ОЦЕНКА  ЗАГРЯЗНЕНИЯ  ОКРЕСТНОСТЕЙ  ГОРОДА  АЛМАТЫ  ПРИ  СЖИГАНИИ  УГЛЯ

Жусип  Жанар  Абдигалимовна

магистрант  1  курса  Казахского  национального  аграрного  университета  г.  Алматы

E-mail:  zhusipz@mail.ru

Омарова  Анель  Вахидовна

ученица  11  класса  школы  имени  К.  Сатпаева  г.  Каскелен

E-mail: 

Мирзадинов  Рашид  Абу-Аскарович

научный  руководитель,  профессор  Казахской  академии  транспорта  и  коммуникаций,  г.  Алматы

E-mail:  rmirzadinov@yahoo.com

В  последнее  время  много  пишут  о  загрязнении  транспортом  воздуха,  почв,  растений,  поверхностных  и  подземных  вод  и  их  влиянии  на  здоровье  людей.  Количество  публикаций  в  интернете  на  русском  языке  зашкаливает  за  полтора  миллиона.  Если  же  набрать  в  любом  поисковике  только  словосочетание  «загрязнение  автотранспортом»  то  выйдут  результаты  за  660  тысяч.  Ученые  и  журналисты  Казахстана  не  исключение  —  они  тоже  публикуют  статьи  о  влиянии  автотранспорта  [1;  2;  4;  6;  8;  14;  18;  20;  22]  и  почти  не  рассматривают  влияние  иной  деятельности  на  загрязнение  атмосферы  за  небольшим  исключением  [4;  22;  14].

Наслушавшись  учителей  и  журналистов,  начитавшись  специальной  литературы  об  автомобильной  причине  загрязненности  города  Алматы,  мы  тоже  придерживалась  этого  мнения.  Наши  впечатления  о  причинах  загрязненности  воздуха  в  Алмате  поколебал  профессор  Р.А.  Мирзадинов  и  предложил  только  краем  коснуться  этой  многоаспектной  проблемы,  изучить  и  рассчитать  выбросы  загрязнений  от  сжигаемого  в  городе  и  пригородах  угля  и  содержащегося  в  нем  изотопов  урана. 

Мы  начали  обращать  внимание  на  прозрачность  воздуха.  Оказывается  визуально  летом  воздух  над  Алматой  намного  прозрачнее  чем  зимой.  С  горы  Коктюбе  летом  город  хорошо  просматривается  до  самых  дальних  микрорайонов.  Поздней  осенью,  зимой  и  ранней  весной,  когда  частный  сектор  массово  топит  печи,  с  вершины  Коктюбе  прилегающие  районы  видны  сквозь  густую  дымку,  а  центральные  и  отдаленные  районы  совсем  не  видны.  К  тому  же  зимой  автотранспорта  на  улицах  Алматы  меньше  чем  летом,  а  воздух  визуально  грязнее  более  чем  в  5  раз.

Этот  наглядный  факт  подчеркнул  актуальность  темы  загрязнения  окружающей  среды  при  сжигании  угля  и  перед  нами  были  поставлены  несколько  задач:

·     уяснить  какие  загрязнители  выделяются  при  сжигании  угля; 

·     оценить  загрязнение  окрестностей  Алматы  при  сжигании  угля  действующей  ТЭЦ  и  населением;

·     оценить  выбросы  парниковой  СО₂;

·     оценить  загрязнение  окрестностей  Алматы  изотопами  урана.

Основной  химический  состав  угля  —  С,  Н,  О,  S  и  N.  В  небольших  количествах  содержатся  Al,  Fe,  Ca,  Mg,  Na,  Si,  K,  в  незначительных  P,  Mn,  Ba,  Ti,  Se,  F,  Pb,  As  а  также  редкие  и  рассеянные  элементы  Sr,  Rb,  Th,  Ti,  U,  Sr  и  др.  [3].

При  сгорании  угля  выделяются  сернистые  и  азотистые  оксиды,  различные  летучие  частицы  (зола  и  пыль)  и  большое  количество  СО₂.  Сжигание  угля  приводит  к  образованию  вредных  полиароматических  углеводородов,  включая  опаснейший  бенз(а)пирен,  имеющий  сильное  канцерогенное  и  мутагенное  действия.

