За это время происходит их превращение в кислоты и сток из атмосферы с осадками в почву и поверхностные воды, главным образом, в виде слабых растворов серной, сернистой, а также азотной и азотистой кислот.

NO + O3                              NO2 + O2

NO + HO2                         NO2 + OH

2NH2 + H2O поверхность       HNO2 + HNO3

Азотная кислота оказывает существенное влияние на образование кислотных дождей. Если для ряда стран Европы её вклад в кислотные дожди 10-20%, то для Украины вклад оксидов азота в кислотные дожди находится в пределах от 35 до 50%. При этом имеется выброс с Украины на территорию России, Белоруссии, Турции, Молдовы и других стран и поступление оксидов азота из Германии, Польши, Румынии и других стран в соизмеримых количествах. Перенос оксидов азота с территории Германии в Украину, обычно в 5-7 раз превышает обратный перенос.

В 1991-94 годы за счёт снижения выработки электроэнергии и применения мероприятий по снижению образования оксидов азота выброс снизился на 36%.

Оксиды азота при горении топлив образуются по трём механизмам: «термическому», «топливному» и «быстрому». При сжигании газов образования оксидов азота идёт по двум основным механизмам: «термическому», разработанному Я.Б. Зельдовичем, имеющему очень сильную зависимость от температуры и «быстрому». Для «быстрого» механизма, разработанного С. Фенимором характерны:

а)  слабая зависимость от температуры;

б) сравнительно сильная зависимость от избытка окислителя;

в)  образование в начальной зоне горения.

Приведённые в Институте газа экспериментальные исследования позволили подтвердить взаимосвязь выхода «быстрых» NO с содержанием HCN в пламенах, а также подтвердить, что выход «быстрых» оксидов азота зависит от состава газообразных топлив.

По данным исследований, проведённых на специально сконструированной установке, позволяющей выделить «быстрые» NOx, их концентрации при сжигании CO и H2 существенно ниже, чем при горении метана и других углеводородных газов.

Основные загрязнители атмосферного воздуха

Весьма существенное значение имеет химический состав пыли. Например, содержание оксидов кремня в пыли более 10% делает её опасной для здоровья человека. По данным М. С. Гольденберга содержание оксидов кремня в пыли в воздухе большого города составляет 20,1-22,8%.

Б. П. Гуринов и Н. Я. Янышева, проводившие обследования загрязнения воздуха в районе одиннадцати ТЭЦ (теплоэлектроцентраль), работающих на угле, обнаружили, что максимальные концентрации твёрдых частиц в атмосферном воздухе имеют место на расстояниях в 8-10 раз больших высоты трубы. При отсутствии средств пылеулавливания в котельных установках малой производительности со слоевыми топками выброс твёрдых частиц в атмосферу соизмерим с выбросом их на ТЭЦ. Однако при слоевом сжигании только 3% выбрасываемых частиц имеет d < 10 мкм, а при пылеугонном – не менее 20-45%. При отсутствии систем пылеулавливания твёрдое топливо (уголь) поставляет в атмосферу в 100-200 раз больше твёрдых частиц, чем жидкое топливо.  Выбросы твёрдых частиц в атмосферу всё ещё являются одним из наиболее серьёзных видов загрязнений, вносимых процессами горения в атмосферу городов.

Выброс в атмосферу твёрдых частиц

Оксиды серы

Одним из наиболее крупных и трудно поддающихся отчистке загрязнителей атмосферного воздуха, выбрасываемых главным образом энергетическими установками, являются оксиды серы. Ежегодный выброс в нижние слои атмосферы превышает 150 млн. т; при этом от 60 до 80% этого количества выбрасывается с продуктами сгорания котлов и печей.

Оксиды серы, а также образующиеся при их соединении с водяными парами кислоты оказывает вредное воздействие на здоровье людей, вызывает разрушение стальных конструкций и строительных материалов, снижение прозрачности атмосферы, гибель хвойных лесов и плодовых деревьев, снижают урожайность сельскохозяйственных культур. Диоксид серы нарушает процесс фотосинтеза и дыхания, вызывает острые и хронические повреждения листьев. Растения ещё более чувствительны к оксидам серы, чем человек.

Вредное воздействие оксидов серы на растения резко увеличивается при наличии в атмосфере диоксида азота и повышении влажности.

