Для уменьшения загрязнения воздушного бассейна нефте- и газодобывающими предприятиями предусматривают различные технологические и организационно-технические мероприятия. На месторождениях, в газе которых содержится сероводород, им уделяется особое внимание.
К основным таким мероприятиям относятся:
· правильный выбор материалов для оборудования, трубопроводов, арматуры, средств контрольно-измерительных приборов и автоматики, работающих в средах, содержащих кислые газы;
· герметизация системы по добыче, транспорту и промысловой подготовке газа и углеводородного конденсата;
· применение систем автоматических блокировок и аварийной остановки, обеспечивающих отключение оборудования и установок при нарушении технологического режима.
Для уменьшения выбросов сероводорода и углеводородов с поверхностей испарения очистных сооружений рекомендуют использовать нефтеловушки закрытого типа и с отсосом газов на сжигание.
Работу факельной установки считают удовлетворительной, если происходит полное и бездымное сгорание газов. Бездымного сжигания газов обычно достигают при смешивании их с водяным паром или подачей распыленной воды.
Сокращение потерь нефти и нефтепродуктов при перекачке и хранении, снижение загрязнения атмосферы достигают с помощью организационно-технических мероприятий и специальных технических средств.
Организационные мероприятия
Основополагающим условием экологической безопасности в данном случае является высокое качество герметизации всей системы транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов. При эксплуатации резервуаров учитывают, что потери от вентиляции газового пространства имеют большой удельный вес в общем объеме потерь.
Число внутрипарковых перекачек должно быть предельно сокращено.
Все емкости по возможности необходимо держать с максимальным заполнением . Это обстоятельство значительно уменьшает потери при «большом» и «малом дыханиях». Расчеты показывают, что потери бензина от испарения при хранении его в наземных металлических резервуарах для средней полосы России составляют (в % от объема резервуара):
0,3 ‑ при заполнении резервуара на 90 %;
1,0 ‑ при заполнении на 70 %;
9,6 ‑ при заполнении на 20 %.
Соответствующие потери в южных районах нашей страны в 1,5 раза больше указанных.
Специальные технические средства
1. Применение резервуаров с уменьшенным объемом газового пространства (применение резервуаров с плавающими крышами или понтонами ).
2. Хранение нефтепродуктов под повышенным давлением (полностью исключаются потери от «малых дыханий», а потери от «больших дыханий» сокращаются на 50-60 %).
3. Применение систем и установок по улавливанию паров нефти и нефтепродуктов. Помимо высокой экономической целесообразности этих систем, сохраняющих огромное количество дорогостоящих природных углеводородов, они имеют исключительно природоохранное значение.
Фирмой «Доу кемикл компании» (США) разработана адсорбционная система улавливания нефтепродуктов, образующихся при испарении и выходящих из резервуаров. Выделяющиеся углеводороды, проходя через слой сополимерного адсорбента, сорбируются на нем. При опорожнении резервуара или понижении температуры окружающей среды воздух засасывается в резервуар также через слой адсорбента. Если этот воздух предварительно подогреть, то он десорбирует поглощенные углеводороды. При этом возникает опасность образования взрывчатой смеси. Для исключения этой опасности воздух заменяют азотом. 4. Во многих случаях системы улавливания паров заменяют сжиганием их на факеле или в закрытом аппарате. В условиях динамического удорожания нефти и нефтепродуктов этот способ является архаичным, а по отношению к окружающей среде ‑ опасным.
5. Использование отражательно-тепловой защиты резервуаров от солнечной радиации для уменьшения диапазона изменения температуры газового пространства.
Отрицательное тепловое воздействие солнечной радиации резко ограничивают соответствующей окраской наружных и внутренних поверхностей резервуаров, устройством экранов отражателей, орошением крыш резервуаров и др. Наиболее эффективна окраска поверхности резервуаров в светлые тона, для этой цели используют алюминиевую краску и белую эмаль. Окраска внутренних поверхностей резервуара уменьшает поток тепла от стенок к поверхности нефтепродукта за счет низкого коэффициента излучения. Одновременная окраска внутренней и наружной поверхностей резервуара снижает потери от испарения на 50-60 % по сравнению с неокрашенным резервуаром.
6. Одним из перспективных направлений в снижении потерь легкоиспаряющихся нефтепродуктов является использование заглубленных и подземных резервуаров. При таком способе хранения практически исключается потеря нефтепродуктов от «малых дыханий», так как резервуары находятся вне облучения.
7. Для уменьшения выбросов через предохранительные клапаны на аппаратах используют контрольные клапаны со сбросом газовой смеси в закрытую систему при давлении на 15 % выше номинального и аварийные клапаны с выбросом вредных веществ в атмосферу через сепаратор при давлении на 20 % выше номинального. При этом потери углеводородов через предохранительные клапаны уменьшаются на 60-70 %.
