 1 г/л распространены до глубин в среднем 250-300 м, в отдельных районах до глубин всего 80-100 м. В настоящее время сеть скважин включает около 1100 наблюдательных скважин.

     Геолого-гидрогеологический разрез территории Московской области представлен двумя гидрогеологическими этажами: нижним, сложенным преимущественно известняками каменноугольного возраста, и вышележащими рыхлыми песчано-глинистыми отложениями мелового и четвертичного возраста. Эти водоносные толщи разделены регионально выдержанным водоупором юрских глин мощностью от 8-10 до 30-40 м, которые в долинах рек часто размыты.

      Примерно 80% водоотбора подземных вод осуществляется городскими водозаборами, в зонах расположения которых в последние годы ухудшилась экологическая обстановка. Эти водозаборы, особенно расположенные в г. Москве и ближайших его окрестностях, работают в условиях постоянного риска загрязнения.

      Для решения проблемы более широкого использования пресных подземных вод хорошего качества в течение нескольких лет были разведаны 4 крупных месторождения подземных вод, находящихся в радиусе примерно 100—120 км от города. Общий отбор подземных вод в объединенной системе водоснабжения из новых четырех крупных водозаборов предусмотрен в количестве 2,7 млн. м³/сут. При этом общий отбор подземных вод на территории Московского региона не должен превышать величины их естественных ресурсов (питания), которые оценены в 8,7 млн. м7сут.

     При распределении эксплуатационных запасов подземных вод между Москвой и Московской областью приоритет отдан городам Московской области. Потребность области в воде составляет 5 млн. м³/сут. Ее планируется удовлетворить как за счет подземных вод месторождений, не включенных в объединенную систему (3,8 млн. м³/сут), так и месторождений, входящих в эту систему (1,1 млн. м³/сут). Предусматривается, что только после удовлетворения перспективной потребности в подземной воде питьевого качества городов Московской области возможно их использование для водоснабжения самого г. Москвы.

      Известно, что требованиями Государственного стандарта России "Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Защита системы хозяйственно-питьевого водоснабжения", установлено, что водоснабжение средних и крупных городов должно быть основано на не менее, чем двух независимых источниках водоснабжения.

     Одним из таких источников должны быть подземные воды, минимальная доля которых в водоснабжении города должна быть достаточной, чтобы иметь возможность обеспечивать бесперебойную подачу питьевой воды населению при отключении поверхностных водоисточников в период их аварийного загрязнения. "Генеральной схемой..." предусматривалось комплексное решение двух важных проблем: водообеспечение подземной водой питьевого качества ряда городов и населенных пунктов Московской области и создание автономного источника резервного водоснабжения столицы на случай непредвиденных природно-техногенных катастроф, исключающих возможность использования подземных вод.

      В "Схеме..." обосновывается возможность использования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Московского региона. "Схемой..." предусматривается создание объединенной системы водоснабжения, состоящей из четырех систем водозаборов подземных вод (Северной, Южной, Восточной и Западной) с общим отбором подземных вод 2,7 млн. м³/сут (соответственно 860,1200,500 и 140 тыс. м³/сут). При разработке "Схемы..." авторы исходили из следующих основных принципиальных соображений:

• интенсификация использования подземных вод в Московском регионе является единственным, практически не имеющим альтернатив способом повышения надежности водоснабжения столицы России и близлежащих районов;
• общий отбор подземных вод на территории Московского региона не должен превышать величину их естественных ресурсов, иными словами, не должен быть больше величины их ежегодного естественного восполнения (за многолетний период):
• в первую очередь должна быть удовлетворена потребность в воде питьевого качества городов Московской области (около 5 млн. м³/сут). Ее планируется удовлетворить как за счет уже существующих разведанных и эксплуатируемых месторождений подземных вод области, не включенных в объединенную систему (3,8 Млн. м³/сут), так и новых месторождений на указанных 4-х участках, включенных в эту систему (1,1 млн. м³/сут);
• на водоснабжение самого города Москвы будет использоваться только часть запасов подземных вод, которая остается после удовлетворения потребностей в воде Московской области (1,6 млн. м³/сут).

     В процессе оценки перспективных возможностей интенсификации использования подземных вод с помощью математических моделей изучалось взаимодействие между существующими и проектными водозаборами.

Предлагаемые к использованию 2,7 млн. м³/сут подземных вод рекомендовалось распределить между отдельными системами следующим образом: Северная система - 0,8, Южная система - 1,2, Восточная система - 0,56 и Западная система -0,14 млн. м³/сут.

Как указывалось выше, первоначально предполагалось, что производительность водозаборов, входящих в объединенную систему водоснабжения, составит около 2,7 млн. м³/сут, из которых 1,6 млн. м³/сут планировалось подавать в Москву. Однако, в последнее время установлено, что дополнительная вода городу не нужна, что вызвано прежде всего осуществляемыми и планируемыми мероприятиями по экономии воды и уменьшению общей потребности в воде в силу ряда причин экономического характера.

      Поэтому подача подземных вод в Москву в периоды интенсивного загрязнения поверхностных вод может быть ограничена 1,0 млн. м³/сут (исходя из нормы 100-200 л/сут на 1 человека при численности населения г. Москвы в 8,5 млн. человек).

     В настоящее время в качестве первоочередного освоения выбрана южная группа месторождений, основанная на использовании подземных вод каменноугольных водоносных горизонтов в долине р. Оки (район г. Серпухова).

     Качество подземных вод на участках, включенных в объединенную систему, в целом соответствует нормам для питьевых вод, установленным в России, за исключением повышенного содержания железа и марганца. Кроме того, на Южной системе отмечается пониженное содержание фтора. Месторождения Северной и Восточной систем надежно защищены от возможного загрязнения, а месторождения Южной и Западной систем являются слабо защищенными. Выполненные специальные гидродинамические расчеты показывают, что качество подземных вод при эксплуатации изменится незначительно и это не приведет к невозможности их использования для питьевого водоснабжения.

     При разработке "Генеральной схемы объединенной системы водоснабжения г. Москвы й Московской области с использованием подземных источников" значительное внимание уделялось прогнозу возможных экологических последствий интенсификации использования подземных вод. В частности, анализировалось влияние снижения уровня в верхнем водоносном горизонте на состояние растительности, ландшафтов, прогнозировалось возможное изменение речного стока (особенно стока малых рек), опасность загрязнения эксплуатируемых водоносных горизонтов за счет миграции загрязнителей при изменении гидродинамических условий взаимодействия подземных и поверхностных вод и отдельных водоносных горизонтов между собой. При этом авторы "Схемы..." правильно подчеркивают, что при прогнозе возможного влияния отбора подземных вод на окружающую среду первостепенное значение имеет анализ опыта эксплуатации действующих водозаборов подземных вод. Как уже отмечалось, многолетняя эксплуатация подземных вод, вызывающая снижение уровней подземных вод в каменноугольных водоносных горизонтах на многие десятки метров, не привела к заметным и опасным негативным экологическим последствиям, за исключением уменьшения меженного стока рек на отдельных участках.