Разработка и внедрение эффективных способов и оборудования для защиты воздушного бассейна от выбросов промышленных предприятий и автотр

1.ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА

1. Экологические проблемы загрязнения воздуха в мире и Казахстане.

 

Экологические проблемы и развитые страны

 

Осознание экологической  проблемы привело к экологизации экономического развития в промышленно  развитых странах.

Во-первых, это выразилось в том, что затраты государства и монополий на охрану окружающей среды резко возросли.

Во-вторых, налажено производство очистной техники - возникли "экоиндустрия", "экобизнес" - международный рынок  экологически чистого оборудования и экологически чистой продукции.

В-третьих, была сформирована система законов и организаций  по защите среды (соответствующие министерства и ведомства). Были разработаны программы  экологического развития отдельных стран и регионов.

В-четвертых, усилилась  международная координация в области охраны окружающей среды.

 

Экологические проблемы и развивающиеся страны

 

Центр тяжести глобальных проблем современности все более  перемещается в мир развивающихся  стран.

Здесь усиливается и  экологическое давление, так как  наряду с "доиндустриальным" загрязнением все больше проявляется и новое, связанное с вторжением транснациональных корпораций (ТНК), с "экспортом" загрязняющих производств в "третий мир".

"Доиндустриальная" деградация - это прежде всего  опустынивание (итог антропогенных и естественных факторов: чрезмерного выпаса скота и вырубки редких деревьев и кустарников, нарушение почвенного покрова и так далее при хрупких, легко разрушающихся экосистемах аридных районов) и массовая вырубка лесов.

Современное "индустриальное" загрязнение в развивающихся странах обуславливается переводом многих загрязняющих производств в "третий мир", прежде всего - строительством металлургических и химических заводов. Концентрация населения в крупнейших агломерациях растет.

"Новое" загрязнение  в развивающихся странах определяется и химизацией сельского хозяйства.

Итак, все новые модели экологического развития, все новинки  технологии - пока удел развитого мира, на который приходится около 20 % населения  Земли.

 

Энергетическая  проблема

 

Как мы уже видели, она теснейшим образом связана с экологической проблемой. От разумного развития энергетики Земли в сильнейшей степени зависит и экологическое благополучие, ибо половина всех газов, обуславливающих "парниковый эффект", создается в энергетике.

Топливно-энергетический баланс планеты складывается в основном из "загрязнителей" – нефти (40,3 %), угля (31,2 %), газа (23,7 %). В сумме на них приходится подавляющая часть использования энергоресурсов – 95,2 %. "Чистые" виды – гидроэнергия и атомная энергия – дают в сумме менее 5 %, а на самые "мягкие" (не загрязняющие атмосферу) – ветровую, солнечную, геотермическую – приходятся доли процента.

Понятно, что глобальная задача заключается в увеличении доли "чистых" и особенно "мягких" видов энергии. Сначала рассмотрим возможность увеличения доли "мягких" видов энергии.

В ближайшие годы "мягкие" виды энергии не смогут существенно  изменить топливно-энергетический баланс Земли. Пройдет некоторое время, пока их экономические показатели станут близкими к "традиционным" видам энергии. Кроме того, их экологическая емкость измеряется не только снижением выбросов СО2, есть и другие факторы, в частности отчужденная для их развития территория.

Кроме гигантской площади, которая необходима для развития солнечной и ветровой энергии, надо учитывать и то, что их экологическая "чистота" берется без учета металла, стекла и других материалов, необходимых для создания таких "чистых" установок, да еще в огромном количестве.

Условно "чистой" является и гидроэнергетика, что видно  хотя бы из показателей таблицы – больших потерь площади затопления в поймах рек, которые обычно являются ценными сельскохозяйственными землями. Гидростанции ныне дают 17 % всей электроэнергии в развитых странах и 31 % - в развивающихся, где в последние годы построены крупнейшие в мире ГЭС.

Однако, кроме больших  отчуждаемых площадей, развитие гидроэнергетики  тормозилось тем, что удельные капиталовложения здесь в 2 - 3 раза выше, чем при  сооружении станций АЭС. Кроме того, период строительства ГЭС гораздо  дольше, чем тепловых станций. По всем этим причинам гидроэнергетика не может обеспечить быстрого снижения давления на окружающую среду.

Видимо, в этих условиях только атомная энергетика может  быть выходом, способна резко и в  довольно короткие сроки ослабить "парниковый эффект".

Замена угля, нефти  и газа атомной энергетикой уже  дала некоторые снижения выбросов СО2 и других "парниковых газов". Если бы те 16 % мирового производства электроэнергии, которые дают сейчас АЭС, производили  угольные ТЭС, даже оборудованные самыми современными газоочистителями, то в атмосферу поступило бы дополнительно 1,6 миллиардов тонн углекислого газа, 1 миллион тонн окислов азота, 2 миллиона тонн окислов серы и 150 тысяч тонн тяжелых металлов(свинец, мышьяк, ртуть).

Сырьевая проблема. Вопросы обеспечения сырьем и энергией – важнейшая и многоплановая глобальная проблема. Важнейшая потому, что и  в век НТР полезные ископаемые остаются первоосновой почти для всего остального хозяйства, а топливо – его кровеносной системой. Многоплановая потому, что здесь сплетается воедино целый узел "подпроблем":

-    обеспеченность ресурсами в глобальном и региональном масштабах;

-   экономические аспекты проблемы (удорожание добычи, колебания мировых цен на сырье и топливо, зависимость от импорта);

-    геополитические аспекты проблемы (борьба за источники сырья и топлива;

- экологические аспекты проблемы (ущерб от самой горнодобывающей промышленности, вопросы энергоснабжения, регенерация сырья, выбор стратегий энергетики и так далее).

Масштабы использования  ресурсов резко возросли в последние десятилетия. Только с 1950 года объем добычи полезных ископаемых увеличился в 3 раза, ¾ всех добытых в ХХ веке полезных ископаемых добыто после 1960 года 
Одним из ключевых вопросов любых глобальных моделей стало обеспечение ресурсами и энергией. А ресурсами стало многое из того, что еще недавно считалось бесконечным, неисчерпаемым и "бесплатным" - территория, вода, кислород…

 

2. Состояние воздушного бассейна

 

Для большинства крупных городов  характерно чрезвычайно сильное  и интенсивное загрязнение атмосферы. По большинству загрязняющих агентов, а их в городе насчитывается сотни, можно с уверенностью сказать, что они, как правило, превышают предельно допустимые концентрации. Более того, поскольку в городе наблюдается одновременное воздействие множества загрязняющих агентов, их совместное действие может оказаться еще более значительным. Широко распространено мнение о том, что с увеличением размеров города возрастает и концентрация различных загрязняющих веществ в его атмосфере, однако в действительности, если рассчитывать среднюю концентрацию загрязнений на всю территорию города, то в многофункциональных городах с населением более 100 тыс. человек она находится примерно на одном и том же уровне и с увеличением размеров города практически не возрастает. Это объясняется тем, что одновременно с увеличением объемов выбросов, возрастающих пропорционально росту численности населения, расширяется и площадь городской застройки, которая и выравнивает средние концентрации загрязнения в атмосфере.

Существенной особенностью крупных городов с населением более 500 тыс. человек является то, что  с увеличением территории города и численности его жителей  в них неуклонно возрастает дифференциация концентраций загрязнения в различных районах. Наряду с невысокими уровнями концентрации загрязнения в периферийных районах, она резко увеличивается в зонах крупных промышленных предприятий и, в особенности в центральных районах. В последних, несмотря на отсутствие в них крупных промышленных предприятий, как правило, всегда наблюдаются повышенные концентрации загрязнителей атмосферы. Это вызывается как тем, что в этих районах наблюдается интенсивное движение автотранспорта, так и тем, что в центральных районах атмосферный воздух обычно на несколько градусов выше, чем в периферийных, – это приводит к появлению над центрами городов восходящих воздушных потоков, засасывающих загрязненный воздух из промышленных районов, расположенных на ближней периферии. При анализе процессов загрязнения атмосферы городов весьма существенно различие между загрязнениями, производимыми стационарными и мобильными источниками. Как правило, с увеличением размера города доля мобильных источников загрязнения (в основном автотранспорта) в общем загрязнении атмосферы возрастает, достигая 60 и даже 70%. Существующие соотношения между стационарными и мобильными источниками загрязнения атмосферного воздуха в значительной мере определяют его характер. Рассмотрим вначале основные стационарные источники выбросов в атмосферу. От 60% до 96% эмиссии вредных веществ приходится на производство энергии.

Конечно, по сравнению  с энергетикой глобальное загрязнение  посредством химической промышленности невелико, но это тоже достаточно ощутимое локальное  воздействие. Большинство органических полупродуктов и конечная продукция, применяемая или производимая в отраслях химической промышленности, изготавливается из ограниченного числа основных продуктов нефтехимии. При переработке сырой нефти или природного газа на различных стадиях процесса, например, перегонке, каталитическом крекинге, удалении серы и алкилировании, возникают как газообразные, так и растворенные в воде и сбрасываемые в канализацию отходы. К ним относятся остатки и отходы технологических процессов, не поддающиеся дальнейшей переработке.

