Тема 7: «Особенности загрязнения среды от объектов транспорта( на примере ж.Д. Транспорта)»

План лекции:

1. Воздействие транспорта на окружающую среду.

2. Источники загрязнения атмосферного воздуха.

3. Источники загрязнения водных объектов.

4. Источники загрязнения территорий предприятий.

5. Источники шума, вибраций и электромагнитных излучений.

6. Очистка газообразных выбросов.

Железнодорожный транспорт занимает ведущее место как в перевозке грузов (более 50 %), так и в пассажирообороте в транспортной системе России. Протяженность желез­ных дорог составляет 158 тыс. км. Несмотря на то, что же­лезнодорожный транспорт оказывает наименьшее негатив­ное воздействие, особенно по сравнению с автомобильным транспортом, его доля в загрязнении окружающей природ­ной среды остается высокой. Это происходит в результате выброса вредных веществ как от подвижного состава, так и от многочисленных производственных и подсобных пред­приятий, обслуживающих перевозочный процесс. Воздействие транспорта на экосистемы выражается в:

• загрязнении атмосферы, водных объектов и земель, изменении химического состава почв и микрофлоры, образовании производственных отходов, в том числе токсичных и радиоактивных, шламов, замазученного грунта, котельных шламов, золы и мусора;

• потреблении природных ресурсов – атмосферного воздуха, необходимого для протекания рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств; нефтепродуктов и природного газа, являющихся топливом для ДВС; воды для систем охлаждения ДВС и мойки транспортных средств, производственных и бытовых нужд предприятий транспорта; земельных ресурсов, отчуждаемых под строительство автомобильных и железных дорог, аэропортов, трубопроводов, речных и морских портов и других объектов инфраструктуры транспорта;

• выделении тепла в окружающую среду при работе ДВС и топливо сжигающих установок в транспортных производствах;

• создании высоких уровней шума и вибрации;

• возможности активизации неблагоприятных природных процессов типа водной эрозии, заболачивания местности, образования селевых потоков, оползней, обвалов;

• травматизме и гибели людей, животных, нанесении большого материального ущерба при авариях и катастрофах;

• разрушении почвенно-растительного покрова и уменьшении урожайности сельскохозяйственных культур.

Антропогенное воздействие транспортного комплекса на окружающую среду многообразно и его можно классифицировать по следующим признакам:

• механическое (загрязнение земель, водных ресурсов механическими примесями и твердыми отходами, не оказывающими физического воздействия на ОС и человека и не вступающими в химические реакции; изменение морфологического и структурного состояния почв, их нарушение при работе строительной техники, выработке карьеров и т. д.);

• химическое (изменение химических свойств природной среды, загрязнение атмосферы, почвы и воды химическими веществами);

• физическое (изменение физических параметров ОС: температуры, влажности, уровня шума, вибрации, электромагнитного и радиоактивного излучения);

На железнодорожном транспорте источниками выбросов вредных веществ в атмосферу являются объекты производ­ственных предприятий и подвижной состав. Они подразде­ляются на передвижные и стационарные. Из стационарных источников наибольший вред окружающей среде наносят котельные различных железнодорожных предприятий. В за­висимости от применяемого топлива при его горении выде­ляются различные количества вредных веществ. При сжига­нии твердого топлива в атмосферу выделяются оксиды серы (SO₂), углерода (СО), азота (NO_X) и летучая зола с частица­ми несгоревшего топлива в виде сажи (С). Мазуты при сгорании в котлоагрегатах выделяют с дымовыми газами SO₂, NO_X, твердые продукты неполного сгорания, СО и соединения ванадия (V₂O₅). При использовании в каче­стве топлива газа происходит выброс диоксида азота NO_X и СО.

Многие производственные процессы на различных пред­приятиях железнодорожного транспорта сопровождаются загрязнением атмосферного воздуха вредными веществами.

Производственный процесс	Загрязняющие вещества
Шпалопропиточные заводы	Нафталин, фенол, прочие углеводороды
Приготовление в депо сухого песка для локомотивов (его транспортировка и загрузка в тепловозы)	Пыли с большим содержанием диоксида кремния и газообразные вещества
Сварка деталей, зачистка и шлифовка сварочного стыка	Сварочная аэрозоль, оксиды марганца, соединения кремния, фтори­ды, фтористый водород
Нанесение лакокрасочных покрытий	Ацетон, бензол, бутилацетат, бутиловый спирт, кси­лол, метилэтилкетон, толуол, уайт-спирит, хлорбензол, циклогексан, этиловый спирт, этилацетат, формальдегид, бензин
Обмывка подвижного состава	Пыль, пары щелочи (едкого натра), карбонат натрия
Литейное производство, гальванопокрытие	Оксиды углерода и азота, сернистый ангидрид, фенол, фор­мальдегид, свинец, высокотоксичные оксиды ванадия, никеля, пыль горелой земли и многое другое
Путевая техника и подвижной состав	Твердые частицы, окислы азота, диоксид серы, углеводороды, оксид углерода

Из общего количества загрязняющих веществ на литейное производство приходится 60 – 65 %, на котельные – 20 – 30 %, на долю осталь­ных – 8 – 15 %.

Тепло­возы, относятся к передвижным источникам загрязнения ат­мосферы. Один тепловоз по вредным выбросам эквивален­тен 10 – 15 грузовым автомобилям. Он создает локальную область сильно загрязненного воздуха на территориях желез­нодорожных узлов, депо, сортировочных станций и других предприятий. Дизельные двигатели выбрасывают в больших количествах сажу, частицы которой могут содержать адсорбированные токсичные вещества, в том числе канцерогенные. Состав отработавших газов в значительной степени зависит от типа двигателя и режима его эксплуатации.

На железнодорожных предприятиях и в депо в каче­стве вспомогательного транспорта используют автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями, являющимися дополнительными источниками загрязнения атмосферы.

Большинство производственных операций инфраструктуры ж.д. транспорта связано с потреблением воды и образованием загрязненных сточных вод. Производственные сточные воды локомо­тивных и вагонных депо образуются в процессе наруж­ной обмывки подвижного состава, при промывке узлов и деталей перед ремонтом, в гальванических цехах или участ­ках, при промывке и заправке аккумуляторов, регенера­ции фильтров, при продувке и промывке паровых котлов, мытье смотровых канав и стирке спецодежды.

Сточные воды содержат, в основном, взвешенные вещества и нефтепродукты, бактериальные загрязнения (при обмывке подвагонных узлов), кислоты, щелочи, поверхностно-активные веще­ства (ПАВ), могут присутствовать фенолы, органические кислоты, ацетон. На пунктах подготовки грузовых вагонов сточные воды также загрязнены тяжелыми мине­ральными примесями, содержат растворенные соли, органические соединения жи­вотного или растительного происхождения.

Предприятия железнодорожного транспорта занимают территории в среднем от 2 до 50 га, отличающиеся не толь­ко размерами, но и степенью загрязненности (до 25 % территории предприятия), в зависимости от характера тех­нологических процессов. Наиболее распрост­раненными загрязнителями являются нефть и нефтепродукты, ма­зут, дизельное топливо, масла и смазочные материалы, анти­септики, фенолы, а также остатки перевозимых грузов и отходы производства. Основной причиной загрязнения нефте­продуктами является их утечка, неисправных котлов и сливных приборов, неплотно закрытых букс. На некоторых предприятиях и железнодорожных путях грунты пропитаны нефтепродуктами на значительную глубину, что создает уг­розу как поверхностным водоемам, так и подземным водам.

Отходы промышленных предприятий являются самым крупным источником загрязнения почв. Отходы бывают твердыми, жидкими и газообразными, а по своему составу разделяются на органические и неорганические. Они возни­кают как в результате производственной деятельности, так и при потреблении. Наибо­лее характерными для отрасли отходами являются нефтешламы, шламы из моечных машин, гальваношламы, осадки из машин химчистки, отработанные смазки и дизельные масла, загрязненный грунт, шпалы, лампы люминесцентные, резинотехнические отходы.

Основными источниками шума на железнодорожном транспорте являются движущиеся поезда, путевые машины и производственное оборудование предприятий. Одним из основных источников шума в движущем­ся поезде является локомотив. Общий шум дизельного дви­гателя тепловоза на расстоянии 0,5 м от его корпуса и аэро­динамический шум выхлопа на расстоянии 1 м от выхлоп­ного патрубка достигает 120 дБ. Наиболее значительный акустический дискомфорт возникает в районе сортировоч­ных станций. На таких станциях источниками преобла­дающего шума являются цехи реостатных испытаний тепловозов и сортировочные горки.

Источниками вибрации на железнодорожном транспорте являются такие технологические процессы, как укладка бетонных смесей, формовка железнодорожных изделий на виброплощадках и производство крупнопанельных конст­рукций. Эти вибрации через фундамент передаются в окру­жающее пространство. Источниками вибрации являются также движущиеся по­езда, механические колебания, которые они возбуждают, особенно велики при движении по тоннелям и искусствен­ным сооружениям.

На железнодорожном транспорте имеется ряд систем и объектов, воздействующих через ЭМП на окружающую среду и жизнедеятельность людей. К ним относятся: системы ЛЭП и протяженные сети тягового электроснабжения при элект­ротяге постоянного и переменного тока, тяговые и трансфор­маторные подстанции, посты секционирования, линии продольного электроснабжения напряжением от 0,25 до 35 кВ, многопрофильные линии связи и телемеханики (проводные и кабельные), системы электрообеспечения на подвижном составе (в вагонах, локомотивах и т.п.). Кроме того, рель­сы путей, являясь обратными проводниками тягового тока (а также сигнального для рельсовых цепей СЦБ), представ­ляют собой источник излучений ЭМП.

Существует три способа снижения химического загрязнения: разбавление, очистка и внедрение малоотходных и ресурсосберегающих технологий. Разбавление – это уменьшение содержания ЗВ в атмосфере вследствие разбавления их воздухом и за счет процессов естественного самоочищения экосистем. Разбавление – это малоэффективный способ уменьшения вреда от загрязнений, допустимый лишь как временная мера. Очистка – это снижение их концентрации до пороговых величин, при которых они становятся безвредными, т.е. до ПДВ. На сегодня, это основной способ уменьшения вредных выбросов. Внедрение малоотходных и ресурсосберегающих технологий – это наиболее эффективный способ уменьшения вреда от химических загрязнений. Малоотходная технология – это такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду на превышает уровня, допустимого, санитарно-гигиеническими нормами (ПДВ). Ресурсосберегающая технология – это технология, обеспечивающая производство продукции с минимально возможным потреблением топлива и других источников энергии, а также сырья, материалов, воздуха, воды и прочих ресурсов для технологических целей.

Для уменьшения вредных выбросов в окружающую среду требуется проведение комплекса технических мероприятий. Их можно разделить по следующим исторически сложившимся основным направлениям:

1. Технологическое, к которому относится совершенствование конструкции и режима работы агрегата.

2. Инженерно-экологическое, заключающееся в разработке дополнительных систем нейтрализации отработавших газов.

3. Комбинированное, использующее комбинацию и преимущества первых двух.

Под очисткой понимается отделение воздуха от выбросов вредных ве­ществ. Газоочистные установки (ГОУ) и устройства подраз­деляются по видам и агрегатному состоянию очищаемого вещества на установки по очистке газовоздушных смесей от твердых примесей, от жидких примесей и аэрозолей, газо­образных веществ, выхлопных газов тепловозов и авто­транспорта. В настоящее время существуют разнообразные га­зоочистные установки и устройства, в которых используются механические, физические, физико-химические методы уда­ления из воздуха вредных примесей:

• Механические методы основаны на использовании сил тяжести, сил инерции, центробежных сил, диффузии, захвата и др. Однако для удаления мелкодисперсных и газовых примесей их применение не всегда эффективно. К ним относятся: инерционное пылеулавливание (резкое изменение потока); циклоны; фильтры сухой (рукавные фильтры) и мокрой очистки, с применением дополнительных рабочих тел (скрубберы, пенные газоочистители).

Рис. циклонов (а); рота­ционного пылеуловителя (б) – вход газа по оси вентиля­тора; скруббер Вентури (а), где дробление жид­кости происходит высокоскоростным потоком газа, форсуночный скруббер (б).

Основной недостаток – необходимость частой смены фильтрующих элементов, частое забивание отверстий распылителей, большие гидравлические сопротивления, большие массы и габариты, необходимость частой смены рабочего раствора или воды, интенсивное испарение жидкости, а также невозможность использования при отрицательной температуре воздуха вследствие замерзания раствора, загрязнение сточных вод.

• Физические ме­тоды базируются на использовании электрических и элект­ростатических полей, процессов охлаждения, конденсации, кристаллизация, термический метод.

• Физико-химические – на процессах сорб­ции – адсорбции (поглощение газообраз­ных загрязнений твердыми активными веществами), абсорбции (поглощение газообраз­ных загрязнений жидким активными веществами, не реа­гирующими с загрязнениями), хемосорбции (всту­пающими с ними в химическое взаимодействие), коагуляции, флотация, каталитический метод.

• Биохимическая очистка применяется для очистки газов, состав которых слабо меняется. Этот процесс происходит в биофильтрах или биоскрубберах, где мик­роорганизмы находятся в фильтрующей насадке из почвы, торфа, компоста и т. п. или в водной суспензии активного ила.

Содержание токсичных компонентов в отработавших газах ДВС зависит от состояния дизеля, его износа, состояния агрегатов наддува, цилиндро-поршневой группы, топливной аппаратуры и др. С экологической точки зрения, тенденции развития тепловозной тяги проводятся по нескольким основным направлениям: регулирование топливной аппаратуры дизеля; применение специальных добавок в топливо и использование альтернативных видов топлива; разработка различных способов очистки отработавших газов.

В целом выбор системы очистки определяется мно­гими факторами, важнейшие из которых:

• номенклатура и концентрация загрязнителей, их вредность;

• требуемая степень очистки (с учетом фонового загрязнения);

• объемы выбросов, их температура и влажность;

• наличие сорбентов и реагентов;

• потребность в продуктах утилизации;

• стоимостные оценки.