Гидрохимия отстойника золоотвала Читинской ТЭЦ-1 и состав подземных вод в зоне его инфильтрационного влияния
Автор: Замана Л.В., Усманова Л.И., Усманов М.Л.
Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Философия @vestnik-bsu
Рубрика: Химия
Статья в выпуске: 3, 2010 года.
Бесплатный доступ
Приведена характеристика химического состава вод золоотвала, подземных вод инфильтрационного потока, дана интерпретация результатов исследований с учетом взаимодействий в системе вода - порода и термодинамических равновесий вод с вторичными минералами.
Инфильтрация, химический состав вод, сульфаты, загрязнение, термодинамические равновесия
Короткий адрес: https://sciup.org/148179500
IDR: 148179500
Текст научной статьи Гидрохимия отстойника золоотвала Читинской ТЭЦ-1 и состав подземных вод в зоне его инфильтрационного влияния
Загрязнение природных вод на участках размещения гидрозолоотвалов (ГЗО) угольных ГРЭС и ТЭЦ – общая проблема такого типа теплоэнергетических объектов. Читинская ТЭЦ-1 в ряду ей подобных не составляет исключения. Расположенная на берегу оз. Кенон и использующая его в качестве водоема-охладителя с момента пуска в 1965 г., она стала основным промышленным объектом, коренным образом изменившим гидрохимические характеристики и экологическое состояние этого водоема. В статье рассмотрена ситуация с загрязнением подземных вод, вызванным фильтрационными утечками из золоотвала, который существенно влияет и на химический состав воды, и на солевой баланс озера. Инфильтрация загрязненных вод из ГЗО в оз. Кенон оценивается в 550 м 3 /ч [1].
Золоотвал находится в 3 км к северо-западу от площадки ТЭЦ-1 и оз. Кенон (рис. 1), которое кроме других технологических нужд служит также для забора воды в систему гидрозолоудаления. Для поддержания уровня воды в озеро ведется подкачка из р. Ингода. ГЗО занимает площадь около 115 га и размещен в естественном понижении холмисто-увалистой поверхности днища Читино-Ингодинской межгорной впадины, выполненной континентальными терригенно-осадочными породами. Золоотвал состоит из двух секций, в одну из них по кольцевому трубопроводу сбрасывается золошлаковая пульпа («грязная» секция), в другой происходит отстаивание воды от взвешенного материала, после чего осветленная вода снова возвращается в систему гидрозолоудаления. Потери на фильтрацию и испарение восполняются забором свежей воды. Противофильтрационного экрана золоотвал не имеет. По его периметру для увеличения емкости сооружена ограждающая дамба. Объем накопленных золошлаковых отходов составляет свыше 10 млн м 3 . К настоящему времени золоотвал практически заполнен, подготовлен проект его расширения.
Гидрогеологический разрез участка представлен горизонтами порово-пластовых вод четвертичных и трещинно-пластовых вод верхнеюрско-нижнемеловых пород. Первые залегают в содержащих дресву супесчано-песчаных отложениях, вторые – в песчаниках и трещиноватых аргиллитах и алевролитах. Гидрогеологические условия характеризуются также наличием тектонического разлома северо-западного простирания, по которому происходит движение и разгрузка инфильтрационных вод. Уровень подземных вод вблизи золоотвала находится на глубинах 4,5-7,5 м.
Объекты и методы
Объекты наблюдений (рис. 1) кроме золоотвала включали сток из трубы, дренирующей секцию приема пульпы, родниковую разгрузку, появившуюся ниже ГЗО по потоку подземных вод вследствие фильтрационных потерь из него, а также самоизливающуюся скважину в левом борту долины р. Кадалинка, пробуренную для выяснения причин подтопления взлетной полосы аэропорта, возникшего вскоре после начала заполнения золоотвала.
Химико-аналитические определения химического состава вод (табл. 1) выполнены в сертифицированной лаборатории ИПРЭК СО РАН стандартизированными методами. Диссоциаты угольной кислоты определялись титриметрически; pH, F и Cl – потенциометрическим методом с ион-селективными электродами; сульфаты – турбидиметрически в виде BaSO 4 ; Si – спектрофотометрическим методом; щелочные металлы и стронций пламенно-эмиссионным методом; Ca, Mg и остальные металлы – атомной абсорбцией в пламенном и электротермическом вариантах на спектрофотометре SOLAAR 6M. Для калибровки приборов использовались сертифицированные стандартные образцы.
