ВУЗ: Белорусский государственный медицинский университет
Категория: Ответы на вопросы
Дисциплина: Медицина
Добавлен: 17.02.2019
Просмотров: 19217
Скачиваний: 30
Техногенные источники загрязнения атмосферного воздуха
Основными техногенными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, нефтедобывающая и нефтехимическая промышленность, промышленность строительных материалов. Важную роль в загрязнении атмосферного воздуха играет автомобильный транспорт. Доля выбросов автотранспорта в некоторых регионах России достигает 50-80% общего количества загрязнений, поступающих в атмосферный воздух.
Рост производства, увеличение численности транспортных средств, увеличение масштабов промышленного строительства являются мощным градообразующим фактором и в состоянии увеличивать риск неблагоприятного влияния на качество атмосферного воздуха селитебных территорий, на условия жизни и здоровье населения.
3.2.1. Тепловые электростанции и теплоцентрали
Характер загрязнения атмосферного воздуха продуктами сгорания минерального топлива определяется следующими основными факторами: видом топлива, условиями его сжигания в различных топочных устройствах, наличием и технической эффективностью очистных сооружений, условиями выброса (высота труб, скорость выхода дымовых газов, их температура и др.). Немаловажное значение имеют метеорологические условия и рельеф местности.
Существует два метода сжигания минерального топлива — колошниковый (или слоевой) и камерный, который в свою очередь делится на факельный и циклонный. Колошниковый метод применяется для сжигания каменного угля, камерный метод — для сжигания пыли каменного угля, газообразного и жидкого топлива.
Основными продуктами неполного сгорания углеводородного топлива, поступающими в атмосферу, являются оксиды углерода и соединения серы — органическая, сульфидная (колчедан), сульфатная сера. Минеральные примеси представляют собой силикаты, сульфаты, сульфиды, карбонаты, оксиды металлов, фосфаты, хлориды щелочных металлов.
При сжигании нефтепродуктов доля загрязняющих веществ по отношению к массе угля составляет 46%, газа — 7,5%. Наиболее высокое содержание серы отмечается в мазуте.)
Современная тепловая электростанция потребляет 5 млн т угля на 1 ГВт эл в год.
При сжигании каменного угля, кроме газообразных выбросов, образуется зола. При сжигании угля зола распределяется на 2 части: одна оседает, остается в топке, другая выносится через трубы вместе с газами в атмосферу (летучая зола). Количество летучей золы зависит от метода сжигания угля. При слоевом сжигании выбрасывается 10-30% золы, при камерном пы-леугольном сжигании выброс золы составляет 60-90%. Совершенствование технологии пылеугольных топок позволяет снизить количество летучей золы до 30-40%.
Летучая зола состоит на 95% из мельчайших твердых минеральных частичек размером до 5 мкм. В минеральной части золы содержится 42,5-49% диоксида кремния, 23,9-37,9% алюмосиликатов, 9,8-16,4% соединений железа, а также кальций, магний и др. Кроме того, в золе присутствуют и некоторые металлы, которые принято считать канцерогенами (Сг, Ni, Be), а также естественные радионуклиды. Основное гигиеническое значение имеет наличие в летучей золе диоксида кремния, высокотоксичного для человека.
Дисперсность пылевых частиц золы определяет длительность их пребывания в воздухе и их действие на организм. Чем меньше размер частиц, тем дольше они находятся во взвешенном состоянии в воздухе, тем на большие расстояния уносятся от источника выброса. Кроме того, они проникают в глубокие отделы органов дыхания, в то время как крупные пылинки задерживаются в основном в верхних дыхательных путях. Выпадающие на поверхность почвы компоненты летучей золы включаются в биологические цепи и поступают в организм человека не только с вдыхаемым воздухом, но и с продуктами питания и питьевой водой.
Кроме золы, в выбросах ТЭЦ всегда присутствуют твердые частицы несгоревшего углерода, так называемый недожог.
