Технические системы для обеспечения техносферной безопасности на химически опасном производстве

Источники химической опасности играют большую роль в формировании экологической обста­новки и среды обитания человека на территории страны. Причем загрязнение окружающей среды при химических авариях и ка­тастрофах включает химическую составляющие. Химическая составляющая — различного рода простые веще­ства и химические соединения из числа ксенобиотиков, чуждых биогеохимии экосистем и природных ландшафтов. Сюда относятся, прежде всего, аварийно химически опасные вещества. Поэтому, в резуль­тате химических аварий возможны заражение окружающей среды и массовые пора­жения людей, животных и растений.

Специфические экологические последствия аварий и катастроф на объек­тах с химической технологией главным образом определяются процессами распространения опасных химических веществ в окружающей среде, их миг­рацией в различных средообразующих компонентах и теми изменениями, ко­торые являются результатом химических превращений, происходящих в био­массе растений и живых организмов.

Эти превращения вызывают изменения условий и характера тех или иных природных процессов, нарушения баланса энергии и веществ в определенных контурах экосистем или в экосистемах в целом и т.п.

При этом некоторые химические вещества не обладают устойчивостью и, в зависимости от условий внешней среды, в той или иной степени претерпева­ют химические превращения, прежде чем происходит их включение в биомас­су и накопление в ней, а также после попадания в живой организм.

Весьма важными стадиями процесса распространения опасных химических веществ, также как и радиоактивных веществ, являются их перенос (транс­порт) между различными природными средами (водой, почвой и воздухом), их потребление и накопление в организмах, а также перенос веществ в этих средах живыми организмами.

Необходимо отметить, что распределение химических соединений между природными средами и различными элементами биосферы (видами живых ор­ганизмов) происходит в соответствии с физико-химическими свойствами этих соединений и существенно зависит от геофизических факторов.

Факторы, вызывающие превращения химических веществ в окружающей среде, по своей природе могут быть абиотическими и биотическими. Заметим, что биотические превращения, которые вызываются живыми органами или продуцируемыми ими ферментами, часто называют также метоболизмом вредных веществ, а продукты превращения — метаболитами.

Все эти превращения в конечном счете изменяют условия протекания есте­ственных процессов, в большинстве случаев вызывают нарушение существующих химических и биохимических цепочек в этих процессах, что ведет к дегармонизации связей и сдвигу динамических равновесий в экосистемах и природно-хозяйственных комплексах, вызывает долгосрочные экологические по­следствия. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть основные виды абиотических и биотических превращений.

В абиотических превращениях, в зависимости от характера протекающих процессов, принято выделять: окислительные и восстановительные реакции; гидролитические процессы; фотохимические реакции и фотофизические про­цессы.

Окислительные реакции могут интенсивно происходить, например, под воздействием такого химически опасного вещества и окислителя как хлор, восстановительные процессы — под воздействием гидразина.

Кроме того, в природных средах происходят окислительные и восстанови­тельные процессы при взаимодействии опасных химических веществ с раз­личными окислительно-восстановительными системами, кислородом, озоном, продуктами распада биологических материалов, пред­ставляющих собой восстановительный органический субстрат.

Окислительные реакции идут с молекулярным кислородом, а также с реак­ционно-способными кислородными радикалами, образующимися в условиях атмосферы и в водных средах за счет фотохимических процессов. Такого рода реакции идут главным образом с опасными химическими веществами органи­ческой природы по механизму автоокисления.

Гидролитическим превращениям в природных условиях подвергаются опасные химические вещества как неорганической, так и органической при­роды. Известно, что многие органические соединения очень легко гидролизуются до гидрофильных конечных продуктов. При этом во многих случаях эко­логическая опасность этих веществ значительно снижается. Например, омы­ление пестицидов в природных условиях приводит к потере ими токсических свойств.

Фотофизические и фотохимические процессы, инициируемые ультрафио­летовым излучением, с чисто химической точки зрения не приводят к како­му-либо превращению вещества, а затрагивают лишь отдельные стадии слож­ных химических реакций. В качестве примера можно привести реакции дехло­рирования хлорсодержащих углеводородов.