Рис. 1. 1 – объекты отбора проб воды: 1 – пруд-отстойник ГЗО, 2 – секция сброса пульпы, 3 –дренажная труба «грязной» секции, 4 – родниковая разгрузка, 5 – скважина в долине р. Кадалинка, 6 – р. Кадалинка, 7 – скважина в пос. Черемушки; 2 – направление движения инфильтрационного потока
Результаты и обсуждение
По химическому составу воды пульпы и отстойника по первым двум срокам опробования были сульфатными магниево-кальциевыми (наименование типа дано «от меньшего к большему»). В 2008 г. произошел абсолютный и относительный рост содержания хлора, анионный состав стал хлоридно-сульфатным, а к катионам добавился натрий. Очевиден сброс в золоотвал химреагентов от чистки котлов, в состав которых входит и NaCl. Анионный состав воды из дренажной трубы по срокам наблюдений такой же, но состав катионов отличается прежде всего снижением содержаний магния, место которого занимает натрий.
При фильтрации воды через золошлаковые отложения отчетливо проявлены удаление из фильтрующихся вод фтора и магния и подкисление среды (табл., дренажная труба). Первое обусловлено выпадением фтора в результате образованием флюорита, по которому воды пульпы и отстойника пересыщены. Термодинамические расчеты, выполненные по программе HydroGeo 32 [2], показывают, что из вод отстойника может высаживаться до 32 мг/л CaF2 [3]. Резкое снижение содержания F в фильтрационных водах (до 0,28 мг/л при содержании в воде отстойника 5,8 мг/л) уже в низовой части откоса дамбы отмечалось и по золоотвалу Новосибирской ТЭЦ-5 [4]. И в этом случае, как и по золоотвалу Улан-Удэнской ТЭЦ-1, по расчету воды пересыщены по флюориту (соответственно 7,7 и 4,8 мг/л) [5].
С минералообразованием связаны, безусловно, другие изменения химических характеристик стока из дренажной трубы. Исходя из уменьшения концентраций карбонатов, магния и гидроксидиона по сравнению с пульпой (рис. 2), можно было бы предполагать выпадение гидромагнезита 4MgCO 3 ·Mg(OH) 2 ·4H 2 O, однако по результатам моделирования карбонаты в составе равновесных фаз представлены доломитом. Это не увязывается с возрастанием концентрации кальция в дренажном стоке, но в любом случае переход в осадок карбонат-иона должен приводить к сдвигу равновесия в карбонатной системе в сторону понижения pH. Обильное образование техногенного кальцита при фильтрации через золошлаковые наносы, существенно снижающее их водопроницаемость, установлено на Березовской ГРЭС [6]. В отличие от вод ГРЭС КАТЭКа, Новосибирской ТЭЦ-5, которые вследствие высококальциевых зол углей Канско-Ачинского бассейна находятся в термодинамическом равновесии, по нашим расчетам, с кальцитом (арагонитом), воды золоотвалов, работающих на харанорском угле Харанорской ГРЭС, Читинских ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, насыщены по доломиту.
В образовавшейся вследствие утечек из ГЗО инфильтрационной линзе воды в результате взаимодействия с вмещающими породами обогащаются гидрокарбонатом и становятся гидрокарбонатно-сульфатными, при этом в родниковой разгрузке кальций и магний в различные сроки опробования находятся в переменных соотношениях, тогда как по скважине отмечен устойчивый кальциево-магниевый состав. В результате разгрузки инфильтрационного потока под левым бортом долины вода в р. Кадалинка на приустьевом отрезке приобретает тот же состав, что и по скважине, а минерализация ее превышает 1,0 г/л (проба ЧТ-06-40). Вне влияния золоотвала в подземных водах осадочных пород мезозоя содержание сульфатов низкое (табл.), анионный состав их гидрокарбонатный, а состав катионов трехкомпонентный с преобладанием Ca. При движении в водоносном горизонте происходит рост общей минерализации инфильтрационных вод (рис. 2).
С 2006 г. прослеживается устойчивая тенденция снижения общей минерализации воды отстойника, обусловленная, по-видимому, усилением прямой подкачки воды из р. Ингода в систему гидрозолоудаления. Отчасти эта тенденция нашла отражение и в изменении минерализации воды скважины (табл.). В то же время в родниковой разгрузке согласованных изменений не наблюдается, более того, отмечены значительные по амплитуде колебания с превышением общей минерализации воды отстойника, природа которых на имеющемся фактическом материале не имеет надежного объяснения. Возможно, имеет место дополнительная инфильтрация более минерализованных вод, чем в отстойнике. Они могут формироваться за счет испарительного концентрирования вод золоотвала в мелких бассейнах. В частности, в 2002 г. в небольшом водоеме под дамбой отстойника вода имела минерализацию 3,05 г/л при содержании сульфата 2,08 г/л. При этом необходимо, чтобы скорость движения воды в инфильтрационной линзе были существенно выше скорости выравнивания минерализации за счет диффузионного рассеяния.
