3. Источники воздействия на окружающую среду

Основными отраслями, загрязняющими окружающую среду (ОС), являются транспорт (особенно автотранспорт мегаполисов), энергетика, черная и цветная металлур­гия, машиностроение, химическое производство (в том числе нефтеперерабатывающая отрасль), промышленность строительных материалов, легкая и пищевая промышлен­ность, а также сельское хозяйство.

Промышленные и транспортные источники воздействия на окружающую среду определяются типом производства и видом используемого сырья. Источники загрязнения ат­мосферы (см. Приложение 1) классифицируют по:

• назначению: технологические и вентиляционные выбросы;

• режиму работы: непрерывного действия, периоди­ческие или залповые;

• месту расположения: высокие (трубы), низкие, на­земные;

• геометрической форме: точечные и линейные;

• дальности распространения выброса (из космоса видны, например, многокилометровые желтые «лисьи хвосты» от предприятий по производству аммиака).

Транспортные источники загрязнения окружающей среды

Негативное влияние на окружающую среду в той или иной мере оказывают все виды транспорта, однако мак­симальное количество загрязняющих веществ выбрасывает автомобильный транспорт. В крупных городах выбросы автотранспорта составляют свыше 80% всего количества выделяемых вредных веществ. В результате резкого уве­личения количества легковых и грузовых автомобилей со­кратилось использование железных дорог, речного и мор­ского флота. В США количество автомобилей увеличи­вается в 2 раза быстрее, чем численность населения; автомобили расходуют 63% общего объема потребляемой в стране нефти, а в Японии, Западной Европе и развиваю­щихся странах — 40—50%. В большинстве крупных горо­дов до 90% оксида углерода попадает в воздух вместе с выхлопными газами от автомобильных двигателей вслед­ствие неполного сгорания углерода в моторном топливе. В городском воздухе оксид углерода содержится в боль­шей концентрации, чем любой другой загрязнитель. На автомобили приходится около 45% годового выброса в атмосферу оксидов азота и более 35% — углеводородов, и прежде всего метана. Наиболее опасными транспортны­ми загрязнителями являются бенз-а-пирен, обладающий канцерогенными свойствами, и тетраэтилсвинец (мутаген).

При сгорании дизельного топлива выделяется сернис­тый газ, который, растворяясь в воде, образует серную кислоту, вызывающую коррозию металлов.

В воздухе городов присутствуют частицы свинца, об­разующиеся при сгорании бензина, в который вводят со­единения этого металла для повышения октанового чис­ла. Значительное накопление свинца происходит в почве придорожных полос. При интенсивности движения более 3000 проездов автомобилей в сутки содержание свинца в полосе может достигать 50—55 мг на 1 кг почвы при нор­ме 10 мг/кг.

Транспорт способствует накоплению в атмосфере пы­ли. По сравнению с атмосферой над океаном загрязнен­ность атмосферы над небольшим городом в 30—35 раз, а над крупным — в 50 раз больше. Покрытые бетоном и ас­фальтом автомобильные магистрали и автостоянки спо­собствуют быстрому стоку воды и тем самым ухудшают состояние почвы из-за использования солей, применяе­мых во избежание оледенения дорожного полотна.

