3.Экологическая безопасность гидросферы

3.1. Источники загрязнения вод на тэс и аэс

Современное производство тепловой и электрической энергии сопро­вождается использованием природной воды. При этом неизбежны сбросы воды после технологического цикла. Последние имеют различную степень загрязненности. Особенно остро эта про­блема стоит перед электростанциями, работающими как на органическом (ТЭС), так и на ядерном (АЭС) топливе. Как следствие, использование больших объемов требует соответствующих сооружений для очистки сточных вод. Технологическая схема ТЭС или АЭС предусматривает замкнутый цикл использования водных ресурсов внутри станции и лишь около 5 – 10% потребляемой воды сбрасывается в окружающую среду. Тем не менее, предусматривается очистка воды как внутри производственного цикла, так и сбросных вод. Требования к качеству воды внутри цикла гораздо менее жесткие, чем к водам, направляемым в водоемы. Нормы качества воды устанавливают требования к составу и содержанию веществ в водоемах. Единицей нормирования также является ПДК. Различают ПДК водных объектов, предназначенных для хозяйственных и коммунально-бытовых нужд населения и объектов рыбохозяйственного назначения. Последние являются более жесткими в отношении нормирования. Данные ПДК проиллюстрированы в таблице 2.

Условия отведения возвратных (сточных) вод в водные объекты опре­деляются с учетом степени смешения возвратных (сточных) вод с водой водного объекта на расстоянии от места выпуска возвратных (сточных) вод до ближайшего контрольного створа водопользования, а также фоно­вого состава водных объектов в местах выпуска сточных вод.

Таблица 2

ПДК водоемоемов

	Для водоемов санитарно-бытового водопользования			Для рыбохозяйственных водоемов
Вещество	Лимитирующий показатель вредности	ПДК мг/дм3	Класс опасности	Лимити — рующий показатель вредности	ПДК мг/дм3
Аммиак NH3	санитарно-токсикологи- ческий	2,0	3	токсиколо-гический	0,05
Ванадий V5+	то же	0,1	3	то же	0,001
Гидразин N2H4	то же	0,01	2	то же
Железо Fe2+	органолепти-ческий (цвет)	0,3	3	то же	0,005
Медь Cu2+	органолептический (привкус)	1,0	3	то же	0,001
Мышьяк As2+	санитарно-токсикологи- ческий	0,05	2	то же	0,05
Никель Ni2+	то же	0,1	3	то же	0,01
Нитраты (по NO2-)	то же	3,3	2	то же	0,08
Ртуть	то же	0,0005	1	то же	отсутствие
Свицец Pb2+	то же	0,03	2	то же	0,1
Формальдегид	то же	0,05	2	то же
Фтор F-	то же	1,5	2	то же	0,05
Сульфаты (по SO4)	органолепти-ческий (привкус)	500	4	санитарно-токсико-логический	100
Фенолы	органолепти-ческий (запах)	0,001	4	токсиколо-гический	0,001
Нефть	органолепти-ческий (пленка)	0,3	4	рыбохо-зяйственный	0,05

Иными словами, чем чище водоем, тем более высокая степень очистки требуется. С другой стороны такой подход имеет и обратную сторону – содержание загрязнений не должно превышать ПДК. Это в общем то позволяет усугублять ситуацию с водоемами, содержание загрязнений в которых было существенно меньше ПДК.

Более перспективным представляется нормирование, при котором сброс примесей в водоемы со сточными водами не должен превышать их поступления с исходной водой. В этом случае будет гарантировано со­хранение на длительную перспективу современного состояния водоемов. Однако при этом потребуется строительство шламоотвалов и солемогильников для сбора и хранения твердых отходов и рассолов, т.е. реше­ние одной проблемы вызовет появление другой.

В связи с этим представляется целесообразным при создании пер­спективной экологически безопасной ТЭС, как и любого другого предприятия, разработать систему водопользования, которая исключала бы сброс отработанной и загрязненной воды в прилегающие водоемы, а образующиеся отхо­ды могли быть использованы в дальнейшем на нужды производства, т.е. малоотходные предприятия. Это к тому же стимулирует сокращение водопотребления.

Вместе с тем реализация первых двух условий – сброс стоков не должен приводить к увеличению концентрации нормируемых примесей в водоемах выше допустимых, а масса отводимых со стоками приме­сей не должна превышать массу примесей, поступивших с исходной водой, — не представляет серьезных технических трудностей и должна стать нормой для всех предприятий.

