Природа парниковых газов и кислотных дождей. Учебное пособие

Объемы выбросов (сбросов) газов на факельных установках России составляют в среднем 0,14 % (реже ‒ до 1 %) от объема перерабатываемой нефти. В США этот показатель несколько выше (0,19 %). При этом 90 % суммарных выбросов на один факел составляют углеводороды, 1,6%–водород,2,6%–сероводород,остальные–водянойпариазот.

Приведенные данные довольно показательны, так как они отражают также состав вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу непосредственно на нефтепромыслах (оцениваемые по России на 1999 г. в количестве свыше 140 тыс. скважин), так как на нефтяных скважинах попутный газ на 90 % сжигается в факелах (Недра России / под ред. И. В. Межеловского, 2000). При условии что более половины добываемой нефти в России перерабатывается внутри страны (от 164 до 290 млн т), выбросы на факелах на перерабатываемую нефть в тысячах тонн составляют: углеводороды – от 98,4 до 154; оксиды углерода – от 22,6 до 33; оксиды серы – от 27,06 до 50; оксиды азота – от

0,98 до 1,6.

Характер техногенных веществ, образуемых в нефтеперерабатывающем комплексе, рассмотрим на примере производства моторных топлив и масел. Вредные выбросы на нефтеперерабатывающих заводах возникают в процессе извлечения серы, регенерации катализаторов крекинга в псевдосжиженном слое, при горении топлива в нагревателях и котельных, а также в системах сброса давления, газовой арматуре (потери углеводородов). В составе выбросов выделяют легкие углеводороды, СО, SO2, NH3, альдегиды, цианиды, оксиды азота, коксовую пыль. В табл. 1.4 приведены типичные данные по выбросам СО и СxHy в процессах нефтепереработки (В. Н. Луканин, Ю. В. Трофименко, 2001).

Таблица 1.4

Выбросы вредных веществ в процессах нефтепереработки, г/т нефти-сырца

Наряду с перечисленными показателями выбросов техногенные вещества поступают в окружающую среду при использовании промышленностью в качестве повторного топлива сжиженные нефтяной и сжатый газы, в составе которых присутствуют примеси азота, серы, кислорода и других веществ, но их абсолютные величины незначительны (от 0,003 до 6,8 г/кг продукции). Значительными количествами загрязнителей характеризуются бензин, солярка и масло (табл. 1.5).

Как видно из данной таблицы, наибольшее количество загрязнителей образуется при производстве масел.

Таблица 1.5

Удельные выбросы вредных веществ при производстве моторных топлив и масел, г/кг продукции

1.6.6. Химическая и нефтехимическая промышленность

Основная часть выбросов состоит из жидких и газообразных продуктов – 86,9 % и лишь 19,7 % – твердые вещества (зола, мазут,

22

пыль). В составе жидких и газообразных выбросов различают оксид углерода – 32,6 %, летучие органические соединения – 24,4 %, диоксид серы – 19,3 %, оксид азота – 8,8 %, углеводороды – 4,8 %.

1.6.7.Угольная промышленность

Ватмосферу выбрасываются следующие вещества: пыль – 28,2 %, оксиды углерода – 16,4 %, диоксид серы – 14,5 %, оксиды азота – 3,9 %, сероводород – 0,05 %, фториды – 0,01 % и др.

1.6.8. Лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность

Атмосферу загрязняют твердые вещества (29,8 % от суммарного выброса), оксид углерода (28,7 %), диоксид серы (26,7 %), оксид азота (7,9 %), толуол (1 %), сероводород (0,9 %), ацетон (0,5 %), ксилол

(0,45 %), бутил (0,4 %), этилацетат (0,4 %) и др.

Фактором развития техногенеза в лесном комплексе выступают потребность в древесине, нерациональное лесопользование и лесные пожары. Отходы производства на стадии лесозаготовки в лесопилении достигают 60 %. Следует отметить, что сами отходы, являясь органической основой, перегнивают и вступают в естественный массообмен через почвенный круговорот, но они, как правило, значительно загрязнены углеводородами (бензином, соляркой, маслами, нефтепродуктами), что является антропогенным давлением на лесные ландшафты и приводит к их деградации вплоть до уничтожения.

Лесные пожары на территории России – довольно распростра-

ненное явление. В год от них страдает до 2 млн га леса. Пожары бывают естественные и искусственные (считается, что половина всех пожаров – это неосторожное обращение людей с огнем). При пожарах образуется значительное количество СО2, озона и других газов, а почвы засоряются металлами, содержащимися в золе сгоревших растений. Поступление твердых частиц в атмосферу от пожаров леса составляет до 35 Гт/г. Только по России от лесных пожаров в атмосферу поступает: железа – 350 тыс. т., цинка – 250 тыс. т., меди – 35 тыс. т., свинца – 6,7 тыс. т, никеля – 0,6 тыс. т. и др.

23

1.6.9.Микробиологическая промышленность

Ватмосферу выбрасывается около 68 тыс. т загрязнителей (правда, до 70 % их улавливается), состав которых: взвешенные вещества ‒ 35,5 % от суммарного выброса, диоксиды серы ‒ 30 %, оксид углерода ‒ 21 %, метиловый спирт ‒ 10,5 %, уксусная кислота ‒ 0,34 %, аммиак ‒ 0,3 %, ацетон ‒ 0,25 ), серная кислота ‒ 0,09 %, формальдегид ‒ 0,07 %, оксид ванадия ‒ 0,05 %, толуол ‒ 0,07 %.

1.6.10. Машиностроение

Предприятия отрасли загрязняют атмосферу компонентами, в состав которых входят: оксид углерода ‒ 36,9 % от суммарного поступления в атмосферу, диоксид серы ‒ 22,1 %, пыль ‒ 21,5 %, оксид азота ‒ 8,4 %, ксилол ‒ 1,8 %, толуол ‒ 1,3 %, ацетон ‒ 0,7 %, бензин ‒ 0,5 %, бутилацетат ‒ 0,35 %, аммиак ‒ 0,2 %, серная кислота ‒ 0,07 %,

марганец ‒ 0,02 %, хром ‒ 0,01 %, свинец ‒ 0,01 % и др. (табл. 1.6).

Таблица 1.6

Выбросы вредных веществ и энергозатраты при производстве материалов, используемых в автомобилестроении, г/кг материала (данные МАДИ-ТУ, г. Москва)

1.7. Транспорт – современный источник загрязняющих веществ

Отрицательное воздействие транспортно-дорожного комплекса России проявляется выбросами большого количества токсичных газов транспортными двигателями: углекислый газ, свинец, сажа, углеводороды, оксиды углерода, серы и азота. По данным экологических исследований, выбросы от автомобильного транспорта в России в 2020 г. составляют около 60 % общего количества антропогенного загрязнения воздушного бассейна. По мнению Г. С. Вартаняна, в США на долю автомобильного транспорта уже в 2000 г. приходилось до 95 % техногенного загрязнения окружающей среды, причем 79 % техногенов – это оксид углерода, 15 % – углеводороды и 6 % – окислы азота.

В последние 25 лет ХХ и 25 лет XXI века значительная часть органического минерального сырья помимо тепла использовалась и будет использоваться в двигателях внутреннего сгорания в разных видах транспорта. Основное количество энергии (около половины) человечество затрачивает на обеспечение функционирования транспорта и производство транспортных средств (К. Я. Кондратьев, 2000). Предположительно в 2000 – 2200 гг. основным потребителем энергии (углеводородное сырье) станет транспорт, который в настоящее время уже считается основным источником поступления техногенных веществ в атмосферу.

Ежегодно автомобильная промышленность Российской Федерации производит около 80 млн машин, из которых 3/4 – легковые. Парк легковых автомашин удваивается через каждые три года. Количество сжигаемой нефти (в пересчете на бензин) достигло

1,5 млрд т (2020 г.).

Дифференцированный характер загрязнителей атмосферного воздуха, выбрасываемого автомобильным и железнодорожным транспортом в странах Европейского союза, отражен в табл. 1.7.

25

Таблица 1.7

Количество загрязнителей, выбрасываемых пассажирским (г/чел./км) и грузовым (г/т/км) транспортом

(по А. А. Абросимову)

Приоритет в загрязнении атмосферного воздуха в России прочно закрепился за автотранспортом: так, из 35 млн т/г. вредных выбросов различных транспортных средств 89 % приходится на автомобили, 8 % – на железные дороги, 2 % – на авиатранспорт и 1 % – на водный транспорт.

Таким образом, транспортная сеть выступает в качестве источника загрязнения окружающей среды от локального до регионального уровней, и масса загрязнений в окружающей среде определяется плотностью транспортных сетей и интенсивностью грузопотоков. При значительной загруженности дорог (международные перевозки) транспортные сети включаются в глобальный поток антропогенного вещества. В табл. 1.8 приведены данные, показывающие значительные расстояния переноса загрязняющих веществ в воздухе.

26

Таблица 1.8

Масштабы переноса и рассеивания веществ в атмосфере

Загрязнения от промышленных предприятий и транспорта высокоурбанизированных государств выбрасываются в атмосферный воздух, переносятся воздушными массами (потоками) и выпадают на землю, загрязняя ее в глобальном масштабе.

Экологический баланс легкового автомобиля (табл. 1.9) свидетельствует о загрязнении им воздуха за весь период его эксплуатации.

Таблица 1.9

Экологический баланс легкового автомобиля, % (по В. Н. Луканину, Ю. В. Трофименко, 2001)

Окончание табл. 1.9

Примечание:

* ‒ кг SKE/кг

**‒ кг/кг

***‒ л/кг

В качестве примера в таблице авторами был взят автомобиль, так как по количеству выбрасываемых загрязнений (в основном CO2) он быстро занял лидирующее место среди других источников загрязнения атмосферы. В настоящее время США располагают 2/3 всего автопарка легковых автомобилей и мирового объема поступления загрязнений в воздух (Дж. Е. Джирард, 2008).

1.8. Жилищно-коммунальное хозяйство

Суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу от жи- лищно-коммунальных хозяйств (ЖКХ) в среднем за год составляет 630 тыс. т, из которых большая часть (437 тыс. т) – это жидкие и газообразные, а 192 тыс. т – твердые вещества. В составе загрязняющих веществ различают: диоксид серы ‒ 115 тыс. т, оксид

28

углерода ‒ 229 тыс. т, оксид азота ‒ 86 тыс. т, углеводороды ‒ 3,1 тыс. т, летучие органические соединения ‒ 520 тыс. т.

Химия атмосферного воздуха городов

Приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха в городах Российской Федерации следует назвать бенз(а)пирен, диоксид азота, хлорид водорода, сероводород, этилбензол, формальдегид, взвешенные вещества и пр.

О структуре общих химических выбросов в городах России можно судить по данным Министерства экологии и природных ресурсов за 1996 г. (табл. 1.10).

Таблица 1.10

Общие химические выбросы в городах России в течение 1996 г.

Основным антропогенным источником химических элементов, загрязняющих окружающую среду в городах, выступают:

‒автотранспорт;

‒предприятия тепло- и электроэнергетики;

‒предприятия черной и цветной металлургии;

‒горнодобывающие предприятия;

‒цементные заводы;

‒химические комбинаты;

‒нефтеперерабатывающие заводы.

29

Город вместе с промышленными предприятиями, расположенными в пригородной полосе, обычно становится источником смогов, кислотных дождей и загрязненного воздуха, переносимого ветром за пределы этих источников, а содержание соединений сильно отличается от фоновых (табл. 1.11).

Таблица 1.11

Содержание некоторых соединений серы и азота в воздухе различных районов (В. А. Исидоров, 2001)

Примечание: в скобках указаны интервалы содержания.

В. А. Исидоров (2001), ссылаясь на американских исследователей, приводит сведения о значительном содержании в воздухе городов наиболее распространенных углеводородов, на долю которых приходится до 90 % от общего объема Сорг (табл. 1.12).

Таблица 1.12

Содержание некоторых углеводородов (млн‒1) в воздухе 39 городов и сельских районов США (Сингх, Циммерман, 1992)