Принципи попередження вторинних змін в атмосфері

За останні десятиліття стало очевидно, що людська діяльність справляє помітний вплив на глобальний клімат, так як в результаті спалювання викопного палива, змін в землекористуванні і сільському господарстві в атмосферу виділяються парникові гази.

Коли льодовики відступають, пустелі наступають, коралові рифи знебарвлюються, рівень моря підвищується, а повені і посухи посилюються, напрошується висновок, що з'явилися перші глобальні ознаки потепління.

В останні роки провідні експерти світу попереджають, що глобальне потепління, викликане діяльністю людини, може виявитися більш значним, ніж вважалося раніше. Очевидна тенденція в Європі до більш частої суворої погоди і мокрим зим, перемежовуються вкрай сильними зливами, збігаються з явищами, яких експерти очікують від глобального потепління. Сильні бурі, що спричинили людські жертви, пронеслися на півночі Франції, в Британії, Ірландії.

В середньому вчені пророкують зміну середніх температур на 3-4 ° С до середини наступного століття в разі подвоєння концентрації С0 2 в атмосфері. Це призведе до значної зміни сум опадів у різних зонах.

Коливання і зміни клімату справляють істотний вплив на людську діяльність. Особливо сильно це позначається на виробництві продовольства, сільському і лісовому господарствах. При потеплінні в посушливих районах можливе збільшення біологічної продуктивності. Можливо також істотний перерозподіл водних ресурсів.

У 1997 р було прийнято Кіотський протокол, згідно з яким промислово розвинені країни до 2008-2012 рр. повинні скоротити викиди в атмосферу парникових газів але щонайменше на 5% в порівнянні з рівнем 1990 р Протокол також визначає механізми, що дозволяють здійснити е го рішення. Конкретні деталі цих механізмів були обговорені на конференції в Гаазі в листопаді 2000 р, де було вирішено, що в кожної індустріальної країні повинна проводитися державна політика по скороченню викидів. Було обговорено також, що скорочення викидів не повинно підмінятися використанням природних поглиначів С0 2 , якими є ліси. Багато країн показують скорочення викидів, зараховуючи природне поглинання вуглецю зрілими лісами і грунтами як результат їх власних зусиль. Цього не можна допускати.

Однією з найважливіших (глобальних) проблем є дальній перенесення в атмосфері різних забруднюючих речовин (кислотні дощі). Вперше проблема далекого перенесення виникла в зв'язку з поширенням на великі відстані радіоактивних речовин. В даний час спостерігається перенесення в атмосфері на великі відстані багатьох забруднюючих речовин і продуктів їх перетворення.

Першочергова увага має бути приділена поширенню на великі відстані речовин, що володіють високою токсичністю, таких, як двоокис сірки і продукти її перетворень, оксиди азоту та продукти їх перетворень, а також важкі метали (і особливо ртуть), пестициди і радіоактивні речовини.

Вимивання двоокису сірки та оксидів азоту веде до утворення сірчаної та азотної кислот і випадання кислотних дощів. Це вже призвело до загального закислення природного середовища на величезних територіях і істотним екологічним змінам. Утворені кислоти і продукти їх перетворень містяться в опадах, поверхневих водах, грунті і негативно впливають на екосистеми. Крім того, руйнівній дії кислот піддаються різні конструкції, будівлі, унікальні пам'ятки старовини. І найголовніше, ці речовини впливають на здоров'я людей.

Світові антропогенні викиди двоокису сірки в даний час перевищує 150 млн т на рік. Все більш широке використання вугілля для отримання енергії з урахуванням високої вартості уловлювання двоокису сірки з димових газів або попередньої десульфуризації палива призводить до зростання викидів сірки. У деяких районах земної кулі, особливо в Європі і Північній Америці, випадання антропогенної сірки досягло досить значних розмірів. Випадаючи на земну поверхню, кислота і сульфати впливають на склад грунту (ведуть до її закислення), вражають рослинність; потрапляючи у водойми, кислота і сульфати істотно збільшують кислотність поверхневих вод.

