Влияние ТЭС на окружающую среду

Вэкологическом аспекте, стратегии устойчивого развития, принятой в Рио-де-Жанейро в 1992 г., является «...постепенный переход от энергетики, основанной на сжигании органического топлива, к альтернативной энергетике, использующей возобновляемые источники энергии (солнце, воду, ветер, энергию биомассы, подземное тепло и т.д.).

Анализ перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровье населения.

В общем виде схема воздействия энергоустановок на окружающую среду представлена на рис.1

Рис. 1. Общая схема воздействия энергоустановок на окружающую среду

Основным источником негативного воздействия энергетики являются продукты, образующиеся при сжигании органического топлива.

Рабочая масса органического топлива состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, влаги и золы. В результате полного сгорания топлива образуются углекислый газ, водяные пары, оксиды серы (сернистый газ, серный ангидрид) и зола. Из перечисленных составляющих к числу токсичных относятся оксиды серы и зола. При высоких температурах в ядре факела топочных камер котлов большой мощности происходит частичное окисление азота воздуха и топлива с образованием оксидов азота (оксид и диоксид азота).

При неполном сгорании топлива в топках могут образовываться также оксид углерода СО₂,углеводороды СН₄, СгН₆, и др., а также канцерогенные вещества. Продукты неполного сгорания весьма вредны, однако при современной технике сжигания их образование можно исключить или свести к минимуму.

Наибольшую зольность имеют горючие сланцы и бурые угли, а также некоторые сорта каменных углей (например, экибастузские). Жидкое топливо имеет небольшую зольность; природный газ является беззольным топливом. Современные золоуловители благодаря высокой степени улавливания золы позволяют значительно снизить выбросы золы и довести их до весьма малых значений.

В последнее время для снижения выбросов оксидов азота разработаны и реализованы проекты низкотемпературного сжигания твердого топлива. Однако при низкотемпературном сжигании топлива возможно образование диоксинов.

В последнее время серьезное внимание привлекла проблема изучения канцерогенных веществ, образующихся при неполном сгорании топлива. По своей распространенности и интенсивности воздействия из многих химических веществ этого типа наибольшее значение имеют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и наиболее активный из них - бенз(а)пирен. Максимальное количество бенз(а)пирена образуется при температуре 700 - 800 °С в условиях нехватки воздуха для полного сгорания топлива.

Выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб электростанций токсичные вещества оказывают вредное воздействие на весь комплекс живой природы - биосферу.

Токсичные вещества, содержащиеся в дымовых газах, воздействуют на растения, животный мир и людей, а также на строительные конструкции, здания и сооружения.

Наиболее чувствительны к воздействию SO₂ растения. Токсичное воздействие SO₂ связано с повреждением поверхности листьев или хвои из-за разрушения содержащегося в них хлорофилла. Лиственные растения, ежегодно сбрасывающие листву, менее подвержены действию SO₂. Хвойные растения, наоборот, сильнее подвержены влиянию токсических примесей.

Проведенные исследования влияния содержания SO₂ в атмосферном воздухе на состояние хвойных деревьев показали, что при концентрации сернистого газа в воздухе от 0,23 до 0,32 мг/м происходит нарушение фотосинтеза и дыхания хвои, что вызывает усыхание, например сосны за 2-3 года. При содержании сернистого газа в воздухе от 0,08 до 0,23мг/м³ происходит уменьшение интенсивности фотосинтеза без уменьшения интенсивности дыхания хвои, что приводит к медленному усыханию деревьев. Изменения в ассимиляции лиственных деревьев начинают ощущаться при концентрации SO₂ более 0,5-1 мг/м.

Необходимость эколого-экономического регулирования

техногенного воздействия предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК) обусловлена приоритетным положением проблемы сокращения выбросов вредных веществ в воздушный бассейн. Традиционный подход к снижению аэротехногенного воздействия на окружающую природную среду предприятий ТЭК основан на оценке их природоохранной деятельности по количеству уловленных вредных веществ в системах очистки и предполагает оптимизацию технологических процессов по критериям экологической безопасности на всех этапах технологической цепочки производства тепла и электроэнергии из органического топлива.

Одно из возможных отрицательных воздействий атмосферных загрязнений на людей связано с образованием так называемых токсических туманов возникающих при резком возрастании концентрации атмосферных загрязнений и неблагоприятных метеорологических условиях.