Среднее  содержание  урана  в  угле  (кларк  урана  в  угле)  составляет  3,6  г/т.  [7;  12].

Запасы  каменного  угля  в  республике  оцениваются  в  75  млрд.  т.  Республика  Казахстан  также  входит  в  десятку  крупнейших  производителей  угля  в  мире.  В  Казахстане  главным  потребителем  угля  на  внутреннем  рынке  является  электроэнергетика.  Основу  составляют  тепловые  электростанции  —  около  87  %,  гидроэлектростанции  составляют  около  12  %,  прочие  —  1  %  [21].

В  границах  города  Алматы  проживают  на  начало  2013  года  1  млн.  400  тыс.  человек.  В  прилегающих  поселках  и  городах  проживает  более  1  миллиона  населения.  По  данным  министерства  охраны  окружающей  среды  город  Алматы  по  загрязненности  воздуха  стоит  на  первом  месте  в  Казахстане.  При  этом  причиной  загрязненности  считают  автотранспорт  [1]. 

По  данным  дорожной  полиции  количество  автотранспорта  в  Алматы  на  март  2013  превысило  620  тысяч  единиц.  В  городе  Алматы  имеется  около  45000  негазифицированых  домов,  с  печным  отоплением.  В  пригородных  населенных  пунктах  Алматы  насчитывается  более  350  тысяч  негазифицированных  домов  с  печным  отоплением.  ТЭЦ-1  переведен  на  газ.  ТЭЦ-2  сжигает  в  среднем  около  2  миллиона  тонн  угля  в  год.  Только  склад  угля  ТЭЦ  -2  рассчитан  на  365  тысяч  тонн  угля. 

Выбросы  парниковой  СО₂.  По  данным  Международного  Энергетического  Агентства  за  1993  год  Казахстан  занимал  лидирующее  место  в  мире  по  удельным  выбросам  парниковых  газов  на  единицу  ВВП  (3,38  кг/1USD)  и  тринадцатое  место  по  удельным  выбросам  загрязняющих  веществ  на  душу  населения  (13,3  тонны  на  человека)  [23]. 

Инвентаризация  источников  выбросов  и  стоков,  формирующих  парниковые  газы,  проводились  в  Казахстане  с  1990  года  подразделениями  Министерства  охраны  окружающей  среды.  Результаты  этих  работ  показали,  что  основная  доля  эмиссий  парниковых  газов  в  Казахстане  поступает  в  атмосферу  от  энергетической  деятельности,  включающей  добычу,  транспортировку,  переработку  и  сжигание  различных  видов  органического  топлива,  главным  образом,  угля  [16]. 

Методика  расчетов.  Методов  расчета  выбросов  загрязняющих  веществ  может  быть  очень  много  [10;  12;  17].  Например  для  исследований  по  вкладу  РФ  в  мировые  объемы  парниковых  газов,  расчетные  результаты  выбросов  СО₂  и  метана  были  выполнены  для  условий  сжигания  углей  на  ТЭС,  которые  географически  находились  на  относительно  небольшом  расстоянии  от  угольных  месторождений,  т.  е.  в  итоговых  расчетах  не  учитывались  выбросы  СО₂  ,  связанные  с  транспортировкой  угля  к  ТЭС  [9;  10;  12;  15].

Классической  формулой  для  расчета  выбросов  СО₂,  образующегося  при  сжигании  органического  топлива  за  определенный  период  времени  (обычно  год),  является  формула  1  [9  10]:

  (1)

где:    —  объем  выбросов  СО₂,  т.,

  —  объем  сожженного  топлива,  т.,

  —  низшая  теплотворная  способность  данного  вида  топлива,  ГДж.,

  —  коэффициент  выбросов  углерода  для  данного  вида  топлива,  т  С/ГДж.,

  —  коэффициент  фракции  окисленного  углерода  данного  вида  топлива,

  —  коэффициент  преобразования  углерода  в  диоксид  углерода,  равный  (44/12).