Перші небажані реакції в організмі людини виникають при концентрації в повітрі сульфатів 6-10 мкг / м 3 , сірчистого газу 50 мкг / м 3 . Дуже чутлива до цих сполук рослинність - деякі твані лишайників гинуть при концентрації сірчаної кислоти в 10-30 мкг / м 3 , хвойні породи - при концентрації, більшої за все в 3-4 рази. При показнику кислотності pH <5,5 (а фонові значення для природних вод близькі до 5,6) у воді прісних водойм репродуктивність риб падає і при pH = 4,5 практично припиняється.

З західними повітряними потоками на територію нашої країни приноситься щорічно до 5-10 млн т двоокису сірки, від нас за кордон переноситься до 1,5-2 млн т. Збиток від закислення грунтів в результаті випадання кислотних дощів в північно-західній частині Європейської території СРСР досягає 100 млн руб. на рік.

Таким чином, актуальність проблем, що виникли раціонального природокористування пояснюється і небезпекою порушення екологічної рівноваги в природі, зменшенням запасів природних ресурсів. Адже проблема захисту навколишнього середовища - це проблема збереження середовища проживання людини. Така суть економічної і екологічної залежності суспільства від рівня розвитку енергетики, її ресурсів і технології енерговиробництва. Звідси і складність питання про взаємовідносини завдань розвитку енергетики і збереження природного середовища. Теплоенергетику справедливо називають основою основ технічного прогресу, головною рушійною силою прискорення темпу розвитку народного господарства і з такою ж підставою цю галузь ставлять на перше місце за масштабами впливу па навколишнє середовище. Близько п'ятисот потужних теплових електростанцій і теплоелектроцентралей спалюють мільйони тонн органічного палива. На їх частку припадає приблизно четверта частина всіх шкідливих викидів, що надходять в атмосферу від промислових підприємств. Крім викидів, з продуктами згоряння палива від теплових електростанцій надходять забруднені стічні води.

Істотно змінюється екологічний вплив ТЕС па навколишнє середовище в залежності від використовуваного палива. У топках ТЕС три групи органічних ресурсів - тверде (вугілля і горючі сланці), рідке (мазут, дизельне і газотурбінне паливо) і газоподібне паливо.

При спалюванні твердого палива на ТЕС в атмосферу надходять летюча зола з частками недогоревшей палива, сірчистий і сірчаний ангідриди, оксиди азоту, деяка кількість фтористих сполук, а також газоподібні продукти неповного згоряння палива.

При спалюванні рідких видів палива з димовими газами в атмосферне повітря надходять сірчистий і сірчаний ангідриди, окису азоту, газоподібні і тверді продукти неповного згоряння палива, сполуки ванадію, солей натрію, а також відкладення, що видаляються з поверхні котлів при чищенні.

При спалюванні природного газу єдиним суттєвим забруднювачем атмосфери є оксиди азоту. Однак викид окислів азоту при спалюванні на ТЕС природного газу в середньому на 20% нижче, ніж при спалюванні вугілля. Це пояснюється не властивостями самого палива, а особливостями процесів їх спалювання. Коефіцієнт надлишку повітря при спалюванні вугілля нижче, ніж при спалюванні природного газу. Природний газ є найбільш екологічно чистим видом енергетичного палива.

З метою зменшення забруднення навколишнього середовища постійно вдосконалюється парк обладнання: котлів, агрегатів, газоочисних установок, відбувається їх своєчасна модернізація з метою зменшення шкідливих викидів, розробляються і впроваджуються безвідходні і маловідходні процеси виробництва електроенергії.