Действие токсических веществ, загрязняющих атмосферу может вызвать хронические неспецифические заболевания. Среди этих заболеваний существенное значение приобретают атеросклероз и связанные с ним коронарные и дегенеративные заболевания сердца, хронический бронхит, эмфизема, бронхиальная астма и пр.

Если среднегодовая концентрация SO₂ или взвешенных частиц в атмосферном воздухе составляет 0,08-0,10 мг/м³, то ухудшается видимость, возникает дискомфорт, появляются симптомы ухудшения дыхания; если концентрация SO, или взвешенных частиц в течение суток составляет 0,25-0,5 мг/м, то ухудшается состояние пациентов с легочными заболеваниями, повышаются обращаемость людей в больницу, их смертность.

В качестве загрязнителей в окружающую среду поступают также различные оксиды азота. Будучи токсичными для человека, они обладают резко выраженным раздражающим действием, особенно на слизистую оболочку глаза. Оксиды азота плохо растворимы в жидких средах, в связи с чем они способны глубоко проникать в легкие, вызывая повреждения альвеолярного эпителия и бронхов. Экспериментальные данные и натурные наблюдения свидетельствуют о высокой биологической активности оксидов азота.

Исследования, выполненные в различных странах, показали, что в загрязненных оксидами азота районах у людей снижаются дыхательные функции, повышается количество респираторных заболеваний, обнаруживаются изменения в периферической крови (появление метгемоглобина).

Диоксид азота при концентрации 4-6 мг/м вызывает острое повреждение растений. Длительное воздействие NO₂ при концентрации около 2 мг/м³ приводит к хлорозу растений. Более низкие концентрации, не вызывая видимого вреда, способны вызвать снижение их роста.

Оксиды азота, поглощая естественную радиацию как в ультрафиолетовой, так и в видимой части спектра, снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию фотохимического тумана - смога.

Атмосферные загрязнения и природные примеси подвергаются сложным процессам превращения, взаимодействия, вымывания и т. п. Эти процессы различны для взвешенных частиц и газообразных примесей. Время нахождения («жизни») взвешенных частиц в атмосфере зависит от их физико-химических свойств, метеорологических параметров и некоторых других факторов, прежде всего от высоты выброса частиц в атмосферу и их размеров.

Проведенные исследования показали, что сернистый газ SO₂ постепенно окисляется в SO₃, который, взаимодействуя с влагой воздуха, образует серную кислоту. На скорость процесса окисления влияют солнечный свет, и мельчайшие частицы пыли, каталитически ускоряющие процесс окисления. Наиболее активно процесс превращения SO₂ в SO₃ идет при наличии излучения с длиной волны и 220-250 нм.

На процесс окисления влияет также влажность воздуха. Так, исследованиями было установлено, что если содержание аэрозоля серной кислоты в сернистом газе при влажности до 60 % составляет в среднем 7,8 %, то при влажности выше 81 % оно возрастает до 31 %.

Известно, что большинство реакций газообразных загрязнений в атмосфере связано с термо- или фотоокислением. В верхних слоях атмосферы на высоте более 30 км от земной поверхности, где фотохимические реакции протекают при участии солнечного излучения с длиной волны менее 290 нм, происходит полный распад как органических, так и неорганических веществ, попавших из биосферы. Сложные молекулы распадаются, возвращаясь в приземный слой в виде углекислого газа, воды, кислорода, азота и пр.

Реакция диссоциации NO₂, дает толчок к множеству вторичных реакций, появлению свободных радикалов, образованию озона, полимеризации. Кроме того, на протекание этих реакций оказывает влияние окисление углеводородов, в ходе которого образуются вещества с карбонильной группой (альдегиды, кетоны). Конечными продуктами фотохимического разложения являются оксид и диоксид углерода, а также органические аэрозоли. Совместное окисление углеводородов и оксидов азота приводит к образованию продуктов, которые в результате дальнейших реакций дают пероксиацилнитраты (ПАН), имеющие сильное токсическое действие. Вещества группы ПАН обнаруживаются в городском воздухе во время токсических туманов.

