«Е.А. АЛЯБЫШЕВА Е.В. САРБАЕВА Т.И. КОПЫЛОВА О.Л. ВОСКРЕСЕНСКАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие Йошкар-Ола, 2010 ББК Б1 УДК 502.1 А 601 Рецензенты: О.П. Войнов, мэр города Йошкар-Олы; В.М. Титов, первый заместитель ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУВПО «МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КОМИТЕТ ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ

ГОРОДСКОГО ОКРУГА «ГОРОД ЙОШКАР-ОЛА»

Е.А. АЛЯБЫШЕВА Е.В. САРБАЕВА Т.И. КОПЫЛОВА О.Л. ВОСКРЕСЕНСКАЯ

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Учебное пособие Йошкар-Ола, 2010 ББК Б1 УДК 502.1 А 601 Рецензенты:

О.П. Войнов, мэр города Йошкар-Олы;

В.М. Титов, первый заместитель мэра города Йошкар-Олы;

Р.И. Винокурова, д-р б. наук, профессор МарГТУ Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом МарГУ Алябышева Е.А.

Промышленная экология: учебное пособие / Мар. гос. ун-т.;

А Е.А. Алябышева, Е.В. Сарбаева, Т.И. Копылова, О.Л. Воскресенская. – Йошкар-Ола, 2010. – 110 с.

ISBN 978-5-94808-609- В учебном пособии рассмотрены экологические проблемы разных отраслей промышленности. Большое внимание уделено мониторингу и методам прогнозирования проявления опасных экологических факторов;

основным инженерно-техническим мерам предотвращения загрязнения урбанизированной среды и нормализации ее состояния, а также ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающимся по естественнонаучным, инженернотехническим направлениям, а также для специалистов природоохранных организаций, научных работников, учителей и обучающихся школ.

ББК Б УДК 502. © ГОУ ВПО «Марийский государственный ISBN 978-5-94808-609- университет», © Алябышева Е.А., Сарбаева Е.В., Копылова Т.И., Воскресенская О.Л.,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ………………………………………………………… Глава 1. Предмет и задачи промышленной экологии ……… Глава 2. Техногенные системы ………………………………… Глава 3. Экологические проблемы энергетики и пути их решения …………………………………………………………… 3.1. Методы расчета токсичных выбросов в атмосферу с уходящими газами ТЭС ……………………………………………..

Глава 4. Экологические проблемы транспорта и пути их решения …………………………………………………………… 4.1. Оценка работы двигателей автотранспорта …………… Глава 5. Экологические проблемы отдельных отраслей промышленности ………………………………………………… Глава 6. Противодействие угрозам природного и техногенного характера ………………………………………… 6.1. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей ……………………………………….

6.2. Экологическая безопасность …………………………… 6.3. Методы оценки риска …………………………………… 6.3.1. Основные показатели риска, характеризующие опасности промышленных аварий ………………………………… 6.4. Оценка социального и индивидуального рисков……… Глава 7. Инженерная защита среды обитания ……………… 7.1. Оценка загрязнения поверхностных водоемов ………….

7.2. Методы расчета нормативов образования отходов …… Тестовые задания для самоконтроля ……………………………….

Список литературы ………………………………………………….

ПРЕДИСЛОВИЕ

Стратегия устойчивого развития России предполагает планомерный, стабильный экономический рост страны с учетом рационального использования природных ресурсов и сохранения благоприятной окружающей среды для настоящего и будущих поколений людей.

Главной задачей дисциплины «Промышленная экология» является формирование экологического мировоззрения будущих специалистов, которое позволит им профессионально анализировать и оценивать собственную производственную деятельность в отношении к окружающей природной среде и принимать экологически обоснованные решения.

Изучение дисциплины должно способствовать овладению студентами комплексом знаний, связанных с биосферой, экосистемой, техносферой, экономикой природопользования, комплексным и рациональным использованием природных ресурсов. Предмет промышленная экология изучается на старших курсах и базируется на знаниях других экологических дисциплин.

Учебное пособие написано на основе курсов лекций по следующим дисциплинам: «Общая экология», «Прикладная экология», «Урбоэкология», «Техногенные система», «Системная экология», «Экология России», «Экология Республики Марий Эл», Экология человека», «Санитарногигиенический мониторинг», читаемых в ГОУВПО «Марийский государственный университет».

Учебное пособие разделено на предисловие, семь глав и комплект тестовых заданий, который можно использовать как для самоконтроля студентов, а также для организации промежуточных и итоговых аттестаций студентов.

В учебном пособии рассматриваются закономерности функционирования техногенных систем, экологические проблемы транспорта и отдельных отраслей промышленности, вопросы противодействия угрозам природного и техногенного характера, вопросы инженерной защиты среды обитания.

Кроме этого подробно рассмотрены методы расчета токсичных выбросов в атмосферу с уходящими газами ТЭС и нормативов образования отходов, оценки загрязнения поверхностных водоемов, работы двигателей автотранспорта, последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей и социального и индивидуального рисков.

Материал учебного пособия изложен на основе действующих законодательных и нормативных документов по охране окружающей среды и рациональному природопользованию.

Учебное пособие для студентов вузов составлено в соответствии с государственным образовательным стандартом для высших учебных заведений.

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

Наиболее массированный вред окружающей природной среде наносят промышленные предприятия, энергетика и автомобильный транспорт, которые являются неотъемлемыми компонентами урбанизированных территорий (Денисов, 2007).

