Загрязнение атмосферы вредными выбросами

СОДЕРЖАНИЕ 

Теоретические вопросы

Ведение

17. Загрязнение атмосферы  вредными выбросами

     1. Загрязнение атмосферы

     1.1 Источники и виды загрязнения  атмосферного воздуха

     1.2 Искусственные радионуклиды

     1.3 Воздействие ионизирующих излучений  на организм

     2. Воздействие АЭС

     2.1 Воздействие на окружающую среду  предприятий ядерного топливно-энергетического  цикла

     2.2 Воздействие атомных станций  на окружающую среду

     2.3 Чернобыльская авария

     2.4 Выбросы и сбросы вредных веществ  при эксплуатации АС 

47. Экологичексая регламентация хозяйственной деятельности 

Задание

Провести оценку отходов производства на окружающую среду

Заключение

Список используемой литературы 
 
 
 
 
 

     Введение 

     В наше время во всем мире атмосферный  воздух загрязняется вредными веществами. К сожалению, человек сам создает себе то, что его убивает. Например, автомобиль, его выхлопные газы содержат свинец и другие, вредные для здоровья человека вещества. В больших количествах эти вещества осаждаются на землю возле автострад и шоссе. Нельзя собирать грибы, полезные травы, ягоды менее 100 м. от дороги, т. к. все растения впитывают в себя ядовитые вещества.

     В городах воздух очень сильно загрязняют вредные выбросы промышленных предприятий.

     Существуют  нормы ПДК (предельно допустимых концентраций) веществ в воздухе. За этим должны следить специальные органы (лаборатория загрязнения окружающей среды) и принимать какие-либо меры: от штрафа до закрытия предприятия.

     При этом полностью человек не осознает всю опасность, поэтому, своим рефератом  я хочу рассказать о проблемах загрязнения воздуха, как бороться с ними. 
 

      1. Загрязнение атмосферы

     1.1 Источники и виды  загрязнения атмосферного воздуха 

     Исключительно важное значение приобрела проблема загрязнения воздуха, воды вредными промышленными отходами, продуктами жизнедеятельности человека, токсичными химическими и радиоактивными веществами. Для предупреждения этих воздействий нужны совместные усилия биологов, химиков, техников, врачей, социологов и других специалистов. Это проблема международная, потому что воздух (и частично вода) не знают государственных границ.

     Значение  воздуха в жизни нашей планеты  огромное и трудно переоценимое. Сохранение теплоты Земли и защита живых  организмов от губительных доз космического излучения, источник кислорода для  дыхания, углекислого газа для фотосинтеза, энергии и разнообразных химических веществ, среда развертывания метеорологических процессов и электрических явлений (атмосферное электричество), перемещение паров соды и мелких материалов на планете – вот далеко не полный перечень значения воздуха в природных процессах, какие развертываются на Земле.

     Несмотря  на величину воздушного бассейна, он подвергается очень существенным воздействиям, что  вызывает изменения его состава  как на отдельных участках, так  и на всей планете. Воздух необходим как источник кислорода для дыхания, окисления и сжигания сырья. Но большое количество О₂ расходуется, кроме того, при случайно возникших пожарах торфяников, лесов, залежей каменного угля при сжигании нефтяных газов. Подсчитано, что в высокоразвитых странах на хозяйственные нужды человек тратит еще на 10–16% больше кислорода, чем его возникает в результате фотосинтеза растений. Потому в крупных городах возникает дефицит О₂. Кроме того, в результате интенсивной работы промышленных предприятий и транспорта в воздух выбрасывается огромное количество пылеподобных и газоподобных отходов. Например, подсчитано, что в мире на протяжении года с продуктами сгорания выбрасывается в атмосферу больше чем 300 млн. т оксидов углерода, 50 млн. т углеродов, 50 млн. т оксидов азота, 150 млн. т оксидов серы, 350 тыс. т соединений свинца. В крупных городах на автомагистралях концентрация основного токсичного компонента газового выхлопа – чадного газа – достигает 200–500 мг/м³ (при норме 3 мг/м³). Есть сведения, что каждый год от загрязнения гинет, например, во Франции около 400 деревьев, 30 тыс. травянистых растений, 8 тыс. молодняку, 800 взрослых животных (диких и домашних). У птиц, которые гнездятся вблизи индустриальных центров, интенсивность размножения снижается на 35%. Известны случаи нанесения вреда произведениям искусства. Так, стены Лувра в нынешнее время разрушаются на 13 мм в год, это значит в 100 раз быстрей, чем в начале XX века. Смесь сырого воздуха, сернистого газа и капелек серной кислоты создает туман, так называемый смог, который время от времени появляется в Токио, Мадриде, Нью-Йорке и от которого прямо или косвенно заболевает и гинет немало городских жителей. Установлено, что в результате загрязнения воздуха могут появляться хронические бронхиты, повышенная склонность до инфекций и даже генетические нарушения.

     Не  избегли загрязнения атмосферного воздуха и крупные промышленные города нашей страны.

     В результате деятельности человека постоянно  возрастает количество углекислого  газа в воздухе (за последние 100 лет  от 0,004 до 0,032%). Это может привести до изменения климата на Земле, поскольку повышенная концентрация СО₂ вызывает «парниковый эффект».

     Много споров развернулось и около вопроса  о разрушении озонового слоя в  верхних слоях атмосферы, одной  из причин которого считается использование фреонов в качестве наполнителя-распылителя для аэрозольной упаковки ряда веществ (лаков, дезодорантов, ядохимикатов, антисептиков). Над территорией СНГ не было замечено изменений концентрации озона, однако этот вопрос требует дальнейшего изучения. 

     Таблица 1. Источники и виды загрязнения атмосферного воздуха

     Под граничной допустимой концентрацией (ГДК) химических веществ в воздухе, воде, почве понимают такую концентрацию, которая не оказывает на человека прямого или косвенного влияния, не снижает его трудоспособности, не сказывается отрицательно на самочувствии. 

     Таблица 2. Граничной допустимые концентрации вредных веществ в воздухе

     Теперь  в промышленности для очистки отходных газов, удержания пыли и вредных газоподобных примесей применяются следующие методы: сухие или механические (пылеосадительные камеры, циклоны); Мокрые (поглотительные башни с насадкой); электрические с электрофильтрами; фильтровые с разного рода фильтрами; адсорбционные с адсорбентами; химические – для взаимодействия с химическими соединениями, чаще на катализаторах; термические (например, факельное сжигание) и др.

     Рассмотрим  некоторые из этих методов.

     Самым простым пылеуловителем является пылеосадительная камера. Она представляет собой большую емкость, через которую пропускают зажженный газ, причем скорость газового потока падает настолько, что пылинки оседают на дне камеры. Чем больше объем камеры, тем плавней двигается поток газа, и тем, значит, лучше очистка.

     Наиболее  распространенными пылеуловителями  теперь являются циклоны. Обычный цилиндр  – это цилиндрический корпус с  входным патрубком, проваренным  по даточной, и выходным, который  установлен внутри по оси. Зажженный  газ вводится в циклон, где он совершает движения по спирали. Пылинки под действием центробежной силы прилипают к снеткам, теряют скорость, и продолжая круговое движение, ссыпаются в нижнюю конусную часть, а затем в бункер. Очищенный газ выходит через центральную трубу вверх.

     Для улавливания пыли сконструированы также аппараты с разными насадками. Например, орошаемая водой, зависшая в форме шаров из полиэтилена насадка очень эффективна и имеет возможность самоочищаться от пыли.

     Электростатическое  осаждение с помощью электрофильтров  с успехом применяют при улавливании пали и туманов в цементной, сажевой, сернокислотной, металлургической промышленности, особенно широко для улавливания летучего пепла из дымовых газов электростанций.

     Наравне с разными пылеуловителями широко применяется и обычная фильтрация. Благодаря ультратонким волокнам, новые фильтры способны задерживать любые частицы размером в 1 мк и меньше, в том числе и радиоактивные в количестве до 0,001% и ниже.

     Адсорбцийные  методы основаны на выборочном исключении из парогазовой смеси конкретных компонентов при помощи адсорбентов: активированного угля, алюмагеля, силикагеля, природных и синтетических компонентов – алюмосиликатов.

     А, например, для борьбы с пылью на металлургических заводах применяются  в качестве адсорбентов расплавы солей NaCl, KCl, соды с температурой плавления 420–290^оС. Они дешевые, недефицитные, неядовитые и легко регенерируются магнитной сепарацией.

     С помощью разных способов очистки  концентрация вредных примесей в  отходных газах снижается до ГДК  и ниже. При невозможности достигнуть ГДК очисткой, применяют другой раз многоразовое разбавление токсичных веществ или выброс газов через высокие дымовые трубы (~200 м) для рассеивания примесей в верхних слоях атмосферы. Однако, такое решение проблемы необходимо оценивать как временное, а не окончательное.

     Чтобы наметить меры борьбы с загрязнением воздуха выхлопными газами автотранспорта, химики изучили процессы горения  топлива и возникновения загрязнителей. Так, в двигателях внутреннего сгорания оксид углерода (II), углеводороды, сажа возникают в результате неполного сгорания бензина или дизельного топлива. Поэтому в первую очередь проводят регулировку работы двигателя, увеличивая подачу кислорода воздуха, а также устанавливают дополнительные устройства, нейтрализаторы с катализаторами и специальные фильтры, которые задерживают твердые частицы (дым). При больших скоростях соотношения смеси топлива и воздуха наиболее экономичные, сгорание полное и концентрация СО и сажи в выхлопных газах низкая. Однако, к сожалению, концентрация оксидов азота при этом увеличивается, поскольку большая порция реагирует с кислородом при высоких температурах. Кроме того, в выхлопных газах автотранспорта присутствуют и ядовитые соединения свинца, потому что в бензин добавляют (для повышения мощности двигателя) этиловую жидкость, которая включает тетераэтилсвинец Pb(C₂H₅)₄.

     Проблема  может быть решена, если перейти  на использование электромобилей на аккумуляторах, топливных элементах, на использование в качестве топлива  сжиженных газов, водорода, метанола.

     Создание  атомных электростанций (АЭС) решает проблему загрязнения атмосферы  от обычных ЦЭЦ и ЦЭС, которые сжигают твердое (торф, уголь) и жидкое (мазут) топливо. В Минске ЦЭЦ работают на природном газе, и это уже улучшило состояние воздушного бассейна в городе, потому что количество вредных примесей уменьшилось в 3–4 раза. Воздушный бассейн на промышленными предприятиями Республики Беларусь в последние 10 лет стал чище, выброс чадного газа уменьшился в 2 раза, оксидов азота – в 1,5 раза. В городах работают станции контроля за состоянием воздушной среды: стационарные маршрутные посты. Загрязнения определяются с помощью автоматичных газоанализаторов. В крупных городах, таких, как Москва, Санкт-Петербург, работают автоматические системы контроля (АСК), которые собирают информацию о состоянии воздуха с 30–50 пунктов, анализируют ее, после чего намечаются меры по оздоровлению воздуха.

     В природе безостановочно идут и процессы самоочищения. Если бы этого не было, то атмосфера давным-давно бы уже  стала непригодной для жизни. Многие процессы самоочищения изучены подробно. Известно, например, что газоподобный SO₂ в природе примерно за неделю в результате химических и фотохимических реакций полностью превращается в аэрозоль сульфата аммония (NH₄)₂SO₄. Однако это только при небольшой концентрации SO₂. В районах со слабыми ветрами, низкой нормой осадков, специфичным рельефом, бедностью зеленых насаждений самоочищение выражено очень слабо, и необходима активная работа, чтобы избежать выпадения кислотных дождей. 

     1.2 Искусственные радионуклиды 

     Искусственные радионуклиды попадают в окружающую среду при испытаниях ядерного оружия и работе предприятий ядерного топливного цикла.

     Взрывы  ядерных устройств

     С 1945 по 1980 г. в атмосфере было испытано 423 ядерных устройства. При этом образовалось и было выброшено в окружающую среду огромное количество радионуклидов. Большая доля глобального радиоактивного загрязнения окружающей среды обусловлена выпадениями из стратосферы. Средняя продолжительность тропосферных осадков составляет около 30 сут., а территория загрязнения от них – от нескольких сот до тысяч километров.

     Считается, что 1 Мт энергии деления соответствует 1,45х10²⁶ делений. Поэтому общая активность Q, Бк, образующихся при взрыве мощностью 1 Мт радионуклидов рассчитывается по формуле: 

     Q = l, 45 · 10²⁶ · k · л, 

     где:

     k – коэффициент выхода нуклида при делении, %;

     л – 0,693/т – постоянная распада, 1/сек.

     Научный комитет ООН по действию атомной  радиации (НКДАР) выделяет 21 радионуклид, которые вносят тот или иной вклад  в дозу облучения населения. Среди них особо опасными являются 8 радионуклидов. Это (в порядке уменьшения вклада в дозу) ¹⁴С, ¹³⁷Cs, ⁹⁵Zr, ¹⁰⁶Ru, ⁹⁰Sr, ¹⁴⁴Ce, ³H, ¹³¹I.

     При этом внутреннее облучение организма  формируется за счет ¹⁴С, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹³¹I, ¹³⁷Cs, кроме того, выделяются ⁸⁵Kr, ⁸¹Sr, плутоний и трансплутониевые элементы, поступающие в организм человека с водой, продуктами питания, воздухом.

     Внешнее облучение формируется главным  образом такими радионуклидами, как  ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁰⁶Ru, ¹⁰³Ru, ¹⁴⁰Ba и ¹³⁷Cs.

     Работа  предприятий ядерного топливного цикла

     В ядерный топливный цикл входят предприятия  по добыче урановой и ториевой руд, их переработке, получению топлива  для атомных станций и оружейного урана и плутония, регенерации  отработанного топлива.

     В конце 1995 г. в 26 странах эксплуатировалось более 430 ядерных энергетических установок, а доля АЭС в производстве электроэнергии составляет до 72% во Франции. Всего в мире на АЭС получают сейчас около 16% производимой в мире энергии. В России доля производимой АЭС электроэнергии составляет около 12%.

     Выбросы естественных радионуклидов при  добыче и переработке урановых и  ториевых руд представлены в основном газообразным ²²²Rn из урановых шахт; твердыми отходами руды из хвостохранилищ, где основная активность формируется долгоживущим ²³²Тh с продуктами распада, и урановыми отходами с обогатительных фабрик, содержащих незначительное количество урана, тория и продуктов их распада.

     Считается, что в урановый концентрат переходит 14% суммарной активности исходной руды, в которой содержится 90% урана.

     Обогащение  природного урана ²³⁵U и изготовление тепловыделяющих элементов сопровождается незначительными выбросами в окружающую среду. Твердые и жидкие отходы при этом изолируются.

     Работа  ядерного реактора сопровождается большим числом радионуклидов – продуктов деления и активации.

     Количество  и качественный состав радионуклидов, поступающих в окружающую среду, зависит от типа реактора и систем очистки воздуха и сточных  вод. В окружающую среду удаляются  газообразные отходы после очистки, а также частично аэрозольные и жидкие. Твердые отходы хранятся на площадке с последующим захоронением. 

     1.3 Воздействие ионизирующих излучений на организм 

     Все живые организмы на Земле являются объектами воздействия ионизирующих излучений.

     Воздействие ионизирующего излучения на живой организм называется облучением.

     Различают внешнее облучение организма (тела) ионизирующим излучением, приходящее извне, и внутреннее облучение организма, его органов и тканей излучением содержащихся в них радионуклидов.

     Облучение может быть хроническим, в течение  длительного времени, и острым –  однократным кратковременным облучением такой интенсивности, при которой  имеют место неблагоприятные  последствия в состоянии организма.

     По  степени радиационной опасности  с точки зрения потенциальной тяжести последствий внутреннего облучения радионуклиды разделены на группы радиационной опасности. В порядке убывания радиационной опасности выделены 4 группы с индексами А, Б, В и Г.

     Результатом облучения являются физико-химические и биологические изменения в организмах. Радиационный эффект является функцией физических характеристик А_i взаимодействия поля излучения с веществом: 

     з = F(A_i) 

     Величины A_i называются дозиметрическими. Основной из них является поглощенная доза D – это средняя энергия, переданная излучением единице массы тела.

     Единица поглощенной дозы – Грэй: 1 Гр = 1 Дж/кг.

     Повреждение тканей связано не только с количеством  поглощенной энергии, но и с ее пространственным распределением, характеризуемым  линейной плотностью ионизации, или, иначе, линейной передачей энергии (ЛПЭ). Чем выше ЛПЭ, тем больше степень биологического повреждения.

     Для учета этого эффекта вводится понятие эквивалентной дозы Н, определяемой как произведением поглощенной  дозы D на коэффициент качества излучения К: H = D · K.

     Коэффициент качества излучения К определяется как регламентированное значение относительной  биологической эффективности (ОБЭ) излучения, характеризующей степень  опасности данного излучения  по отношению к образцовому рентгеновскому излучению с граничной энергией 200 кэВ.

     Таким образом, коэффициент качества позволяет  учесть степень опасности облучения  людей независимо от вида излучения. При хроническом облучении всего  тела его значение составляет: а) для рентгеновского и г-излучения – 1; б) для в-излучения – 1; в) для протонов с энергией < 10 МэВ – 10; г) для б-частиц с энергией < 10 МэВ – 20.

     Единица измерения эквивалентной дозы –  зиверт (Зв):

     1 Зв = 1 Гр для излучений

     В практике часто используется внесистемная единица эквивалентной дозы –  бэр: 1 3в= 100 бэр.

     В реальных условиях облучение бывает неравномерным по телу и органам. Необходимость сравнения ущерба здоровью от облучения различных  органов привела к введению понятия  эффективной эквивалентной дозы, определяемой соотношением: 

     H_E = ∑_i L_i · H_i, 

     где

     H_i – среднее значение эквивалентной дозы в i-ом органе или ткани;

     L_i – взвешивающий коэффициент, равный отношению риска смерти в результате облучения i-гo органа или ткани к риску смерти от облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах.

     Т.е. коэффициент L_i позволяет пересчитать дозу облучения i-гo органа на эквивалентную по риску смерти дозу облучения всего тела. Понятие эффективной эквивалентной дозы позволяет, таким образом, сравнить различные случаи облучения с точки зрения риска смерти человека, а также оценить суммарный риск при облучении различных органов.

     Сравнительная радиопоражаемость органов и  тканей характеризуется понятием радиочувствительность. Очевидно, коэффициент U должен быть выше для наиболее радиочувствительных  органов. МКРЗ рекомендованы следующие показатели L_i для различных органов:

     Половые железы……………………………………. 0,20

     Красный костный мозг…………………………….. 0,12

     Легкие………………………………………………. 0,12

     Щитовидная  железа…………………………………0,05

     Кость (поверхность)…………………………………0,01

     Остальные органы (ткани)…………………………0,05

     Наиболее  радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся тканей (костный мозг, половые железы и т.п.).

     В результате облучения живой ткани, на 75% состоящей из воды, проходят первичные физико-химические процессы ионизации молекул воды с образованием высокоактивных радикалов типа Н⁺ и ОН^– и последующим окислением этими радикалами молекул белка. Это косвенное воздействие излучений через продукты разложения воды. Прямое действие может сопровождаться расщеплением молекул белка, разрывом связей, отрывом радикалов и т.п.

     В дальнейшем под действием описанных  первичных процессов в клетках  происходят функциональные изменения, следующие биологическим законам. 
 

      2. Воздействие АЭС 

     2.1 Воздействие на окружающую среду предприятий ядерного топливно-энергетического цикла

     загрязнение среда концентрация вредный

     Если  исключить взрывы атомных устройств  и аварийные ситуации, то основным источником радиационного воздействия  на биосферу являются предприятия ядерного топливно-энергетического цикла (ЯТЦ) в штатном режиме.

     Известны  следующие виды воздействия ЯТЦ  на окружающую среду:

     1. Расход природных ресурсов (земельные  угодья, вода, сырье для основных  фондов ЯТЦ и т.д.).

     При добыче и переработке урановой руды отчуждаются значительные земельные площади для размещения пустой породы. На каждый Гвт (эл.) энергии, получаемой на атомной станции, образуется несколько миллионов тонн пустой породы.

     Большая часть земельных угодий, расходуемых  при переработке руды, приходится на пруды – хвостохранилища, куда поступает около 10 т на 1 ГВт (эл.) в год хвостовых растворов.

     Расход  воды предприятий ЯТЦ обусловлен необходимостью охлаждения технологического оборудования и применения в технологиях. Максимальное водопотребление на единицу  электроэнергии приходится на охлаждение оборудования АЭС и предприятия по обогащению изотопов урана (10 м³ на 1 ГВт (эл.) и 5x10 на ГВт (эл.) соответственно).

     2. Тепловое загрязнение окружающей  среды.

     Тепловые  сбросы имеют место на всех стадиях  ЯТЦ, достигая максимальных значений на АЭС, где мощность тепловых сбросов достигает 2 ГВт на каждый ГВт электрической мощности при 33% КПД. Тепловые сбросы АЭС вносят вклад в антропогенное поступление тепла в биосферу и в приближение к предельно допустимому уровню антропогенных сбросов тепловой энергии, равному в среднем 2 Вт/м². Этот предел рассчитан из принципа недопущения изменения среднегодовой температуры на 1°С.

     3. Выброс загрязняющих веществ  химической природы в окружающую  среду. Он имеет место на  всех стадиях цикла, достигая  максимальных размеров на предприятиях по переработке руды со сбросами хвостовых растворов и при сжигании органического топлива на предприятиях цикла и ТЭЦ, обеспечивающих его энергией.

     4. Радиоактивное загрязнение окружающей  среды.