Под непосредственным воздействием опасных химических веществ на окружающую среду и по причине формирования под их влиянием иных, чем ранее, условий обитания могут происходить изменения видового состава сообществ животных, а также функций значимости входящих в них живых ор­ганизмов.

Под влиянием конкретных ландшафтно-геохимических условий опасные химические вещества в одном случае могут сохраняться продолжительное время и накапливаться, в другом — быстро разрушаться и выводиться из рас­сматриваемой системы.

Как уже отмечалось, одна из особенностей в поведении химических ве­ществ состоит в том, что многие из них не обладают устойчивостью и, в зависимости от условий внешней среды, в той или иной степени претерпевают хи­мические превращения.

Так, например, выбрасываемые химическими предприятиями как при нор­мальной деятельности, так и при авариях диоксид серы и окислы азота при взаимодействии с влагой атмосферы, с водяными каплями облаков и выпада­ющего дождя образуют растворы кислот (серной, сернистой, азотистой и азот­ной). В результате выпадающие метеорологические осадки (дождь, снег, град, туман, дождь со снегом), имеют рН меньше, чем среднее значение рН дожде­вой воды (рНсреднее = 5,6). Они именуются «кислотными дождями». Кислотные дожди являются одной из причин гибели лесов, урожаев, расти­тельности и жизни в водоемах. Кроме того, кислотные дожди разрушают зда­ния и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомоби­ли, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

Наряду с кислотными дождями опасность представляют многие известные токсичные вещества, оказавшиеся в результате техногенных процессов во взвешенном состоянии в воздухе. Попадая в организм при вдыхании даже при малых концентрациях, они могут вызвать различные заболевания у людей, животных и птиц, а оседая на растения, их поражение.

Среди опасных химических веществ, загрязняющих (заражающих) окружа­ющую среду при авариях и вызывающих в ней негативные экологические по­следствия, особое место занимают АХОВ.

Следует отметить, что АХОВ, попавшие на какую-либо поверхность в капельно-жидком виде, подвергаются влиянию процессов испарения, впитыва­ния, гидролиза и с течением времени теряют свои поражающие свойства, то есть происходит процесс самодегазации (нейтрализации).

Большое влияние на скорость испарения оказывает температура. Чем выше температура, тем больше концентрация насыщенных паров и коэффициент диффузии веществ в воздухе, то есть выше скорость испарения.

В случае заражения поверхностей невпитывающих материалов с исчезнове­нием жидкой фазы естественная дегазация заканчивается и объект становится безопасным. Для впитывающих материалов этого условия недостаточно, так как впитавшаяся часть АХОВ может служить источником поражения людей. В данном случае после исчезновения жидкой фазы естественная дегазация продолжается за счет десорбции и перераспределения веществ в материале объекта. В результате перехода молекул из поверхностного слоя в воздух в материале возникает градиент концентрации, приводящий к диффузии мо­лекул из глубины к поверхности. Поэтому в глубине концентрация также изменяется.

Наряду с процессами проникания и испарения АХОВ с зараженных повер­хностей может происходить процесс гидролиза, то есть разложения их водой. Скорость гидролиза зависит от природы вещества, поверхности соприкосно­вения его с водой и от температуры. Чем больше поверхность соприкоснове­ния и чем выше температура, тем интенсивнее идет процесс гидролиза. Пони­жение температуры, наоборот, замедляет скорость гидролиза. Гидролиз АХОВ на сухих непористых материалах зависит от влажности воздуха, а гидролиз АХОВ в сухих пористых материалах и в почве — от их естественной влажно­сти.

Таким образом, попадая на различные поверхности, АХОВ длительное время (часы, сутки) могут служить источником поражения людей.

Необходимо подчеркнуть, что химические и физико-химические превра­щения, происходящие с АХОВ при попадании их в окружающую среду, влекут за собой изменения их химической структуры.