Формулу  можно  упростить,  умножив  две  постоянные  величины  (К_f  и  K_co2),  введя  тем  самым  коэффициент  3,63  (в  случае  сухого  природного  газа  —  3,648;  угля  —  3,593). 

В  таблице  1  представлены,  подготовленные  Межправительственной  группой  экспертов  по  изменению  климата  (МГЭИК),  коэффициенты  выбросов  углерода,  выделяемого  при  сжигании  различных  видов  топлив  [9;  10]. 

Таблица  1.

Коэффициенты  выбросов  углерода

Коэффициенты  низшей  теплотворной  способности  отдельных  видов  топлива,  представлены  в  таблице  2. 

Таблица  2. 

Коэффициенты  низшей  теплотворной  способности  отдельных  видов  топлив

Оценка  загрязнения  окружающей  среды  при  сжигании  угля  в  городе  Алматы

Для  общей  оценки  загрязнения  окружающей  среды  мы  приняли  среднее  содержание  загрязняющих  веществ  в  тонне  угля  из  работы  рассчитанной  для  сельских  местностей  Украины  [17].  В  котором  не  учтено  загрязнение  канцерогенными  бенз(а)пиреном  и  радиоактивными  изотопами.

Таблица  3.

Показатели  удельных  выбросов  загрязняющих  веществ  при  сжигании  угля  [17]

Рассчитаем,  сколько  тонн  СО₂,  выбрасывается  при  сжигании  1  тонны  угля  по  методике  МГЭИК.  Допущения:  Для  расчетов  выбросов  СО₂,  образующегося  при  сжигании  угля,  используются  коэффициенты  по  умолчанию,  представленные  в  таблице  1  (коэффициент  выбросов  углерода  K_c  =  0,0153  т  С/ГДж;  коэффициент  фракции  окисленного  углерода  K_f  =  0,98;  коэффициент  преобразования  углерода  в  СО₂  =  3,666)

Теплотворная  способность  угля  в  значительной  степени  зависит  от  его  марки  и  колеблется  в  пределах  от  2100  до  3500  ккал/кг  и  более.  Среднюю  теплотворную  способность  каменного  угля  в  Казахстане  определили  в  24,703  ГДж/т.  Это  значение  будет  использовано  и  при  данных  расчетах. 

При  сжигании  каменного  угля  расчеты  выбросов  СО₂  проводятся  по  формуле  [9,  10].

=1,024,7030,02580,983,666  =  2,29  т  CO₂

=  4  000  000    24,703    0,0258    0,98  3,666  =  9158997,3  т  CO₂

Количество  CO₂  расчитанное  по  методике  МГЭИК  составляет  9158997  тонн  тогда  как  рассчитанное  по  средней  величине  равно  7648320  тонн  или  же  на  1510677  тонн  меньше.

Методика  расчета  выбросов  радиоактивных  изотопов  урана 

Мы  не  нашли  методик  расчета  выбросов  в  окружающую  среду  радионуклидов  при  сжигании  угля.  Поэтому  в  исследовательской  работе  мы  использовали  все  возможные  информации.

1.  Во  всем  мире  сжигается  более  3  млрд.  тонны  каменного  и  бурого  угля.  Остатки  урановых  изотопов  (²³⁵U,  ²³⁸U)  которые  выделяются  вместе  с  угольной  золой  и  газами,  в  год  достигают  до  200  тысяч  тонн  [7,  9—11].  По  этим  же  данным  я  узнала,  что  в  1  тонне  угля  содержится  66,66  грамм  урановых  изотопов  (²³⁵U,  ²³⁸U).

2.  По  данным  Кресста  В.М.,  Кошелева  Ф.Н.,  Точилина  С.Б.  [11]  во  всем  мире  при  сжигании  3  млрд.  тонн  угля,  в  окружающую  среду  выделяются  около  40  тысяч  тонн  урановых  (²³⁵U,  ²³⁸U)  изотопов.

3.  По  данным  Р.  Зелинского  и  Р.  Финкельмана  [5]  средний  объем  урановых  изотопов  в  угле  достигают  2,5  ppm.  По  расчетной  системе  американцев  когда  ppm  переводим  на  СИ  систему  эта  масса  будет  равна  одной  части  одного  миллиона.  Или  же  можно  сказать  в  одной  тонне  угля  содержится  2,5  грамм  урановых  (²³⁵U,  ²³⁸U)  изотопов.