8. Герметизация насосов и компрессоров, при которой предусмотрен закрытый дренаж токсичных паров и газов от насосов, аппаратуры в специальные дренажные емкости, позволяет уменьшить потери на 50-60 %.
Выбор системы, исключающей выбросы в атмосферу, зависит от давления паров, концентрации углеводородов, а также пределов взрываемости, химического состава газовой подушки, расположения оборудования и т. д. Показатели безопасности и экономичности являются при этом определяющими.
Борьба за чистоту атмосферного воздуха в настоящее время стала важнейшей задачей отечественной гигиены. Эта задача решается путем законодательных предупредительных мероприятий: планировочных, технологических и санитарно-технических. Постановление Совета Министров СССР «О мерах борьбы с загрязнением атмосферного воздуха и об улучшении санитарно-гигиенических условий населенных мест» (1949) запрещает министерствам и ведомствам вводить в действие предприятия и цехи, не обеспечив их эффективной очисткой промышленных выбросов.
В законе «Об охране природы в РСФСР», принятом в 1960 г., атмосферный воздух рассматривается как объект природы, как природное богатство, подлежащее охране. Закон вменяет в обязанность исполкомам, предприятиям, учреждениям и другим организациям проводить комплекс мероприятий, предупреждающих загрязнение атмосферного воздуха: внедрение рациональной технологии, исключающей поступление в атмосферу вредных отходов, применение эффективных очистных и рекуперационных сооружений и т. п. Закон требует неукоснительного соблюдения гигиенических норм чистоты атмосферного воздуха. Одним из наиболее существенных мероприятий, осуществленных Советским государством в этом направлении, является регламентация для атмосферного воздуха населенных мест предельно допустимых концентраций химических и механических примесей, т. е. такого их содержания, при котором исключена возможность как прямого воздействия этих примесей на организм человека, условия жизни, работоспособность и самочувствие, так и косвенного влияния на здоровье благодаря значительным потерям биологически ценных ультрафиолетовых лучей солнца, снижению прозрачности атмосферы, губительному действию на растительность и т. п. Иначе говоря, предельно допустимые концентрации - это такие количества атмосферных загрязнений, которые не могут нанести какого-либо ущерба здоровью населения. Величины этих концентраций устанавливаются путем длительных экспериментов на животных, причем допустимой считают такую концентрацию, которая при многодневном воздействии не вызывает сколько-нибудь существенных функциональных изменений и биохимических реакций. Уровни предельно допустимых концентраций должны лежать ниже величин, при которых наблюдаются не только нарушения реактивности, но даже какие-либо защитные или приспособительные реакции.
В санитарном законодательстве СССР для предельно допустимых уровней атмосферных загрязнений приняты два значения концентраций: максимально разовая и среднесуточная. Первая из них представляет собой норматив, с которым следует сравнивать наиболее высокую концентрацию обнаруженного в атмосфере загрязняющего вещества; вторая является средним арифметическим из величин, полученных в течение суток путем многократных измерений, регистрируемых графически непрерывно или периодически. Сопоставляя полученные с помощью анализа воздушной среды величины загрязнений с регламентированными нормативами, можно количественно охарактеризовать содержание вредных примесей, а затем оценить чистоту атмосферного воздуха с санитарной точки зрения.
Ниже приведена таблица 1 предельно допустимых концентраций некоторых вредных примесей в атмосферном воздухе населенных мест (извлечение из СН 245-63).
| Наименование вредных веществ | Предельно допустимая концентрация в мг/м 3 | |
| максимально разовая | средне-суточная | |
| 1. Акролеин 2. Амилацетат 3. Ацетон 4. Бензол 5. Бутилацетат 6. Винилацетат 7. Дихлорэтан 8. Метанол 9. Метилацетат 10. Мышьяк (неорганические соединения, кроме мышьяковистого водорода) 11. Окись углерода 12. Окись азота 13. Пыль нетоксическая 14. Ртуть металлическая 15. Сернистый ангидрид 16. Сероводород 17 Сероуглерод 18 Сажа (копоть) 19. Формальдегид 20. Фенол 21 Фтористые соединения 22. Хлор 23. Хлористый водород 24. Этилацетат |
0,30 0,1 0,35 2,40 0,1 0,2 3,0 1,5 0,07
- |
0,10 0,1 0,35 0,80 0,1 0,2 1,0 0,5 0,07 0,003 |
Наличие регламентированных предельно допустимых концентраций атмосферных загрязнений дает возможность органам санитарного надзора в соответствии с санитарным законодательством предъявлять предприятиям требования об осуществлении мероприятий технологического и санитарно-технического характера. Целью этих требований является предохранение воздушного бассейна городов от промышленных выбросов и ограничение содержания вредных примесей в атмосферном воздухе. Санитарным органам при утверждении проектов нового строительства предприятий, электростанций и других объектов предоставлено право отказа, если в рассматриваемой документации не предусмотрены установки по очистке промышленных выбросов. К таким установкам относятся различные пыле- и газоочистные устройства, освобождающие дымовые газы от летучих аэрозолей и вредных газообразных примесей. К сожалению, современная техника не обеспечивает полноценной очистки дымовых газов от этих веществ. Поэтому даже при эксплуатации наиболее эффективных очистных сооружений необходимо предусматривать устройство достаточно высоких заводских труб. Благодаря последним выброс дыма и золы происходит в зону быстро перемещающихся над земной поверхностью воздушных потоков.