Под непосредственным воздействием АХОВ на окружающую среду и по причине формирования под их влиянием иных, чем ранее условий обитания, могут происходить изменения видового состава сообществ животных, а также функций значимости входящих в них живых организмов.

Если состав сообщества живых организмов определяется числом и значи­мостью этих организмов, то структура сообщества — взаимодействиями между элементами сообщества и относительной значимостью взаимодействий. Наи­более важными взаимодействиями организмов в сообществе являются трофи­ческие. Устойчивость структуры характеризуется благополучием видов, доми­нирующих на каждом из его трофических уровней.

Как уже отмечалось, АХОВ в условиях окружающей среды претерпевают химические, физико-химические и иные превращения. Под влиянием конк­ретных ландшафтно-геохимических условий в одном случае они могут сохра­няться продолжительное время и накапливаться, в другом — быстро разруша­ться и выводиться из рассматриваемой системы. При этом ключевую роль в определении характера и опасности долгосрочных экологических последст­вий заражения окружающей среды АХОВ играет скорость самоочищения тер­риторий.

При оценке экологических последствий химического характера главное внимание уделяется сообществам жи­вых организмов. Вместе с тем принимается во внимание то очевидное обстоя­тельство, что жизнедеятельность этих сообществ после техногенных воздейст­вий в значительной мере определяется состоянием среды обитания, теми из­менениями, которые в ней произошли в результате возникших нагрузок нега­тивного характера. Так, при ЧС с выбросом аммиака у человека резко снижается способность мозговой ткани усваивать кислород, нарушается свертываемость крови. По­следствиями тяжелой интоксикации является снижение интеллектуального уровня с выпадением памяти, неврологические симптомы: тремор, нарушение равновесия, тики, понижение болевой и тактильной чувствительности, голо­вокружение, нистагм, гиперрефлексия. Последствиями острого отравления могут быть помутнение хрусталика, роговицы, даже ее прободение и потеря зрения, охриплость или полная потеря голоса и различные хронические забо­левания (бронхит, эмфизема легких и др.). Смерть обычно наступает от сер­дечной слабости или остановки дыхания [39].

Защита населения от АХОВ представляет собой комплекс организационных и организационно-технических мероприятий, проводимых с целью исключения или максимального снижения числа пострадавших от воздействия опасных хи­мических веществ людей при химических авариях и катастрофах.

В организацию надежной защиты населения положены два основных принципа:

первый — заблаговременность подготовки органов управления, сил и средств РСЧС и обучения населения к действиям в очаге химического поражения;

второй — дифференцированный подход к выбору способов защиты и меропри­ятий, их обеспечивающих, с учетом степени потенциальной опасности для про­живания людей.

Заблаговременная подготовка включает организационные и инженерно-техни­ческие мероприятия по предупреждению возможных аварии на химически опас­ных объектах, которые направлены как на выявление, так и устранение причин аварий, максимальное снижение возможных разрушений и потерь, Они должны также создать условия для быстрейшей локализации и ликвидации последствий чрезвычайной ситуации.

Решающее значение для защиты населения от АХОВ имеют:

подготовка диспетчерских служб химически опасного объекта, создание и функционирование локаль­ных автоматизированных систем контроля химического заражения и оповеще­ния населения;

накопление, хранение и содержание в готовности средств индивидуальной защи­ты по месту пребывания людей для использования в экстремальных ситуациях;

поддержание в готовности убежищ к приему укрываемых, подготовка жилых и производственных зданий к защите людей;

определение и рекогносцировка районов временного размещения эвакуирован­ного из городов населения в случае возникновения крупной химической аварии;

подготовка и поддержание в готовности сил РСЧС к ликвидации последствий выб­роса опасных веществ в окружающую среду и оказанию помощи пострадавшим;

подготовка органов управления РСЧС и населения к умелым действиям при крупных авариях на химически опасных объектах.