Газообразные выбросы  установок перегонки и крекинга при переработке нефти в основном содержат углеводороды, моноксид углерода, сероводород, аммиак и оксиды азота. Та часть этих веществ, которую удается  собрать в газоуловителях перед  выходом в атмосферу, сжигается в факелах, в результате чего появляются продукты сгорания углеводородов, моноксид углерода, оксиды азота и диоксид серы. При сжигании кислотных продуктов алкилирования образуется фтороводород, поступающий в атмосферу.

Также имеют место  неконтролируемые эмиссии, вызванные различными утечками, недостатками в обслуживании оборудования, нарушениями технологического процесса, авариями, а также испарением газообразных веществ из технологической системы водоснабжения и из сточных вод. Из всех видов химических производств наибольшее загрязнение дают те, где изготавливаются или используются лаки и краски. Это связано с тем, что лаки и краски часто изготавливают на основе алкидных и иных полимерных материалов, а также нитролаков, обычно они содержат большой процент растворителя. Выбросы антропогенных органических веществ в производствах, связанных с применением лаков и красок составляет 350 тыс. т в год, остальные производства химической промышленности в целом выделяют 170 тыс. т год. В отличие от стационарных источников загрязнение воздушного бассейна автотранспортом происходит на небольшой высоте и практически всегда имеет локальный характер. Так, концентрации загрязнений, производимых автомобильным транспортом, быстро уменьшаются по мере отдаления от транспортной магистрали, а при наличии достаточно высоких преград (например, в закрытых дворах домов) могут снижаться более чем в 10 раз. В целом выбросы автотранспорта значительно более токсичны, чем выбросы, производимые стационарными источниками. Наряду с угарным газом, окислами азота и сажей (у дизельных автомашин) работающий автомобиль выделяет в окружающую среду более 200 веществ и соединений, обладающих токсическим действием. Среди них следует выделить соединения тяжелых металлов и некоторые углеводороды, особенно бензапирен, обладающий выраженным канцерогенным эффектом. Несомненно, что в ближайшем будущем загрязнение воздушного бассейна городов автомобильным транспортом будет представлять наибольшую опасность. Это объясняется главным образом тем, что в настоящее время еще не существует кардинальных решений данной проблемы, хотя нет недостатка в отдельных технических проектах и рекомендациях. Кратко охарактеризуем основные направления решения проблемы уменьшения загрязнения окружающей среды автотранспортом.

 

1.3 Транспорт  как источник загрязнения атмосферы

 

Загрязнение воздушного бассейна является ключевым фактором, оказывающим негативное воздействие  на состояние природной среды  города. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) от 40 до 50% заболеваний человека в наше время могут быть связаны с изменением окружающей среды и, в первую очередь, с загрязнением атмосферы.

В настоящее время  автомобильный транспорт (АТ) является одним из основных источников выброса  вредных веществ в атмосферу, поэтому их негативное воздействие на окружающую природу и здоровье людей достигло значительных масштабов.

Например, в США доля автомобильного транспорта в загрязнении  окружающей среды составляет более 60 %, в Англии – 34 %, во Франции – 32%. В России, например, в Санкт-Петербурге, автотранспорт вносит   основной   вклад  в загрязнение атмосферы.  С  учетом индивидуального  автотранспорта,  валовой выброс загрязняющих веществ в целом по городу составил в 2000 году 77% из них: оксида углерода - 95,7%, двуокиси азота - 39,6%,  летучих органических соединений -  79,3%.

Основными факторами, влияющими  на   загрязнение   атмосферного   воздуха    выбросами    от автотранспорта, являются   значительный   рост   автомобильного  парка и   увеличение   объемов   международных автоперевозок, медленное   развитие   транспортной   инфраструктуры,   недостатки   в организации   движения,   отставание   эксплуатационной  базы,  низкие экологические  характеристики  производимых  в   стране   автомобилей, несоответствие  качества  используемого  моторного топлива современным требованиям. Усугубляет экологическую обстановку в стране и отсутствие комплексности в решении проблемы,  устаревшая нормативно-правовая база в производстве    и    эксплуатации     автомобильного     транспорта, неэффективность     административных    и    экономических    мер. 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. Автомобиль является низким источником,  то  есть выбросы загрязняющих веществ производятся на уровне дыхания человека, что способствует быстрому проникновению их в органы  дыхания и усугубляет,  тем самым,  их вредное воздействие на организм человека.