Среди газообразных загрязнений атмосферного воздуха тепловыми электростанциями ведущее место занимают оксиды серы. Это объясняется высоким содержанием серы в угле и сернистом мазуте. Практически вся сера, содержащаяся в мазутах, при сжигании превращается в диоксид серы. Электростанции, работающие на сернистом мазуте с содержанием серы от 1 до 4,5%, в зависимости от мощности выбрасывают в атмосферный воздух сотни тонн диоксида серы в сутки.
Неполное сгорание углеводородного топлива ведет к образованию канцерогенных ПАУ, в том числе БП. Их образование происходит при температуре 700-800 °С в условиях нехватки воздуха для обеспечения полноты сгорания топлива (табл. 1). При камерном способе сжигания пылевидного топлива в дымовых газах концентрация БП не превышает 4,2 мкг/100 м3. Не выше его содержание в дымовых газах котельных, использующих в качестве топлива газ и мазут. Однако если процесс не отрегулирован или несовершенна конструкция топки, выброс БП может увеличиваться в 50 раз при сжигании мазута и в 610 раз при сжигании газа. Большая доля ПАУ в составе выброса сорбируется на частицах золы и недожога.
Промышленные предприятия
Цветная металлургия представляет отрасль, охватывающую производство цветных металлов и их сплавов от добычи и переработки рудного сырья до получения готовой продукции в виде металлов и сплавов. В последние годы цветная металлургия прочно занимает одно из ведущих мест по общему объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, которые по отрасли составляют примерно 3,2— 3,4 млн т в год. В районах размещения предприятий цветной металлургии на расстоянии десятков километров от заводов образуются техногенные биогеохимические провинции, в которых обнаруживается повышенное содержание цветных металлов в почве и растениях.
Основными методами получения цветных металлов из руд являются пирометаллургия, (огневая плавка руды), электрометаллургия (электроплавка и электрогидролиз) и гидрометаллургия (гидрохимическое растворение с последующим осаждением металла). При получении одного и того же металла перечисленные процессы могут комбинироваться в различной последовательности. Процессам непосредственно получения металла обязательно предшествуют процессы обогащения руды, среди которых чаще всего применяется флотация. Процессу флотации предшествует механическое измельчение руды до консистенции пудры, сопровождающееся выделением пыли, содержащей высокие концентрации диоксида кремния, а также различные соединения цветных металлов в зависимости от вида руды.
Технология производства цветных металлов связана с образованием значительных объемов отходящих газов, которые содержат различные вещества, главным образом аэрозоли конденсации металлов, диоксид углерода, диоксид серы. На долю последнего приходится до 80% суммарных выбросов в отрасли, что объясняется преимущественной переработкой сульфидных руд, на долю оксида углерода приходится около 10%, твердых веществ — 7%.
При производстве свинца, цинка, меди, кобальта, никеля, алюминия атмосферный воздух может загрязняться оксидами указанных металлов, а также фтористым водородом, пылью глинозема, смолистыми веществами и канцерогенными ПАУ, в частности БП.
Черная металлургия является одной из ведущих отраслей промышленности, определяющих экономический потенциал страны.
Современные предприятия черной металлургии представляют собой комплекс производств и могут быть разделены на 3 основных вида. В состав металлургических комбинатов входят горнорудные производства, на которых добывают руду, агломерационные и рудообогатительные фабрики, служащие для освобождения руды от примесей, среди которых большое значение имеют соединения серы, и придания ей соответствующей технологической формы, доменное производство (с коксохимическим заводом), выпускающее чугун, сталеплавильное и сталепрокатное. Предприятия полного металлургического цикла имеют в своем составе 3 основных звена производства черного металла — доменное, сталеплавильное и сталепрокатное производства. На предприятиях неполного металлургического цикла имеется только два звена — сталеплавильное и сталепрокатное производства.