Интенсивное развитие хозяйственной деятельности людей, деградация естественных экосистем, аварии и катастрофы на промышленных объектах требует нового подхода к организации и функционированию предприятий и экономической системы в целом;

надлежащий вклад в формировании и реализации такого подхода должна внести промышленная экология.

Понятие «промышленная экология» появилось в начале 80-х годов XX века и к настоящему времени существует несколько определений данного термина. Н.Ф. Реймерс (1990) дает следующее определение:

воздействие промышленности – от отдельных предприятий до техносферы – на природу, и наоборот, – влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов. Это же определение использовано В.Г. Калыгиным (2000) и В.В. Денисовым (2007).

В работе Р.А. Степень и С.М. Репях (2000) под промышленной экологией понимается наука об эколого-экономических системах. А.А.

Челноков и Л.Ф. Ющенко (2001) также считают, что современная промышленная экология – это самостоятельная наука, изучающая влияние промышленной деятельности на биосферу, а также определяющая пути достаточно безболезненного для человеческой цивилизации перехода техносферы в ноосферу.

В.В. Снакин (2000) считает, что промышленная экология – это научное направление, предметом изучения которого является непосредственное отрицательное антропогенное воздействие хозяйственной деятельности на окружающую среду.

Большинство специалистов считают, что наиболее полно содержание дисциплины отражено В.А. Зайцевым (1999), который считал, что промышленная экология рассматривает (изучает) взаимосвязь (и взаимозависимость) материального, в первую очередь промышленного, производства, человека и других живых организмов и среды их обитания, то есть предметом изучения промышленной экологии являются эколого-экономические системы.

На рисунке 1 показана взаимосвязь отдельных отраслей экологии и место промышленной экологи в ряду экологических наук.

Рис. 1. Место промышленной экологии в ряду экологических наук Одной из главных задач промышленной экологии является нахождение путей для рационального использования природных ресурсов, предотвращения их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, а в конечном итоге – совмещение техногенного и биогеохимического круговоротов веществ.

Промышленная экология – функциональная дисциплина, так как наряду с установлением структуры и законов развития экологоэкономических систем, предметом исследования промышленной экологии является установление динамических связей внутри них, то есть функционирование подобной системы как единого целого.

Методологической основой промышленной экологии служит системный подход с учетом всего многообразия экономических, биологических, социальных, технологических и других связей, их разнообразия и соподчинения (Галактионова, 2002).

Технологий в человеческом обществе существует, по крайней мере, столько же, сколько и разных видов созданных человеком продуктов (а многие продукты имеют и по множеству разных технологий), все это многообразие технологий можно подразделить на три основных класса: физико-механические, химические и биотехнологические.

В физико-механических технологиях исходный материал (сырье) в процессе получения продукта меняет форму или агрегатное состояние, но не изменяет своего химического состава (например, технология переработки древесины для производства деревянной мебели). В процессе получения продукта в химических технологиях сырье претерпевает изменения химического состава (например, получение полиэтилена из природного газа). Биотехнологические процессы занимают особое место в природоохранных технологиях, поскольку в основе своей являются экологически чистыми производствами (например, микробиологическая очистка сточных вод предприятий и почв от нефти и нефтепродуктов) (Галактионова, 2002).

В основе промышленной экологии лежит концепция «безотходной технологии», предусматривающей цикличность материальных потоков. На Общеевропейском совещании по сотрудничеству в области охраны окружающей среды (г. Женева, 1979 г.) было сформулировано понятие «…практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду».

В настоящее время, особенно за рубежом, часто применяется термин чистое производство как «...производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды».

ТЕХНОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ

Современная биосфера подвержена разносторонним антропогенным воздействиям, которые осуществлялись на протяжении почти всей человеческой истории, но в течение последних двух столетий они многократно усилились и привели к существенным количественным и качественным изменениям биосферы. Человеческая цивилизация обусловила появление на планете новой глобальной материальной системы в виде многослойной насыщенной сферы искусственно созданных объектов (Вронский, 1996).

Люди активно расширяют свою экологическую нишу, создавая искусственных объектов, созданных целенаправленной деятельностью человека, и природных объектов, измененных этой деятельностью (Никаноров, Хоружая, 2001; Калыгин, 2006).

Совокупность инженерно-технических процессов в земной коре, гидросфере, атмосфере и ближнем Космосе, научных и технических достижений, позволяющих человеку использовать природные ресурсы, а также перестройка биосферы и создание техносферы, где господствует человечество как геологическая сила, т.е. все, что связано с производственной деятельностью человека, называют техногенезом. Созданные в процессе техногенеза или возникшие как его побочный результат искусственные вещества, включая вышедшую из строя технику, оказывающие определенные воздействия на среду обитания организмов, называют техногенной продукцией.

Техногенная система – это сложная, искусственно созданная человеком в результате производственной деятельности система, которая находится в контакте с окружающей природной средой (Степановских, 1998; 2003). В техногенных системах (в городах, на промышленных предприятиях) энергообмен резко отличается от процессов, проистекающих в природе. Поток вещества и энергии через производственную систему практически не имеет обратной положительной связи. На входе – это все возрастающее потребление ресурсов и энергии, ведущее к деградации природных систем. На выходе – огромное количество отходов, поступающих в окружающую среду, что является главной причиной ее загрязнения. Энтропия техногенных систем имеет тенденцию к неумолимому росту:

возникают аварии, нарушаются связи управления, усиливается хаос.

