Экологический риск загрязнения атмосферного воздуха выбросами тепловых электростанций при использовании каменного угля (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ УКРАИНЫ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «УКРАИНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ»

На правах рукописи

хАБАРОВА Анна Владимировна

УДК 502.5+614.7:049.3

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК

ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

ВЫБРОСАМИ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КАМЕННОГО УГЛЯ

21.06.01 ─ Экологическая безопасность

Диссертация

на соискание научной степени

кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор физико-математических наук,

профессор

Харьков – 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ……………….………………...4

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..5

РАЗДЕЛ 1 АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНИВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА……………………………………………….13

1.1.  Подходы к оцениванию риска при воздействии химических веществ…………………………………...…………………………………....13

1.1.1  Неканцерогенный риск……………………………….………....30

1.1.2  Канцерогенный риск……………………..………………...……32

1.2  Радиационный риск………………………………….…..............34

Выводы по разделу 1………………………………………………………….36

РАЗДЕЛ 2 МЕТОД ОЦЕНИВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА………………………………………………………………….......….38

2.1 Концепция экологического риска……………………………....40

2.2 Оценивание химического риска……………..…….……...……53

2.2.1 Оценивание неканцерогенного риска…….………..….…….…54

2.2.2 Оценивание канцерогенного риска……………….……………55

2.3 Оценивание радиационного риска………..……………...…….56

Выводы по разделу 2……………………………………………….......57

РАЗДЕЛ 3 АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ТЕПЛОВЫМИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ КАМЕННЫЙ УГОЛЬ КАК ОРГАНИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО…………………………………………………………..………....59

3.1 Неканцерогенные химические вещества…………........………62

3.2 Канцерогенные химические вещества…………………….…...69

3.3 Радиоактивные вещества….……………………………..……...72

Выводы по разделу 3…………………………………………………...76

РАЗДЕЛ 4 КОМПЛЕКСНОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТЕПЛОВЫМИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ УКРАИНЫ………………..…………………………………………………...78

4.1 Химическая составляющая в формировании экологического риска……………………………………………………………………….…..78

4.2 Радиационная составляющая в формировании экологического риска……………………………...…………………………………………....84

Выводы по разделу 4………………………..………………………….86

РАЗДЕЛ 5 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОЙ И РАДИАЦИОНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫБРОСОВ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ УКРАИНЫ…………………………………………………………….….…...88

5.1 Рекомендации, направленные на повышение экологической безопасности тепловых электростанций………………………….…………95

Выводы по разделу 5.……………………………………………..…..100

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ..........................................................................................101

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ......................................103

ПРИЛОЖЕНИЯ…………………….………………………………………..120

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ТЭС – тепловая электростанция

АЭС – атомная электростанция

ТЭК – топливно-энергетический комплекс

ЕРН – естественные радионуклиды

МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения

ЮНЕП – Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде

UNIDO − Организация объединенных наций по промышленному развитию

НКДАР ОНН – Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации

НРБУ – Нормы радиационной безопасности Украины

ЛБМ – линейная беспороговая модель

US EPA – United State of Environmental Protection Agency (Агентство по охране окружающей природной среды США)

МОЗ – министерство здоровья

КПД – коэффициент полезного действия

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Электроэнергетика является базовой отраслью для обеспечения устойчивого развития Украины, одновременно оказывает чрезмерное техногенного воздействие на окружающую среду. В настоящее время 92,1 % энергоблоков тепловых электростанций (ТЭС) и 54,2 % энергоблоков атомных электростанций (АЭС) отработали свой расчетный ресурс, а 63,8 % энергоблоков выработали признанную в мировой энергетической практике границу предельного ресурса и требуют модернизации или замены [1, 2]. На рис. А. 1 в приложении А приведено текущее состояние электростанций Украины [3].

Суммарная установленная мощность всех электрогенерирующих станций в Украине на конец 2010 года составила около 53 ГВт, из которых 52 % ТЭС, работающие на угле, газе, мазуте, 26,5 % – АЭС, 9 % – гидроэлектростанции и гидроаккумулирующие электростанции, 12 % – теплоэлектроцентрали [2].

