<<
>>

§ 2. Источники химического загрязнениявоздуха городов

Существует два основных источника загрязнения атмосферного воздуха, в т. ч. городов: естественный и антропогенный.

К естественным источникам относятся: извержение вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары, туманы — частицы морской воды, тонкий песок пустынь и пыль от эрозии почвы, различные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения.

Естественные источники загрязнений носят либо распределенный, либо кратковременный стихийный характер и мало влияют на общий уровень загрязнения.

К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК), транспорт, различные машиностроительные предприятия.

По месту образования загрязнители атмосферного воздуха населенных мест России могут быть подразделены на местные (городские предприятия), расположенные на территории страны, и внешние источники, обеспечивающие так называемое трансграничное загрязнение территории.

Доля последнего в общем загрязнении территории страны очень велика. Так, с западными воздушными потоками на территорию России приносится ежегодно до 3—10 млн т диоксида серы, от нас же за границу переносится до 1,5-2 млн т S02. Ежегодный ущерб от закисления почв только северо-западной части территории страны достигает (в ценах 1991 г.) 100 млн руб. (С. В. Яковлев, А. К. Стрелков, А. А. Мазо, 1998 г.).

Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими и газообразными и оказывать вредное воздействие непосредственно, после химических превращений в атмосфере либо совместно с другими веществами, вызывая в ряде случаев синергетический эффект.

Промышленная пыль образуется в результате механической обработки различных материалов (дробление, размол, взрывание, заполнение, разравнивание), тепловых процессов (сжигание, прокаливание, сушка, плавление), транспортировки сыпучих материалов (погрузка, просеивание, классификация).

Жидкие загрязняющие вещества (ЗВ) образуются при конденсации паров, распылении и разливе жидкостей, в результате химических реакций.

Газообразные ЗВ формируются в результате химических реакций, например, окисления, обжига руд и нерудного минерального сырья (цветная металлургия, производство цемента). При сжигании топлива образуются огромные количества газообразных соединений — оксиды серы, азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов. Реакции восстановления также являются источником газообразных ЗВ, (производство кокса, соляной кислоты из хлора и водорода, аммиака из атмосферного азота и кислорода и др.).

Мощным источником газообразных соединений являются химические реакции разложения (производство фосфорных удобрений), электрохимические процессы (производство алюминия), выпаривание, дистилляция.

Из всей массы ЗВ, поступающих в атмосферу от антропогенных источников, около 90 % составляют газообразные, 10 % — твердые и жидкие вещества.

Главными источниками загрязнения атмосферы являются: тепловые электростанции и теплоцентрали, сжигающие органическое топливо; 2) транспорт; 3) черная и цветная металлургия; 4) машиностроение; 5) химическое производство; 6) добыча и переработка минерального сырья; 7) открытые источники (сельскохозяйственные пашни, строительство). Характеристика главных источников выбросов загрязняющих веществ приведена в табл. 3.2 и 3.3 (В. И. Седлецкий, А. Д. Хованский, Н. С. Серпо- крылов и др., 1996 г.).

Основными ЗВ, поступающими в атмосферу при сжигании топлива, являются твердые частицы (зола, сажа), оксиды серы (S02 и S03), оксиды азота (N0 и N02). При неполном сгорании топлива в газообразных выбросах могут накапливаться оксид углерода (СО), углеводороды типа СН4, С2Н4, полициклические ароматические углеводороды, в т. ч. бенз(а)пирен (С20Н12), а также пентоксид ванадия (V205). Последние два соединения относятся к классу чрезвычайно опасных.

Диоксид серы (S02) и триоксид серы (S03) — главные компоненты загрязнения природной среды при сжигании топлива: 60- 80 % выбросов указанных веществ приходится на теплоэнергетические установки, использующие в качестве топлива серосодержащие уголь и нефть.

Содержание серы в углях в среднем невелико (0,8—1,0 %), однако в некоторых угольных бассейнах оно достигает 10 % и более (Б. Бретшнайдер, И. Курфюрст, 1989 г.). На ТЭС, потребляющей порядка 5 млн т низкосортного

Таблица 3.2

Основные источники загрязнения атмосферного воздуха (И. Я. Сегал, 1987 г.)

Группа

Аэрозоли

Г азообразные выбросы

Котлы и промышленные печи

Зола,

сажа

NO2, SOz, а также СО, альдегиды (НСНО), органические кислоты, бенз(а)пирен

Автомобильные двигатели

Сажа

СО, NO2, альдегиды, углеводороды неканцерогенные, бенз(а)пирен

Нефтеперерабатывающая

промышленность

Пыль,

сажа

SO2, H2S, NHj, NOx, СО, углеводороды, меркаптаны, кислоты, альдегиды, кетоны, канцерогенные вещества

Химическая

промышленность

Пыль,

сажа

В зависимости от процесса (H2S, CS2, СО,

NH3, кислоты, органические вещества, растворители, летучие вещества, сульфиды и др.)

Металлургия и коксохимия

Пыль,

оксиды

железа

S02, СО, NH3, NOx, фтористые соединения, цианистые соединения, органические вещества, бенз(а)пирен

Горная промышленность

Пыль,

сажа

В зависимости от процесса (СО, фтористые соединения, органические вещества)

Пищевая промышленность

Пыль

NH3, H2S (многокомпонентные смеси органических соединений)

Промышленность строительных материалов

Пыль

СО, органические соединения

бурого угля со средним содержанием серы 1,5 %, ежегодно образуется около 75 тыс.

т серы, что соответствует 145 тыс. т S02 и 5 тыс. т S03.

Оксиды азота образуются в топках при сжигании любого топлива в виде монооксида N0, который окисляется кислородом при высокой температуре и избытке воздуха до N02. В атмосфере окисление происходит за счет озона. В среднем при сжигании газа и мазута концентрация N02 в уходящих газах составляет 0,6-0,8 г/м3, при сжигании твердых топлив — около 1 г/м3.

Диоксид азота обладает в 7 раз большей токсичностью, чем N0. Более 90 % от общего количества выброса оксидов азота поступают в атмосферу при сжигании жидкого и газообразного топлива.

Тепловые электростанции загрязняют атмосферный воздух весьма токсичными веществами — бериллием, мышьяком, селеном, ванадием, кадмием, ртутью, естественными радионуклидами (226Ra, 232Th, 40К). В выбросах ТЭС обнаружены также полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), среди которых опасный канцероген — бенз(а)пирен (табл. 3.4).

Концентрация химических элементов в пыли различных производств (Ю. Е. Сает, 1990 г.)

Таблица 3.3

Виды производств

Ряд относительной концентрации

п. 1000 | п. Гоб Г п. 10 [ пЛ

Энергетика

Сжигание угля на ТЭС

-

-

B, Pb, Mo, Ge

Be, Li, V, Ni, Си, Zn, Ag, W

Сжигание мазута на ТЭС

-

V, Ni

Cr, Zn, Mo, W,Pb

Си, Sn, Ag

Переработка цветных металлов

Производство алюминия

-

Cd, Zn, Sb, Pb, Zn

W, Sn, Cr, Bi, Mo

Mn, Ag, B,. Co

Производство

аккумуляторов

Sb, Ag,

Bi, Pb, Cd, Sn

Ni, As, Co, Си, Zn, W,In, T1

-

Машиностроение и металлообработка

Литье чугуна

-

-

Zn, W

Mo, Sn, Pb, Си, Cr

Литье стали

-

-

Sn, Sb, Ni, W

Mn, Zn, B, Pb, Mo

Кузнечно-прессовое

производство

-

Zn

W, Mn

Mo, Ni, Sn, Co, Pb

Механическая обработка черных металлов

-

W, Mo, Си

Cr, Ni, Co, Zn

Mn, V, Pb, Sn

Механическая обработка цветных металлов

Си, Zn, Pb

Cr, Ni

W, Sn

Co, Mo, V

Химическое производство

Изготовление масляных красок

Hg, Cd

Ag, Zn, Sn, Си, Bi, W

Sb, Mo

Co, Sn, Ni

Коксохимическое

производство

Hg

Sb, W, Pb

Mo, Sn

Производство стройматериалов

Обжиг цементной шихты

-

Ag

Sb, Zn, Bi, W

Sn, Tl, Си, Mo, В a

Производство керамзита

-

Pb

W, Ag, Bi, Mo

Co, Zn, Си, Li, Ni, V, Cr

Производство огнеупорного кирпича

-

Sb,Pb

Bi

V, Си, Cr, Sn, B, Ga, Zn, Nb

Автомобильный транспорт является основным источником загрязнения атмосферы городов, причем, что особенно опасно, выбросы происходят вблизи органов дыхания человека.

В состав выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей входит около 200 химических соединений, из которых наиболее токсичны оксиды углерода, азота, углеводороды, в т. ч. ПАУ

Таблица 3.4

Содержание бенз(а)пирена в дымовых газах котлов ТЭС,

мкг/100 м3

Содержание бенз(а)пирена

Топливо

Минимальное

Максимальное

Наиболее часто встречающееся

Газ

1

4

1-2

Мазут

2

40

10-20

Уголь

(перед золоуловителем)

30

140

40-100

(бенз(а)пирен и др.). (О воздействии автотранспорта на окружающую среду изложено в отдельной главе.)

Черная и цветная металлургия. Предприятия указанной отрасли экономики часто располагаются либо неподалеку от городов (рабочих поселков), либо непосредственно в их черте, что особенно характерно для Донбасса и Урала.

При размоле угля (восстановителя руды, топлива), загрузке шихты в батареи, производстве и последующей выгрузке кокса на коксохимических производствах образуются угольная пыль и сажа. В процессе коксования выделяется газ, содержащий пары углеводородов (смолистых веществ). Количество газообразных выбросов составляет 3-5 м3, смолистых веществ 0,2-0,5 кг на т используемого угля.

Наиболее серьезное загрязнение воздуха происходит при тушении кокса, в процессе которого выделяется в среднем (кг/т): 0,01-0,04 гидросульфида, 0,05 аммиака, 0,006 цианида, 0,08- ОД фенола. При нагревании коксовых батарей коксовым и колошниковым газом в отходящих газах может содержаться до г/м3 диоксида серы и 0,2-1,0 г/м3 диоксида азота.

Источником выброса твердых частиц в металлургии является производство чугуна (агломерация и доменные печи), стали (литейные и вагранки), производство ферросплавов.

При агломерации концентрация пыли в газе составляет от 2—7 до 15-20 г/м3. Средний состав пыли (%): железа — 50, оксидов кремния, кальция и алюминия — примерно по 10, оксидов углерода, серы и магния примерно по 2.

Газ содержит азот, около 10-20 % кислорода, 5-10 % диоксида углерода, до 5 % диоксида серы. Значительное количество пыли образуется при транспортировке агломерата, дроблении и грохочении исходных компонентов.

Доменный (колошниковый) газ, образующийся при горении кокса, состоит из диоксида углерода и азота, оксида углерода, водорода и метана.

Перед утилизацией газ очищается от твердых частиц, содержание которых достигает 10-200 г/см3; при этом пыль состоит из частиц железа, топлива, флюсов, присадок.

При плавке чугуна происходит выделение серы в процессе сгорания кокса-восстановителя. S02 выделяется и в сталелитейном производстве при сжигании колошникового газа, нефти и кокса, содержащих серу. Источником оксидов азота NOx являются мартеновские печи и кислородные конверторы вследствие высокой температуры процесса (табл. 3.5).

Таблица 3.5

Состав атмосферных выбросов металлургических предприятий

Производство

Доля выброса, %

Пыль

SCb

СО

NOx

Агломерационная фабрика

34,3

82,5

62,5

25,0

Коксовый цех

11,1

0,9

7,5

7,0

Доменный цех

1,7

1,6

2,7

-

Конвертерный цех

8,3

0,6

0,4

-

Мартеновский цех

4,0

0,6

0,2.

15,0

Прокатный цех

-

3,0

-

8,0

Ремонтный цех

1,1

0,2

4,3

-

Транспорт

0,3

0,3

5,0

-

Г азовое хозяйство

-

-

7,5

-

Цех огнеупоров

2,7

0,2

0,1

-

Энергетические установки

36,9

7,5

-

40,0

Прочие

9,6

2,6

9,8

5,0

Опасный для всего живого фтор выделяется в виде твердых фторидов, гидрофторидов и газообразных соединений при электролитическом получении алюминия из расплавов фторсодержащих солей. При неблагоприятных условиях удельный выброс фтора может достигать 15-20 г на 1 т алюминия.

При выплавке цветных металлов источниками пыли являются оборудование: печи, сушилки концентратов, дробильно-помольные устройства. Заводы цветной металлургии выбрасывают большие количества диоксида серы, оксидов мышьяка, свинца, сурьмы, меди.

Машиностроительные и металлообрабатывающие производства, частые спутники городов, являются источниками пыли, содержащей оксиды железа, марганца, магния, алюминия, фосфора и ряда других элементов (табл. 3.5).

Приготовление формовочных смесей является сильно пылящим производством. На каждые 100 тыс. т литья литейный цех выбрасывает в атмосферу до 1 тыс. т пыли в год (при эффективности пылеулавливания 70-80 %).

Заметный вклад в загрязнение воздуха городов вносят процессы сварки и резки металлов. При этом химический состав выделяющихся при сварке ЗВ в основном определяется материалами проволоки, покрытий, флюсов. Пыль может содержать Мо, Сг02, Сг203, фториды, отходящие газы, кроме того, фториды, СО, NOx, F. Токсичные соединения хрома, никеля, марганца, а также СО и NOx выделяются при газовой резке металлов. Если она осуществляется плазменными резаками, в воздух поступает озон.

Вентиляционные газы, отводимые от ванн кислотного травления металлов в гальванических цехах содержат пары соответствующих кислот (H2S04, HN03 или HF); их концентрация может достигать 30—500 мг/м3.

Химическое производство. Здесь наиболее важными источниками загрязнения атмосферы как по объему продукции, так и по токсичности являются хлор, оксиды азота, диоксид и триоксид серы, хлористый водород, сероводород, фтористый водород, дисульфид углерода, фтор и его соединения. Из органических соединений: тиолы, углеводороды и их хлоропроизводные, альдегиды, кетоны и органические кислоты (табл. 3.6).

Добыча и переработка полезных ископаемых, исчисляемая, как известно, сотнями миллионами тонн, приводят к серьезному загрязнению атмосферы. Это происходит при вскрытии месторождений, бурении и взрывных работах, погрузке и разгрузке, их транспортировке, дроблении и грохочении, переработке, удалении и складировании отходов. Так, только в процессах измельчения и обжига природных и искусственных материалов потери достигают до 2 %; они в основном поступают в атмосферный воздух.

На угольных шахтах и обогатительных фабриках основными загрязнителями воздуха прилегающих территорий являются горящие породные отвалы (терриконы и др.). В атмосферу при этом поступают С02, СО, H2S, Н2, СН, и др. Эти же газы могут присут-

Таблица 3.6

Выбросы загрязняющих веществ в химическом производстве (Б. Бретишайдер, И. Курфюст, 1989 г.)

Химическое производство

Загрязняющие вещества

Серной кислоты

Оксиды серы, серная кислота

Азотной кислоты

Оксиды азота

Хлора и гидрооксида натрия

Хлор, хлорсодержащие соединения

Вискозного волокна

Сероводород, дисульфид углерода

Суперфосфата

Соединения фтора

Фтористоводородной кислоты

Соединения фтора

Фосфорной кислоты

Соединения фтора

Сложных удобрений

Фтор

Целлюлозы

Гидросульфид, диоксид серы

Очищенной нефти

Оксид углерода, альдегиды, углеводороды, органические кислоты, диоксид серы, диоксид азота

ствовать в составе рудничного воздуха, который в больших количествах выбрасывается в атмосферу из подземных выработок. В Донецком бассейне еще в начале 90-х годов прошлого века 364 угольные шахты выбрасывали в атмосферу 3,87 млрд м3/год метана и 1,2 млрд м3/год С02, а всего по стране 701 шахта выделяла 6,24 млрд м3/год метана и 3,3 млрд м3/год С02.

Почти в каждом городе имеются предприятия строительной индустрии. При производстве строительных материалов источниками поступления в атмосферу твердых частиц являются цементные заводы, известковые печи, установки по производству магнезита, печи по обжигу кирпича, карьеры, предприятия по выпуску изоляционных материалов, керамические заводы, установки по производству асфальта; оборудование: дробилки, сушилки и мельницы, вращающиеся и шахтные печи для обжига клинкера, охладители клинкера, цементные мельницы, устройства для транспортировки и отгрузки. В составе твердых частиц цементных и известковых заводов — карбонат и оксид кальция, цементный клинкер, шлак, цемент, глина, уголь и др. Наибольшая часть газообразных продуктов образуется в производстве цемента при обжиге клинкера, однако они редко превышают допустимые значения. При обжиге кирпича могут возникнуть выбросы соединений фтора и диоксида серы, в стекольной промышленности возможны выбросы фтора и оксидов азота.

Вокруг городов, особенно крупных, располагаются животноводческие и птицеводческие комплексы, фермы, промышленные комплексы по производству мяса. Они могут быть источниками поступления в воздух аммиака, сероуглерода и дурнопахнущих газов. Имеются случаи распространения в приземном слое атмосферы ядовитых пестицидов и удобрений, что происходит при их ненадлежащем хранении и использовании.

Этот, далеко не полный, перечень источников вредных веществ, попадающих в атмосферный воздух, указывает на возможность содержания в воздухе городов (и крупных, и малых) самых разнообразных вредных веществ. Для примера: загрязнение атмосферы на территории Москвы происходит под влиянием выбросов 31 тыс. промышленно-производственных и строительных объектов, 13 теплоэлектростанций и их филиалов (ТЭЦ), 63 районных и квартальных тепловых станций (РТС, КТС), более тысячи мелких отопительных котельных а также более 2,5 млн единиц автотранспорта. В 2000-2001 г. в атмосферу выбрасывалось около 2 млн тонн ЗВ (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Динамика валовых выбросов загрязняющих веществ в Москве в 1995-2001 гг. (Доклад о состоянии окружающей среды в Москве за 2000—2001 г., 2002 г.)

Как видно из этого рисунка, основным (по массе) источником поступления ЗВ в атмосферу является автотранспорт. На территории города находится около 2,5 тыс. автотранспортных и промышленных предприятий, имеющих собственные автохозяйства, а также автотранспорт частной принадлежности. Автопарк города по состоянию на 01.01.2001 г., по данным ГИБДД, составлял 2 млн 348 тыс. единиц грузового и легкового автотранспорта, потребляющих в год около 4 млн тонн моторного топлива, которое реализуется на 674 АЗС, а автомобильный парк всего региона — это более 3,3 млн единиц автотранспорта, выбрасывающих в атмосферу за год более 2,5 млн тонн ЗВ. 

<< | >>
Источник: Под ред. проф. В. В. Денисова. Экология города: Учебное пособие. 2008

Еще по теме § 2. Источники химического загрязнениявоздуха городов:

  1. § 2. Источники химического загрязнениявоздуха городов