Захист атмосфери від сірчистого ангідриду здійснюється насамперед шляхом його розсіювання в більш високих шарах повітряного басейну. Це здійснюється за допомогою споруди на ТЕЦ димових труб висотою 180, 250 і навіть 370 м, останнє характерно для станцій значної потужності. Найбільш радикальним засобом скорочення викидів сірчистого ангідриду є виділення сірки з палива до його спалювання на ТЕЦ. В основному розглядаються два способи попередньої обробки палива для зниження вмісту сірки, які можуть бути рекомендовані для промислового використання. Здавалося б, зі збільшенням числа електростанцій повинно зростати їх вплив на навколишнє середовище. Але чи дійсно неминуча така закономірність? Зовсім ні. Практика показує, що на тих підприємствах, де до цього питання ставляться з належною відповідальністю, шкідливий вплив на природу можна знизити до допустимих меж.

Як приклад можна привести Запорізьку ГРЕС. З семи її котлів чотири працюють на твердому паливі - основному забруднювачі атмосфери. Котли оснащені високоефективними золоуловителями, за якими встановлено цілодобовий контроль. Тут вперше в країні створена автоматизована система контролю забруднення атмосферного повітря.

Пряме спалювання пилоподібного сланцю в котлоагрегатах ГРЕС веде до забруднення навколишнього середовища золою. При спалюванні палива в так званому факільнокіпящем шарі майже вся зола осідає в топці, знижуються витрати на експлуатацію та ремонт котлоагрегатів. Щоб знизити всі показники обміну електростанція - навколишнє середовище, необхідно перш за все підвищувати ефективність використання палива. Один із шляхів до цього - розширення комбінованого виробництва тепла та електроенергії на теплоелектростанціях. У зв'язку з цим важливо здійснювати централізоване теплопостачання міст від великих ТЕЦ. Це дозволить ліквідувати безліч дрібних опалювальних котелень.

Більше 800 міст країни мають централізоване теплопостачання. Близько 60% тепла, необхідного містах, вироблено на теплоелектростанціях. Щоб укластися в жорсткі вимоги по гранично допустимим викидам шкідливих речовин в атмосферу, в енергетиці розроблена і здійснюється комплексна програма. В рамках її йде оснащення нововведених котлів високоефективними золоуловлювальної установками, модернізація і реконструкція застарілих золоуловителей.

На ряді агрегатів Костромської, Кармановской та інших станцій домоглися хороших результатів від впровадження заходів по придушенню окислів азоту в топках котлів.

Руйнування озонового шару Землі є ще однією з глобальних проблем. Озон утворюється в стратосфері з молекулярного кисню шляхом приєднання до нього атомарного кисню, який утворюється під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця (в результаті фотодиссоциации молекулярного кисню). Стратосферний озон (озоносфера) розташований на висотах від 10 до 45 км. Загальний вміст озону в цьому шарі невелика: товщина наведеного (до нормального тиску) шару складає всього близько 3 мм. Шар озону захищає поверхню Землі (і все живе на Землі) від жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Поглинаючи це випромінювання, озон істотно впливає на розподіл температури у верхній атмосфері. Руйнування молекул озону дуже сильно залежить від наявності різних малих складових (оксидів азоту, водню, хлору, брому). В їх присутності фотохімічні реакції руйнування озону носять каталітичний характер - кількість циклів руйнування озону при цьому становить від сотень до мільйонів.

Звідси ясно, що наявність антропогенних домішок може легко порушити усталений природний процес утворення і руйнування стратосферного озону. Найбільш помітний вплив на озоновий шар можуть надати деякі речовини, що потрапляють в тропосферу, але провідні себе в цьому шарі хімічно інертно. Це перш за все хлорфторметани (фреони), що виділяються при роботі холодильних установок і використовувані як розчинники в промисловості і пропеллентов в аерозольних упаковках. Їх викид в атмосферу в 1974 році становив 850 тис. Т. Потрапляючи в стратосферу, ці сполуки під впливом ультрафіолетового випромінювання розкладаються і виділяють вільний галоген, який грає роль каталізатора при руйнуванні озону. Крім того, руйнування озону можуть сприяти потраплянню в озоносферу закису азоту (N., 0), що виділяється при використанні мінеральних добрив, а також безпосередні викиди різних речовин в стратосферу при польотах сверхвисотних літаків.