Заключение
Таким образом, в результате фильтрации из золоотвала Читинской ТЭЦ-1 на расстоянии свыше 3 км к юго-востоку от него вплоть до оз. Кенон сформировался ореол гидрокарбонатно-сульфатных вод с минерализацией более 1,0 г/л. Несмотря на рост концентраций HCO 3- в подземных водах при их взаимодействии с вмещающими породами, доминирующим анионом в зоне загрязнения остается SO 42- .
Таблица
Химический состав вод (мг/л, кроме pH) гидрозолоотвала Читинской ТЭЦ-1, зоны его инфильтрационного влияния и на прилегающей территории
|
№ пробы |
Дата отбора |
pH |
CO 2 |
HCO 3 - |
SO4 2- |
Cl- |
F об. |
Ca 2+ |
Mg 2+ |
Na+ |
K + |
Сумма |
Sr |
Si |
Fe |
Mn |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
|
Секция сброса пульпы («грязная» секция) |
||||||||||||||||
|
ЗЛ-3 |
10.09.02 |
9,22 |
*9,0 |
134,2 |
556,0 |
63,1 |
16,9 |
170,2 |
52,7 |
66,4 |
12,5 |
1092,0 |
1,80 |
9,5 |
0,16 |
0,090 |
|
ЗЛ-06-6 |
17.07.06 |
8,47 |
*3.6 |
109,8 |
528,0 |
95,6 |
15,8 |
158,65 |
54,11 |
70,1 |
7,8 |
1040,0 |
2,63 |
2,9 |
0,16 |
0,036 |
|
ЧТ08-19 |
25.09.08 |
9,02 |
*9,7 |
171,3 |
291,0 |
107,2 |
6,9 |
126,2 |
40,6 |
73,3 |
2,95 |
829,2 |
0,73 |
5,9 |
0,04 |
0,002 |
|
Пруд-отстойник («чистая» секция) |
||||||||||||||||
|
ЗЛ-2 |
10.09.02 |
9,38 |
*10,8 |
126,8 |
600,0 |
70,8 |
16,9 |
195,1 |
48,5 |
63,2 |
11,1 |
1132,4 |
2,00 |
6,5 |
0,13 |
0,040 |
|
ЗЛ-06-1 |
17.07.06 |
8,16 |
9,2 |
83,0 |
520,0 |
79,5 |
15,1 |
173,9 |
38,9 |
63,2 |
8,2 |
981,8 |
2,43 |
4,0 |
0,05 |
0,015 |
|
ЧТ08-3 |
02.06.08 |
9,33 |
*9,0 |
104,7 |
453,0 |
102,4 |
15,8 |
106,1 |
56,2 |
90,8 |
4,5 |
942,5 |
1,30 |
12,2 |
0,05 |
0,005 |
|
Дренажная труба |
||||||||||||||||
|
ЗЛ-6 |
10.09.02 |
7,65 |
3,5 |
74,4 |
566,0 |
79,4 |
0,48 |
203,4 |
25,3 |
61,6 |
10,2 |
1020,8 |
2,60 |
6,5 |
0,23 |
0,40 |
|
ЗЛ-06-3 |
17.07.06 |
6,47 |
6,3 |
29,3 |
560,0 |
89,2 |
0,87 |
168,1 |
11,3 |
113,8 |
10,4 |
982,8 |
4,98 |
2,5 |
1,03 |
1,35 |
|
ЧТ08-02 |
02.06.08 |
6,45 |
1,4 |
31,5 |
298,0 |
100,1 |
1,99 |
119,3 |
4,1 |
68,1 |
7,3 |
630,3 |
1,87 |
4,2 |
0,37 |
0,102 |
|
Родниковая разгрузка |
||||||||||||||||
|
ЗЛ-8 |
10.09.02 |
8,27 |
0.0 |
433,1 |
504,0 |
39,8 |
0,91 |
136,3 |
112,0 |
50,4 |
9,2 |
1285,7 |
1,00 |
11,5 |
0,18 |
0,280 |
|
ЗЛ-05-6 |
12.05.05 |
6,84 |
126,5 |
644,4 |
160,0 |
30,2 |
0,67 |
167,4 |
56,2 |
18,3 |
6,9 |
1084,0 |
0,98 |
7,7 |
0,04 |
0,083 |
|
ЧТ06-4 |
17.07.06 |
6,86 |
151,4 |
678,3 |
635,0 |
31,6 |
0,68 |
