Экологические проблемы энергетики (стр. 2 )

Динамика воздействия ТЦ на окружающую среду

Выбросы	1990 г.	2000 г.	2010 г.
Выбросы кислотных газов и золы, млн. т	17,3	13,5…14,0	11…12
В том числе: ·  оксид серы ·  оксиды азота ·  зола	7,7 4,5 5,1	6,7…7,2 3,8…4,3 2,5…3,0	6,3…6,6 3,2…3,6 1,5…1,8

Техногенное воздействие ТЦ (или технологических процессов вообще, в самом широком смысле слова) на окружающую среду – это форма взаимосвязи технологических и природных ресурсов, т. е. такой процесс обмена продуктами комплексной жизнедеятельности человека (веществом и энергией) с природными компонентами, при котором происходят качественные и количественные изменения компонентов природной среды. При этом особую озабоченность вызывает такое воздействие на среду, при котором происходит превышение предельно допустимых нормативов воздействия.

В рамках техногенного воздействия различают также антропогенную деятельность человека – такой вид деятельности, при котором происходит изменение состава и режима атмосферы, рек, морей, океанов, а также почв при загрязнении их продуктами технологии и радиоактивными веществами. Другими словами – это такой вид деятельности, который приводит к нарушению состава экосистемы.

В этой связи одной из основных, загрязняемых действием ТЭС, сфер природы является атмосфера (внешняя газообразная оболочка земли с постоянно убывающей концентрацией газов до высоты 1100…1400 км). Состав сухого атмосферного воздуха у поверхности Земли представлен в табл.6.1.6.

Таблица 6.1.6

Состав сухого атмосферного воздуха

Газы атмосферы	Содержание, об.%	Газы атмосферы	Содержание, об.%
Азот, N2	78,09	Криптон, Kr	10-4
Кислород, O2	20,95	Водород, H2	5×10-5
Аргон, Ar	0,93	Полуоксид, N2O	5×10-5
Углекислота, CO2	0,03	Ксенон, Xe	8×10-6
Неон, Ne	8×10-3	Озон, O3	10-6
Гелий, He	5,24×10-3	Рений, Rn	6×10-18

Количество водяного пара колеблется от 0,1 до 2,8 об.% в зависимости от сезона, климата и погоды.

К особенностям, определяющим состав атмосферы, относятся ее активное влияние на биосферу, обменная связь с литосферой, односторонняя связь с мировым пространством (постоянный уход газов из атмосферы) и постоянные процессы внутреннего горизонтального и вертикального перемещения (ветры), кроме того, в атмосфере постоянно происходит неуправляемое перемещение воздуха, обусловленное турбулентностью атмосферы (атмосферная диффузия). Важным источником (поставщиком) газов служат вулканические извержения, процессы “дыхания Земли” (микрогазовые выделения, радиоактивный распад и др.). Живые организмы способствуют изменению состава атмосферы (например перерабатывают СО2 в О2). Все эти явления характеризуют естественный или природный состав атмосферы.

Важным составляющим элементом атмосферы является озонный экран (или озоносфера) – находящаяся на высоте 10…50 км атмосферная зона с максимальным количеством озона. Своему существованию обязана деятельности фотосинтезирующих растений (выделение кислорода) и действию на кислород ультрафиолетовых лучей: 3О2+285 кДж=2О3. Защищает все живое от губительного действия этих лучей.

Антропогенная деятельность человека оказывает существенное влияние на состав атмосферы, особенно в местах крупного сосредоточения промышленных объектов (в основном города с сильно развитой промышленной инфраструктурой) и транспорта. Здесь, в результате функционирования этих производств, выделяется большое количество СО, СО2, NOX, оксидов серы, формальдегидов, бенз(а)пирена, свинца и многих других (в зависимости от характера производства – практически все элементы таблицы Менделеева). При этом уровень вредных выбросов от антропогенной деятельности становится так велик, что приближается и превышает уровень глобальных естественных вредных компонентов, поступающих в атмосферу, табл.6.1.7.

Таблица 6.1.7

Соотношение между естественным и антропогенным происхождением

некоторых компонентов вредных веществ, поступающих в

атмосферу Земли

Компонент	Естественное происхождение, т/год	Антропогенное происхождение, т/год
	1970 г.	1995 г.	2000 г.	1970 г.	1995 г.	2000 г.
СО2	7×1010			1,5×1010
СО	-			2×108
Сернистый газ	1,42×108	100×107		1,03×108	65×107
NOX	1,4×109	30×107		6,5×107	25×107
Пыль	(0,77…1,2)×109				2×108

А соотношения между глобальными выбросами естественного и антропогенного происхождения наиболее токсичных веществ показывает на значительное превышение антропогенного уровня над естественным. Это наглядно видно из табл. 6.1.8.

Таблица 6.1.8

Соотношение между глобальным выбросом естественного

и антропогенного происхождения наиболее токсичных веществ

Вещество	Естественные выбросы, тыс. т/год	Антропогенные выбросы, тыс. т/год
		Всего	В том числе ТЭС
Мышьяк	7,8	23,66	0,55
Кадмий	0,83	6,71	0,06
Ртуть	25,47	12,55	0,7
Свинец	24,52	441,02	14,0

Роль предприятий различных отраслей промышленности нашей страны (в том числе и ТЭС) в загрязнении атмосферы представлена в табл. 6.1.9. Как видно из представленных данных основную роль в загрязнении атмосферы играют технологические процессы на базе органического топлива (ТЭС, металлургия, автомобильный транспорт) и составляют около? суммарных вредных выбросов промышленности. Доля выбросов отдельных отраслей непостоянна и зависит главным образом от двух факторов: с одной стороны, от темпов роста промышленного производства и с другой – от мер по снижению выбросов на действующих и строящихся предприятиях. Например, в последние годы имеет место не только абсолютный, но и относительный рост загрязнений атмосферного воздуха выхлопными газами автомобилей.

Таблица 6.1.9

Загрязнение атмосферы различными отраслями промышленности

Отрасль промышленности	Поступление вредных веществ в атмосферу, %
ТЭС и котельные	27
Черная металлургия	17
Цветная металлургия	10
Нефтедобыча и нефтехимия	16
Автомобильный транспорт	12
Промышленность строительных материалов	5
Угольная промышленность	2,5
Химическая промышленность	1,5
Прочие	9
Всего	100

Воздействие технологических процессов или техногенное воздействие на окружающую среду весьма разнообразно и по уровню распространения носит различный характер:

·  локальный (на расстоянии вокруг технологического объекта до нескольких единиц и десятков километров);

·  региональный (расстояние воздействия достигает сотен и тысяч километров);

·  глобальный (воздействие оценивается в масштабе полушария или земного шара).

В локальной зоне наблюдаются максимальные приземные концентрации, значения которых не должны превышать нормативных. Такими нормативами являются предельно допустимые концентрации (ПДК) или выданные квоты от ПДК – предельно допустимые выбросы в атмосферу (ПДВ) или сбросы в гидросферу (ПДС). Соблюдение нормативов может быть обеспечено:

·  выбором соответствующего места расположения технологического объекта;

·  мощностью объекта;

·  использованием экологически приемлемого оборудования;

·  применением эффективных способов очистки вредных выбросов и сбросов;

·  рассеиванием в атмосфере остаточных выбросов с помощью источника рассеивания.

Региональное загрязнение определяется условиями:

·  фоновых концентраций;

·  удельных техногенных нагрузок на окружающую среду;

·  трансграничным переносом выбросов.

В соответствии с конвекцией, принятой в рамках Европейского экономической комиссии ООН о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния страны СНГ уже в 1993 г. в целом выполнили свои обязательства по сокращению выбросов сернистого ангидрида на 30% к уровню 1980 г. и стабилизировали к 1994 году выбросы азота на уровне 1987 года.

Глобальное воздействие определяется:

·  изменением климата планеты вызванного нарушением радиационного теплового баланса Земли в результате накопления продуктов сгорания органического топлива в атмосфере и усиления парникового эффекта;

·  воздействием техногенных процессов на озоновый слой планеты;

·  уменьшением дебита пресной воды;

·  увеличенным водопотреблением на технологические нужды, т. е. загрязнение сбрасываемой воды, ее тепловое и микробиологическое воздействие на водоемы;

·  уменьшение площади плодородных почв на планете;

·  снижение рыбных запасов, запасов флоры и фауны в целом.

Ежегодно в земную атмосферу выбрасывается 100 млн. т газообразных оксидов серы и 30 млн. т оксидов азота за счет естественных выделений и соответственно 65 млн. т и 25 млн. т антропогенных выбросов, т. е. уровень антропогенных выбросов приближается к глобальным естественным выбросам оксидов серы и азота, табл.4. А выброс диоксида углерода (СО2), способствующего возникновению парникового эффекта (в создании парникового эффекта вклад диоксида углерода оценивается примерно в 65%, метана – примерно 20%, оксида азота – 5%, а остальное составляют другие компоненты, включая хлор и фторуглеводороды), только в странах СНГ в 1990 г. составил 694,5 млн. тонн.

В силу масштабности экологических проблем топливных циклов в целом в дальнейшем ограничимся рассмотрением природоохранных мер только в процессах производства тепловой и электрической энергии на ТЭС.

6.1.3. Преобразование вредных выбросов ТЭС в атмосферном воздухе

Вредные выбросы и природные вещества в атмосфере подвергаются сложным процессам превращения, взаимодействия, вымывания и т. д. Эти процессы различны для взвешенных частиц и газообразных примесей. Время нахождения (“жизни”) взвешенных частиц в атмосфере зависит от их физико-химических свойств, метеорологических параметров и некоторых других факторов, в первую очередь от высоты выброса частиц в атмосферу и их размеров.

Основными путями вывода аэрозолей из атмосферы (самоочищения) являются самоосаждение частиц под воздействием сил тяжести, осаждение их на растения и водоемы, а также вымывание дождем.

Частицы размером более 10 мкм относительно быстро опускаются на землю под действием сил тяжести. Частицы с поперечником от 4 до 10 мкм поднимаются с дымом на высоту более 1 км и могут перемещаться потоком воздуха на сотни километров. Частицы от 1 до 4 мкм очень медленно осаждаются, достигая земной поверхности в течение года. Частицы менее 1 мкм распространяются подобно молекулам газа.

Примерная скорость осаждения частиц в неподвижном воздухе в зависимости от их размера показана в табл. 6.1.10.

Таблица 6.1.10

Скорость осаждения частиц в спокойном воздухе

Радиус частицы, мкм	Скорость осаждения, см/с
0,1	8×10-6
1	4×10-2
10	0,3
100	25

Вопрос о времени жизни и превращениях газообразных загрязнений атмосферы изучен еще недостаточно. Например, диоксид серы сохраняется, по данным разных исследователей от нескольких часов до нескольких дней.