4.  В  советское  время  первоначально  уран  выделяли  из  угля.  Различные  угли  содержат  разное  количество  урана.  Средний  объем  урана  в  угле  (кларк  угля)  составляет  3,6  г/т  [7,  20]. 

По  нашему  мнению  будет  правильно  если  загрязнение  окружающей  среды  будем  считать  методом  угольного  кларка.

В  нашем  исследовании  мы  рассчитали  загрязнение  окружающей  среды  ураном  по  данным  четырех  источников. 

а.   в  1  тонне  угля  66,66  грамм  урана  [15];

б.  в  1  тонне  угля  13,33  грамм  урана  [11];

в.   в  1  тонне  угля  2,5  грамм  урана  [5];

г.   в  1  тонне  угля  3,6  грамм  урана  (угольный  кларк  урана)  [7,  12].

Загрязнение  изотопами  урана 

a.   4  000  000  т.  угля  х  0,00006666=  266,64  тонн  урана.

b.  4  000  000  т.  угля  х  0,00001333=  53,32  тонн  урана.

c.   4  000  000  т.  угля  х  0,0000025=  10,0  тонн  урана.

d.  4  000  000  т.  угля  х  0,0000036=  14,4  тонн  урана.

Выводы

1.  В  городе  Алматы  при  сжигании  угля  по  упрощенной  методике,  загрязняется  окружающая  среда  в  следующих  количествах:

СО₂  =  9158997  тонн;

NO_х  =  15800  тонн;

SO₂  =  227960  тонн  :

Суммарно  тяжелых  металлов  (Hq,  As,  Pb,  Cr,  Ni,  Cu,  Zn)  750  тонн.

2.  При  сжигании  угля  в  Алматы  и  окрестностях  в  течении  одного  года  окружающая  среда  загрязняется  (²³⁵U,  ²³⁸U)  изотопами  урана,  исходя  из  кларка  урана  в  угле,  14,4  тонн.

Список  литературы:

1.Бегимбетова  А.С.  Изучение  загрязнения  атмосферного  воздуха  вредными  веществами  от  автотранспорта  в,  условиях  города  Алматы  Вестник  КазНТУ,  —  2013,  —  №  2  —  с.  113—115.

2.Даулбаева  А.Н.  Динамика  изменения  концентрации  основных  загрязняющих  веществ  в  приземном  слое  атмосферы  города  Алматы.  Дисс.  доктора  философии  (PhD).  Астана,  2012.

3.Добрянский  А.Ф.  Петрология  углей  и  парагенезис  горючих  ископаемых.  С.П.:  СПУ.  2003.  —  152  с. 

4.Доклад  по  инвентаризации  выбросов  загрязняющих  веществ  в  атмосферу  и  мониторингу  и  моделированию  загрязнения  атмосферного  воздуха  в  Казахстане  (в  рамках  Конвенции  о  трансграничном  загрязнении  воздуха  на  большие  расстояния).  Алматы:  ЕЭК  ООН,  2003.  —  92  с. 

5.Зиелински  Р.,  Финкельман  Р.  Радиоактивные  элементы  в  угле  и  золе:  содержание,  формы  и  экологическое  значение.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://masters.donntu.edu.ua/2007/ggeo/shestopalova/library/lib3.htm  Дата  обращения  5.06.2013.

6.Калелова  А.Б.  Аэросиноптические  условия  диссипации  и  накопления  загрязняющих  веществ  в  воздушном  бассейне  города  Алматы:  Дисс.  канд.  геогр.  Наук  /  КазНУ  им.  аль-Фараби.  А.,  2005.  —  148  с. 

7.Кизильштейн  Л.Я.  Уголь  и  радиоактивность.  Химия  и  жизнь  —  2006  —  №  2,  —  с.  24—29.

8.Комплексная  программа  по  снижению  загрязнения  окружающей  среды  города  Алматы  на  2009-2018  годы.:  Утверждена  Решением  XVII-й  сессии  Маслихата  города  Алматы  IV-го  созыва  от  24.04.2009.  —  №  187.  Алматы,  2009.