Существенное гигиеническое значение имеет использование в качестве топлива тех сортов угля, которые обладают наименьшей зольностью, а также рационализация режима сжигания топлива, обеспечивающего полное его сгорание.
Важная роль в борьбе с загрязнением атмосферного воздуха принадлежит газификации и электрификации производственных процессов, широкому применению газа и электричества в быту, теплофикации городов и т. п. На всех промышленных предприятиях должны быть созданы условия для предупреждения загрязнения воздушной среды вредными примесями путем усовершенствования технологии, герметизации оборудования и др. Во многих случаях представляется возможной рекуперация выделяющихся парообразных веществ, т. е. частичный возврат в производство ценных материалов путем извлечения их из смеси с воздухом с помощью поглотителей, конденсацией паров или перегонкой. Как рекуперация, так и утилизация отходов производства с целью получения из них ценных материалов является чрезвычайно выгодной с экономической точки зрения и имеет существенное гигиеническое значение.
Наконец, санитарное законодательство СССР предусматривает для защиты атмосферного воздуха промышленных городов от химических и механических загрязнений планировочные мероприятия. Эти мероприятия заключаются в том, что при планировке предприятий регламентируются санитарно-защитные зоны, представляющие собой минимальные расстояния (разрывы) между промышленными объектами и жилыми районами города. Санитарно-защитные зоны способствуют рассеиванию промышленных выбросов и тем самым снижают содержание вредных примесей (по мере удаления от источника загрязнения атмосферного воздуха) до допустимых величин. Ширина защитной зоны устанавливается в зависимости от токсичности выделяющихся примесей и условий технологического процесса (от 50 до 1000 м). При этом необходимо учитывать розу ветров (см. стр. 61) и располагать жилые районы по отношению к предприятиям с наветренной стороны. Для заводов, изготовляющих синтетические лекарственные средства, ширина защитной зоны должна составлять не менее 1000 м, а для производств алкалоидов, галеновых препаратов, органопрепаратов, фармацевтических солей калия и др.- не менее 100 м.
Для борьбы с загрязнением воздуха уличной пылью необходимо применять поливку улиц, их механизированную уборку, усовершенствованные покрытия, озеленение территории и т. п.
Существует большое количество нормативных документов, регламентирующих охрану атмосферного воздуха. Конституцией РФ провозглашены права человека на охрану здоровья (ст. 41) и на благоприятную окружающую среду (ст. 42). В Федеральном законе «Об охране окружающей среды» говорится, что каждый гражданин имеет право на благоприятную окружающую среду, на ее защиту от негативного воздействия, вызванного хозяйственной и иной деятельностью. Закон «Об охране атмосферного воздуха» регламентирует разработку и проведение мероприятий по ликвидации и предупреждению загрязнения воздуха – строительство газоочистных и пылеулавливающих устройств на промышленных предприятиях и предприятиях теплоэнергетики.
2. Технологические
Технологические мероприятия являются основными мероприятиями по охране атмосферного воздуха, так как только они позволяют снизить или полностью исключить выброс вредных веществ в атмосферу на месте их образования. Данные мероприятия непосредственно направлены на источник выбросов.
а) Радикальной мерой уменьшения выбросов является использование замкнутого технологического процесса, т.е. это полное отсутствие выбросов в атмосферу хвостовых газов на конечных стадиях образования или абгазов (это газы, образующиеся на промежуточных стадиях производства) и удаление их через специальные абгазовые камеры. Однако на современном этапе научно-технического прогресса нет примеров создания технологических процессов, действующих по принципу полностью замкнутых систем.
б) Более перспективным методом является метод комплексного (максимального) использования сырья, промежуточных продуктов и отходов производства по типу создания производств с «безотходной» или малоотходной технологией (в стройиндустрии – использование отходов производства).