Тепло- и гидроэнергетические источники загрязнения окружающей среды

Продукты сгорания минерального топлива на тепло- электростациях (ТЭС) являются одним из основных ис­точников загрязнения атмосферы. Энергетические уста­новки во всем мире ежегодно выбрасывают в атмосферу около 1 млрд т золы и 400 млн т сернистого ангидрида. В результате сжигания топлива концентрация углекис­лого газа в атмосфере планеты увеличивается ежегодно на 0,03%. Зола, сажа и пыль, содержащиеся в воздухе, уменьшают прозрачность атмосферы. Кроме того, в со­став газообразных отходов, выбрасываемых в воздушный бассейн энергетическими установками, использующими в качестве топлива продукты переработки нефти и уголь, входит сернистый газ (S0₂) — одно из наиболее опасных для здоровья человека химических соединений. В некото­рых районах, где размещены крупные топливно-энерге­тические комплексы, концентрация токсичных веществ в выбросах ТЭС в 4—7 раз превышает норму.Значительное воздействие на окружающую среду оказывают золовые и шлаковые отвалы ТЭС, которые в зависимости от состава золы, типа консервации, фи- зико-географических и климатических характеристик местности могут загрязнять прилегающие территории (в том числе грунтовые и поверхностные воды) тяжелыми металлами и вредными соединениями. С поверхностей золоотвалов ветер поднимает золу, образуя пыльные бу­ри, ухудшающие санитарную обстановку прилегающих районов. Золоотвалы могут приводить к катастрофиче­ским последствиям для природных комплексов окружаю­щих их территорий и наносить значительный материаль­ный ущерб. В настоящее время золошлаковые отвалы занимают в России площадь более 35 тыс. га.

На рис. 1.4 приведены энергетические источники вы­бросов вредных веществ в атмосферу.

Самостоятельную экологическую проблему представ­ляет сброс сточных вод ТЭС в водоемы. Со сточными во­дами ТЭС сбрасывают целый ряд загрязняющих веществ, в том числе нефтепродукты, хлориды, сульфаты, соли тя-

(' у ,

Энергоустановка )

... , . J—+-

тгп

Рис. 1.4. Источники выбросов вредных веществ в энергетике

Тепловая энергия (в случае комбинированного производства

Электроэнергия

Энергетические. ресурсы *

желых металлов. В России сброс сточных вод ТЭС в во­доемы составляет около 5% всех сбросов.

В металлургии основными источниками загрязнения ОС являются различного типа металлургические печи (доменные печи, конверторы, медеплавильные агрегаты и т. п.). Часть этих источников приведена в Приложении 5. Особенно опасны для природной среды крупные печи цветной металлургии из-за большого выброса соединений тяжелых металлов.

Химическая промышленность характеризуется такими источниками загрязнения, как ректификационные колон­ны, аппараты производства аммиака и различных кислот и другие химические агрегаты (см. Приложение 4).

Промышленность строительных материалов загрязняет ОС главным образом за счет выброса пыли из печей, при­меняемых при производстве цемента, стекла, кровельных материалов и керамики. Эксплуатация высокотемпера­турных печей приводит и к загрязнению природной сре­ды выбросами оксидов углерода, азота и серы.

В машиностроении вредные вещества выбрасываются из вагранок, печей, разливочных машин и другого обору­дования, применяемого при металлообработке. Особенно опасные вещества выделяются в гальванических цехах.

В легкой и пищевой промышленности помимо выбро­сов общих загрязнителей (оксидов азота и углерода) име­ет место загрязнение воды анилином (красильные цехи легкой промышленности) и солодом (аппараты пищевого производства).

Если сельское хозяйство рассматривать как отрасль промышленности, то здесь источники выбросов (и сбро­сов) вредных веществ — избыточно внесенные в почву химические удобрения и пестициды. При этом происхо­дит не только загрязнение почвы, но и ухудшение качест­ва воды в реках и озерах.

Помимо химического загрязнения природной среды происходит и ее физическое загрязнение за счет шума, вибрации, различного вида ионизирующего излучения и выброса избыточного тепла.

Источники физического загрязнения природной среды

Шумом называют акустический беспорядочный звук различной физической природы (см. Приложение 3). Источниками шума являются станки, применяемые для обработки различных материалов, штамповочные маши­ны, механизированный инструмент, прессы, системы вентиляции. Весьма значительный уровень шума со­здают транспорт (особенно в часы пик), процессы про­дувки пара на ТЭЦ, работа разливочных машин в метал­лургии.

Вибрация — это совокупность механических колеба­тельных движений, повторяющихся через короткие про­межутки времени; они передаются человеку при непо­средственном контакте с движущимися аппаратами или их частями. Источниками вибрации являются возврат- но-поступательные движущиеся системы, неуравнове­шенные вращающиеся массы и ударный инструмент. На­ибольшим уровнем шума и вибрации характеризуются машиностроение, транспорт, энергетика и металлургия.

Ионизирующее излучение — это излучение электромаг­нитных волн при радиоактивном распаде и ядерных пре­вращениях. При этом основными излучателями являются такие радиоактивные вещества, как уран-238, йод-131, стронций-90, газ радон и др. Основные источники радио­активного излучения — реакторы АЭС, отходы производ­ства и использования радиоактивных материалов, шлаки ТЭЦ, рентгеновские аппараты.

Источниками электромагнитного излучения являются трансформаторы, антенны, генераторы волн различной длины, лазеры, электробытовые приборы (печи СВЧ, те­левизоры, компьютеры, неисправные розетки и т. п.), ли­нии электропередач, системы автоматики, соленоиды и магниты.

Тепловым загрязнением называют антропогенное пре­вышение температуры окружающей среды выше допусти­мого или комфортного уровня. Как и другие виды излуче­ния, тепловое загрязнение отрицательно воздействует на человека. Основными источниками теплового загрязне­ния ОС являются котлы и турбины ТЭЦ, металлургиче­ские печи, высокотемпературные аппараты производства промышленных материалов, химические агрегаты. Эти источники, а также дым из труб промышленных пред­приятий становятся причиной превышения температуры в воздухе городов по сравнению с температурой в сель­ской местности. Тепловое загрязнение поверхностных вод происходит из-за горячих промышленных сбросов. Для предприятий энергетики, металлургии, машиностроения, химической промышленности необходимо весьма значи­тельное количество охлаждающей воды. Сброс горячей воды от этих источников загрязнения приводит к повы­шению температуры воды в реках и озерах, а следователь­но, к изменению экологических систем в них: в водоемах происходит изменение концентрации кислорода, цвете­ние водорослей и угнетение биоты.

Стационарные и передвижные источники воздействия на окружающую среду

К стационарным источникам относится оборудование промышленных и бытовых предприятий, а также сельско­го хозяйства; передвижным источником загрязнения яв­ляется транспорт.

Доля передвижных источников (транспортных средств) загрязнения атмосферы, воды и почвы существенно вы­ше, чем стационарных. Общее количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферный воздух на террито­рии Российской Федерации от передвижных источников, в 2000 г. составило 13 257,7 тыс. т, включая следующие виды транспорта:

	тыс. т	%
Автомобильный	11 824,2	89,2
Железнодорожный	871,0	6,6
Воздушный	152,0	1Д
Морской	92,0	0,7
Внутренний водный	80,0	0,6
Дорожные машины	238,5	1,8

Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидкого и газооб­разного топлива нефтяного происхождения в тепловую, а затем — в механическую энергию. Жидкое топливо в ос­новном состоит из углеводородов, газообразное наряду с углеводородами содержит негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах дви­гателей образуются нетоксичные и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды C_mH_n, ок­сиды азота. Кроме перечисленных веществ вредное воз­действие на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, в том числе бенз-а-пирен, сажа и альдегиды.

Основным токсичным компонентом отработавших га­зов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях. Основной источник токсичных веществ, выделяю­щихся при работе дизелей, — отработавшие газы, в том числе оксид серы.

Наиболее неблагоприятными режимами работы яв­ляются малые скорости и холостой ход двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на стан­дартных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированными системой зажигания и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2—3 раза. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания содержат около 200 ком­понентов. Период их существования длится от несколь­ких минут до 4—5 лет. По химическому составу и свойст­вам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.

Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе требует внимания углекислый газ (С0₂), содержание которого в отработавших газах в настоящее время не нормируется, однако вопрос об этом ставится в связи с особой «ролью» С0₂ в образовании парникового эффекта.

Вторая группа. К этой группе относят только одно ве­щество — оксид углерода, или угарный газ (СО). Являясь продуктом неполногр сгорания нефтяных видов топлива, он не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе оксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты'и превращаясь в углекислый газ. Оксид углерода обладает отравляющим действием. Отравле­нию угарным газом часто подвержены водители автотранс­портных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.