195,0 |
124,9 |
93,3 |
7,5 |
1766,4 |
1,94 |
6,7 |
0,20 |
0,198 |
|
ЧТ08-04 |
02.06.08 |
6,64 |
37,0 |
303,1 |
378,0 |
52,5 |
0,46 |
141,1 |
63,2 |
44,3 |
2,9 |
985,6 |
1,29 |
11,1 |
0,04 |
0,062 |
|
ЧТ08-21 |
25.09.08 |
6,92 |
18,5 |
669,1 |
334,0 |
64,6 |
0,48 |
171,0 |
108,1 |
50,3 |
3,0 |
1400,5 |
0,74 |
9,5 |
0,04 |
0,053 |
|
Скважина в долине р. Кадалинка |
||||||||||||||||
|
ЗЛ-9 |
10.09.02 |
7,58 |
12,0 |
263,5 |
576,0 |
50,2 |
1,12 |
156,5 |
86,4 |
55,4 |
6,8 |
1196,0 |
0,60 |
11,4 |
3,80 |
0,370 |
|
ЧТ06-3 |
17.07.06 |
6,92 |
76,6 |
244,0 |
580,0 |
53,7 |
2,08 |
145,6 |
78,97 |
78,1 |
6,1 |
1189,0 |
1,37 |
5,4 |
4,06 |
0,392 |
|
ЧТ08-05 |
02.06.08 |
7,29 |
11,1 |
281,1 |
415,0 |
67,6 |
2,08 |
166,8 |
48,4 |
63,8 |
2,7 |
1048,0 |
1,21 |
10,9 |
1,22 |
0,068 |
|
р. Кадалинка |
||||||||||||||||
|
ЧТ06-38 |
19.09.06 |
7,11 |
18,5 |
121,4 |
51,0 |
1,32 |
0,46 |
31,0 |
8,3 |
13,2 |
3,1 |
229,8 |
0,13 |
3,9 |
0,06 |
0,018 |
|
ЧТ06-40 |
-"- |
8,25 |
0,44 |
449,0 |
410,0 |
31,6 |
0,69 |
107,3 |
95,7 |
75,2 |
7,8 |
1177,3 |
0,93 |
4,3 |
0,04 |
0,186 |
|
оз. Кенон |
||||||||||||||||
|
ЧТ06-5 |
17.07.06 |
8,51 |
*3,6 |
178,1 |
304,0 |
64,6 |
2,39 |
83,7 |
29,79 |
93,23 |
7,94 |
763,7 |
1,24 |
1,6 |
0,03 |
0,010 |
|
ЧТ08-07 |
02.06.08 |
7,84 |
1,85 |
114,2 |
194,0 |
56,3 |
1,38 |
70,8 |
25,0 |
40,5 |
2,01 |
504,2 |
0,52 |
1,7 |
0,20 |
0,017 |
|
Скважина в пос. Черемушки |
||||||||||||||||
|
ЧТ08-18 |
25.09.08 |
7,65 |
11,1 |
664,7 |
66,0 |
11,2 |
0,26 |
118,8 |
38,9 |
73,2 |
2,7 |
975,7 |
0,77 |
7,4 |
0,11 |
0,005 |
Примечания. В графе 4 со звездочкой – CO32-, остальное – CO2; прочерк – нет определений. Сравнительно низкая минерализация воды оз. Кенон при опробовании в 2008 г. обусловлена опреснением приповерхностного слоя недавно стаявшим ледяным покровом
ш пульпа и труба
□ пруд разгр-ка в скважина
2008 г .
Рис. 2. Соотношение минерализации, суммы карбонатов и магния по пунктам наблюдений в разные сроки опробования
Поступление сульфатов в оз. Кенон за счет инфильтрационных вод золоотвала по приведенной выше разгрузке ориентировочно составляет 2,2-2,4 тыс. т/год. За период эксплуатации ГЗО этого количества достаточно, чтобы обеспечить уровень содержания их в несколько раз выше фактического (табл.). Даже если приток этих вод заметно ниже указанной величины, очевидно, что золоотвал играет определяющую роль в приходных статьях гидрохимического баланса сульфатов в озере.