в) К мерам нерадикального характера, которые снижают опасность загрязнения, относятся:
Замена вредных веществ в производстве безвредными или менее вредными (перевод котельных со сжигания твердого топлива и мазута на газ, замена бензина в двигателях внутреннего сгорания на водород и другие соединения);
Предварительная обработка топлива или сырья с целью снижения содержания вредных примесей;
Использование мокрых технологических процессов переработки пылящих материалов взамен сухих;
Герметизация технологического оборудования, аппаратуры;
Использование гидро- и пневмотранспорта при транспортировке пылящих материалов;
Замена прерывистых процессов непрерывными (непрерывность процесса исключает залповые выбросы загрязнений).
3. Санитарно-технические
Целью санитарно-технических мероприятий является извлечение или нейтрализация компонентов выбросов, находящихся в газообразной, жидкой или твердой форме, от организованных стационарных источников. Для этого используются различные газопылеулавливающие установки.
Виды газопылеулавливающих установок:
а) для удаления взвешенных частиц;
б) для удаления газообразных и парообразных веществ.
а) К сооружениям для удаления взвешенных веществ относятся:
Пылеосадительные камеры, пылеуловители, циклоны, мультициклоны для удаления крупной пыли. Частицы пыли удаляются с помощью механической силы;
Фильтры, которые задерживают пыль при пропускании через тот или иной фильтрующий материал (тканевые, волокнистые, зернистые). Особенностью электрофильтров является то, что задержка пыли происходит под действием электростатических сил. Особенно эффективны электрофильтры при улавливании мелкодисперсной пыли.
Аппараты мокрой очистки (скрубберы, мокрые пылеуловители). Частицы пыли отделяются от газа с помощью промывки той или иной жидкостью, преимущественно водой.
б) Для очистки промышленных выбросов в атмосферу от газовых компонентов используются абсорбция жидкостью и твердым веществом, каталитическое превращение вредных газообразных компонентов выброса в безвредные соединения. Выбор метода зависит от особенностей технологии.
Общие подходы к снижению и предотвращению загрязнения атмосферы можно классифицировать по двум основным направлениям: 1) мероприятия, проводимые с целью предотвращения негативных воздействий на окружающую среду; 2) мероприятия, направленные на ликвидацию последствий вредных воздействий.
Мероприятия, снижающие выброс загрязняющих веществ и уровень вредных воздействий:
- ? совершенствование технологических процессов и внедрение малоотходных и безотходных технологий;
- ? изменение состава и улучшение качества используемых ресурсов (удаление серы из топлива, переход с угля на нефть или газ, с бензинового топлива на водородное и др.);
Таблица 2
|
загрязнителей |
Основные источники загрязнения |
Возможное влияние на состояние атмосферы |
|
Взвеси (крошечные частицы и капли), находящиеся во взве- шенном состоянии |
Разработка полезных ископаемых, вспашка почвы, металлургические производства |
Изменение климата, состояния озонового слоя, создание смога |
|
Углеводороды (УВ) и другие летучие органические соединения |
Химическая, нефтехимическая промышленность, сжигание топлива, выбросы транспорта, курение |
Нарушение теплообмена атмосферы с гидросферой, изменение климата, состояния озонового слоя, усиление парникового эффекта |
|
Угарный газ (СО) |
Сжигание топлива, транспорт |
Нарушение теплового баланса верхних слоев атмосферы, изменение климата |
|
Оксиды азота (NxOy) |
Сжигание топлива, авиация, транспорт, минеральные удобрения |
Образование кислотных осадков, изменение состояния озонового слоя, создание смога |
|
Оксид серы (SO2) |
Сжигание топлива, металлургические производств |
Изменение климата, кислотные осадки |
|
Озон (О3) в приземном слое и другие фотохимические окислители |
Фотохимические реакции в атмосфере |
Изменение климата, сильное влияние на здоровье человека |
|
Тяжелые металлы (Hg, Cd, Zn, Cu и др.) |
Транспорт, металлургия |
Сильное влияние на живые организмы |
|
Радиация |
Естественная и искусственная (медицина, ядерная энергетика) |
Злокачественные образования и генетические мутации |
- ? установка очистных сооружений с последующей утилизацией улавливаемых отходов;
- ? комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением среды;
- ? научно-исследовательские и научно-технические разработки, результаты которых делают возможным и стимулируют внедрение перечисленных выше мер - разработка стандартов на качество окружающей природной среды, оценка экологической емкости экосистем, создание системы эколого-экономических показателей хозяйственной деятельности и др.