За існуючими сучасними оцінками, загальний вміст озону в найближчі роки зміниться незначно, однак на висоті 40 км воно сильно зменшиться (на 40%), а на висоті 10 км збільшиться (на 25%). Вважається, що до теперішнього часу зміна вмісту озону становить не більше 2%, що нижче межі можливостей впевненого виявлення.

Загальне зменшення вмісту озону в атмосфері призведе до посилення проходження ультрафіолетового випромінювання Сонця до земної поверхні. Це може сприяти підвищенню ймовірності виникнення раку шкіри у людей, вплинути на продукцію сільського господарства. Перерозподіл концентрації озону по висоті призведе до перерозподілу температури в стратосфері, що може позначитися на кліматі Землі.

Смог і фотохімічний туман. У ряді міст атмосферні викиди настільки значні, що при несприятливій для самоочищення атмосфери погоді (затишність, температурна інверсія, при якій дим стелиться до землі, антициклональна погода з туманом) концентрація забруднень в приземному повітрі досягає критичної величини, при якій спостерігається гостро виражена реакція організму на шкідливі атмосферні викиди. При цьому розрізняють дві ситуації (густий туман, змішаний з димом) лондонського типу і фотохімічний туман (лос-анджелеський).

Смог лондонського типу спостерігається при похмурій, туманною погоді, що сприяє значному зростанню концентрації сірчистого ангідриду і трансформації його в ще більш токсичний аерозоль сірчаної кислоти. Одночасне зростання концентрації інших інгредієнтів атмосферних викидів може посилювати дію сірчистого ангідриду або каталізувати його перетворення в сірчаний ангідрид. Найбільш легкі симптоми при дії смогу - різь в очах, сльозотеча, сухий кашель, нудота, головний біль; помірні симптоми - кашель з мокротою, утруднення в грудях, загальна слабкість; важкі - відчуття задухи. Важко переносять зміг особи, які страждають на бронхіальну астму, декопенсованими формами захворювань серця, хронічний бронхіт з емфіземою і т.д. Різко зростають в дні смогу звернення по медичну допомогу і смертність. У 1952 р в Лондоні за 5 днів смогу померло на 4000 чол. більше, ніж в середньому вмирало за 5 звичайних днів.

Механізм утворення фотохімічного туману наступний: молекули оксидів азоту, що містяться у вихлопних газах, порушуються за рахунок енергії ультрафіолетових променів сонця, потім, реагуючи з киснем повітря, утворюють озон. Останній, реагуючи з вуглеводнем вихлопних газів або викидів нафтопереробних підприємств, утворює фотооксидантами: органічні перекису, вільні радикали, альдегіди, кетони. Накопичуючись при ясній, безвітряної погоди на вулицях міста, озон і фотооксидантами викликають сильне подразнення очей, верхніх дихальних шляхів, результатом яких є сльозотеча, болісний кашель. Знижується видимість в атмосфері, пошкоджуються зелені насадження, поверхні будівель і т.д.

З усього спектра електромагнітного випромінювання для фотохімічного туману має значення лише вузька область, що включає ближнє ультрафіолетове випромінювання і видиме випромінювання, з довжиною хвилі 200-760 мм. Це пояснюється тим, що саме в цій галузі енергія фотонів порівнянна з енергією хімічних зв'язків, і, отже, поглинання світла може викликати фотохімічний ефект. Тому фотохімічний туман утворюється саме в ясні дні.

За експертними оцінками, більш ніж в 150 містах Росії переважний вплив на забруднення повітряного басейну надає саме автотранспорт. У цей список потрапляють Сочі, Анапа, Єсентуки, Кисловодськ, Нальчик, П'ятигорськ, Мінеральні Води і ряд найбільших центрів з населенням понад 500 тис. Осіб: Москва, Санкт-Петербург, Ростов-на-Дону, Воронеж, Краснодар, Пенза, Тюмень і ін.