У нас в стране заканчивается строительство опытно-промышленной аммиачно-циклической системы очистки от оксидов серы на Дорогобужской ТЭС производительностью 1млн м3/ч. ТЭС сжигает подмосковный бурый уголь с содержанием серы 2,5-3%, в качестве конечного продукта будет получаться жидкий сернистый ангидрид. В течение нескольких лет на одной из ТЭС работает оригинальная опытно-промышленная установка одновременной очистки от оксидов серы и оксидов азота путём подачи озона в скруббер. Установка обеспечивает очистку газов по сернистому ангидриду до 90%, по оксидам азота до 65%.

Оксиды азота

В ряду основных загрязнителей атмосферного воздуха специальное место занимают оксиды азота. В связи с тем, что большинство приборов и методов измерения основано на определении диоксида азота с предварительным доокислением оксида в диоксид, а также вследствие того, что до 1983 года были установлены нормы только на содержание оксидов азота в атмосферном воздухе, обычно фиксировалась сумма оксидов азота (NO2 + NO2 = NOx). До 1950-1960 годов исследование оксидов азота как загрязнителей атмосферы, выбрасываемых с продуктами сгорания топлива, практически не проводилось, и всё внимание было сосредоточено на твёрдых частицах (зола, пыль, сажа) и сернистом ангидриде. Между тем, как показали исследования, проведённые ещё в 1960-х годах, содержание оксидов азота определяет токсичность продуктов сгорания угля и мазута на 40-50%, а природного газа на 90-95%. Валовой выброс оксидов азота в атмосферный воздух в различных регионах и городах составляет 6-8% общего выброса всех вредных веществ, уступая лишь выбросу оксида углерода, оксидов серы и твёрдых частиц.

До 1980-х годов во всех исследованиях по образованию оксидов азота в процессах горения исходили из следующих предпосылок.

1.       В процессе горения топлива в котлах и других топливосжигающих устройствах образуется только оксид азота.

2.       При выходе из дымовой трубы оксид азота сравнительно быстро полностью доокисляется до диоксида азота.

Вместе с тем исследованиями института газа показано, что только 40-80% оксида азота, содержащегося в дымовой струе, превращается в диоксид азота

ПДК оксидов азота в атмосферном воздухе населённых пунктов

Более 95% от общего количества выбросов оксидов азота (51 млн. т /год) во всём мире поступает в атмосферу с продуктами сгорания и жидкого топлива и газа, и лишь 2,4 млн. т выбрасывает химическая промышленность. Следует отметить, что образующиеся в результате атмосферных явлений оксиды азота в количестве 770 млн. т /год не представляют опасности, т. к. они равномерно распределяются по поверхности земного шара в малых концентрациях.

После выхода из дымовой трубы в атмосферу основная часть оксида азота переходит в диоксид азота по двум основным реакциям:

а) при высоких концентрациях в корне факела за счёт окисления кислородом в результате экзотермических реакций

2NO + O2                        2NO2 + 188 к Дж /моль;

б) при низких концентрациях в результате окисления атмосферным озоном:

NO + O3                          O2 +205 кДж /моль.

Последняя реакция при низких концентрациях, имеющих место в приземной области дымовой струи, протекает в 105 раз скорее реакции и является превалирующей.

Общее количество озона в атмосфере невелико – толщина приземного слоя 3 мм, масса 3,29 . 109 т. обычное содержание О3 в атмосфере городов составляет 0,02-0,10 мг/м3, при этом максимум концентраций имеет место в дневные (12-17 часов), а минимум – в ночные или утренние часы.

Кислотные дожди

В последние годы особое внимание привлечено к проблеме перемещения соединений серы и азота в атмосферном воздухе на большие расстояния (до 1000 км) от источника выброса. Эта проблема имеет важное значение в связи с наличием регионов с высокой концентрацией промышленности внутри страны, строительством мощных топливно-энергетических комплексов, а также в связи с трансграничным переносом загрязнителей из-за рубежа через западную границу.

Проблема обострилась в последние годы в связи со строительством электростанций большой мощности на низкосортных топливах с высоким содержанием серы и применением дымовых труб 250 м и более.

Она связана как с перемещением, так и с превращением в атмосфере оксидов серы и азота, выбрасываемых главным образом электростанциями, а также другими крупными топливосжигающими установками.

В ряде случаев в результате последующих реакций в атмосфере токсичность первичных загрязнителей воздуха существенно повышается.

Обычно оксиды серы и азота находятся в атмосферном воздухе до 2-5 суток, перемещаясь с потоками воздуха на расстояние до 1000 км. При этом происходит их превращение в кислоты и сток из атмосферы с осадками в почву и в поверхностные воды, главным образом в виде слабых растворов серной, азотной и азотистой кислот в результате ряда реакций, в которых отметим следующие:

SO2 + OH       M       HSO3;

HSO3 + O2                 SO3 + HO2;

HSO3 + OH        M        H2SO4.