Третья группа. В ее составе — оксиды азота, главным образом NO — оксид азота и N0₂ — диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания при температуре 2800 °С и давлении около 1 МПа. Оксид азота — бесцвет­ный газ; он не взаимодействует с водой и малорастворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щело­чей. При обычных атмосферных условиях N0 полностью превращается в N0₂ — газ бурого цвета с характерным за­пахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углубле­ниях, канавах и представляет большую опасность при тех­ническом обслуживании транспортных средств.

Для человеческого организма оксиды азота еще более вредны, чем угарный газ. Общий характер воздействия меняется в зависимости от содержания различных окси­дов азота. При контакте диоксида азота с влажной по­верхностью (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) об­разуются азотная и азотистая кислоты, раздражающие слизистые оболочки и поражающие альвеолярную ткань легких. При высоких концентрациях оксидов азота (0,004—0,008%) возникают астматические проявления и отек легких. Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не ощущает этого и по­тому не предполагает отрицательных последствий для себя. При длительном воздействии оксидов азота в концентра­циях, превышающих норму, люди заболевают хрониче­ским бронхитом, воспалением слизистой желудочно-ки­шечного тракта, страдают сердечной слабостью, а также нервными расстройствами.

Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, т. е. соединения типа С_хН_у — этан, метан, бензол, ацетилен и другие токсичные вещества. Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-со- судистую систему человека. Углеводородные соединения отработавших газов наряду с токсичным обладают и кан­церогенным действием. Канцерогены — вещества, спо­собствующие возникновению и развитию злокачествен­ных новообразований.

Под действием ультрафиолетового излучения Солнца углеводороды вступают в реакцию с оксидами азота, в ре­зультате образуются новые токсичные продукты, являю­щиеся основой смога. Главный токсичный компонент смога — озон.

К фотооксидантам также относятся угарный газ, со­единения азота и др. Фотооксиданты биологически ак­тивны, оказывают вредное воздействие на живые орга­низмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболева­ний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.

Пятая группа. Не составляют органические соедине­ния — альдегиды.

В отработавших газах присутствуют в основном фор­мальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется при режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

Формальдегид — бесцветный газ с неприятным запа­хом, тяжелее воздуха, легко растворяется в воде. Он раз­дражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему; обусловливает запах отработавших газов, особенно у дизелей. Акролеин, или альдегид акриловой кислоты, — бесцветный ядови­тый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает раздра­жающее воздействие на слизистые оболочки. Уксусный альдегид — газ с резким запахом и токсичным воздейст­вием на человеческий организм.

Шестая группа. В нее входят взвешенные твердые ве­щества: продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, на­гар и другие, представляющие собой мелкодисперсные частицы (диаметром менее 1 мкм), способные находиться во взвешенном состоянии в течение суток. Они состоят из разных материалов, включая сажу, неорганическую зо­лу, кислые сульфаты или нитраты, дым, содержащий по- лициклические ароматические углеводороды, тонкодис­персную пыль, остатки свинца и асбеста.

Сажа, создавая дымный шлейф за транспортным сред­ством, ухудшает видимость на дорогах. Наибольший вред сажи проявляется в адсорбировании на ее поверхности бенз-а-пирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде. Поэтому уменьшение выбросов сажи — весьма актуальная задача, от решения которой зависят как экологические показатели воздушного бассейна, так и развитие дизельного транспорта в целом. В настоящее время для очистки отработавших газов дизелей от саже­вых (твердых) частиц во многих странах находят приме­нение сажевые фильтры.

Седьмая группа. В эту группу входят сернистые соеди­нения — такие неорганические газы, как сернистый ан­гидрид и сероводород, которые образуются в составе от­работавших газов двигателя, если в транспортном сред­стве применяют топливо с повышенным содержанием серы. В дизельном топливе по сравнению с другими вида­ми топлива, используемыми на транспорте, присутствует значительно больше серы.