Дифференцированный подход заключается в поисках конкретных способов за­щиты населения, которые устанавливаются на основе анализа обстановки, скла­дывающейся при аварии на химически опасном объекте, наличия времени, сил и средств.

Основными способами защиты населения от АХОВ являются: использование средств индивидуальной защиты органов дыхания и защитных сооружений; вре­менное укрытие населения в жилых и производственных зданиях; эвакуация людей из зон возможного заражения.

Каждый из перечисленных способов может применяться самостоятельно либо в сочетании с другими, в зависимости от конкретной обстановки.

Особого внимания заслуживает способ, основанный на применении средств индивидуальной защиты органов дыхания, поскольку он может быть наиболее эффективным в отдельных реальных условиях. Кроме того, он находит широкое применение на химических производствах для защиты промышленно-производственного перша, а также может найти применение и для защиты людей, про­живающих вблизи таких объектов.

Укрытие людей в убежищах позволяет обеспечить более высокий уро­вень защиты. Однако в мирное время «тот способ находит весьма ограниченное применение, поскольку постоянное поддержание защитных сооружений в готов­ности к приему укрываемых требует значительных финансовых затрат.

Обеспечить защиту людей от первичного и в течение некоторого времени от вто­ричного облака зараженного воздуха могут жилые и производственные здания. При этом следует иметь в виду, что чем меньше коэффициент воздухообмена внут­реннего помещения, тем выше его защитные свойства. Так жилые и служебные помещения имеют более высокий коэффициент защиты по сравнению с помеще­ниями производственных зданий.

Эвакуация населения из городов при возникновении опасности организуется комиссиями по чрезвычайным ситуациям на основе данных прогноза возможной обстановки. Она может проводиться различными видами транспорта или пешим порядком. Маршруты выбирают с учетом метеорологических условий, особеннос­тей местности и складывающейся ситуации. Эффективность защиты может быть достигнута лишь в том случае, если эвакуация производится до подхода облака за­раженного воздуха. В противном случае пребывание людей открыто на местности в атмосфере зараженного воздуха может только усугубить положение.

Определяющее значение на выбор способа защиты оказывает удаление людей (жилых кварталов, населенных пунктов) от места аварии. Так, при значитель­ном удалении основным способом будет эвакуация в безопасные районы. Другие способы могут и не потребоваться. Вместе с тем на практике чаще встречаются случаи, когда необходимо сочетание различных способов. Например, нет возмож­ности эвакуировать людей непосредственно из зоны химического заражения сра­зу же после аварии. В этом случае целесообразно какое-то время находиться в помещениях, загерметизировав их подручными средствами. Затем, если возник­нет крайняя необходимость, организуется вывоз людей в безопасные районы. Про­изводственный персонал, используя как подготовленные помещения, так и про­мышленные противогазы, действует согласно инструкции.

Все эти способы защиты при авариях на химически опасном объекте дают положительный результат только при своевременном проведении ряда мероприятий, основными из кото­рых являются: прогнозирование и оценка химической обстановки; оповещение населения об угрозе поражения АХОВ; разведка очага поражения и прилегаю­щих к нему районов; оказание медицинской помощи пострадавшим; локализа­ция и тушение пожаров в очаге химического поражения; ликвидация последствий химического заражения; инженерно-технические работы, направленные на сни­жение потерь в людях и материального ущерба.

Локализация и ликвидация очага химического поражения осуществляется в соответствие с заранее разработанным планом. Ввод сил в очаг, как правило, осуществляется с наветренной стороны.

Первой в очаг входит группа газоспасателей объекта. Задача: локализовать выброс (разлив) аммиака и произвести вынос (вывоз) поражённых на пункт сбора поражённых (ПСП), после оказания им при необходимости первой медицинской помощи.

Второй - команда пожаротушения. Задача: потушить пожар, поставить отсечную водяную завесу (по фронту не менее 200 м).

Третьей - разведгруппа. Задача: проведение химической разведки.

Четвертой - группа охраны общественного порядка. Задача: перекрыть все входы и выходы на объекте, регулировать движение транспорта и поддерживать порядок в районе Аварии.

Для локализации очага химического поражения применяют следующие способы: постановка водяных завес, рассеивание облака с помощью тепловых потоков, обвалование пролива, сбор жидкой фазы в приемники, покрытие полимерной плёнкой зеркала пролива, разбавление опасного вещества водой, введение в него загустителей и т.д.

При ликвидации очага следует держаться наветренной стороны. Можно вплотную приблизиться к облаку в направлении, перпендикулярном к ветру. В зону заражения входить только в полных средствах защиты органов дыхания и кожи. Опасная зона изолируется в радиусе 100 метров на время стойкости очага и пока газ не рассеется. Соблюдать меры пожарной безопасности, устранить источник открытого огня. Время испарения свободно разлитого аммиака примерно 2-3 часа.

При разливе жидкого аммиака и концентрированных растворов нельзя прикасаться к пролитому веществу. Место разлива засыпается активным углём или углём-катализатором, обрабатывается дегазирующим раствором (10% раствором серной или соляной кислот) или большим количеством воды. Для дегазации имущества используется 5% раствор хлорамина или хлорной извести. При интенсивной утечке ограждают разлитую жидкость земляным валом, а место разлива нейтрализуют слабым раствором кислоты, промывают большим количеством воды.

Если произошла утечка газообразного аммиака, то с помощью поливомоечных, пожарных машин, а также имеющихся на химически опасных объектах гидрантов распыляют воду чтобы поглотить пары. Поставить эффективную водяную завесу практически невозможно.

Скорость испарения аммиака можно уменьшить в несколько раз, покрыв поверхность жидкости полиэтиленовой плёнкой. Использование пены или асбеста способствует уменьшению испарения жидкого аммиака. Плёнка, асбест и пена эффективнее воды.

При возгорании аммиака и пожаре используют средства пожаротушения - инертные газы, углекислотные огнетушители (при опасности поражения электрическим током), воздушно-механическую пену, пожарную машину, мотопомпу. На химически опасном объекте при аварии с выбросом (разливом) аммиака предусматривается проведение следующих мероприятий:

- прогнозирование зон поражения по конкретной обстановке;

- оповещение об опасности поражения работающих на данном объекте и близко расположенного жилого сектора (в радиусе 2,5 км от химически опасного объекта);

- ведение химической разведки, обозначение границ очага химического заражения (границ с уровнем смертельной концентрации), что позволяет принять решение на использование соответствующих средств и способов защиты;

- немедленное начало работы по локализации и ликвидации химических очагов;

- оцепление зон заражения с целью прекращения доступа на территорию с поражающими концентрациями аммиака (изолируется район в радиусе 100 метров);

- у входов на объект с наветренной стороны выставляется КПП;

- зоны заражения обозначаются предупредительными знаками;

- проверяется отсутствие людей в загазованной зоне и её помещениях;

- высылаются оперативные машины по направлению распространения зараженного воздуха;

- использование средств индивидуальной защиты всеми находящимися в зоне заражения;

- укрытие населения в убежищах, а при их отсутствии - в верхних этажах зданий в течение 1-1,5 часов после возникновения аварии (обязательна предварительная герметизация помещений, в производственных помещениях, оказавшихся в загазованной зоне, выключают приточную вентиляцию);

- эвакуация рабочих, служащих и населения из очага химического поражения и зоны химического заражения;

- проведение неотложных аварийно-технических мероприятий по предотвращению дальнейшего разлива аммиака и распространения аварии;

- локализация очага химического поражения путём нейтрализации вылитого аммиака и постановки водяных завес на направлении распространения зараженного воздуха;

- тщательный химический контроль производственных помещений и особенно мест возможного застоя паров;

- проведение личному составу, участвующему в ликвидации химического очага, гигиенической помывки и медицинского осмотра;

- организация сбора, анализа и получение данных об обстановке, доклады по подчинённости, подготовка предложений по организации и проведению работ.