Автотранспорт и теплоэнергетика как источник загрязнения атмосферы

К перспективным направлениям оценки состояния приземной атмосферы  крупных промышленно – урбанизированных территорий относится многоканальное дистанционное зондирование. Преимущество этого метода заключается в способности  быстро, неоднократно и в «одном ключе» охарактеризовать большие площади. К настоящему времени разработаны  способы оценки содержания в атмосфере  аэрозолей. Развитие научно-технического прогресса позволяет надеяться  на выработку таких способов и  в отношении других загрязняющих веществ.

Прогноз состояния приземной  атмосферы осуществляется по комплексным  данным. К ним прежде всего относятся  результаты мониторинговых наблюдений, закономерности миграции и трансформации  загрязняющих веществ в атмосфере, особенности антропогенных и природных процессов загрязнения воздушного бассейна изучаемой территории, влияние метеопараметров, рельефа и других факторов на распределение загрязнителей в окружающей среде. Для этого в отношении конкретного региона разрабатываются эвристичные модели изменения приземной атмосферы во времени и пространстве. Наибольшие успехи в решении этой сложной проблемы достигнуты для районов расположения АЭС. Конечный результат применения таких моделей – количественная оценка риска загрязнения воздуха и оценка его приемлемости с социально-экономической точки зрения.  

 

Химическое загрязнение  атмосферы

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии.

К основным загрязнителям  атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые  составляющие, способные оказывать  влияние на температурный режим  тропосферы: диоксид азота, галогенуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон.

Основной вклад в высокий  уровень загрязнения воздуха  вносят предприятия черной и цветной  металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых  городах и котельные.

Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают  в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают  в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и  мышьяка; химические и цементные  заводы. Вредные газы попадают в  воздух в результате сжигания топлива  для нужд промышленности, отопления  жилищ, работы транспорта, сжигания и  переработки бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители разделяют  на первичные, поступающие непосредственно  в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу  сернистый газ окисляется до серного  ангидрида, который взаимодействует  с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций  между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения  на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 170% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.

Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серо-содержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 85 процентов от общемирового выброса.

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой  влажности воздуха. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ан гидрида.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

д) Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие; азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики. стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке  его на сталь происходит выброс в  атмосферу различных тяжелых  металлов и ядовитых газов. Так, в  расчете на I т. предельного чугуна выделяется кроме 2,7 кг сернистого газа и 4,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и  редких металлов, смоляных веществ  и цианистого водорода.

Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22 – 25 млн. т. в год.

Загрязнение атмосферы  выбросами транспорта

Большую долю в загрязнении  атмосферы составляют выбросы вредных  веществ от автомобилей. Сейчас на Земле  эксплуатируется около 500 млн. автомобилей, а к 2000 г. ожидается увеличение их числа до 900 млн. В 1997 г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс. автомобилей на действующие  дороги.

В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения  атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26 – 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что  в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает  в атмосферу (кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших  углеводородов – 230 и твердых  веществ – 2 – 5. Кроме того, выбрасывается  много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

Наблюдения показали, что  в домах, расположенных рядом  с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3 – 4 раза чаще, чем  в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также  водоемы, почву и растения.

Токсичными выбросами  двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные  газы, пары топлива из карбюратора  и топливного бака. Основная доля токсичных  примесей поступает в атмосферу  с отработавшими газами ДВС. С  картерными газами и парами топлива  в атмосферу поступает приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в  составе отработавших газов, зависит  от общего технического состояния автомобилей  и, особенно, от двигателя – источника  наибольшего загрязнения. Так, при  нарушении регулировки карбюратора  выбросы оксида углерода увеличиваются  в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе  соединения свинца, вызывает загрязнение  атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине.

Исключить поступление высокотоксичных  соединений свинца в атмосферу можно  заменой этилированного бензина  неэтилированным.

Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные компоненты, как  оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах  сгорания существенно зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов  характерны для газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении  к аэропорту, заходе на посадку), тогда  как содержание оксидов азота  существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).

Суммарный выброс токсичных  веществ в атмосферу самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено  повышением расхода топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.

Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГГДУ оказывают  в аэропортах и зонах, примыкающих  к испытательным станциям. Сравнительные  данные о выбросах вредных веществ  в аэропортах подзывают, что поступления  от ГТДУ в приземной слой атмосферы  составляют, %: оксид углерода – 55, оксиды азота – 77, углеводороды – 93 и аэрозоль – 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

Загрязнение воздушной среды  транспортом с ракетными двигательными  установками происходит главным  образом при их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после  ремонта, при хранении и транспортировании  топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и  рекомбинации молекул. Количество продуктов  сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид  углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а  также твердые частицы Аl₂O₃ со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).

При старте ракетные двигатели  неблагоприятно воздействуют не только на приземной слой атмосферы, но и  на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов.

В связи с развитием  авиации и ракетной техники, а  также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства  существенно возрос общий выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих  в атмосферу от транспортных средств  всех типов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта

Оценка автомобилей  по токсичности выхлопов. Большое значение имеет повседневный контроль над автомашинами. Все автохозяйства обязаны следить за исправностью выпускаемых на линию машин. При хорошо работающем двигателе в выхлопных газах окиси углерода должно содержаться не более допустимой нормы.

Положением о Государственной  автомобильной инспекции на нее  возложен контроль за выполнением мероприятий  по охране окружающей среды от вредного влияния автомототранспорта.

В принятом стандарте на токсичность предусмотрено дальнейшее ужесточение нормы, хотя они и  сегодня в России жестче европейских: по окиси углерода—на 35%, по углеводородам—на 12%, по окислам азота—на 21%.

На заводах введены  контроль и регулирование автомобилей  по токсичности и дымности отработавших газов.

Системы управления городским транспортом. Разработаны новые системы регулирования уличного движения, которые сводят к минимуму возможность образования пробок, потому что, останавливаясь и потом набирая скорость, автомобиль выбрасывает в несколько раз больше вредных веществ, чем при равномерном движении.

Построены автомагистрали в  обход городов, которые приняли  весь поток транзитного транспорта, который раньше нескончаемой лентой тянулся по городским улицам. Резко  снизилась интенсивность движения, уменьшился шум, чище стал воздух.

В Москве создана автоматизированная система управления дорожным движением  «Старт». Благодаря совершенным  техническим средствам, математическим методам и вычислительной технике  она позволяет оптимально управлять  движением транспорта во всем городе и полностью освобождает человека от обязанностей непосредственного  регулирования автомобильных потоков. «Старт» на 20—25% сократит задержки транспорта у перекрестков, на 8—10% уменьшит количество дорожно-транспортных происшествий, улучшит санитарное состояние  городского воздуха, увеличит скорость сообщения общественного транспорта, снизит уровень шумов.