9.Крылов  Д.А.  Оценки  выбросов  в  атмосферу  CO2  и  метана  при  производстве  электроэнергии  на  ТЭС  на  природном  газе  в  России  («добыча  газа  —  потребление  газа  на  ТЭС»):  Препринт  №  МЦЭБ-01-03,  М.,  2001. 

10.Крылов  Д.А.,  Путинцева  В.Е.,  Крылов  Е.Д.  Исследование  экологических  последствий  использования  угля  вместо  природного  газа  в  электроэнергетике  России:  Препринт  №  МЦЭБ-01-01,  М.,  2001.

11.Кресст  В.М.,  Кошелев  Ф.Н.,  Точилин  С.Б.  Не  так  страшна  АЭС,  как  ее  малюют.  Томский  вестник.  12.12.2007,  —  с.  4—5.

12.Мауричева  Т.С.  Количественная  оценка  поступления  радионуклидов  в  окружающую  среду  при  работе  угольных  ТЭЦ  (на  примере  ТЭЦ-1  г.  Северодвинска).  Автореферат  дисс.  канд.  геол-минерал.  наук.  М.,  2. 

13.Методика  определения  удельных  выбросов  вредных  веществ  в  атмосферу  и  ущерба  от  вида  используемого  топлива  Республики  Казахстан.  Утверждена  приказом  Министра  охраны  окружающей  среды  от  24.02.2004  г.  №  61. 

14.Мирзадинов  Р.А.,  Косумбаева  А.Б.  Көмір  жағудан  қоршаған  ортаның  ластануы.  Материалы  5  МНПК  «Транспорт  Евразии  21  века»,  Алматы,  КазАТК,  —  2008,  —  том  2,  —  с.  142—146. 

15.Носков  А.С.,  Савинкина  М.А.,  Анищенко  Л.Я.  Воздействие  ТЭС  на  окружающую  среду  и  способы  снижения  наносимого  ущерба.  Новосибирск,  1990.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=4266098  Дата  обращения  5.06.2013.

16.Национальный  доклад  о  состоянии  окружающей  среды  в  Республике  Казахстан  (размещен  на  веб-сайте  Министерства  охраны  окружающей  среды).

17.Сперанская  Ю.Ю.,  Макаров  В.В.  Оценка  выбросов  в  атмосферу  загрязняющих  веществ  при  теплоснабжении  поселков  Украины.  Сборник  научных  трудов  Севастопольского  национального  университета  ядерной  энергии  и  промышленности,  —  2011,  —  №  2,  —  с.  145—151.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://archive.nbuv.gov.ua/portal/natural/znpsnu/2011_2/Z38R2S9.pdf  Дата  обращения  5.06.2013.

18.Сулейменова  Н.Ш.  Основной  источник  загрязнения  воздушного  бассейна  урбанизированной  территории  Алматы  //  Известия  НАН  РК,  —  №  6  (12),  —  2012,  —  с.  30—35.

19.Титаева  Н.А.  Геохимия  изотопов  радиоактивных  элементов  (U,  Th,  Ra).  Автореф.  дисс.  д.  геол-минер.  н.  М.  2002. 

20.Транспортная  стратегия  РК  до  2015  года.  Указ  президента  РК  от  11.04.06.  №  86  /  САПП  —  2006,  —  №  3  —  с.  91—173.

21.Умбетова  Ш.М.  Техногенные  отходы  предприятий  энергетики  и  пути  их  вторичной  переработки  Вестник  КазНТУ,  —  2009,  —  №  4  —  с.  72—75.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://vestnik.kazntu.kz/?q=kk/node/189  -  Дата  обращения  5.06.2013.

22.Цыганков  С.Г.,  Мирзадинов  Р.А.  ,  Зальцман  М.Д.  Исследование  загрязнения  атмосферы  Алма-  Аты  Вестник  КазАТК,  —  2008,  —  №  1,  —  с.  235—242.

23.[Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.today.kz/ru/news/economics/2011-03-16/41267.  Дата  обращения  5.06.2013.