Промышленная экология

Шины автомобиля являются источником шума на скоростях движения свыше 50 км/ч. Уровень шума в значительной степени определяетсярисункомпротекторашины. Гладкийрисунокпротектора предназначается для скоростных шин и создает меньший шум.

Рельефный рисунок предназначен для движения в условиях низкокачественногодорожногопокрытиясмалымискоростями. При движении сповышенными скоростями такиешины создаюточень сильныйшум.

Кузов автомобиля при движении контактируетсвоей внешней поверхностью с потоками воздуха, в результате чего образуется аэродинамическийшум. Длясниженияэтогошумаразработаныновые компоновочные схемы автомобилей, обтекатели на грузовых автомобилях.

Повышению комфортности и других потребительских качеств автомобилей служит шумоизоляция салона и кабины водителя с применением современныхсинтетическихматериалов. Этойжецели служатнаносимыенаднищеибоковыепанеликузова, двери, панели моторногоотсекавибропоглощающиеипротивокоррозионныепасты.

Шумовое воздействие автомобильного транспорта во многом определяетсяпрофилемдорогиитипомпокрытия. Наименьшийшум регистрируется при движении по асфальтобетону. Другие виды покрытийвызываютприростшума, особеннонабольшихскоростях движения. Ведутся работы по совершенствованию технологии строительства, ремонтаисодержанияавтодорог.

На железнодорожном транспорте к конструкторским мероприятиям относятся оборудование маневровых тепловозов глушителямишума, применениерезиновыхподрельсовыхпрокладок, переделка звеньевого пути на бесстыковой, совершенствование тормозныхустройств, уменьшениемассыподвижногосоставаидр.

Наморскомиречномтранспортемерыпоснижению шумового воздействиянаправленыназащитупассажировикомандысудна. Сэтой целью внутренняя планировка составляется с учетом требования максимальновозможногоудалениякаютисалоновотисточниковшума - гребныхвинтов, машинногоотделенияидр. Осуществляетсязвуко- и виброизоляцияпомещений.

На воздушном транспортедлясниженияшумаотдвигателей летательных аппаратов применяют конструкторскиемеры, которые реализуютсякакнастадиипроектированиягазодинамическоготракта, такиприизготовленииузловидеталейдвигателявцелом. Этимеры, обеспечивая определенный эффект снижения шума, приводят к повышениюрасходатопливаиувеличениювыбросавредныхвеществ.

191

Своевременноетехническоеобслуживаниетранспортныхсредств

способствуетподдержаниюдеталейконструкцийнетольковисправном состоянии, ноиназаданномуровнешума. Наиболеепростойспособ сниженияшумовоговоздействиярассредоточениеисточниковшума потерриторииаэропортаиихмаксимальновозможноеудалениеотмест пребывания людей, технологически не связанных с выполнением необходимыхработ.

Таким образом, ТДК вноситопределяющийвкладвзагрязнение атмосферного воздуха России. Особенно существеннаего доляпо выбросам оксида углерода и углеводородов (3/4 общероссийского объема). ВкладТДКвзагрязнениеводныхобъектовнезначителен.

ГЛАВА8 ЭНЕРГЕТИКА

Бытовыеипроизводственныеэнергопотребностиудовлетворяются следующимивидамиэнергии:

тепловой (технологические процессы, отопление, кондиционированиевоздуха),

электрической(приводмашин, электроаппаратуры, освещение),

электромагнитной(радиосвязь, телефоннаясвязь, телевидение, приборы).

Электрическая энергия, наиболее универсальная, обеспечивает потребность в электромагнитной и в значительном количестве в тепловойэнергии. Внастоящеевремябольшаячастьэнергопотребления покрывается за счет непосредственного сжигания органического топливавпечах. Дляобъективноговыбораприоритетатогоилииного видаэлектростанций(тепловых, атомныхилигидроэлектростанций) для

конкретнойтерриториистранысовершеннонеобходимоиметьчеткое представление о экологическом воздействии каждой из них на окружающую среду как конкретного «малого» региона, где они непосредственнорасположены, такидальнихсоседнихрегионов.

8.1. Тепловыеэлектростанции

Предприятия, вырабатывающиеэлектроэнергию набазесжигания органического топлива, называются тепловыми электростанциями

(ТЭС).

192

При сжигании топлива химическая энергия превращается в тепловую энергию пара, котораязатемвпаровойтурбинепереходитв механическуюэнергию, атурбогенераторделаетееужеэлектрической.

ТепловойКПД обычнойТЭС весьманизкийисоставляет37-39 %. Почти2/3 тепловойэнергиииостатковбывшеготопливавбуквальном смыслевылетаютвтрубу, наносявредокружающейсреде.

Предприятия, вырабатывающиекакэлектрическую, такитепловую энергию, называютсятеплоэлектроцентралями(ТЭЦ). Электрическая энергияТЭЦподаетсявэлектросеть, атепловая– втеплопроводы. На производство электроэнергии тепловыми электростанциями расходуетсяменеечетвертивсехдобываемыхгорючихископаемых, остальнаячастьрасходуетсявосновномнаполучениепромышленнойи бытовойтепловойэнергии.

Присжиганииорганическоготопливавтопкахпромышленныхи коммунальных котлоагрегатах и теплогенераторах производится тепловаяэнергия: водянойпарили горячаяводанаотоплениеили горячееводоснабжение.

8.1.1. Выбросызагрязняющихвеществ

Тепловые электростанции и теплоэлектроцентрали, вырабатывающиеэлектрическуюитепловуюэнергиюнабазесжигания органическихвидовтоплива, оказываютзначительноеотрицательное воздействие на окружающую среду. С дымовыми газами электростанцийввоздушныйбассейнвыбрасываетсябольшоечисло твердыхигазообразныхзагрязняющихвеществ, средикоторыхтакие вредныевеществакакзола, оксиды углерода, серы иазота. Помимо этоговвоздушныйбассейнпопадаетогромноеколичестводиоксида углерода и водяных паров. При сжигании твердого, жидкого и газообразноготопливавсяегомассапревращаетсявотходы, причем количество продуктов сгорания в несколько разпревышает массу использованного топлива за счет включения азота и кислорода (количествоотходовв5 разбольшемассы исходноготопливапри сжиганиигаза, в4 разабольшеприсжиганииугля).

Существенноевлияниенасоставобразующихсявредныхвеществ присжиганиитопливаоказываютеговидирежимгорения.

Влияниевидатоплива

На тепловых электростанциях используетсятвердое, жидкоеи газообразноетопливо.

193

Твердоетопливо

Вкачестветвердоготопливавтеплоэнергетикеиспользуютугли (бурые, каменные, антрацитовыйштыб), горючиесланцыиторф.

Горючаячастьтопливавключаеторганическую, состоящую из углерода, водорода, кислорода, органическойсеры, инеорганическую части(всоставгорючейчаститопливарядаместорожденийвходит пиритнаясераFeS2).

Негорючая(минеральная) частьтопливасостоитизвлагиизолы. Основная часть минеральной составляющей топливапереходит в процессесжиганиявлетучую золу, уносимую дымовыми газами. Другая частьвзависимости отконструкции топки и физических особенностей минеральной составляющей топлива может превращатьсявшлак.

Зольностьотечественныхуглейколеблетсявширокихпределах (10-55 %). Соответственноизменяетсяизапыленностьдымовыхгазов,

3

достигаядлявысокозольныхуглей60-70 г/м.

Химический состав золы твердого топлива достаточно разнообразен. Обычнозоласостоитизоксидовкремния, алюминия,

титана, калия, натрия, железа, кальция, магния. Кальцийвзолеможет присутствоватьввидесвободногооксида, атакжевсоставесиликатов, сульфатов и других соединений. Более детальные анализы минеральнойчаститвердыхтопливпоказывают, чтовзолевнебольших количествахмогутбытьидругиеэлементы, например, германий, бор,

мышьяк, ванадий, марганец, цинк, уран, серебро, ртуть, фтор, хлор.

Микропримесиперечисленныхэлементовраспределяютсявразличных (поразмерамчастиц) фракцияхлетучейзолынеравномерно, иобычно ихсодержаниеувеличиваетсясуменьшениемразмеровэтихчастиц. В составе золы твердых видов топлива могут присутствовать

радиоактивные изотопы калия, урана и бария. Эти выбросы практическиневлияютнарадиационную обстановкуврайонеТЭС, хотяихобщееколичествоможетпревышатьвыбросы радиоактивных аэрозолейнаАЭСтойжемощности.

Твердое топливо может содержать серу в составе молекул органическойчаститоплива, ввидепиритнойсерыиввидесульфатовв минеральной части. Соединения серы в результате горения превращаютсявоксидысеры, причемоколо99 % составляетсернистый ангидридSO2. Сернистостьуглей взависимости отместорождения составляет 0,3-6,0 %. Наибольшую сернистость имеют топлива европейскойчасти, сибирскиеуглиимеютнебольшоесодержаниесеры.

Сернистостьгорючихсланцевдостигает1,4-1,7 %, торфа– 0,1 %.

194

Жидкоетопливо

Вкачествежидкоготопливавтеплоэнергетикеприменяютсямазут, сланцевоемасло, дизельноетопливо.

Всоставзолымазутавходятпентаоксидванадия(V О), атакже

2 5

Ni O , А1 О, Fe O , SiO , МgО идругиеоксиды. Зольностьмазутане

2 3 2 3 2 3 2

превышает0,3 %. Приполномегосгораниисодержаниетвердыхчастиц

3

вдымовыхгазахсоставляетоколо0,1 г/м, однакоэтозначениерезко возрастаетвпериодочисткиповерхностейнагревакотловотнаружных отложений.

Вжидкомтопливеотсутствуетпиритнаясера(FeS2). Серавмазуте находится преимущественно в виде органических соединений, элементарной серы и сероводорода. Ее содержание зависит от сернистостинефти, изкоторойонполучен. В мазуте, сжигаемом в котельныхинаТЭЦ, содержитсямногосернистыхсоединений. При переработкевысокосернистойнефтитолько5-15 % серыпереходитв дистилляционныепродукты, остальнаячастьсеры остаетсявмазуте, сжигание которого в больших количествах на установках нефтеперерабатывающих заводов и крупных ТЭЦ, расположенных вблизи них, связано с большой концентрацией оксидов серы в отходящихдымовыхгазах.

Газообразное топливо представляет собой наиболее «чистое» органическоетопливо, таккакприегополномсгоранииизтоксичных веществобразуютсятолькооксиды азота. Принеполномсгораниив выбросахприсутствуетиоксидуглерода(СО).

ТЭСнаприродномгазеэкологическичищеугольных, мазутныхи сланцевых, но нельзязабыватьо вреде, который наноситприроде добычагазаипрокладкатысячекилометровыхтрубопроводов, особенно всеверныхрайонахстраны, гдесосредоточены месторождениягаза (ущербтайге, тундре, оленеводству).

Влияниережимагорения

Присжиганииорганическоготопливаразличают4 режимагорения:

нейтральное(стехиометрическоеилиполноесгораниетоплива прикоэффициентеизбыткавоздуха =1),

окислительное (полное сгорание при небольшом избытке воздуха >1),

восстановительное(неполноесгораниепринедостаткевоздуха

<1),

смешанное(окислительно-восстановительное, характерноедля

195

горения твердого топлива при неравномерном взаимодействии поверхностейегочастицсвоздухом, когда >1).

Перечисленныефакторывлияютнавыбросвсехвредныхвеществ, содержащихсявдымовыхгазах– золы, оксидовазота, углерода, серы, оксидовванадия.

Объемы вредныхвыбросовТЭСватмосферудляпримераможнохарактеризоватьданными материальногобалансаугольнойТЭС мощностью 2400 МВт, работающейнауглетипадонецкого антрацитовогоштыба. НатакойТЭСвчассжигаетсядо1060 тугля(калорийностью порядка22,7 МДж/кг, зольностью 23 %, сернистостью 1,7 %), изтопоккотловудаляется34,5 т/чшлакаииз бункеровэлектрофильтров(очищающихдымовыегазыотзолына99 %) - 193,5 т/чуловленнойзолы. Уловленнаязолаишлаквколичестве228 т/чпопадаютвзолоотвалэлектростанции, засоряяи загромождаяогромныетерритории. Приэтом часовойвыбросдымовыхгазовсоставляетоколо8

3

млн. м, содержащих2350 туглекислогогаза, 251 тводяныхпаров, 34 тсернистогоангидрида, 9,3 т оксидовазота, 2 тлетучейзолы(пристепениочистки золоуловителем99 %).

Диоксид углерода и пары воды – основныепо массе отходы производства – поступаютв атмосферу, включаютсяв природные циклы и поглощаются растительностью в процессе синтеза органическихсоединенийирегенерациикислорода. Вэтомкачествеэти отходы нельзяпризнатьвредными. Однакомасштабы использования органическоготопливаисоответственновыбросадиоксидауглеродапо некоторым оценкам превышают регенерационные возможности растительногомира. Врезультатенаблюдаетсявозрастаниеватмосфере удельноговесадиоксидауглерода, влияниекотороговыражаетсяне только в токсическом действии на живые организмы, но и в способностипоглощатьинфракрасныелучи.

Зола, оксидысеры, азотаимногиедругиекомпонентыдымовых газов являются вредными веществами, превышение концентрации которых над санитарными нормами в воздушном бассейне недопустимо.

Количество твердых веществ, выбрасываемых в атмосферу, определяетсязольностью топлива, полнотойсгораниягорючеймассы, глубинойзолоочистки.

При горении сера, присутствующая в органическом топливе, превращается в диоксид серы, количество которого определяется сернистостьюиспользуемоготоплива.

Оксиды азотаобразуютсяпригорениизасчетокисленияазота воздухатолькопривысокихтемпературахизасчетазотасложных органическихсоединений, находящихсявтопливе. В оксидазота(II)

NO переходит10-30 % топливногоазота. Навыходеиздымовойтрубы диоксидазота(NO2) составляет10-15 %, остальные85-90 % составляет восновном NO. Далеепридвижениидымовогофакелаватмосфере количестводиоксидаазотаувеличиваетсядо60-70 %. Диоксидазота

196

токсичнее, чемоксид.

о

Врезультатесложныхреакцийвдиапазонетемператур700-800 С принедостаточномколичествекислорода, подаваемоговзонугорения, вдымовыхгазахобразуетсяполициклическийуглеводородбенз(а)пирен

С Н , обладающий канцерогенными свойствами. Агрегатное

20 16

состояниебенз(а)пиренавдымовыхгазах– аэрозольное.

При неполном сгорании жидкого топлива в дымовых газах образуются крупнодисперсные липучие частицы сажи, состоящие преимущественно из углерода. Сажа способна адсорбировать бенз(а)пирен, врезультатечегоеечастицыприобретаютканцерогенные свойства.

К вредным воздействиям ТЭС следует отнести и выбросы теплоты, приводящиектепловомузагрязнению окружающейсреды. ЭнергетическийбалансугольнойТЭСскладываетсятакимобразом, что потребителю отдается только 30-35 % энергии, полученной при сжигании топлива. Примерно10 % теплоты уходитватмосферус дымовыми газами, аболее50 % отводитсявпроцессеохлаждения конденсаторовтурбинлибоводой, забираемойизрекиливодоемов, либо в градирнях. Происходящее при этом тепловое загрязнение водоемов при недостаточности защитных мер способно нарушить условияобитанияводной флоры и фауны, привести к развитию в водоемахнежелательныхбиологическихпроцессов(разрастаниюсинезеленыхводорослейит. п.). ТепловыевыбросыТЭСвоздействуютна окружающуюсреду, меняямикроклиматврайонеееразмещения, апри большой мощности ТЭС могут привести также к изменению циркуляциивоздушныхмасс, ихтемпературыивлажности.

Такимобразом, участиеэнергетическихпредприятий, сжигающих органическоетопливо, взагрязненииокружающейсредыпродуктами сгорания, твердымиотходамиинизкопотенциальным теплом весьма значительно.

8.1.2. Охранаатмосферноговоздуха

Дляснижениявредного воздействияэнергетики навоздушный бассейнможетбытьиспользованокакминимумтрипути:

уменьшениеколичестваиулучшениекачестваорганического топлива, сжигаемогодляпроизводстваэлектроэнергииитеплоты;

подавлениеобразованияиулавливаниевредныхкомпонентов дымовых газов и, следовательно, сокращение выбросов электростанциямивредныхвеществватмосферу;

уменьшениеконцентрациивредныхвеществвприземномслое

197

атмосферы в результате рассеивания выбросов высокими трубами электростанций, более рационального их размещения, усиления контроля за выбросами и экологическое управление режимами энергетическихпредприятий.

Уменьшение количества и улучшение качества сжигаемого топлива

Глобальным направлением вэтой области являетсяповышение коэффициента полезного действия (КПД) электростанций и соответствующегосниженияудельныхрасходовтоплива. Дляусиления этогопроцессанеобходимонетолькосовершенствоватьоборудование, но и интенсифицировать демонтаж и реконструкцию устаревшего оборудования, долякотороговэнергосистемахстраныскаждымгодом увеличивается.

ОсновноенаправлениевповышенииКПД топливоиспользования на электростанциях в настоящее время связывается с развитием парогазовыхустановок(ПГУ). ДостигнутыйвнастоящеевремяКПД тепловых электростанций находится на уровне, близком к 40 %.

Отечественныеизарубежныеоценкипоказывают, чтоприсжигании природного газаКПД ПГУ можетбытьдоведен до 50-56 %, т. е. экономия топлива и соответственно снижение выбросов при использовании таких установок могут составить 27,5-40 % по сравнениюсобычнымиТЭС.

Важнымприродоохранным мероприятиемявляетсяиповышение качества используемого топлива. С позиций охраны воздушного бассейнапреимуществаимеюттевиды топлива, которыесодержат меньшенежелательныхпримесей, впервуюочередьзолы, серыиазота.

Наиболеечистыморганическимтопливомявляетсяприродныйгаз. При егосжигании невыделяютсятвердыечастицы и практически отсутствуют выбросы сернистых соединений. В связи с этим переориентация газомазутных электростанций на сжигание преимущественно природного газа и сокращение доли высокосернистогомазута(содержаниесерыдо3,5 %) можетпривестик такомужерезультату, какустановканаэлектростанциях, сжигающих высокосернистыетоплива, дорогостоящихсероочистныхсооружений.

ДлямазутныхТЭС наиболеецелесообразным путем сокращения выбросовдиоксидасерыявляетсяоблагораживаниетопливавпроцессе егопроизводствананефтеперерабатывающихзаводахсоснижением содержаниясерыдо1 % именее. Приэтомзатратыоказываютсяв1,3-2 раза ниже, чем при установке на электростанциях сероочистных

198

сооружений с одновременным упрощением эксплуатации электростанций.

Дополнительного уменьшения выбросов оксидов серы можно достичь повышением доли использования малосернистых твердых топлив. С экологической точки зрения важное значение имеют

обогащение и переработка твердого топлива, повышающие его качества, втом числеснижающиесодержаниевнем золы исеры. Расчетыпоказывают, чтоприснижениизольности1 млн. тугляна1 % можносократитьвыбросзолы примернона10 тыс. т. Зарубежом, особенно в США и ФРГ, осуществляются газификация твердого топливаиполучениенаэтойбазетранспортабельногогазообразного топлива с высокой удельной теплотой сгорания. Получение энергетическогогазаизтвердоготопливапредставляетинтересидля нашейстраны, например, всвязисосвоениемместорожденийбурых углейКанско-Ачинскогобассейна.

Методы подавления и улавливания вредных компонентов дымовыхгазовнаэлектростанциях

Дляохраны воздушного бассейнанаиболееважными являются мероприятия, сокращающие выбросы с дымовыми газами электростанцийтвердыхчастиц(золы), оксидовсерыиазота.

Методыборьбысвыбросамитвердыхчастиц

Количествотвердыхчастиц золы инедожогатоплива(твердые частицы несгоревшего топлива), образующихся втопках котлов и уносимыхизтопкидымовымигазами, пропорциональноколичеству сжигаемоготоплива, егозольностиистепенишлакоулавливания.

Количество летучей золы, выбрасываемой в атмосферу энергетическимиустановками, определяетсястепенью очисткигазовв золоуловителях. Дляочисткивыбросовиспользуютсяэлектрофильтры, мокрыеинерционные, сухиеинерционныезолоуловители.

Наиболеедешевымокрыезолоуловители. Имиоснащенаполовина электростанций страны. Такие аппараты относительно компактны, работают устойчиво, обеспечивая степень очистки газов 95-97 %. Основныетрудностиэксплуатацииэтихаппаратовсвязаны сизносом футеровки, атакжесобеспечениемнадлежащегокачестваорошающей воды.

Наиболеенадежны иудобны вэксплуатациисухиеинерционные золоуловители. Однако область их применения ограничивается сравнительнонизкойэффективностью.

199

Широко используются для очистки выбросов ТЭС электрофильтры. Степеньочисткивыбросоввэлектрофильтрахможет бытьдоведенадо9999,5 %.

Несмотрянато, что методы обеспыливаниядымовых газовв настоящее время наиболее разработаны, действующие и вновь устанавливаемые аппараты очистки во многих случаях не удовлетворяютпредъявляемымкнимтребованиям. Внастоящеевремя средняяпостранеэффективностьзолоочисткинаходитсянауровне95 %. При этом следует отметить, что большинство применяемых золоуловителей избирательно улавливают относительно крупные фракциизолы, тогдакакименновмелкихфракцияхконцентрируются тяжелыеметаллыидругиетоксичныекомпоненты. Установлено, чтопо дисперсномусоставузолавизвестноймерекопируетугольнуюпыль, и поэтомустепеньпомолауглянепосредственновлияетнаочисткугаза, таккаккрупнаязолалучшеулавливается. Такимобразом, уженаэтапе топливоподготовки можно предусматривать мероприятия, обеспечивающиеснижениевыбросазолы.

При сжигании мазутадополнительно ствердыми частицами в атмосферу выделяется сажа, которая является носителем кислых примесей и канцерогенов. Поэтому, несмотря на сравнительно небольшое количество выбрасываемой золы, на электростанциях, работающих намазуте, необходимоприменениезолоулавливающих установокспециальныхтипов. Зарубежомдляэтихцелейиспользуются электрофильтры, сухие инерционные аппараты, скрубберы мокрой очисткиитканевыефильтрысостепеньюулавливаниятвердыхчастиц 80-99 %. Дляотечественныхмазутныхкотловимеютсяспециальные золоулавливающиеустановки(батарейныециклоны, электрофильтры)

о

дляочисткидымовыхгазовпривысокихтемпературах(350-400 С). Тепловые электростанции, работающие на твердом топливе,

складируютсвоизолошлаковыеотходы наспециальнопостроенных золоотвалах, которые представляют определенную опасность для окружающейприроднойсреды, посколькузагрязняютвоздух, почву, грунтовыеводывсвязиспылениемиинфильтрацией.

Существуют различные способы пылеподавления золоотвалов. Наиболее распространенным является увлажнение их поверхности (дождевание), поддержаниев секциях золоотваловболеевысокого уровняводы путемподачивнихосветленнойводы. В техслучаях, когдаобводнениезолоотваланевозможно, егозасыпаютпривозным грунтомизасеваюттравой.

Важным природоохранным мероприятием, приносящим существенный экономический эффект, является утилизация

200