Исследования показывают, что применение золошлаков в сельском хозяйстве улучшает агрофизические свойства почвы, пополняет ее микро- и макроэлементный состав, улучшает пористость, нейтрализует кислотность.

При значительной территории Украина имеет относительно небольшую площадь земельных угодий, благоприятных для жизни и хозяйственной деятельности человека.
Свыше 10% площади страны занято малопродуктивными землями степей, 8% — болотами и заболоченными землями, 15% — полупустынями, в том числе 3% — подвижными песками, 5% — высокогорными районами. Сельскохозяйственные угодья составляют лишь 25% общей площади Украины. Это связано с нарушением, истощением и деградацией почвенного покрова, отводом земель под застройку городов, поселков и размещение промышленных предприятий.

Доля тепловых электростанций (ТЭС) в энергетическом комплексе страны составляет 67,5%. Характерные особенности влияния предприятий электроэнергетики на экологию — многофакторность (одновременное воздействие на атмосферу, гидросферу, биосферу), разнообразие характера (отчуждение территорий, искажение ландшафтов, механические нарушения, химическое загрязнение, тепловые, акустические и прочие физические влияния).

Предприятия электроэнергетики образуют большое количество отходов всех видов, в том числе производственных различного класса опасности, нетоксичных и бытовых. Значительную часть составляют золошлаковые отходы (ЗШО).

Золошлаки, образующиеся от сжигания угля на ТЭС, являются крупнотоннажными отходами. Для их транспортирования применяются системы гидрозолоудаления. В основном золошлаки транспортируются в виде пульпы низкой концентрации для размещения в гидрозолоотвалах, которые являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды при производстве энергии.

К настоящему времени в отвалах ТЭС Украины накоплено 358,8 млн. т золошлаков на площади 3170 га. Среднегодовой выход шлаков достиг 14 млн. т и в связи с ухудшением качества топлива имеет тенденцию к росту. Это создает технологические и экологические проблемы, так как увеличиваются производственные затраты и стоимость природоохранных мероприятий.

Актуальность проблемы накопления золошлаков определяется еще и тем, что в энергетической стратегии государства доля тепловых электростанций возрастает.

Западные страны, где очень развит промышленный симбиоз, используют около 70% образующихся золошлаковых отходов. В Польше резко повышена цена на землю под золоотвалы, и поэтому ТЭС доплачивают потребителям золы для снижения затрат на хранение. В Великобритании и Германии действуют специализированные фирмы по сбыту золы и шлаков.

Химический и минералогический состав золошлаков таков, что их правильнее считать обогащенным сырьем для различных отраслей промышленности. Золошлаки в основном экологически не опасны, обладают консервирующими свойствами, что позволяет использовать их для захоронения и утилизации других отходов, в том числе опасных.

Продукция на основе золошлаков может стать источником инвестиций на техническое перевооружение ТЭС и покрытия экологических платежей на содержание золоотвалов. Золошлаковые отходы можно использовать как добавки и наполнители при производстве широкого спектра строительных материалов: цемента, бетонов, растворов, кирпича, керамики и т. д. Они хорошо себя зарекомендовали при укладке в земляное полотно автомобильных дорог и в других производствах. На основе золошлаков можно производить бесклинкерные и малоклинкерные вяжущие, шлаковый песок, щебень, сухие строительные смеси и т. д. с использованием технологий перемешивания, дробления, помола и расфасовки.

Несмотря на очевидные выгоды и перспективы широкого применения золошлаковых отходов, объем их использования в нашей стране не превышает 10%. Утилизация золошлаков требует решения комплекса вопросов — от разработки технических условий на их применение, технологических линий по их переработке, транспортных и погрузочно-разгрузочных средств до перестройки психологии хозяйственников в отношении вторичных минеральных ресурсов.

Состав шлаков и золы определяется составом минеральной части исходного топлива и способом его сжигания. При этом ЗШО являются своего рода концентраторами элементов, содержащихся в топливе.