Мероприятия, позволяющие снижать степень распространения загрязняющих веществ и других вредных воздействий:
- ? строительство высоких и сверхвысоких труб;
- ? нейтрализация выбросов, их захоронение и консервация;
- ? доочистка используемых ресурсов перед поступлением к потребителю (установка кондиционеров и воздуховодов для очистки воздуха в помещениях);
- ? устройство санитарных охранных зон вокруг промышленных предприятий и на водных объектах, озеленение городов и поселков;
- ? оптимальное расположение промышленных предприятий и автотранспортных магистралей (с учетом гидрометеорологических факторов) для минимизации их отрицательных воздействий;
- ? рациональная планировка городской застройки с учетом розы ветров, шумовых нагрузок и др.
Рассмотрим в качестве примеров некоторые принципиальные схемы очистки выбросов в атмосферу. Для очистки газовых выбросов обычно используют осаждение пыли в гравитационном, центробежном, электрическом или акустическом полях, методы абсорбции, хемосорбции и реагентные.
Очистка газовых выбросов от пыли чаще всего осуществляется в аппаратах-циклонах.
Для фильтрования газов от пыли используют различные фильтры, например тканевые с набивкой или с насыпным фильтрующим слоем. Основную группу составляют разнообразные тканевые фильтры - хлопковые, шерстяные, капроновые, лавсановые, стекловолоконные.
Электрофильтры - наиболее совершенные аппараты для очистки газов от пылей и туманов. Процесс очистки основан на так называемой ударной ионизации газа в зоне разряда. Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, частично ионизированы за счет внешних воздействий. При достаточно большом напряжении, подаваемом на электроды, в электрическом поле движение ионов и электронов настолько ускоряется, что, сталкиваясь с молекулами газов, они ионизируют их, расщепляя на положительные ионы и электроны. Образовавшийся поток ионов ускоряется электрическим полем, и реакция повторяется (наступает лавинообразный процесс). Этот процесс называется ударной ионизацией. Электрофильтры обычно делают с отрицательными электродами, при этом положительно заряженные частицы под действием электростатических, аэродинамических сил и силы тяжести осаждаются. Периодическая очистка фильтра достигается встряхиванием электродов.
Очистка промышленных выбросов от токсичных газообразных примесей осуществляется с использованием: 1) абсорбции - промывки выбросов жидкими растворителями; 2) хемосорбции - промывки растворами реагентов, химически связывающими примеси; 3) адсорбции - поглощения примесей твердыми активными веществами; 4) химических превращений примесей в присутствии катализаторов (каталитические методы).
При абсорбции поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают в зависимости от растворимости в ней удаляемого газа, его температуры и парциального давления. Например, для удаления из технологических выбросов аммиака NH3, хлороводорода HCl, фтороводорода HF целесообразно в качестве абсорбента применять воду, так как растворимость этих газов в воде велика. В других случаях можно применять раствор серной кислоты (для улавливания водяных паров) или вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов) и др. Регенерация растворителя, т.е. десорбция из него газов проводится путем повышения температуры или понижения давления в термических или вакуумных десорберах.
Хемосорбция основана на поглощении газов реагентами с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Примером может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково-щелочного реагента:
H2S + Na4As2S5O2 = Na4As2S6O + H2O.
Регенерация раствора проводится окислением его кислородом, содержащимся в очищенном воздухе:
2Na4As2S6O + О2 = 2Na4As2S5O2 + 2S.
В этом случае побочным продуктом является сера. Могут применяться и другие реагенты и иониты. Иониты - это твердые вещества, способные обмениваться ионами с фильтруемыми через них жидкими или газообразными смесями. Это или природные материалы (цеолиты или глины), или синтетические полимеры (смолы).
Адсорбция процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси твердыми веществами. При физической адсорбции молекулы адсорбента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами газовой смеси. Требования к адсорбентам: большая адсорбционная способность, селективность (избирательность), химическая инертность, механическая прочность, способность к регенерации, низкая стоимость. Наиболее распространенные адсорбенты - активные угли, силикагели, алюмосиликаты. С увеличением температуры адсорбционная способность снижается. На этом свойстве основан процесс регенерации, которую осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры выше рабочей, либо продувкой его горячим паром или воздухом.
Каталитические методы очистки газов основаны на использовании катализаторов, ускоряющих химические реакции. В последние годы каталитические методы применяются для нейтрализации выхлопных газов автомобилей, т.е. превращения токсичных оксидов азота NO и углерода СО в нетоксичные: газообразный азот N2 и диоксид углерода СО2. При этом используют различные катализаторы: медно-никелевый сплав, платину на глиноземе, медь, никель, хром и др:
- 2 NO + 2СО > кат N2 + 2СО2;
- 2 NO + 2Н2 > кат N2 + 2Н2О;
- 2СО + О2 > кат 2СО2.
