Основные загрязнители атмосферы
Загрязнитель атмосферы №1 – термохимические процессы в энергетике, или ТЭС – тепловые электростанции.
Основные химические реакции теплоэнергетических процессов, приводящие к загрязнению атмосферы углекислым газом, представляют собой реакции горения:
С+ O2 ® СO2
CnHm+ O2 ® n CO2 +0,5m H2O
При этом идут следующие попутные процессы:
- термическое окисление азота;
- окисление примесей из топлива (например, серы);
- высвобождение примесей.
Использование в ТЭС разных видов топлива приводит к разным по величине выбросам вредных веществ (табл. 5). Использование в качестве топлива природного газа дает наименьшее количество загрязняющих веществ в атмосферу. В среднем в топливной теплоэнергетике на 1 т условного топлива выбрасывается около 150 кг загрязнителей (кроме того присутствует тепловое загрязнение окружающей среды).
Таблица 5
Удельные выбросы в атмосферу ТЭС мощностью 1000 мВт
на разных видах топлива (г/кВт-ч)
| Выбросы | Топливо | ||
| Уголь | Мазут | Природный газ | |
| Частицы СО NOх SO2 | 0,4–1,4 0,3–1,0 3,0–7,5 6,0–12,5 | 0,2–0,7 0,1–0,5 2,4–3,0 4,2–7,5 | 0–0,05 – 1,9–2,4 0–0,02 |
Загрязнитель атмосферы №2 – ДВС – двигатели внутреннего сгорания, исбользуемые главным образом в автомобильном транспорте.
ДВС – один из основных (после ТЭС) источников загрязнения атмосферы, 50 % загрязнений в воздухе капиталистических стран исходит от автомобилей. Число ДВС в мире давно превысило 1 млрд., из них 670 млн. – автомобили, остальное – другие виды транспорта, сельхозмашины, военная техника, малая моторная техника, стационарные ДВС. 80% автомобилей составляют легковые автомобили.
Из ~3,3 млрд. т нефти, добываемой сейчас в мире, ~1,5 млрд. т (45%) используется всеми видами транспорта, в том числе ~1,2 млрд. т – легковыми автомобилями.
Было время, когда регулировщик в Лондоне за день получал дозу вредных веществ, эквивалентную 100 выкуренным сигаретам.
Обмен веществ «среднего» легкового автомобиля с карбюраторным двигателем, при расходе горючего 8 л на 100 км включает:
- сжигание 1 кг бензина, что требует потребления 13,5 кг воздуха;
- выброс 14,5 кг отработанных веществ (соответствующий выброс дизельного двигателя несколько меньше).
Выхлоп ДВС содержит более 170 вредных компонентов, из которых 160 – углеводороды (табл. 6). Общая масса загрязнителей – около 270 г на 1 кг сжигаемого бензина (340 млн. т выбрасывают все легковые автомобили мира, грузовые автомобили, автобусы – доводят количество выбросов до 400 млн. т).
Таблица 6
Основные компоненты отработанных газов автомобиля (объемные %)
| Компоненты | Двигатели | |
| карбюраторные | дизельные | |
| N2 O2 Н2О СO2 СО NOх CnHm Альдегиды Частицы, г/м3 Бензапирен мкг/м3 | 72–75 0,3–0,8 3–8 10–14,5 0,5–1,3 0,1–0,8 0,2–0,3 0–0,2 0,1–0,4 10–20 | 74–76 1,5–3,6 0,8–4 6–10 0,1–0,5 0,01–0,5 0,02–0,5 0–0,01 0,1–1,5 до 10 |
Кроме этого:
- 1 автомобиль дает за 1 год около 10 кг резиновой пыли;
- окружающую среду загрязняют утечки горючего, масла;
- эксплуатации автомобиля дает металлическую и асфальтовую пыль;
- при сжигании этилированных бензинов в атмосферу выбрасывается свинец, так как в качестве антидетонатора в них используется тетраэтилсвинец.
При сравнении количества и состава выбросов от стационарных и подвижных источников (табл. 7) видно, что оксиды серы присутствуют главным образом в выбросах стационарных источников (ТЭС, промышленные предприятия), а углеводороды выбрасываются главным образом транспортными средствами.
Таблица 7
Выбросы в атмосферу 5 главных загрязнителей (по состоянию на 1998г, млн. т)
| Загрязнители | Весь мир | Россия | ||
| Стационарные источники | Транспорт | Стационарные источники | Транспорт | |
| Твердые частицы Оксид углерода Диоксид серы Оксиды азота Углеводороды | 0,7 | 2,4 3,6 5,4 1,5 1,0 | 3,7 9,3 0,04 2,4 1,4 |
Наибольшая загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90 % выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Это крупные промышленные города, сопровождаемые такими явлениями как пылевые купола, смог. В России это Норильск (2300 тыс.т./год), Магнитогорск (770 тыс.т./год), Липецк (640 тыс.т./год), Череповец (600 тыс.т./год), Новокузнецк (570 тыс.т./год), Нижний Тагил (550 тыс.т./год).
Россия в целом в настоящее время не является поставщиком вредных выбросов в атмосферу планеты, количество выбросов на одного жителя и на единицу площади значительно ниже, чем в США и Западной Европе. Зато значительно выше на единицу ВНП, что говорит об устаревших технологиях и низкой эффективности средств очистки.
Вклад различных отраслей промышленности России в загрязнение атмосферы (1998г):
- электроэнергетика – 29,1 %;
- цветная металлургия – 22 %;
- черная металлургия – 14,6 %;
- нефтедобыча – 9,3 %;
- нефтепереработка – 5,1 %;
- угольная – 3,6 %;
- машиностроение – 3,1 %;
- стройматериалы – 2,7 %;
- химическая – 2,6 %;
- деревообработка – 2,4 %;
- пищевая – 1,3 %;
- атомная – 0,7 %;
- легкая – 0,3 %.
Санитарно-защитные зоны, которыми отделяются от жилой застройки промышленные предприятия, загрязняющие атмосферу должны содержать зеленые насаждения и иметь размеры в зависимости от класса предприятий (табл. 8).
Таблица 8
Ширина санитарно-защитной зоны в зависимости от вида промышленного предприятия
| Класс предприятия | Ширина санитарно-защитной зоны (м) |
| 1. Черная металлургия 2. Машиностроение 3. Рыбные промыслы, свекло-сахарные заводы 4. Пищевая промышленность, спиртозаводы 5. Пищевая промышленность – молокозаводы |