С высокой скоростью протекают и вторичные фотохимические реакции: взаимодействие молекулярного кислорода и оксида азота NO с атомарным кислородом (при этом получаются озон и диоксид азота), а также взаимодействие диоксида азота с озоном, в результате чего образуются нитраты. Фотохимические реакции с диоксидом азота происходят по

стадиям. В результате этих реакций происходит непрерывное образование озона, который, в свою очередь, взаимодействуя с оксидом азота, дает снова диоксид азота, поэтому количество NO₂ в продуктах сгорания ТЭС увеличивается по мере движения дымового факела в атмосфере до 70 % в зоне максимальных концентраций, тогда как на выходе из дымовых труб диоксид азота составляет 10-15% всех оксидов азота, содержащихся в дымовых газах, а остальные 85-90 % - в основном оксид азота.

Необходимо подчеркнуть, что это приводит к усилению отрицательного воздействия продуктов сгорания на природу и живые организмы, так как диоксид азота более токсичен (примерно в 3-3,5 раза), чем оксид азота. В настоящее время установлено, что основной причиной фотохимических превращений в приземном слое атмосферы городов является высокая степень загрязнения воздуха органическими веществами (преимущественно нефтяного происхождения) и оксидами азота, образующимися в процессе высокотемпературного горения.

Условиями, способствующими образованию фотохимического тумана при высоком уровне загрязнения атмосферного воздуха реактивными органическими соединениями и оксидами азота, являются обилие солнечной радиации, температурные инверсии и малая скорость ветра.

Общие выделения СО₂ от сжигания всех видов топлива планеты на уровне дыхания (т.е. на высоте 1,5-2 м), составляющие в настоящее время примерно 15 млрд. т, имеют существенное, но не основное значение в общем природном кругообороте углерода.

Количество пыли, поступающей ежегодно в атмосферу в результате естественных процессов, составляет около 1000 млн.т, и результате ан­тропогенных процессов - около 100-200 млн.т. Из-за естественных процессов в атмосферу поступает около 1000 млн<т азота в виде соединений N₂O и NH₃; из-за антропогенных - около 60-70 млн.т. Только по сере естественные и антропогенные поступления близки между собой и находятся на уровне 100-150 млн. т/год.

В свободной атмосфере практически не наблюдается накопления пыли, оксидов серы и азота в ощутимых размерах. Самые точные приборы позволяют обнаружить концентрации серы в воздухе в отдалении от источников выброса в сотни раз меньше допустимых концентраций. Это объясняется также тем, что время нахождения в атмосфере большинства загрязняющих компонентов не превышает нескольких суток.

Ощутимого изменения концентрации кислорода в атмосфере из-за антропогенных процессов в настоящее время практически не наблюдается. Уменьшение концентрации кислорода связано с увеличением концентрации углекислоты, однако ее концентрация по сравнению с кислородом отличается на три порядка (0,03 % против 21 %), и потому изменение концентрации СО₂ пока практически не отражается на

концентрации О₂ в атмосфере. Предполагается, что снижение концентрации кислорода даже на несколько процентов не приведет к каким-либо вредным последствиям для биосферы.

Предприятия ТЭК оказывают значительное воздействие на водные объекты, в основном, в форме теплового загрязнения, которое приводит к целому комплексу как прямых, так и косвенных последствий: в 5-6 раз увеличивается испарение воды, в результате значительно повышается минерализация вод, нарушается карбонатно-кальциевое равновесие, в подогретых водах нарушается растворимость кислорода.

Водоемы и водотоки представляют собой сложные экологические системы (экосистемы) существования биоценоза (сообщества живых организмов - животных и растений) в биотопе (в окружающей неживой природе - рельеф дна водоема, температура и состав примесей в воде). Водоемы не только служат сборниками воды, в которых показатели качества вод усредняются, но в них непрерывно протекают процессы изменения состава примесей - приближение к равновесию, которое может быть нарушено по многим причинам, но особенно в результате сброса в водоем загрязненных (сточных) вод. Внешние водоемы как экосистемы усваивают извне часть солнечной энергии (в виде теплоты и света), в них поступают из атмосферы газ, воды, а также минеральные и органические вещества. Вместе с тем, экосистемы выделяют теплоту, газы (в основном кислород), органические и минеральные вещества, переносимые водой. В одном и том же водоеме может существовать одновременно несколько экосистем, каждая из которых имеет свой биоценоз и биотип.