Особенностью предприятий горнорудного производства, включая обогатительные фабрики, является тесная связь с сырьевой базой, т.е. расположение предприятий непосредственно в районах месторождений минерального сырья. Основным компонентом, поступающим в атмосферный воздух от предприятий горнорудного производства, является пыль вскрышных и рудных пород, содержащая от 20 до 70% диоксида кремния и аэрозоли дезинтеграции оксидов и сульфидов металлов. При открытом, карьерном, способе добычи руды периодически 1-2 раза в месяц имеют место залповые выбросы пыли и продуктов сгорания взрывчатых веществ (оксид углерода и оксиды азота) при производстве взрывных работ для разрушения горных пород. В процессах термической агломерации и обогащения руды, кроме того, выделяются оксид углерода, диоксид серы и оксиды металлов (аэрозоль конденсации), содержащиеся в железной руде в виде примесей.
В основе доменного процесса получения чугуна лежит восстановительная плавка агломерата или обогащенной руды при температуре 1000- 1200 "С или 1800 °С. Топливом в этом процессе является кокс, который вырабатывается путем пиролиза каменного угля на коксохимическом заводе, входящем в состав комбината, 'коксохимический завод — источниквыброса в атмосферный воздух угольной пыли, аммиака, фенола, нафталина, оксида углерода, газообразных соединений серы. В процессе плавки чугуна образуется большое количество доменного (колошникового) газа, содержащего пыль (до 6 г/ м3), оксид углерода (от 28 до 45 %), диоксид серы и другие компоненты. 80% доменного газа, обладающего большой теплотворной способностью (850-1100 ккал/м3), используется повторно для нагрева домны и коксовых батарей, 20% выбрасывается в атмосферу.
Получение из чугуна стали осуществляется в мартеновском или кон вертерном процессах, суть которых состоит в дальнейшем восстановлении железа при температуре 1700-1800 °С и удалении примесей серы, фосфора, марганца и углерода в виде оксидов. Оксиды в газообразном состоянии или в виде аэрозолей конденсации содержатся в выбросах в атмосферный воздух.
Современный способ прямого восстановления железа из руды принципиально отличается от описанных. Он заключается в удалении кислорода из обогащенной и агломерированной железной руды (окатышей) восстановительным газом. Восстановительный газ представляет собой смесь водорода и оксида углерода, образующихся в результате взаимодействия при высокой температуре водяного пара и природного газа (СН4) в присутствии никелевого катализатора. Отходящие газы, содержащие кислород, оксид углерода, диоксид серы (абгазы), используются для подогрева природного газа перед его катализом, и лишь незначительная часть их выбрасывается в атмосферу. Конечный продукт, получивший название горячебрикетированного железа, содержит более 90% железа. Получение из железа легированных (от нем. legieren — сплавлять) сталей производится в электросталеплавильном производстве в дуговых или индукционных печах без использования топлива. В качестве легирующих добавок используют хром, ванадий, марганец, вольфрам, никель, титан, ниобий и другие металлы. Процесс плавки металла в электропечи сопровождается выделением запыленных горячих газов, среди которых преобладают оксид углерода (от 23 до 86%) и оксиды азота, а также аэрозолей конденсации оксидов металлов. Количество возгонной металлсодержащей пыли особенно возрастает при использовании кислородного дутья.
Источниками загрязнения атмосферного воздуха в сталепрокатном производстве являются нагревательные устройства, в которых в качестве топлива используются природный, коксовый или доменный газы, мазут. Поэтому в выбросах прокатных цехов содержится большое количество диоксида серы. Кроме того, в них имеется большое количество металлической пыли, а также пары серной и соляной кислот, применяемых для травления металла.
Нефтедобывающая промышленность. По объему загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, отрасль вышла на 3-е место, на ее долю приходится около 20% выбросов от стационарных источников в промышленности. В 2002 г. предприятиями отрасли было выброшено в атмосферу 3,113 млн т загрязняющих веществ, в том числе жидких и газообразных 2,898 млн т и твердых 214,2 тыс. т. Основными компонентами выбросов являются оксид углерода, различные углеводороды, диоксид серы, сероводород, оксиды азота.