Академик А. П. Виноградов подчеркивал, что нет вредных или полезных элементов, а есть необходимые для роста и угнетающие рост растений концентрации элементов. Чтобы золошлаки были микроминеральным удобрением, а не источником загрязнения, содержание химических элементов не должно превышать предельно допустимые концентрации (ПДК) для почв.

Основным препятствием для использования золошлаков в сельском хозяйстве в качестве микроудобрения является их потенциальная радиоактивность и высокое содержание загрязняющих примесей.

При хранении в золоотвалах и использовании золы и шлаков в сельском хозяйстве возможная их опасность должна учитываться по следующим показателям: радиационному, водомиграционному, общесанитарному, транслокационному и токсикологическому.

• Водомиграционный показатель определяется по концентрации токсичных компонентов в кислотных, ацетатаммонийных и водных вытяжках.

• Общесанитарный показатель вредности определяется по изменению микробиоценоза по чвы под воздействием золошлаков, сопровождающемуся ухудшением процесса ее самоочищения.

• Транслокационный показатель прослеживает цепочку «почва — растение — пища» и определяется по накоплению и количественному переходу микроэлементов из одного звена цепочки в другое.

• Токсикологический показатель определяется степенью вредного воздействия микроэлемента на организм.

Исследования показывают, что применение золошлаков в сельском хозяйстве улучшает агрофизические свойства почвы, пополняет ее микро- и макроэлементный состав, улучшает пористость, нейтрализует кислотность.

Российскими учеными установлено, что повышение урожайности сельскохозяйственных культур под воздействием мелиоранта на основе золы канско-ачинских углей (КАУ) Сибири объясняется не только ее нейтрализующей способностью, но и присутствием в ней макро-и микроэлементов, таких как калий, марганец, фосфор, бор, стронций, молибден, селен и др.

В связи с тем, что некоторые микроэлементы и тяжелые металлы способны аккумулироваться в растениях и влиять на качество сельхозпродукции, проведено изучение валового содержания этих компонентов, а также содержания подвижных форм некоторых из них в золе КАУ, почве и растениях. Исследования показали, что зола КАУ не создает опасности превышения в почве ПДК ни для одного из перечисленных компонентов, притом некоторые из них заметно способствуют повышению плодородия почвы.

Харьковская область представляет собой промышленно-аграрный регион Украины. Одним из предприятий, оказывающих существенное негативное влияние на экологию области, является Змиевская ТЭС, входящая в Харьковский промышленный узел.

В результате работы ТЭС образовался золошлакоотвал, представляющий собой минеральную мелкозернистую фракцию с размером частиц от 60 до 200 мкм и занимающий площадь 350 га. Сейчас масса золошлаковой смеси, уложенной на золошлакоотвале, составляет 27 698 496 т.

Исследования химического состава золошлака Змиевской ТЭС, проведенные в Харьковском национальном университете и Институте проблем машиностроения, показали, что в золе Змиевской ТЭС обнаружены 40К, 226Ra, 232Th, 137Cs, однако уровень радиоактивности был в 4—5 раз ниже предельно допустимого для почвы. Определение химического состава золы показало, что в ней содержится Fe — 12, Ca — 1,2, K — 1,8%, Cu, Zn, Pb, Sr и Zr — от 0, 068 до 0, 013%. Отмечалось некоторое превышение ПДК свинца для почв.

Для оценки возможности использования золошлаков Змиевской ТЭС в качестве микроудобрений необходимо провести дополнительные исследования:

• определение радиоактивности золошлаков;

• более полное изучение его микроэлементного состава, в частности тяжелых металлов;

• изучение канцерогенных свойств;

• наблюдения за усвоением экспериментальными растениями микроэлементов золошлаков ТЭС (посев, выращивание растений, лабораторные исследования накопления различными частями растений микроэлементов, содержащихся в почве и золошлаке).

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России».

Галич С. А.,
Институт проблем машиностроения
Национальной академии наук Украины, Харьков, Украина