В водоемах имеются два наиболее различающихся между собой биотопа, пелагиаль (толща воды) и бенталь (дно). В соответствии с этим выделяются обитатели этих биотопов: пелагос - обитатели воды и бентос - обитатели дна.

В свою очередь, пелагос подразделяется на планктон (организмы, не способные противостоять течению воды) и нектон (достаточно крупные организмы, способные противостоять течению воды)

Живые организмы, населяющие водоемы (гидробионты), тесно связаны между собой условиями жизни и прежде всего ресурсами питания, имеющимися в водоемах, они находятся в антагонистических (борьба за пищу), симбиотических (взаимовыгодность совместного существования) и метабиотических (взаимосвязь отдельных организмов) отношениях.

Гидробионты (особенно бентос и планктон) играют основную роль в процессе самоочищения водоемов. Часть гидробионтов (обычно растения) синтезирует органические вещества, используя при этом неорганические соединения из окружающей среды, такие как CO₂,NH₃,CH₂ и др.

Другие гидробионты (обычно животные) усваивают готовые органические вещества. Водоросли также минерализуют органические

вещества, при этом в процессах фотосинтеза они выделят кислород,

основная часть которого поступает в водоем путем аэрации при контакте поверхности воды с воздухом.

Микроорганизмы (бактерии) интенсифицируют процесс минерализации органических соединений при окислении их кислородом.

Отклонение экосистемы от равновесного состояния, вызванное, в частности, сбросом сточных вод, может привести к отравлению (а часто и к гибели) определенного вида (популяции) гидробионтов, которое затем приводит к цепной реакции угнетения всего биоценоза. Отклонение рот равновесного состояния интенсифицирует в водоеме процессы, приводящие его в оптимальное состояние - процессы самоочищения водоема.

Важнейшие из этих процессов следующие:

- осаждение грубодисперсных и коагуляция коллоидных примесей;

- окисление (минерализация) органических примесей;

- окисление минеральных примесей кислородом;

- нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости воды водоема (щелочности), приводящая к изменению её рН.

- гидролиз ионов тяжелых металлов, приводящий к образованию их малорастворимых гидрооксидов и выделению их из воды

- установление углекислотного равновесия (стабилизация) в воде, сопровождающееся или выделением твердой фазы (СаСОз), или переходом части ее в воду.

Процессы самоочищения водоемов зависят от гидробиологической и гидрохимической обстановки в них. Основными факторами, существенно влияющими на состояние водоемов, являются температура воды, минералогический состав примесей, концентрация кислорода, рН воды, концентрация вредных примесей затрудняющих процессы самоочищения водоемов или препятствующих их протеканию

Особенно, важное значение в процессах самоочищения имеет кислородный режим водоемов. При большом сбросе органических веществ в водоеме наступает дефицит кислорода, при котором значительно нарушается биоценоз, происходят накопление и загнивание органических веществ (анаэробные процессы), вызывающие серьезное ухудшение качества воды.

Действия ядовитых (токсичных) соединений на гидробионты проявляется в зависимости от их концентрации. При больших концентрациях ядовитых соединений наступает гибель гидробионотов, при малых - изменяются обмен веществ, темп развития, мутагенез (наследственные признаки), потеря способности к размножению и др. Так как отдельные популяции (например, зоопланктон) очень чувствительны к токсичным веществам, то уже небольшое концентрации последних вызывают гибель отдельных популяций, что влияет на биоценоз в целом.

Наиболее благоприятен для гидробионтов показатель воды рН = 6.5 - 8.5. Однако показатель рН в водоемах нельзя считать постоянной величиной, так как его значение колеблется в течение суток - ночью вода насыщается СО₂ и рН понижается, и наоборот, днем СО₂ потребляется при фотосинтезе и рН повышается.

Температура оказывает мощное воздействие на биоценоз в водоеме. С одной стороны, она прямо влияет на скорость протекания химических реакций, с другой на скорость восстановления дефицита кислорода. При повышении температуры ускоряются процессы размножения гидробионтов и изменяется темп их развития.

Таким образом, сброс сточных вод оказывает серьезное влияние на биоценоз в водоемах.

Предприятия ТЭК, работающие на твердом топливе, нуждаются в размещении золошлакоотвалов, что порождает самостоятельные экологические проблемы.

Поиск по сайту: