Оползотворяване на пепелите от топлоелектроцентралите

Pаботата на топлоелектроцентралите, използващи като гориво за производствата на топло- и електроенергия твърди горива като въглища, е свързана с отделянето на големи количества отпадъци под формата на сгур, пепелина и гипс. Тези отпадъци създават реална опасност за околната среда. Те замърсяват почвите, водите, въздуха.

Големите количества отпадъци и необходимостта от големи свободни пространства за тяхното депониране са сред основните причини дa се търсят методи за тяхното ефективно преработване и оползотворяване. От друга страна, пепелите от топлоелектрoцентралите се считат подходящи за използване за запълване на шахти и кариери, за структуриране на почви и други. Приложение намират и в циментовата промишленост.

В нашата страна към момента масово използвани като гориво са лигнитните въглища местно производство, които са с високо пепелно съдържание. Количеството отделяни пепели е около 6-7 милиона тона (доклад ОВОС). От тях по-голяма част се депонира. Оползотворява се една малка част около 20-25% основно в циментовата промишленост.

Състав на пепелите
Пепелите, отделени от топлоелектроцентралите, са съставени от фини частици, цветът на които варира от светлокафяв до сив и черен. Те имат различна форма и размер. Различават се и по състав, повърхностни характеристики и вътрешна структура. Обикновено размерът им варира в широки граници.

По химичен състав пепелите представляват оксидни материали, чийто състав зависи до голяма степен от изходната суровина и условията на изгаряне. В състава им влизат микроелементи с различно процентно съдържание, сред които алуминий, магнезий, калций, желязо, натрий, водород С, калий К, сяра S и други. Пепелите могат да съдържат и следи от цветни метали, редки и редкоземни елементи и др., които могат да бъдат токсични или представляват ценни елементи.

Минералният състав на пепелите също се определя в зависимост от използваните въглища и от начина на изгаряне. В повечето случаи пепелите се характеризират със сложен минерален състав, който се различава съществено от този на изходните горива. Сред често срещаните минерали в пепелите са кварц, корунд, гипс, хематит и други. В пепелите се съдържат и магнитни минерали. Обикновено това са железни съединения.

Екологични проблеми
Принципно, пепелите от ТЕЦ се считат за неопасни отпадъци, независимо от факта, че в тях се съдържат немалко токсични елементи. Основните екологични проблеми са свързани с големите количества, които се отделят и в особеностите на разпределението на токсичните елементи в тях, които създават реална опасност от застрашаване здравето на хората, замърсяване на почвата, което може да доведе до изменения в нейната структура и нарушаване на химичното равновесие.

При депониране пепелите създават реална опасност от замърсяване на повърхностни и подпочвени води. Пепелите съдържат и радиоактивни елементи, които могат да доведат до повишаване на радиоактивния фонд около депата, а също така съществува опасност от попадането на тези елементи в почвата и водите.

Методи за оползотворяване
Възможно е прилагането на различни методи за преработка и оползотворяване на пепелите от ТЕЦ. Както вече бе споменато, един от най-разпространените е депонирането. Друга по-широко използвана възможност е използването в строителната промишленост за производството на бетон, хоросан, циментови блокове и други. Приложение намират и в керамичната промишленост и селското стопанство. Могат да се използват и в областта на опазването на околната среда.

Депонирането, макар и най-разпространеният метод, е и най-неефективният. Обикновено е в обособени за целта депа. Използва се и крайбрежно и дълбоководно депониране.
Използването на пепелите в строителната промишленост е сред най-често прилаганите методи за оползотворяване на пепелите. Те се използват при производството на бетон и свързващи разтвори и оказват положителен ефект върху качествата на бетона.

Наблюдават се подобрения в технологичните му характеристики като увеличаване на якостта, повишаване на устойчивостта на измиване, по-ниска водопропускливост и други. Добре е да се има предвид обаче, че съгласно издадения от Европейския съюз стандарт BCEN 450 пепелите, получени от изгарянето на лигнитни въглища, не могат де се използват директно в производството на бетон.

Пепелите се използват и за производство на други строителни изделия като блокове, тухли и т.н., които се характеризират с добри механични свойства е по-малко тегло. Намират приложение и при производството на изделия за пътища и тротоари и др. Използват се и за производството на порьозни гранулирани материали, които могат да се използват като пълнители в различни материали и т.н.

В производството на цимент пепелите се използват преди всички за производство на портландцимент като компонент на сместа за клинкера, като използването на пепели води до облекчаване на технологичния процес.

В керамичната промишленост пепелите се счита за подходящи за производството на тухли, керемиди, плочи и други определящи фактори за приложимостта им в керамичната промишленост са размерът на частиците, съдържанието на алуминий, силиций и стъкловидни материали и ниското съдържание на сяра, желязо, тежки метали. Високото съдържание на железни оксиди ограничава тяхното използване поради негативното влияние върху качествата на получената керамика.

Според направени проучвания, в малки количества пепелите могат да се използват за влагане в почвата. Подобно приложение обаче поставя много високи изисквания към използваните пепели и съдържащите се в тях елементи, което силно ограничава приложимостта им и налага те предварително да бъдат обработени и пречистени от токсични вещества, неразтворими съединения и други.

В областта на околната среда се счита, че пепелите могат да бъдат използвани за рекултивиране на ерозирали земни площи, на сметища за битови и промишлени отпадъци, за запълване и изравняване на терени и други, както и за пречистване на замърсени води, преработка на утайки и други.

Приложението им при пречистване на замърсени води се определя от добрите им адсорбционни свойства. При преработката на утайки прибавянето на пепели до голяма степен намалява тяхното влагосъдържание, а полученият продукт е подходящ за съхранение.
Пепелите могат да бъдат подложени и на биохимично третиране, при което от тях се извличат полезните компоненти.

Биохимичното третиране се прилага и за намаляване на риска от замърсяване на околната среда при депониране на пепелите.
Пепелите биха могли да се използват и в металургичната промишленост за извличане на алуминий, въглерод, желязо и други.

Използване на пепелите в пътното и подземното строителство
Сред използваните методи за оползотворяване на пепелите от ТЕЦ у нас е използването им в строителството на пътища. Те се използват като пълнител в битумни покриващи и носещи слоеве, като съставна част в хидравлично свързаните носещи слоеве, като материал при изграждането на диги, като суровина за покриване и рекултивиране на депа, като материал за гасене на пожари в мини и други.

При използването на пепелите за подобни цели не се налага тяхното предварително преработване. Пепелите, които се считат за подходящи за употреба в подобни приложения, са предимно тези, получени от донбаски въглища с течно шлакоотделяне.

Оползотворяване на пепелите в България
Според направени анализи на пепелите на една от топлоелектроцентралите в България - ТЕЦ Република, те могат да бъдат използвани за производството на цимент, което води до повишаване производителността на пещите, намаляване разхода на гориво и запазване на активността на клинкера, намаляване на генерираните количества СО2.

Подходящи са и за производство на бетон, бетонови изделия и строителни разтвори, като подобряват обработваемостта и консистенцията на сместа, повишават корозионната устойчивост на бетоните и на армирането в тях, понижават топлоотделянето при хидратацията и втвърдяването на бетона, подобряват водонепропускливостта.

По предварителни изчисления икономията от замяната с пепел достига 18-20 лв. минус транспортните разходи. Пепелите могат да бъдат използвани и в пътното строителство за стабилизиране на почвения материал, от които са изградени основите на пътищата, като заместител на минералното брашно и цимента, като пълнители в асфалтови (асфалтово-бетонни) смеси, укрепване на брегове.

Могат да се използват и при производство на тухли и други строителни материали и изделия. При замяната на пясъка с пепели в количество 20% от масата за производство на 1000 броя условни тухли икономията ще възлезе на около 25 лв. от намаления на разхода на гориво и намаление от разлика в цената на пясъка.

От своя страна, Топлофикация Сливен оползотворява пепелите, като ги продава на заводи, произвеждащи бетонови смеси.