Требования экологической безопасности эксплуатации ТЭС являются приоритетными. Снижение уровня экологической безопасности ТЭС, использующих каменный уголь при производстве электроэнергии, вызвано изношенностью технологического оборудования, недостаточно контролируемым качеством каменного угля и, в последствие, образование значительных объемов выбросов в атмосферный воздух, приводит к неблагоприятной экологической ситуации, что влечет ухудшение здоровья населения Украины.

Использование каменного угля на ТЭС Украины, как одного из основных первичных энергоносителей, запасы которого в нашей стране составляют 95,4% от общего количества органического топлива [2], приводит к существенному загрязнению атмосферного воздуха выбросами химических газообразных веществ и летучей золы. Особую опасность для здоровья представляют выбросы летучей золы, которая содержит бенз(а)пирен, тяжелые металлы и природные радионуклиды, обладающие канцерогенными свойствами; и газообразные вещества, которые обусловливают токсическое действие на организм человека. Вследствие этого, ТЭС являются объектами повышенного экологического риска.

Обеспечение экологической безопасности окружающей среды и здоровья населения требует решения научно-прикладной задачи, которая состоит в изучении вклада выбросов ТЭС и их микроэлементного состава в атмосферный воздух при нормальном режиме эксплуатации и повышении уровня экологической безопасности в районах влияния выбросов ТЭС [4].

Перспективными и важными направлениями обеспечения экологической безопасности окружающей среды в условиях длительной эксплуатации ТЭС Украины при нормальном режиме является применение подходов и методов, позволяющих проводить оценку экологического риска, как обязательной процедуры в ходе оценки воздействия этих объектов на окружающую природную среду, и внедрение природоохранных мероприятий, направленных на уменьшение негативного воздействия при производстве электроэнергии. Отсутствие методов и подходов, позволяющих идентифицировать и оценивать все составляющие выбросов при загрязнении атмосферного воздуха, которые влияют на формирование экологического риска в условиях длительной эксплуатации ТЭС, обусловливает актуальность диссертационной работы.

Связь работы с государственными программами, планами и научными темами. Диссертационная работа выполнена в лаборатории радиоэкологической безопасности и радиационного мониторинга в рамках планов НИУ «Украинского научно-исследовательского института экологических проблем» за период 2007–2015 гг. Основные положения диссертационной работы отвечают требованиям Законов Украины: «Об экологической экспертизе» (ст. 3, 4, 5 (п. 1), 6 (п. 1)) [5], «Об объектах повышенной опасности» (ст. 3, 6, 15, 16) [6]; Изменение № 1
ДБН А.2.2–1–2003 [7, 8] при оценке уровней экологического риска всех видов планируемой деятельности; «Программы Энергетической стратегии Украины на период до 2030 года» [2].

Целью диссертационной работы являлось повышение уровня экологической безопасности в районах загрязнения атмосферного воздуха выбросами ТЭС за счет идентификации химической и радиационной составляющих в оценивании экологического риска.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

-  провести анализ экспериментальных и теоретических исследований для обобщения существующих подходов к определению экологического риска, обусловленного выбросами ТЭС в атмосферный воздух при сжигании каменного угля;

-  обосновать алгоритм оценивания экологического риска загрязнения атмосферного воздуха выбросами химических и радиоактивных веществ;

-  разработать метод и определить взвешенные коэффициенты для оценивания экологического риска при загрязнении атмосферного воздуха выбросами ТЭС Украины;

-  выполнить сравнительную оценку химической неканцерогенной и канцерогенной и радиационной составляющих экологического риска при загрязнении атмосферного воздуха выбросами ТЭС Украины;

-  в случае необходимости научно обосновать мероприятия, направленные на повышение экологической безопасности в районах воздействия ТЭС Украины.

Объект исследования – загрязнение атмосферного воздуха выбросами ТЭС Украины при сжигания каменного угля.

Предмет исследования – оценивание экологического риска при загрязнении атмосферного воздуха выбросами химических и радиоактивных веществ ТЭС Украины.

Методы исследования. В работе использовались методы: математической статистики для анализа химических и радиационных факторов выбросов ТЭС в атмосферный воздух; системного анализа при определении этапов и алгоритма проведения оценивания экологического риска; математического моделирования распространения выбросов химических газообразных веществ и твердых частиц (летучей золы) в атмосферном воздухе в зонах воздействия ТЭС Украины и прогнозирования индивидуальных и коллективных доз для населения, и оценивания экологического риска при воздействии выбросов химических и радиоактивных веществ ТЭС в атмосферный воздух.