Вода, используемая на ТЭС, классифицируется по способу использования. Различают свежую, оборотную, повторно и последовательно используемую воду. Из стоков классифицируют на нормативно очищенные, загрязненные сточные воды и пр. Подробная классификация приведена в [12].

Любая ТЭС или АЭС имеет в своей деятельности и безвозвратные технологические потери воды. К таким потерям относят испарение воды в оборотных системах охлаждения, унос из градирен, унос со шлако-золоудалением, невозврат конденсата от потребителя, подпитка тепловой сети.

Расход воды на ТЭС зависит от ее типа, единичной мощности турбин и параметров пара, вида применяемого топлива, категории потребителей электрической энергии, пара и горячей воды. Увеличение мощности ТЭС или АЭС, использование газообразного топлива всегда ведет к сокращению удельного потребления воды на единицу вырабатываемого теплоносителя. При больших мощностях возникает проблема определения источника водоснабжения. Именно поэтому, цикл станции всегда является замкнутым, а сбросы воды в окружающую среду минимизированы.

Основное потребление воды на ТЭС связано с конденсацией пара в турбинах. Объем такой воды составляет 85 – 95% общего водопотребления. Для теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) данный показатель может быть существенно ниже и зависит от характеристик потребителей пара, а также степени и качества возвращаемого конденсата. Оставшиеся 5 – 15% воды используется для внутренних технологических нужд станции. Минимальное внутреннее потребление характерно для конденсационной электростанции (КЭС), работающей на газообразном топливе, поскольку отсутствуют расходы воды на подготовку жидкого топлива, на системы гидрозолоудаления для твердого топлива, на отпуск сторонним потребителям пара и восполнения теплофикационных потерь.

На ТЭЦ, кроме того, значительная часть воды тратится на восполне­ние потерь пара и конденсата у внешних потребителей, а также на подго­товку подпиточной воды теплосети.

Сточные воды ТЭС классифицируют на 3 основные категории: это нормативно чистые, нормативно очищен­ные и загрязненные сточные воды.

В таблице 3 приведена структура потребления воды в зависимости от типа станции (удельные показатели водопотребления м³/Мвт∙ч).

Таблица 3

Структура потребления воды на ТЭС

Тип станции	Объем чис-той воды	Объем обо­ротной воды	Объем потерь воды	Объем сточных вод, сбрасываемых в водные объекты
				всего	в том числе
					Гряз- ных	Очище - нных	Чистых
ГРЭС	60,6	89,2	1,5	57,4	0,4	1,7	55,3
ТЭЦ	26,3	84,7	4,0	17,5	3,1	1,1	13,3
АЭС	51,4	151,3	2,4	48,9	0,1	0,2	48,6

При этом под свежей понимается вода, поступающая в цикл станции из внешнего источника (река, водохранилище, скважина) или же после очистных сооружений самой станции. Под повторно используемой понимается вода, которая несколько раз используется в цикле, пройдя этап очистки. Примером может служить использование очищенной воды после мазутного хозяйства в системе оборотного водоснабжения станции. Под последовательно используемой понимается вода, которая последовательно проходит несколько технологических этапов без улучшения качества или существенного изменения температурного режима. Например, вода после конденсаторов идет на гидрозолоудаление.

Наиболее крупные потребители воды на ТЭС и АЭС приведены в таблице 4 (расходы всех потребителей представлены в процентах от расхода охлаждающей воды на конденсацию отработавшего в турбине пара, который принят за 100%).

Таблица 4

Наиболее крупные потребители ТЭС

Назначение	Расход воды, %
Конденсация пара	100
Охлаждение турбогенераторов и крупных электродвигателей	2,5 – 4,0
Охлаждение масла, циркулирующего в масляной системе, турбоагрегата и питательных насосов	1,2 – 2,5
Охлаждение масла подшипников вспомогательных механизмов	0,3 – 0,8
Гидротранспорт золы и шлака	0,1 – 0,5
Восполнение внутренних утечек в основном цикле электростанции	0,04 – 0,1
Охлаждение подшипников питательных и главных циркуляционных насосов АЭС	0,3 – 0,5
Теплообменники контура расхолаживания реактора	0,5 – 0,6
Охлаждение бассейна выдержки отработанного ядерного топлива	1,0 – 1,2
Охлаждение бассейна перегрузки ядерного топлива	0,3 – 0,5
Охлаждение продувки реакторов и парогенераторов АЭС	0,2 – 0,4
Подача воды на сплинклерные устройства	0,3 – 0,6

Рассмотрим основные направления использования воды на ТЭС и возможное загрязнение.