Для отечественных месторождений нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присут­ствия серы и сернистых соединений. Поэтому и дизель­ное топливо, получаемое по устаревшим технологиям, от­личается более тяжелым фракционным составом и вместе с тем хуже очищено от сернистых и парафиновых соеди­нений. Согласно европейским стандартам, введенным в действие в 1996 г., содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стан­дарту — 1,7 г/л. Наличие серы усиливает токсичность об­работавших газов дизелей и является причиной появле­ния в них вредных сернистых соединений. Сернистые соединения оказывают раздражающее воздействие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой кон­центрации (свыше 0,01%) — к отравлению организма. Сернистый ангидрид губительно воздействует и на расти­тельный мир.

Восьмая группа. Компоненты этой группы — свинец и его соединения — встречаются в отработавших газах кар­бюраторов автомобилей только при использовании эти­лированного бензина с присадкой, повышающей октано­вое число. Оно определяет способность двигателя рабо­тать без детонации. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации. Увеличение октанового числа бензина способствует снижению возможности на­ступления детонации. В качестве присадки, повышающей октановое число, используют антидетонатор — этиловую жидкость Р-9. Бензин с добавлением этиловой жидкости становится этилированным.

В придорожном пространстве примерно 50% выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на при­легающей поверхности. Оставшееся количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также оседает на землю вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной почве приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными для сельскохозяйственного использования.

Источники выброса (сброса) загрязняющих веществ в ОС делят также на организованные и неорганизованные, регулируемые и нерегулируемые.

Организованные источники загрязнения — чаще всего стационарные, без них не может протекать технологи­ческий процесс. Эти источники контролируются эко­логическими службами предприятия, а также внешни­ми экологическими службами и органами Санэпиднад- зора.

Неорганизованные источники загрязнения — это не­плановые и чаще всего неучтенные источники выброса вредных веществ, которыми отличаются небольшие про­изводства и вновь открытые коммерческие фирмы с недо­статочным уровнем экологического обеспечения. Контро­лировать такие источники весьма затруднительно, и поэто­му они представляют особую опасность для ОС; к тому же отсутствие информации о них затрудняет проведение экологического прогнозирования. Основные направления борьбы с неорганизованными источниками загрязнения: проведение тщательного экологического мониторинга фонового загрязнения воздуха, воды и почвы; правильная организация работы экологической милиции (в том числе с учетом сигналов населения и общественности); ужесто­чение требований системы экологической экспертизы при выдаче положительных решений на открытие новых производств и эксплуатацию существующего технологи­ческого оборудования.

Регулируемые источники загрязнения — это организо­ванные источники; основные направления работы с ни­ми — снижение количества вредных выбросов, а также замена более опасных видов загрязнения менее опас­ными (например, перевод автомобилей на газовое топ­ливо).

Нерегулируемые источники загрязнения — это, как правило, источники выброса вредных веществ, происхо­дящего в условиях чрезвычайной ситуации. В этих усло­виях ограничить объем вредных выбросов весьма за­труднительно. Однако и для этих источников разработа­ны инструкции по безопасной работе технологического оборудования.

Основным требованием, предъявляемым к организато­рам производства и экологическим службам, является сни­жение количества неорганизованных и нерегулируемых источников загрязнения ОС и перевод их в организован­ные и регулируемые источники. Экологические службы на федеральном и региональном уровнях проводят регу­лярную инвентаризацию (учет) источников загрязнения ОС. Эту работу проводят также специалисты ОВОС с це­лью выдачи экологической информации, необходимой для качественной работы экологической экспертизы, без положительного решения которой не может быть открыто ни одно новое предприятие в Российской Федерации. Методы проведения инвентаризации источников выбро­сов вредных веществ в ОС и периодичность инвентариза­ции зависят от вида источника загрязнения; она прово­дится в соответствии с Государственными стандартами РФ по охране атмосферы, воды и почвы.