Представляють інтерес об'ємні показники викидів автотранспортом шкідливих речовин. За різним суб'єктам РФ діапазон коливань їх величин досить широкий: від 16 тис. Т / рік до приблизно 2 млн т / рік. Рекорд належить Тюменської області, де викиди складають понад 1951,8 тис. Т.

Викиди в обсязі понад півмільйона тонн на рік спостерігалися в Краснодарському краї, Московській області, Башкортостані, Алтайському і Красноярському краях, Ростовської області і в самій Москві.

Результати всеросійської операції "Чисте повітря", щорічно проводиться в великих містах, показали, що з-за несправностей або неправильних регулювань систем живлення і запалювання ДВС екологічним нормам не відповідає 25-30% автомобілів, що знаходяться в експлуатації, а показник викидів шкідливих речовин вітчизняних автомобілів в експлуатації приблизно в 2 рази вище за аналогічний показник в Німеччині. Незадовільний технічний стан рухомого складу та автошляхів не сприяє енергозбереженню на автотранспорті і в кінцевому рахунку його екологічної безпеки.

Зниження шкідливих викидів від автомобілів може бути досягнуто за рахунок поліпшення якості традиційних видів моторного палива і застосування нових, екологічно більш "чистих" видів пального. Основний захід тут - зниження вмісту в автомобільних бензинах високотоксичного антидетонатора тетраетилсвинцю (ТЕС). До теперішнього часу близько 75% бензинів, є етілірованнимі і містять від 0,17 до 0,37 г свинцю на 1 л бензину. При згорянні етилованого бензину близько половини міститься свинцю викидається з вихлопними газами в атмосферу.

У США, Німеччині, Швейцарії, Японії та інших країнах вміст свинцю в автомобільних бензинах доведено до мінімуму (0,15 г / л і менше), найближчим часом свинцеві антидетонатори в цих країнах взагалі не будуть використовуватися. У Росії повна відмова від використання етилованого бензину планувався до 2000 р, що пов'язано з труднощами модернізації технологічних процесів нафтопереробки.

Істотне зниження забруднення навколишнього середовища і економія бензину досягаються при заміні традиційних видів нафтового палива гак званими альтернативними видами моторного палива, в першу чергу газом. У цьому плані практичне застосування знайшли зріджені пропан-бутанові гази і стиснений природний газ. За експериментальними оцінками, використання газового палива знижує викиди окису вуглецю в 2-4 рази, оксидів азоту - в 1,1-1,5 і сумарних вуглеводнів - в 1,4-2 рази.

В останні роки широко проводяться дослідження в галузі використання присадок до палива з метою зменшення токсичності та димності викидів. Застосування присадок дозволяє знизити димність в 4-7 разів (в залежності від відсотка вмісту присадки в паливі і від режиму роботи двигуна).

Людство, поставивши себе на грань екологічної катастрофи, всерйоз замислюється про можливість пересування без допомоги двигуна внутрішнього згоряння, безжально отруює повітря. Один з варіантів - використання сонячної енергії. Звичайно, сучасні машини на сонячних батареях ще не можуть змагатися з "Вольво" і "Тойотою", але в США, Японії, Австралії подібні розробки ведуться за безпосередньої участі найвідоміших промислових фірм.

Паралельно з інтенсивної автомобілізацією суспільства ведуться наукові і технологічні розробки в області забезпечення екологічної безпеки автотранспортних засобів. На жаль, зростання обсягу і темпи процесу автомобілізації істотно випереджають впровадження методів і засобів екологічної безпеки. Це обумовлено превалюванням економічних інтересів виробників автомобілів над екологічними і соціальними інтересами суспільства, в тому числі і самих виробників. Потрібні жорсткі державно-адміністративні заходи нормативного характеру. Їх розробка, застосування та контроль за дотриманням повинні бути неодмінним обов'язком всіх гілок влади.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >