3. Источники загрязнения атмосферы. Теплоэнергетика.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются природные и антропогенные. Основными природными источниками загрязнения атмосферного воздуха является ветровая эрозия, вулканизм, биологические процессы, лесные пожары, вынос вещества с поверхности морей и океанов, космические вещества. К антропогенным источникам загрязнения атмосферного воздуха относятся транспорт, промышленность, коммунально-бытовое хозяйство, сельское хозяйство. Основными промышленными источниками выбросов загрязняющих веществ являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, химическая промышленность, производство стройматериалов. Из всех видов транспорта значительным объемом загрязняющих веществ отличается автомобильный транспорт.

Основным природным источником загрязнения атмосферы является ветровая эрозия. На всей земной поверхности ежегодно из атмосферы осаждается 4,6-8,3 млрд. т терригенной пыли (на океаны приходится 10-20% общего потока). Основными районами образования этой пыли являются степи и пустыни. В зависимости от мощности образования пыли выделяют глобальные и локальные источники. К глобальным источникам относят Сахарский регион, пустыни Гоби и Такла-Макан, к локальным – пустыни Средней Азии, Монголии, Китая и др. Эти районы характеризуются повышенной запыленностью воздуха: в Сахаре ежегодно в воздух поступает 60-200 млн т терригенного аэрозоля.

На уровень запыленности воздуха влияет степень увлажненности почвенного покрова, отсутствие и слабое развитие растительности. Поэтому основные районы образования терригенной пыли – это районы с небольшим количеством атмосферных осадков и значительной величиной солнечной радиации. Вторым природным источником загрязнения воздуха является вулканизм. Вклад вулканизма в атмосфернный аэрозоль оценивается величиной порядка 40 млн т в год (от 4 до 250 млн т), что составляет около 0,5% от массы почвенного аэрозоля.Крупные вулканические извержения сопровождаются образованием газопепловых облаков, площадь и масса которых сравнима с наиболее крупными пылевыми облаками эолового происхождения. Продукты выбросов крупных извержений вулканов перемещаются на расстоянии в 1000 км. Например, при извержении вулкана на Аляске пепловый материал через Канаду и США поступил в Атлантику. Однако больше всего выбрасываемого материала концентрируется вблизи вулканов.

В результате извержения вулканов в атмосферу выбрасывается пыль, газы: CО2, SO2, Н2О, H2, N, NCl, HF и др. По всей вероятности, существование сульфатного аэрозольного слоя в стратосфере связано с вулканической деятельностью.

Значительным источником загрязнения атмосферы являются лесные пожары. Пожары влияют на газовый состав атмосферы. Источником загрязнения воздуха являются моря и океаны. Испарение влаги с этих водоемов обогащает воздух кристалликами морских солей. Эти соли в основном представлены хлористым натрием, хлористым магнием, хлористым кальцием, бромистым калием. Наибольшее количество солей поступает в атмосферу при больших волнах и штормах. В прибрежных районах Великобритании на 1 м2 почвы выпадает от 25 до 35 г солей, 70 % которых состоит из хлористого натрия.

В атмосферу поступает космическая пыль (до 10 тыс. т/сут). Происхождение пыли не установлено. Эта пыль связана с солнцем или образуется в зодиакальных туманностях. Как отмечалось выше, антропогенными источниками загрязнения воздуха являются промышленность, транспорт, коммунально-бытовое и сельское хозяйство. Структура выбросов загрязняющих веществ различна в зависимости от источника выбросов. По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ классифицируют на: 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твердые (пыль, сажа и др.)

Антропогенное загрязнение воздуха представлено как первичными, так и вторичными примесями. Вторичные примеси образуются в результате химических реакций между несколькими соединениями или между примесью и природным газом. К числу таких примесей относятся альдегиды.

В общем загрязнении воздуха в одних странах участие промышленности составляет 35%, бытовых отопительных систем – около 23%, автотранспорта – 42%. Каждый день только Нью-Йорк выбрасывает в атмосферу 4 тыс.т оксида углерода, более 3 тыс.т диоксида серы и 300 т промышленной пыли.

Теплоэнергетика является основным источником загрязнения атмосферы. Нефть и продукты нефтепереработки, сжигаемые в ТЭС, почти на 60% определяют уровень загрязнения воздуха в Западной Европе (Мазур И.И, Молдаванов О.И., 1999). В процессе переработки и сжигания топлива происходит образование твердых частиц, углекислого газа, окислов серы и азота, а также окислов металлов. Оксид ванадия и бензопирен – наиболее токсичные  ингредиенты.). Коэффициент полезного действия энергетических установок составляет 30-40%, т.е. большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия в конечном итоге превращается в тепловую.  Следовательно, кроме химического, происходит тепловое загрязнение атмосферы.

Ориентировочные подсчеты показывают, что ежегодно в атмосферу Земли поступают десятки миллионов тонн вредных газов и пыли от дымовых газов ТЭС, котельных, промышленных предприятий и автотранспорта.

Топливно-энергетический комплекс, энергетика, транспорт и промышленность, где превалируют процессы, основанные на горении, являются главными источниками антропогенного загрязнения окружающей среды. По масштабному фактору его можно разделить на локальное, региональное и глобальное загрязнение, которые тесно связаны между собой. Кроме того, вследствие химического взаимодействия загрязняющих веществ могут синтезироваться новые вредные ингредиенты, значительно более опасные для человека. При взаимодействии канцерогенных углеводородов и оксидов азота синтезируются соединения, действующие на генный фонд человека.

В результате отрицательного воздействия всевозрастающего энергопотребления во многих районах мира уже сегодня создалась очень опасная экологическая обстановка.

Бассейны ряда рек, протекающих в густонаселенных районах, вышли из естественного состояния и превратились в загрязненные канализационные системы. Воздушный бассейн загрязнен газовыми и аэрозольными выбросами (СО 2, полициклические ароматические углеводороды, СО, NО х, SО х, аэрозоли и др.). Все это приводит к таким необратимым процессам, как разрушение озонового слоя (существует на высоте 30 км и защищает поверхность Земли от губительного для жизни жесткого космического излучения); возникновение парникового эффекта (селективное поглощение трехатомными газами инфракрасного излучения поверхности Земли в космическое пространство); образование «ледникового» эффекта (накопление в стратосфере мелких твердых частичек, которые отражают солнечное излучение и вызывают «недогрев» земного шара).

Из-за низкой термодинамической эффективности преобразования тепловой энергии в другие виды энергии происходят большие выбросы тепловой энергии в окружающую среду, что является причиной теплового загрязнения. Кроме того, имеют место загрязнение ландшафта (уничтожение лесов, растительности, диких животных, плодоносного слоя и др.), оптическое загрязнение атмосферы в определенные периоды года, загрязнение грунтовых вод сточными сбросами ТЭС и других промышленных объектов, акустическое (шум), электромагнитное и электростатическое загрязнение окружающей среды.

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь).

Одним из основных и самых крупномасштабных источников загрязнения атмосферы являются ТЭС и ТЭЦ. Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива нетоксичные углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О). Кроме этого в воздушную среду выбрасываются такие вредные вещества, как оксиды серы, азота, углерода, в частности угарный газ (СО), соединения тяжёлых металлов, таких как свинец (Рв), сажа, углеводороды, несгоревшие частицы твёрдого топлива, канцерогенный бензопирен (С20Н12).

При сжигании твёрдого топлива в котлоагрегатах ТЭС и ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы (SO2), оксидов азота.

Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2, так как в мазуте содержится менее 2% серы.

Современные ТЭС и ТЭЦ мощностью 2, 4 млн. кВт. расходуют до 20 тысяч тонн угля в сутки и выбрасывают в атмосферу: 680 тонн SO2 и SO3, 200 тонн оксидов азота, 120-240 тонн золы, пыли, сажи, (данные числовые значения приведены для процентного содержания серы в исходном топливе 1, 7% и при эффективности системы пылеулавливания 94-98 %.

Экзаменационные билеты утверждены на заседании кафедры

Протокол № 4 от « 5 » ноября 2014 г.

Разработчик билетов ____________________ Акбаева Л.Х.

/подпись/

Зав. кафедрой ____________________ Бейсенова Р.Р.

/подпись/

Ф ЕНУ 703-13-12 Экзаменационный билет. Издание первое

Кафедра «Управления и инжиниринга в сфере охраны окружающей среды»

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14

По дисциплине Биогеохимия и экотоксикология

Предназначен для студентов специальности 5В060800 - «Экология»