Оксид углерода

Одной из наиболее значительных групп токсичных веществ, попадающих в атмосферный воздух, являются продукты неполного сгорания топлива: оксид углерода, альдегиды, органические кислоты и углеводороды. В этой группе наибольшее значение имеет оксид углерода. Если содержание пыли, оксидов серы и оксидов азота в атмосферном воздухе городов определяется уровнем выброса токсичных веществ с продуктами сгорания топлива, сжигаемого в топках котлов и печах, то содержание оксидов углерода на улицах больших городов на 75-97% определяется автотранспортом. Загрязнение воздухом оксидом углерода в Москве и Санкт-Петербурге определяется автотранспортом на 96,3 и 88,1%, а углеводородами на 64 и 79%. Такое же положение характерно для подавляющего числа крупных городов с развито металлургической промышленностью, в которых при наличии агломерационных фабрик и других производств в городе, содержащие оксиды углерода в атмосферном воздухе определяется примерно в равной степени металлургией и автотранспортом.

Оксид углерода – высокотоксичное вещество. Составляет около половины от общего весового количества  всех вредных веществ, поступающих в воздушный бассейн городов. При вдыхании в течение нескольких часов возможно отравление.

Список литературы:

1.  Сигал И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива – Москва: Недра, 1998 – 312 с.

2.  А. Г. Тумановский, А. Г. Берсенев. Перспективы развития технологий сжигания топлив на тепловых электростанциях России – Киев, Минэнерго Украины, 1996 – 15 с.

3.  С. В. Яцкевич, И. И. Ярошевская, Ю. В. Струц. Проблемы экологии в энергетике Украины и пути их решения - Киев, Минэнерго Украины, 1996 – 12 с.

4.  С. И. Ожегов. Словарь русского языка – Москва, изд. 14-е стереотипное, 1983 – 815 с.

Послесловие. Наша планета Земля.

Наша планета – это маленькая песчинка во Вселенной. В то же время Земля является уникальной планетой, поскольку на ней существуют различные формы жизни, включая разумную. В настоящее время мнения учёных по поводу существования жизни в других точках Вселенной различны. Одни считают, что среди космического холода и мрака Земля является единственным оазисом, на котором существует жизнь, другие предполагают возможность существования жизни и в других звёздных системах, но человек никогда не сможет их посетить.

        Нашу планету подстерегают различные космические опасности. 65 млн. лет назад падение астероида в районе полуострова Юкатан (Центральная Америка) привело к глобальной катастрофе, погубившей динозавров. Существует гипотеза, что примерно 12 тысяч лет назад на Земле произошла ещё одна катастрофа, также связанная с падением космического тела. В результате этой катастрофы безвозвратно погибли многие виды живых организмов, а человечество было отброшено назад в своём развитии на многие тысячелетия.

        Но самой большой опасностью для жизни на Земле является деятельность человека. За тысячелетия цивилизации человеком истреблены многие виды животного мира. В результате неконтролируемой распашки земель навсегда уничтожены различные виды растений. Многие виды находятся на грани исчезновения, и занесены в Красную книгу. Активное наступление человека на природу происходит с конца XIX – начала XX столетий в связи с технической революцией. Человек изобрёл ядерное оружие, которое способно в считанные секунды уничтожить большую часть земной фауны и флоры, обеспечить существование нашей планеты в условиях «ядерной зимы» в течение долгих тысячелетий, отбросить человека обратно в каменный век. Бурное развитие промышленности, в том числе энергетики, привело к значительному увеличению выбросов в земную атмосферу вредных веществ, таких как сернистый ангидрид, оксиды азота, сероводород, соединения ванадия, парниковые газы и др. Накопление этих веществ в атмосфере отрицательно влияет на жизнеспособность представителей земной фауны и флоры, в том числе и человека. Необходимо принятие срочных мер по ограничению загрязнения атмосферы. Это станет возможным только в случае внедрения промышленностью новых передовых технологий.

        Я с раннего детства интересовалась природой, появлением и развитием жизни на Земле. Меня всегда поражали красота и многообразие земной фауны и флоры. Поэтому тема «Проблемы экологии в энергетике» меня очень заинтересовала. Мне бы очень хотелось передать ту красоту и необычность природы, которую я вижу сейчас, нашим потомкам. Я ещё не знаю, какую профессию выберу после окончания школы, но независимо от выбранной специальности я всегда буду заботиться о сохранении и приумножении природных богатств.

            Мой реферат может быть использован в качестве материала для экологического обучения учащихся средних и старших классов общеобразовательных школ.

Страницы: 1, 2