Источники загрязнения окружающей среды

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха поступают от энергетическихустановок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельноетопливо, мазут, уголь, природный газ и другие). Количество загрязненияопределяется составом, объемом сжигаемого топлива и организацией процессасгорания.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортныесредства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Доля загрязненияатмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетныхдвигателей (РД) пока незначительна, поскольку их применение в городах ипромышленных центрах ограничено. В местах активного использования ГТДУ и РД(аэродромы, испытательные станции, стартовые площадки) загрязнения,поступающие в атмосферу от этих источников сопоставимы с загрязнениями отДВС и ТЭС, обслуживающих эти объекты.

Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различныхвидов топлива в двигателях всех видов, - нетоксичные диоксид углерода СО2 иводяной пар Н2О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредныевещества, такие как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца,сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бензапирен С20Н12,несгоревшие частицы топлива и т.п.

Наземный транспорт

Автотранспорт является источником загрязнения атмосферы, количествоавтомашин непрерывно растет, особенно в крупных городах; а вместе с этимрастет валовой выброс вредных продуктов в атмосферу.

Токсическими выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы, парытоплива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсическихпримесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картернымигазами и парами топлива в атмосферу поступает ~45% СnHn от их общеговыброса.

Исследования состава отработавших газов ДВС показывают, что в нихсодержится несколько десятков компонентов. Диоксид серы образуется вотработавших газах в том случае, когда сера содержится в исходном топливе(дизельное топливо).

Анализ данных показывает, что наибольшей токсичностью обладает выхлопкарбюраторных ДВС за счет большего выброса СО, Nox, CnHm и др. ДизельныеДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде нетоксична. Однако частицы сажи несут на своей поверхности частицы токсичныхвеществ, в том числе и канцерогенных. Саж может длительное время находитьсяво взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая тем самым время воздействиятоксических веществ на человека.

Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу, поступающих ватмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего техническогосостояния автомобилей и особенно от двигателя – источника наибольшегозагрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы СОувеличиваются в 4 – 5 раз.

Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединениясвинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичнымисоединениями свинца. Около 70% свинца, добавленного к бензину с этиловойжидкостью, попадает в атмосферу с отработавшими газами, из них 30% оседаетна земле сразу, а 40% остается в атмосфере. Один грузовой автомобильсредней грузоподъемности выделяет 2,5 – 3 кг свинца в год. Концентрациясвинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине:

Содержание свинца в бензине, г/л…………0,15 0,20 0,25 0,50

Концентрация свинца в воздухе, мкг/м3…..0,40 0,50 0,55 1,00

Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферуможно заменой этилированного бензина на неэтилированный, что давнопрактикуется в крупных городах ряда стран Западной Европы.

Мировым парком автомобилей с ДВС ежегодно выбрасывается, млн. т:

· оксида углерода – 260

· летучих углеводородов – 40

· оксидов азота – 20.

Доля участия автомобильного транспорта в загрязнении атмосферноговоздуха крупных городов мира составляет, %:

Оксид углерода Оксиды Азота Углеводороды

Москва 96,3 32,6 64,4

Санкт-Петербург 88,1 31,7 79

Токио 99 33 95

Нью-Йорк 97 31 63

 

В некоторых городах концентрация СО в течении коротких периодовдостигает 200 мг/м3 и более, при нормативных значениях максимальнодопустимых разовых концентраций 40 мг/м3 (США) и 10 мг/м3 (Россия).

Авиация и ракетоносители

Применение газотурбинных двигательных установок в авиации иракетостроении поистине огромно. Все ракетоносители и все самолеты (кромепропеллерных на которых стоят ДВС) используют тягу этих установок.Выхлопные газы газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) содержат такиетоксичные компоненты, как СО, NОx, углеводороды, сажу, альдегиды и др.

Исследования состава продуктов сгорания двигателей, установленных насамолетах «Боинг-747», показали, что содержание токсичных составляющих впродуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя.

Высокие концентрации СО и CnHm (n – номинальное число оборотовдвигателя) характерны для ГТДУ на пониженных режимах (холостой ход,руление, приближение к аэропорту, заход на посадку), тогда как содержаниеоксидов азота NOx (NO, NO2, N2O5) существенно возрастает при работе нарежимах близких к номинальному (взлет, набор высоты, полетный режим).

Суммарный выброс токсичных веществ самолетами с ГТДУ непрерывно растет,что обусловлено повышением расхода топлива до 20 – 30 т/ч и неуклоннымростом числа эксплуатируемых самолетов.

Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГТДУ оказывают ваэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительныеданные по выбросам вредных веществ в аэропортах показывают, что поступленияот ГТДУ в приземный слой атмосферы составляют:

· Оксиды углерода – 55%

· Оксиды азота – 77%

· Углеводороды – 93%

· Аэрозоль – 97%

остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательнымиустановками происходит главным образом при их работе перед стартом, привзлете и посадке, при наземных испытаниях в процессе их производства ипосле ремонта, при хранении и транспортировке топлива, а так же призаправке топливом летательных аппаратов. Работа жидкостного ракетногодвигателя сопровождается выбросом продуктов полного и неполного сгораниятоплива, состоящих из O, NOx, OH и др.

При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются H2O,CO2, HCl, CO, NO, Cl, а также твердые частицы Al2O3 со средним размером 0,1мкм (иногда до 10 мкм).

В двигателях космического корабля «Шатл» сжигается как жидкое так итвердое топливо. Продукты сгорания топлива по мере удаления корабля отЗемли проникают в различные слои атмосферы, но большей частью в тропосферу.

В условиях запуска у пусковой системы образуется облако продуктовсгорания, водяного пара от системы шумоглушения, песка и пыли. Объемпродуктов сгорания можно определить по времени (обычно 20 с) работыустановки на стартовой площадке и в приземном слое. После запуска высокотемпературное облако поднимается на высоту до 3 км и перемещается поддействием ветра на расстояние 30 – 60 км, оно может рассеятся, но можетстать и причиной кислотных дождей.

При старте и возвращении на Землю Ракетные двигатели неблагоприятновоздействуют не только на приземный слой атмосферы, но и на космическоепространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озоновогослоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетовсверхзвуковых самолетов. За 40 лет существования космонавтики в СССР ипозднее России произведено свыше 1800 запусков ракет-носителей. Попрогнозам фирмы Aerospace в XXI в. для транспортировки грузов на орбитубудет осуществляться до 10 запусков ракет в сутки, при этом выброспродуктов сгорания каждой ракеты будет превышать 1,5 т/с.

Согласно ГОСТ 17.2.1.01 – 76 выбросы в атмосферу классифицируют:

1) по агрегатному состоянию вредных веществ в выбросах, это газообразные и парообразные (SO2, CO, NOx углеводороды и др.);жидкие (кислоты, щелочи, органические соединения, растворы солей ижидких металлов); твердые (свинец иего соединения, органическая инеорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и др.);

2) по массовому выбросу, выделяя шесть групп, т/сут:

· менее 0,01 вкл.;

· свыше 0,01 до 0,1 вкл.;

· свыше 0,1 до 1,0 вкл.;

· свыше 1,0 до 10 вкл.;

· свыше 10 до 100 вкл.;

· свыше 100.

В связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивнымиспользованием авиационных и ракетных двигателей в других отрасляхнародного хозяйства существенно возрос их общий выброс вредных примесей ватмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5%токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всехтипов.