Нормирование качества воздуха и регламентация условий выбросов загрязняющих веществ
Нормирование качества воздуха - это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на атмосферу. Гигиенические нормативы - наиболее разработанная система норм, правил и регламентов для оценки качества воздуха.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) - это такие концентрации вредных веществ, которые практически не оказывают влияния на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.
ПДКвозд. - предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе. ПДК макс. раз. характеризует разовое, единовременное воздействие на организм человека, к которому он более устойчив в допустимых пределах, чем к хроническому, так как после снятия воздействия организму дается время для самовосстановления. ПДК раб. зоны рассчитывается на относительно здоровую (работоспособную) часть населения, воздействие на которую происходит в рабочее время. Содержание загрязняющих веществ, ниже которого болезненные реакции не наблюдаются, называется пороговым уровнем.
При больших количествах загрязнителя проявляются последствия для здоровья. Они зависят как от концентрации вредного вещества, так и от длительности его воздействия (экспозиции).
Уровень загрязнения воздуха определяется тремя факторами:
- 1) поступление загрязнителей в воздух (величина выброса);
- 2) объем пространства, в котором они рассеиваются (высота выброса, направление и скорость ветра, разность t0, влажность воздуха);
- 3) удаление загрязнителей из воздуха (расстояние до источника выброса).
Когда загрязнители смешиваются с достаточно большими объемами воздуха, их концентрация понижается вплоть до порогового уровня. В дальнейшем почвенные микроорганизмы или другие природные процессы могут поглотить и ассимилировать загрязняющие вещества, полностью устранив их из среды. К сожалению, современная цивилизация производит такие количества и такие типы загрязняющих веществ, что мнение «природа сама справится с загрязнением» не выдерживает критики.
Сорок четыре города России имеют высокий уровнь загрязнения воздуха (индекс загрязнения более 14). К ним относятся такие крупные города и промышленные центры, как Москва, Екатеринбург, Красноярск, Магнитогорск, Новосибирск, Челябинск, Кемерово.
Выпадения свинца и кадмия от зарубежных источников составляют около 30% суммарного загрязнения этими металлами европейской территории России, однако в западных регионах России эта доля значительно больше. Таким образом, трансграничный перенос существенно загрязняет территорию РФ.
Способы очистки газовых выбросов в атмосферу
Абсорбционный способ очистки газов, осуществляемый в установках-абсорберах, наиболее прост и дает высокую степень очистки, однако требует громоздкого оборудования и очистки поглощающей жидкости. Основан на химических реакциях между газом, например, сернистым ангидридом, и поглощающей суспензией (щелочной раствор: известняк, аммиак, известь). При этом способе на поверхность твердого пористого тела (адсорбента) осаждаются газообразные вредные примеси. Последние могут быть извлечены с помощью десорбции при нагревании водяным паром.
Способ окисления горючих углеродистых вредных веществ в воздухе заключается в сжигании в пламени и образовании СО2 и воды, способ термического окисления - в подогреве и подаче в огневую горелку.
Каталитическое окисление с использованиемтвердых катализаторов заключается в том, что сернистый ангидрид проходит через катализатор в виде марганцевых составов или серной кислоты.
Для очистки газов методом катализа с использованием реакций восстановления и разложения применяют восстановители (водород, аммиак, углеводороды, монооксид углерода). Нейтрализация оксидов азота NOx достигается применением метана с последующим использованием оксида алюминия для нейтрализации на втором этапе образующегося монооксида углерода.
Перспективен сорбционно-каталитический способ очистки особо токсичных веществ при температурах ниже температуры катализа.
Адсорбционно-окислительный способ также представляется перспективным. Он заключается в физической адсорбции малых количеств вредных компонентов с последующим выдуванием адсорбированного вещества специальным потоком газа в реактор термокаталитического или термического дожигания.
В крупных городах для снижения вредного влияния загрязнения воздуха на человека применяют специальные градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают низкие здания, затем - высокие и под их защитой - детские и лечебные учреждения; транспортные развязки без пересечений, озеленение.
Охрана атмосферного воздуха
Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды.
Закон "О6 охране атмосферного воздуха" всесторонне охватывает проблему. Он обобщил требования, выработанные в предшествующие годы и оправдавшие себя на практике. Например, введение правил о запрещении ввода в действие любых производственных объектов (вновь созданных или реконструированных), если они в процессе эксплуатации станут источниками загрязнений или иных отрицательных воздействий на атмосферный воздух. Получили дальнейшее развитие правила о нормировании предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
Государственным санитарным законодательством только для атмосферного воздуха были установлены ПДК для большинства химических веществ при изолированном действии и для их комбинаций.
Гигиенические нормативы - это государственное требование к руководителям предприятий. За их выполнением должны следить органы государственного санитарного надзора Министерства здравоохранения и Государственный комитет по экологии.
Большое значение для санитарной охраны атмосферного воздуха имеет выявление новых источников загрязнения воздушной среды, учет проектируемых, строящихся и реконструируемых объектов, загрязняющих атмосферу, контроль за разработкой и реализацией генеральных планов городов, поселков и промышленных узлов в части размещения промышленных предприятий и санитарно-защитных зон.
В Законе "Об охране атмосферного воздуха" предусматриваются требования об установлении нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Такие нормативы устанавливаются для каждого стационарного источника загрязнения, для каждой модели транспортных и других передвижных средств и установок. Они определяются с таким расчетом, чтобы совокупные вредные выбросы от всех источников загрязнения в данной местности не превышали нормативов ПДК загрязняющих веществ в воздухе. Предельно допустимые выбросы устанавливаются только с учетом предельно допустимых концентраций.
Очень важны требования Закона, относящиеся к применению средств защиты растений, минеральных удобрений и других препаратов. Все законодательные меры составляют систему профилактического характера, направленную на предупреждение загрязнения воздушного бассейна.
Закон предусматривает не только контроль за выполнением его требований, но и ответственность за их нарушение. Специальная статья определяет роль общественных организаций и граждан в осуществлении мероприятий по охране воздушной среды, обязывает их активно содействовать государственным органам в этих вопросах, так как только широкое участие общественности позволит реализовать положения этого закона. Так, в нем сказано, что государство придает большое значение сохранению благоприятного состояния атмосферного воздуха, его восстановлению и улучшению для обеспечения наилучших условий жизни людей - их труда, быта, отдыха и охраны здоровья.
Предприятия или их отдельные здания и сооружения, технологические процессы которых являются источником выделения в атмосферный воздух вредных и неприятно пахнущих веществ, отделяют от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Санитарно-защитная зона для предприятий и объектов может быть увеличена при необходимости и надлежащем обосновании не более чем в 3 раза в зависимости от следующих причин: а) эффективности предусмотренных или возможных для осуществления методов очистки выбросов в атмосферу; б) отсутствия способов очистки выбросов; в) размещения жилой застройки при необходимости с подветренной стороны по отношению к предприятию в зоне возможного загрязнения атмосферы; г) розы ветров и других неблагоприятных местных условий (например, частые штили и туманы); д) строительства новых, еще недостаточно изученных вредных в санитарном отношении производств.
Размеры санитарно-защитных зон для отдельных групп или комплексов крупных предприятий химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности, а также тепловых электрических станций с выбросами, создающими большие концентрации различных вредных веществ в атмосферном воздухе и оказывающими особо неблагоприятное влияние на здоровье и санитарно-гигиенические условия жизни населения, устанавливают в каждом конкретном случае по совместному решению Минздрава и Госстроя России.
Для повышения эффективности санитарно-защитных зон на их территории высаживают древесно-кустарниковую и травянистую растительность, снижающую концентрацию промышленной пыли и газов. В санитарно-защитных зонах предприятий, интенсивно загрязняющих атмосферный воздух вредными для растительности газами, следует выращивать наиболее газоустойчивые деревья, кустарники и травы с учетом степени агрессивности и концентрации промышленных выбросов. Особо вредны для растительности выбросы предприятий химической промышленности (сернистый и серный ангидрид, сероводород, серная, азотная, фтористая и бромистая кислоты, хлор, фтор, аммиак и др.), черной и цветной металлургии, угольной и теплоэнергетической промышленности.
Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта
Оценка автомобилей по токсичности выхлопов. Большое значение имеет повседневный контроль над автомашинами. Все автохозяйства обязаны следить за исправностью выпускаемых на линию машин. При хорошо работающем двигателе в выхлопных газах окиси углерода должно содержаться не более допустимой нормы.
Положением о Государственной автомобильной инспекции на нее возложен контроль за выполнением мероприятий по охране окружающей среды от вредного влияния автомототранспорта.
В принятом стандарте на токсичность предусмотрено дальнейшее ужесточение нормы, хотя они и сегодня в России жестче европейских: по окиси углерода--на 35%, по углеводородам--на 12%, по окислам азота--на 21%.
На заводах введены контроль и регулирование автомобилей по токсичности и дымности отработавших газов.
Системы управления городским транспортом. Разработаны новые системы регулирования уличного движения, которые сводят к минимуму возможность образования пробок, потому что, останавливаясь и потом набирая скорость, автомобиль выбрасывает в несколько раз больше вредных веществ, чем при равномерном движении.
Построены автомагистрали в обход городов, которые приняли весь поток транзитного транспорта, который раньше нескончаемой лентой тянулся по городским улицам. Резко снизилась интенсивность движения, уменьшился шум, чище стал воздух.
В Москве создана автоматизированная система управления дорожным движением "Старт". Благодаря совершенным техническим средствам, математическим методам и вычислительной технике она позволяет оптимально управлять движением транспорта во всем городе и полностью освобождает человека от обязанностей непосредственного регулирования автомобильных потоков. "Старт" на 20--25% сократит задержки транспорта у перекрестков, на 8--10% уменьшит количество дорожно-транспортных происшествий, улучшит санитарное состояние городского воздуха, увеличит скорость сообщения общественного транспорта, снизит уровень шумов.
Перевод автотранспорта на дизельные двигатели. По мнению специалистов, перевод автотранспорта на дизельные двигатели уменьшит выброс в атмосферу вредных веществ. В выхлопе дизеля почти не содержится ядовитой окиси углерода, так как дизельное топливо сжигается в нем практически полностью. К тому же дизельное топливо свободно от тетраэтила свинца, присадки, которая используется для повышения октанового числа бензина, сжигаемого в современных карбюраторных двигателях с высокой степенью сжигания.
Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20--30%. Более того, для производства 1 л дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства того же количества бензина. Получается, таким образом, как бы двойная экономия энергоресурсов. Именно этим объясняется быстрый рост числа автомобилей, работающих на дизельном топливе.
Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Создание автомобилей с учетом требований экологии--одна из серьезных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами.
Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электронной системы зажигания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ.
Нейтрализаторы. Большое внимание придается разработке устройства снижения токсичности--нейтрализаторов, которыми можно оснастить современные автомобили.
Способ каталитического преобразования продуктов сгорания заключается в том, что отработавшие газы очищаются, вступая в контакт с катализатором. Одновременно происходит дожигание продуктов неполного сгорания, содержащихся в выхлопе автомобилей.
Нейтрализатор крепят к выхлопной трубе, и газы, прошедшие через него, выбрасываются в атмосферу очищенными. Одновременно устройство может выполнять функции глушителя шума. Эффект от использования нейтрализаторов достигается внушительный: при оптимальном режиме выброс в атмосферу оксида углерода уменьшается на 70--80%, а углеводородов--на 50--70%.
Значительно улучшить состав выхлопных газов можно с помощью различных добавок к топливу. Ученые разработали присадку, которая снижает содержание сажи в выхлопных газах на 60--90% и канцерогенных веществ--на 40%.
В последнее время на нефтеперерабатывающих предприятиях страны широко внедряется процесс каталитического риформинга низкооктановых бензинов. В результате можно выпускать неэтилированные, малотоксичные бензины. Использование их снижает загрязненность атмосферного воздуха, увеличивает срок службы автомобильных двигателей, сокращает расход топлива.
Газ вместо бензина. Высокооктановое, стабильное по составу газовое топливо хорошо смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, способствуя более полному сгоранию рабочей смеси. Суммарный выброс токсичных веществ у автомобилей, работающих на сжиженном газе, значительно меньше, чем у машин с бензиновыми двигателями. Так, грузовик "ЗИЛ-130", переведенный на газ, имеет показатель по токсичности почти в 4 раза меньше, чем его бензиновый собрат.
При работе двигателя на газе происходит более полное сгорание смеси. А это ведет к снижению токсичности отработавших газов, уменьшению нагарообразования и расхода масла, увеличению моторесурса. Кроме того, сжиженный газ дешевле бензина.
В чем заключается конкретность мер по сохранению озонового слоя над Землей?
Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны полностью прекращают производство фреонов и тетрахлорида углерода, которые также разрушают озон, а развивающиеся страны - к 2010 г. Россия из-за тяжелого финансово-экономического положения попросила отсрочки на 3 - 4 года.
Вторым этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых в промышленно развитых странах с 1996 г. заморожен, гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г. Однако развивающиеся страны до сих пор не взяли на себя обязательств по контролю над этими химическими субстанциями.
Восстановить озоновый слой над Антарктидой при помощи запуска специальных воздушных шаров с установками для производства озона надеется английская группа защитников окружающей среды, которая называется "Помогите озону". Один из авторов этого проекта заявил, что озонаторы, работающие от солнечных батарей, будут установлены на сотнях шаров, наполненных водородом или гелием.
Несколько лет назад была разработана технология замены фреона специально подготовленным пропаном. Ныне промышленность уже на треть сократила выпуск аэрозолей с использованием фреонов, В странах ЕЭС намечено полное прекращение использования фреонов на заводах бытовой химии и т.д.