Характер загрязнения атмосферного воздуха в нефтедобывающих районах зависит от свойств самой нефти. Нефть представляет собой смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов. Ввиду химической агрессивности сероводорода, отмечается ускоренная коррозия оборудования, что ведет к потерям углеводородов и сероводорода. Комбинация углеводородов и сероводорода в атмосферном воздухе неблагоприятна для человека, поскольку их совместное действие более выражено, чем действие по отдельности. Загрязнение атмосферного воздуха связано со способностью нефти к испарению. Наибольшие потери нефти на объектах отрасли наблюдаются при ее хранении. Речь идет о так называемых больших и малых «дыханиях» резервуаров. Первые представляют выпуск паровоздушной смеси из резервуаров при заполнении их нефтью, вторые связаны с выделениями паровоздушной смеси при расширении газового пространства за счет повышения температуры нефти и резервуара и изменения барометрического давления. Вследствие этого резервуарные парки, не оснащенные устройствами для улавливания летучих фракций нефти, являются существенными источниками загрязнения атмосферного воздуха. При бурении нефтяных и газовых скважин, подземном ремонте скважин в атмосферный воздух поступают отработавшие газы мощных дизельных установок.
На предприятиях отрасли большая часть источников выбросов относится к категории неорганизованных, поэтому степень улавливания отходящих газов от стационарных источников очень низкая.
Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность.
Переработка нефти ведется в двух основных направлениях — на установках масляного (получение минеральных масел) и топливного (получение моторного топлива) блоков. Кроме того, на современных нефтеперерабатывающих заводах оборудуются установки для химической переработки нефтепродуктов с целью получения синтетического каучука, жирных кислот, синтетических масел, деэмульгаторов, присадок к топливу и прочих продуктов.
Кроме углеводородов, сероводорода, оксида углерода, диоксида серы, в атмосферный воздух могут поступать фенол, бензол, много других соединений. Среди них особо следует отметить возможность выделения БП, в больших количествах появляющегося во многих продуктах нефтепереработки и нефтехимии за счет применения высоких температур в технологии их получения, особенно при пиролизе углеводородного сырья, а также вследствие сжигания топлива в печах технологических установок.
Массивным источником выброса углеводородов являются резервуары для хранения нефти, нефтепродуктов, продуктов нефтехимического синтеза. Как известно, в них выброс происходит через специальные дыхательные клапаны, открытые люки и неплотности в кровле резервуара. К числу источников загрязнения атмосферного воздуха относятся также открытые поверхности различных сооружений для очистки сточных вод.
С поверхности очистных сооружений промышленных сточных вод - нефтеловушек в атмосферный воздух может поступать до 50 700 г/ч углеводородов и 26,7 г/ч сероводорода (при переработке сернистого угле- водородного сырья). В еще больших количествах могут выделяться углеводороды с поверхности прудов дополнительного отстоя — до 135 000 г/ч. Из градирен может поступать в атмосферный воздух до 2500 т в год углеводородов.
Важную роль в загрязнении атмосферного воздуха играют технологические установки, на которых общие потери углеводородов и других веществ за счет неплотностей оборудования, арматуры, фланцевых соединений, сальниковых уплотнений насосов и компрессоров, печей могут достигать 20%. Нельзя не учитывать также факельные системы в качестве источников загрязнения атмосферного воздуха продуктами неполного сгорания (горючие газы и пары, сдувки из предохранительных клапанов и др.). По разнообразию выбросов предприятия химии и нефтехимии заметно выделяются среди всех других отраслей. Это объясняется разнообразием технологических процессов, применяемого сырья и реагентов, широким ассортиментом готовой продукции. Существенно влияют на характер выбросов особенности химической технологии: наличие периодических процессов, применение высоких температур и давлений, а также недостаточная разработка эффективных методов газоочистки.