Для поддержания этих систем в рабочем состоянии требуются все увеличивающиеся энергетические затраты. Рост производства, увеличение населения больших городов ведут к обострению экологической обстановки (Маслов, 2002).

На территории России расположено более 24 тысячи предприятий, выбрасывающих вредные вещества в атмосферу и водоемы. Из них 33% выбросов дают предприятия металлургии, 29% – энергетические объекты, 7% – предприятия химической промышленности, 8% – объекты угольной промышленности. Более половины выбросов в атмосферу приходится на транспорт. Ежегодно в России улавливается и обезвреживается лишь 76% общего количества вредных веществ, 82% сбрасываемых вод не подвергается очистке, поэтому качество вод основных рек на территории России оценивается как неудовлетворительное.

Основными причинами возникновения техногенных опасностей являются:

• нерациональное размещение потенциально опасных объектов производственного назначения, хозяйственной и социальной инфраструктуры;

• технологическая отсталость производства, низкие темпы внедрения ресурсоэнергосберегающих и других технически совершенных и безопасных технологий;

• износ средств производства, достигающий в ряде случаев предаварийного уровня;

• увеличение объемов транспортировки, хранения, использования опасных или вредных веществ и материалов;

• снижение профессионального уровня работников, культуры труда, уход квалифицированных специалистов из производства, проектно-конструкторской службы, прикладной науки;

• низкая ответственность должностных лиц, снижение уровня производственной и технологической дисциплины;

• недостаточность контроля за состоянием потенциально опасных объектов; ненадежность системы контроля за опасными или вредными факторами;

• снижение уровня техники безопасности на производстве, транспорте, в энергетике, сельском хозяйстве;

• отсутствие нормативно-правовой базы страхования техногенных рисков (Петров, Макашев, 2008).

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют собой источники неизбежного, потенциального, до настоящего времени практически количественно не учитываемого риска для населения и окружающей среды (Иванов, Фадин, 2002; Медведев, 2002; Хван, 2003).

Энергетические объекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики в частности) по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу (рис. 2).

Рис. 2. Влияние энергоустановок на окружающую среду Энергетика – основной движущий фактор развития всех отраслей промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства, база повышения производительности труда и благосостояния населения. У нее наиболее высокие темпы развития и масштабы производства. Доля участия энергетических предприятий в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания органических видов топлива, содержащих вредные примеси, а также отходами низко потенциальной теплоты весьма значительна (рис. 3).

Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду во многом зависит от вида сжигаемого топлива. Топлива делятся:

1) по агрегатному состоянию – на твердое (применяется преимущественно для получения тепловой и электроэнергии), жидкое (в двигателях внутреннего сгорания, в корабельных (судовых) и стационарных котельных установках) и газообразное (главным образом в промышленности и коммунально-бытовом хозяйстве);

2) по происхождению – на природные и искусственные (Хван, 2003; Денисов, 2007, 2008).

К основным видам природного топлива относятся ископаемые:

уголь, торф, нефть, дрова и природный газ.

Уголь – самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. Специалисты считают, что его запасов хватит на 500 лет.

Кроме того, уголь распространен по всему миру более равномерно и он более экономичен, чем нефть. Различают три основных вида ископаемых углей: антрацит, каменный и бурый угли. Из угля при высоком давлении можно получить экологически чистое синтетическое жидкое топливо.

Торф – продукт первой стадии образования ископаемых углей. При энергетическом использовании торфа имеет место ряд отрицательных последствий для окружающей среды: нарушение режима водных систем, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобычи, ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнение воздушного бассейна, резкое ухудшение условий существования животных.

Дрова в настоящее время занимают второстепенное место в общем балансе топлива.

При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых случаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. Так, в золе донецких антрацитов в незначительных количествах содержится мышьяк, а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений – свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей КанскоАчинского бассейна – свободный оксид кальция.

В продуктах сгорания жидких видов топлива отсутствует летучая зола. При сжигании мазутов с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают: сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, соединения ванадия, соли натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке.

При сжигании природного газа существенным загрязнителем атмосферы являются оксиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжигании на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжигании угля. Таким образом, природный газ является наиболее экологически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.

К искусственным топливам относятся: кокс доменных печей, искусственные горючие газы, моторное топливо и др.

Каменноугольный кокс применяют для выплавки чугуна как высококачественное бездымное топливо и одновременно восстановитель железной руды. Искусственные горючие газы подразделяются на генераторные, коксовые и газы, образующиеся при газификации твердых топлив (воздушный и водяной газ). Моторное топливо – это жидкое или газообразное горючее, используемое в двигателях внутреннего сгорания.

В теплоэнергетике источником массированных атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия и установки паросилового хозяйства, т.е. любые предприятия, работа которых связана со сжиганием топлива.

Наряду с газообразными выбросами теплоэнергетика производит огромные массы твердых отходов, к ним относятся хвосты углеобогащения, зола и шлаки.

Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой – региональные и локальные.

Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, но все же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основных глобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсутствовали – хлорфторуглероды. Это глобальные загрязнители, имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экрана стратосферы. Таким образом, следует отметить, что на современном этапе тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу около 20% от общего количества всех вредных отходов промышленности.

Сточные воды ТЭС и ливневые стоки с их территорий, загрязненные отходами технологических циклов энергоустановок и содержащие ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты, при сбросе в водоемы могут оказать влияние на качество воды, водные организмы. Изменение химического состава тех или иных веществ приводит к нарушению установившихся в водоеме условий обитания и сказывается на видовом составе и численности водных организмов и бактерий и, в конечном счете, может привести к нарушениям процессов самоочищения водоемов от загрязнений и к ухудшению их санитарного состояния.

ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром. При работе турбин необходимо охлаждать водой отработанный пар, поэтому от энергетической станции непрерывно отходит поток воды, подогретой обычно на 8-12°С и сбрасываемой в водоем. Зоны подогрева крупных ТЭС занимают площадь в несколько десятков квадратных километров. В результате повышения температуры в водоеме и нарушения их естественного гидротермического режима интенсифицируются процессы «цветения»

воды, уменьшается способность газов растворяться в воде, меняются физические свойства воды, ускоряются все химические и биологические процессы, протекающие в ней и т.д. В зоне подогрева снижается прозрачность воды, увеличивается рН и скорость разложения легко окисляющихся веществ.

На территории г. Йошар-Олы основными предприятиями элект-роэнергетики и теплоэнергетики являются ОАО «Йошкар-Олин-ская ТЭЦ-2»

филиала ОАО «ТГК-5» «Марий Эл и Чувашии» и МУП «Йошкар-Олинская ТЭЦ-1»

(Доклад…, 1998; Экология г.

Йошкар-Олы, 2004; 2007;

Ежегодный доклад…, 2010) (рис. 4).

Экологические проблемы гидроэнергетики. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливноэнергетическими ресурсами – их непрерывная возобновляемость.

Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значительные удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придается большое значение, особенно когда это связано с размещением электроемких производств.

Гидроэлектростанция – это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Одной из важнейших причин уменьшения доли энергии, получаемой на ГЭС, является мощное воздействие всех этапов строительства и эксплуатации гидросооружений на окружающую среду.

Одним из важнейших воздействий гидроэнергетики на окружающую среду является отчуждение значительных площадей пойменных земель под водохранилища. Земли вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных.

Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (при формировании береговой линии).

Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов. В перекрытых водохранилищами речных системах аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты. В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития сине-зеленых водорослей. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей, нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ.

Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений.

Чебоксарское водохранилище – одно из водохранилищ ВолгоКамского каскада, расположенное на реке Волге, на территориях Чувашской Республики, Республики Марий Эл и Нижегородской области, было образовано плотиной Чебоксарской ГЭС, расположенной в г. Новочебоксарске (Чувашская Республика) (заполнено в 1980-1982 гг.). Площадь Чебоксарского водохранилища составляет 2190 км, длина – 341 км, наибольшая ширина – 16 км, глубина – до 35 м. В зону затопления водохранилища попала часть территории Республики Марий Эл (Доклад..., 1998; Энциклопедия Марий Эл, 2009).

Экологические проблемы ядерной энергетики. Ядерная энергетика в настоящее время является наиболее перспективной, это связано с относительно большими запасами ядерного топлива и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами (Никаноров, Хоружая, 2001) (табл. 1).

Таблица 1 – Воздействие электростанций на окружающую среду в Мазут Углекислый газ Парниковый эффект.

Бенз(а)пирен Загрязнение, деградация газ Углекислый газ Ядерное Радиоактивность Радиоактивность ниже Многолетний опыт эксплуатации АЭС во всех странах показывает, что они не оказывают заметного влияния на окружающую среду. Доля ядерной энергии в общем объеме вырабатываемой энергии многих развитых стран составляет весьма большую величину, особенно во Франции (79%), Швеции (43%), Южной Корее (43%), Японии (32%).

В России в настоящее время действует 31 реактор.

После 1986 г. (Чернобыльская катастрофа) главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварии, хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она не исключается.

Альтернативные источники энергии. Помимо широкого использования невозобновляемых источников энергии (уголь, нефть, газ, ядерное топливо), активно изучается и реализуется возможность получения энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких, как энергия ветра, солнца, геотермальная и энергия волн, а также других источников, которые относятся к неисчерпаемым, возобновляемым и экологически чистым (табл. 2), (рис. 5).

Ветроэнергетика. Является наиболее древним источником энергии. К настоящему времени испытаны ветродвигатели различной мощности. Сделаны выводы, что в районах с интенсивным движением воздуха ветроустановки вполне могут обеспечивать энергией местные потребности, оправдано использование ветротурбин для обслуживания жилых домов и неэнергоемких производств.

Значительные успехи в создании ВЭС были достигнуты за рубежом (страны Западной Европы). Но самое широкое развитие ветроэнергетика получила в США.

При этом нет никаких расходов на утилизацию отработанного топлива и нет загрязнения окружающей среды. Однако ветровые источники энергии требуют огромных площадей. Ветроустановки являются дорогостоящими сооружениями, источниками сильных вибраций, шумов, они распугивают птиц и зверей, нарушая их естественный образ жизни, а при большом их скоплении на одной площадке могут существенно исказить естественное движение воздушных потоков с непредсказуемыми последствиями.

Таблица 2 – Сравнительная характеристика различных способов электростанции единицы площади занимаемой капиталовложения Использование энергии Солнца. Солнечная энергия – практически неограниченный источник, мощность которого на поверхности Земли оценивается в 20 млрд. кВт. Это исключительно чистый вид энергии, который не загрязняет окружающую среду, а само ее использование не связано ни с какой биологической опасностью. Это практически неисчерпаемый источник энергии. Использование солнечного тепла – наиболее простой и дешевый путь решения отдельных энергетических проблем.

Наиболее распространено улавливание солнечной энергии посредством различного вида коллекторов. Они помещаются в прозрачную камеру, которая действует по принципу парника. Еще более просты нагревательные системы пассивного типа. Циркуляция теплоносителей здесь осуществляется за счет того, что нагретый воздух или вода поднимается вверх, а их место занимают более охлажденные теплоносители. Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в электрический ток без всяких дополнительных устройств.

В тоже время крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электростанциях имеет определенные трудности, поскольку источник солнечной энергии отличается низкой плотностью. Поэтому площадь для сбора солнечной энергии и ее концентрации на оптических системах доходит до нескольких десятков квадратных километров.

Рис. 5. Классификация альтернативных источников энергии Энергия воды, океанических и термальных вод. Энергия, выделяемая при волновом движении масс воды в океане, действительно огромна. Средняя волна высотой 3 м несет примерно 90 кВт энергии на 1 м2 побережья. Однако в настоящее время эта энергия используется в незначительном количестве из-за высокой себестоимости ее получения.

Недостаточно до настоящего времени используются энергетические ресурсы средних и малых рек. Небольшие плотины на реках оптимизируют гидрологический режим рек и прилежащих территорий. Имеются расчеты, что на мелких и средних реках можно получать не меньше энергии, чем ее получают на современных крупных ГЭС.

Несравнимо более реальны возможности использования геотермальных ресурсов. В данном случае источником тепла являются разогретые воды, содержащиеся в недрах земли.

Геотермальная энергия может использоваться как в виде тепловой энергии, так и для получения электричества. В настоящее время отдельные города или предприятия обеспечиваются энергией геотермальных вод (например, г. Рейкьявик). В России значительные ресурсы геотермальных вод имеются на Камчатке, но используются они пока в небольшом объеме.

ГеоТЭС может функционировать десятки лет, используя практически неугасаемые тепловые котлы. Себестоимость такой электроэнергии вполне сравнима с той, которую мы имеем на тепловых и атомных электростанциях. Кроме того, ГеоТЭС не наносит экологического урона, не загрязняет выбросами окружающую среду.

3.1. Методы расчета токсичных выбросов в атмосферу с (по А.Я. Малкину, 1992, А.П. Хаустову, 2006) Укрупненный расчет объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу основывается на учете следующих основных данных:

количества сжигаемого в регионе топлива (в тоннах условного топлив разбивкой по видам (газ, мазут, различные виды твердого топлива, в том числе углей); характеристик сжигаемых на электростанциях данного региона видов топлива, включая их теплоту сгорания, сернистость, зольность и т.п.; показателей режимов сжигания топлива, влияющих на выход загрязняющих веществ; эффективности природоохранного оборудования (золоуловителей, устройств сероочистки дымовых газов и очистки дымовых газов от оксидов азота). Расчет в этом случае ведется по приведенным ниже зависимостям.

Количество золы, твердые частицы, тыс. т/год:

где i – вид топлива; n – количество видов топлива, сжигающихся на электростанциях региона в рассматриваемом году; МЗотх. – количество отходящей золы, образующейся в котлах электростанций региона, сжигающих данный вид топлива в рассматриваемом году, тыс. т/год, рассчитывается по следующей формуле:

где В – расход натурального топлива; q4i – потери теплоты с уносом от механической неполноты сгорания топлива, %; унi – доля золы, уносимой из топки в газоходы котла при сжигании i-го вида топлива (может приниматься равным 0,9); Аpi и QpHi – зольность (%) и теплота сгорания (кДж/кг) i-го вида топлива, соответственно, теплота сгорания углерода, кДж/кг.

Для разных видов топлива значения q4 равны: мазут – 0,02; уголь (пылевое сжигание) – 2,0; дизельное топливо – 0,01.

Выбросы золы в атмосферу:

где 3 – кпд золоулавливания по региону в среднем в расчетном году. Определяется с учетом ретроспективы, структуры ввода мощностей и достижений научно-технического прогресса (принимаем нормативное минимальное значение 0,98). При расчете выбросов для отдаленной перспективы ориентируются на лучшие мировые образцы золоуловителей.

Количество отходящих оксидов серы, т/год, определяется по формуле:

где МSO2отх. – количество отходящего диоксида серы, образующегося в котлах электростанций региона, сжигающих данный вид топлива в рассматриваемом году, тыс. т/год, рассчитывается по следующей формуле:

где S – содержание серы в топливе на рабочую массу, %, 'SO2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле; ''SO2 – доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц; 0,02 – коэффициент перевода молекулярной массы серы в молекулярную массу диоксида серы.

Доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле, зависит от сети топлива и содержания свободной щелочи в летучей золе.

Ориентировочные значения 'SO2 при факельном сжигании различных видов топлива следующие: мазут – 0,02; уголь – 0,1. Доля оксидов серы ''SO2, улавливаемых в сухих золоуловителях (электрофильтрах, батарейных циклонах), принимается равной нулю. В мокрых золоуловителях она зависит в основном от расхода и общей щелочности орошаемой воды и от приведенной сернистости топлива (в среднем она равна 0,1).

Выбросы:

где 'SO2 – кпд сероулавливающей установки (0,8-0,9 при наличии такой установки или нулю при ее отсутствии).

Оксиды азота, отходящие, тыс. т/год (в пересчете на NО2):

где MNO2отх – количество отходящих оксидов азота, образующихся в котле электростанций региона, сжигающих данный вид топлива в рассматриваемо году, тыс. т/год:

где К – коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/г условного топлива; В – расход топлива данного вида, сжигаемого на электростанциях региона в рассматриваемом году, тыс. т/год; QРН – теплота сгорания (кДж/к i-го вида топлива; 1 – коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива (содержание азота в топливе); 2 коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (для вихревых горелок 2=1, для прямоточных 2=0,85); 3 – коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления: при жидком шлакоудалении 3 = 1,4, во всех остальных случаях 3=1; 1 – коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку;

2 – коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (при двухступенчатом сжигании), определяется по рисунку 6; r – степень рециркуляции дымовых газов.

Данная формула эмпирическая и дает приближенное значение выбросов оксидов азота и рекомендуется для расчета выбросов энергетических котлов паропроизводительностью более 30 т/ч.

Коэффициент К для котлов паропроизводительностью более 70 т/ч при сжигании газа и мазута во всем диапазоне нагрузок, а также при высокотемпературном сжигании твердого топлива с нагрузками свыше 75% номиниальной определяется по формуле:

где D и Dф – номинальная и фактическая паропроизводительность значения 1 для энергетических котлов, в которых сжигается твердое топливо, определяется по формуле:

где NГ – содержание азота на горючую массу в топливе, %.

Значения коэффициента 1 при номинальной нагрузке и r30% принимаются в соответствии с нижеприведенными данными.

Значения коэффициента 1: при сжигании газа и мазута и вводе газа рециркуляции: в подтопки (при расположении горелок на вертикальных экранах) – 0,002; через шлицы под горелками – 0,015;

по наружному каналу горелок – 0,020; в воздушное дутье – 0,025; в рассечку двух воздушных потоков – 0,030; при высокотем-пературном сжигании твердого топлива и вводе газа рециркуляции: в первичную аэросмесь – 0,010; во вторичный воздух – 0,005.

Выбросы:

где m – количество электростанций данного региона, оснащенных установками по разложению оксидов азота в дымовых газах; j – электростанция данного региона, оснащенная установками по разложению оксидов азота в дымовых газах; МNOxотх – количество отходящих оксидов азота, подвергшихся разложению на азот и кислород в дымовых газах на данной электростанции в четном году, тыс. т/год; NOx – эффективность мероприятия по разложению оксидов азота в дымовых газах (до 80%).

РЕШИТЕ ЗАД АЧИ

Задача 1. В котельной установлено два котла, работающих на подмосковном угле марки Б2Р. Определите объем дымовых газов, а также максимально разовые выбросы золы и оксидов серы, углерода, азота при показателях, приведенных ниже: технические характеристики котла – расчетный расход топлива на один котел – 500 г/с; температура отходящих газов в устье трубы – 150 °С; коэффициент избытка воздуха перед дымовой трубой – 1,75; потери теплоты с уносом от механической неполноты сгорания топлива – 1,00%; потеря тепла от неполноты сгорания топлива - механической – 4,00%, химической – 1,00%; доля твердых частиц, задерживаемых золоуловителем – 0,85; доля оксидов серы, связанных летучей золой в котле – 0,10; доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе котла попутно с улавливанием твердых частиц – 0; низшая теплота сгорания топлива – 11,48 МДж/кг;

коэффициенты, характеризующие: долю потерь теплоты, обусловленную содержанием СО в продуктах сгорания – R=1,0; влияние тепла на выход NO2 – 1=0,9; конструкцию горелок – 2=1,0; вид шлакоудаления – 3=1;

эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий их подачи в топку – 1=1; снижение выбросов NОx при двухступенчатом дожигании – 2=1; степень рециркуляции дымовых газов – r=0; выход оксидов азота, кг/т условного топлива – =5,9.

Таблица 3 – Характеристика топлива (состав угля, %)

А S W С Н N О

Задача 2. В котельной установлено два котла, работающих на угле.

Определить объем дымовых газов, а также максимально разовые выбросы золы и оксидов серы, углерода, азота при следующих показателях: расчетный расход топлива на один котел – 900 г/с, температура отходящих газов в устье трубы – 155 °С, остальные показатели см. в предыдущей задаче.

Задача 3. В котельной установлен один котел, работающий на угле.

Определите объем дымовых газов, а также максимально разовые выбросы оксидов серы, углерода, азота при следующих показателях:

расход топлива на один котел – 1000 г/с, температура отходящих газов в устье трубы – 145 0С, остальные показатели см. в предыдущей задаче.

Таблица 4 – Характеристика топлива (состав угля, %)

А S W С Н N О

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТА

И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

Транспорт – один из важнейших элементов материальнотехнической базы общественного производства и необходимое условие функционирования современного индустриального общества, так как с его помощью осуществляется перемещение грузов и сельскохозяйственный, железнодорожный, водный, воздушный и трубопроводный транспорт (Владимиров, 1999; Черных, 2003).

В настоящее время земной шар покрыт густой сетью путей сообщения, однако развитие различных видов транспорта, широкое развитие автотрасс привели к многократному увеличению прямого и косвенного воздействия транспорта на окружающую среду. При всем многообразии форм воздействия транспорта на окружающую природную среду их источники можно объединить в две основные группы:

1) транспортные коммуникации (автодороги, железные дороги, аэродромы, трубопроводы), они воздействуют на природную среду прямо, постоянно и длительно;

2) транспортные средства (автомобили, самолеты, суда), которые оказывают кратковременное влияние на природную среду (Малкин, 1992; Корчагин, 1997).

Для размещения транспортных коммуникаций нужны огромные площади земли и объемы воды и воздуха. В России протяженность автодорог превышает 0,5 млн. км. Под железные дороги страны отведено около 1 млн. га земли (10 тыс. км2).

На сегодняшний день автомобильный транспорт – главный загрязнитель атмосферы наших городов. Россия, как и большинство развитых стран мира, словно паутиной окутана сетями оживленных автомобильных трасс (Луканин, Буслаев, Трофименко, 1998;

Экологическое состояние…, 2001).

По литературным данным, в США на 1000 жителей приходится 590 автомобилей, Швеции – 420, Японии – 285, Израиле – 145, Южной Корее – 27, в Китае – 2, в России – 80 автомобилей.

Интенсивность транспортного потока на улицах г. Йошкар-Олы составляет в среднем 840 авт./ч (рис. 7). Наибольшей интенсивностью автопотока характеризуется ул. Машиностроителей (1518,0±49, авт./ч), минимальной – бульвар Чавайна (160,0±14,4 авт./ч) (Соколов, Алябышева, 2007; Мичеева, Алябышева, 2008) (рис. 8).

а в т./ч В автомобильных двигателях внутреннего сгорания в мире ежегодно сжигается более 2 млрд. т нефтяного топлива. При этом коэффициент полезного действия в среднем составляет 23%, остальные 77% уходят на обогрев окружающей среды (Новиков, 1998).

Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат около 200 химических соединений (рис. 9):

оксид углерода и углеводороды (бензол, формальдегид, бенз(а)пирен) образуются при неполном сгорании топлива в условиях нехватки кислорода или слишком низких температурах горения, а также при испарении топлива;

оксиды азота образуются при горении топлива; их количество сильно возрастает при повышении температуры сгорания;

сажа выбрасывается преимущественно дизельными, а также газотурбинными двигателями; выброс зависит от типа двигателя, срока эксплуатации и от регулировки системы впрыскивания топлива;

диоксид серы образуется при работе дизельных двигателей, поскольку дизельное топливо содержит серу;

свинец добавляется в бензин в качестве антидетонатора, в год один автомобиль выбрасывает около 1 кг свинца;

при работе автомобиля в атмосферу поступает также резиновая пыль, образующаяся при истирании покрышек.

Рис. 9. Виды воздействия транспортных объектов (по В.Н. Луканину, А.П. Буслаеву, Ю.В. Трофименко, 1998) По данным Управления Роспотребнадзора по Республике Марий Эл (2009) на территории г. Йошкар-Олы объем выбросов от автотранспорта продолжал расти (78% от общего объема выбросов в атмосферу). При этом удельный вес проб с превышением ПДК составил в 2009 г. 3,1% (в 2008 г. – 8,0 %, в 2007 г. – 21,0 %). В жилых зонах, прилегающих к автомагистралям, наблюдалось превышение предельно допустимых концентраций таких загрязняющих веществ, как пыль, оксид углерода, двуокись азота (Государственный доклад…, 2010).

При строительстве и эксплуатации дорог, трубопроводов, аэродромов происходят почворазрушающие процессы: оползни, просадки и особенно дорожная эрозия. Природные комплексы, расположенные вблизи насыпей железных и шоссейных дорог, постепенно трансформируются и деградируют.

Известно, что вдоль автотрасс, железных дорог и выходящих на поверхность нефтегазотрубопроводов почвенный покров загрязняется соединениями свинца, серы, нефтепродуктами и другими веществами.

Приземный слой воздуха вблизи автодорог загрязнен пылью, состоящие из частиц асфальта, резины, металла, свинца и другими веществами, часть которых обладает канцерогенным и мутагенным действием.

Фактором ухудшения качества среды обитания стало шумовое воздействие железнодорожных и шоссейных магистралей.

Неблагоприятное воздействие на людей и других живых организмов оказывают электромагнитные поля, возникающие вдоль магистральных линий электропередач, особенно высоковольтных (Куклев, 2001).

На территории г. Йошкар-Олы уровень шума вблизи автомагистралей составляет 56-71 дБ и превышает ПДУ в 1,1-1,3 раза.

В жилой зоне г. Йошкар-Олы (внутридворовая территория) уровень шума составлял 45,1-52,3 дБ и не превышал ПДУ. Тип конструкции зданий не оказывал существенного влияния на снижение уровня шума (Мичева, Алябышева, 2008) (рис. 10).

Приоритетными направлениями снижения загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом являются:

применение новых видов автотранспорта, минимально загрязняющих окружающую среду (например, электромобиль);

рациональная организация и управление транспортными потоками;

использование более качественных или экологически чистых видов топлива (например, газ);

применение совершенных систем – катализаторов топлива и систем шумоглушения – глушителей шума.

К технологическим мероприятиям по снижению выбросов автотранспорта относятся замена топлива и двигателя;

совершенствование рабочего процесса двигателя; техническое обслуживание.

В условиях города двигатель автомобиля работает 30% времени на холостом ходу, 30-40% – с постоянной нагрузкой, 20-25% – в режиме разгона и 10-15% – в режиме торможения. При этом на холостом ходу автомобиль выбрасывает 5-7% оксида углерода к объему всего выхлопа, а в процессе движения с постоянной нагрузкой – только 1,0Условия, приближенные к работе под высокой нагрузкой, могут быть созданы путем увеличения числа передач или более частого переключения передач на оптимальный режим с помощью компьютера. Другим вариантом решения является использование вариаторов. Для каждого вида ДВС при прочих равных условиях объем загрязняющих веществ, выделяемых в атмосферу, пропорционален расходу топлива. Поэтому экономия топлива означает сокращение выброса токсичных примесей в атмосферу.

В качестве комбинированного топлива наиболее употребительны смеси на основе бензина и спиртов. В Бразилии широко эксплуатируются автомобили, использующие в качестве топлива чистые спирты, их эксплуатация показала, что в отработавших газах резко снижено содержание оксидов азота и углеводородов. Введение спирта способствует повышению октанового числа при одновременном снижении содержания в отработавших газах оксидов азота и углеводородов.

При использовании пропан-бутановой смеси в отработавших газах в 4-10 раз снижается концентрация оксида углерода. В Канаде, Италии и США автомобили активно переводятся на использование природного газа. В отработавших газах резко снижается содержание сажи, оксида углерода и ряда органических соединений.

В качестве перспективных топлив могут быть использованы также аммиак и водород, причем водород особенно перспективен с экологической точки зрения, так как при его сгорании образуются преимущественно пары воды.

Для очистки отработавших газов от бензиновых двигателей чаще всего применяют платинопалладиевые и платинородиевые катализаторы. В последнее время внедряются и более сложные составы, содержащие платину, родий, палладий и цирконий на гранулированном оксиде алюминия.

К планировочным мероприятиям относятся организация пересечения улиц на разных уровнях, подземных (надземных) пешеходных переходов и озеленение магистралей и улиц. Другим направлением является вынесение источника загрязнения за пределы селитебной территории, что достигается рациональным трассированием городских магистралей. Важное значение имеют сооружение магистралей-дублеров, а также организация функционирования системы хранения, паркования и технического обслуживания автомобилей.

К санитарно-техническим мероприятиям относится рециркуляция и нейтрализация отработавших газов.

К административным – установление нормативов качества топлива и допускаемых региональных выбросов; вывод из города транзитного транспорта, складских баз и терминалов; выделение полос движения общественного транспорта и скоростных дорог безостановочного движения.

Разработка альтернативных видов автотранспорта. Идеальный автомобиль для города – электромобиль. Он приводится в движение электродвигателем, который, в свою очередь, получает энергию от аккумуляторных батарей. Электромобиль почти не дает выбросов вредных веществ, у него большой крутящий момент на малых скоростях вращения, кроме того, он предпочтительнее с точки зрения удельной мощности и более компактен, он требует меньше регулировок, не потребляет много масла, проще система охлаждения, а топливная – вообще отсутствует, кроме того, он излучает значительно меньше шума, чем автомобили с дизельным или бензиновым приводом.

Шведские автостроители разработали гибридную модель автомобиля, у него два двигателя – электрический, питаемый от аккумулятора, и газотурбинный, потребляющий дизельное топливо.

В городских условиях весьма перспективным считается использование полуавтономных троллейбусов. Такой троллейбус оснащен аккумуляторами, позволяющими преодолевать до 10 км автономно.

Солнечный электромобиль представляет собой комплекс, включающий электрический автомобиль и солнечный коллектор, который обеспечивает перезарядку аккумуляторной батареи во время его движения или стоянки.

В автомобиле с инерционным двигателем в качестве накопителя энергии используется маховик. Такое нововведение позволяет обойтись без двигателя, коробки скоростей, радиатора, стартера и выхлопной трубы. Электроток от стационарного источника используется для раскрутки супермаховика из легких, но прочных на разрыв углеродных волокон. Когда он наберет обороты, напряжение отключается. Однако вращение продолжается несколько часов, поскольку супермаховик заключен в герметичную капсулу, из которой выкачан воздух, а магнитный подвес устраняет трение в подшипниках.

4.1. Оценка работы двигателей автотранспорта (по А.Я. Малкину, 1992, А.П. Хаустову, 2006) Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий разработана Научно-исследовательским институтом автомобильного транспорта (НИИАТ) и предназначена для определения валовых и максимальных разовых выбросов автотранспорта.

Причина загрязнения воздуха разнообразными двигателями внутреннего сгорания, использующими в качестве топлива продукты нефтепереработки, заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива.

Основная химическая реакция, протекающая при сгорании топлива, выглядит следующим образом:

где СxНy – условное обозначение гаммы углеводородов, входящих в состав топлива.

Основными загрязняющими веществами, входящими в состав выхлопных газов практически всех двигателей, являются СО, СxНy, NOх (в пересчете на NО2). При определенных условиях в выхлопных газах содержатся также SО2, сажа, бенз(а)пирен, соединения свинца и другие вещества.

Выбросы загрязняющих веществ автотранспортом осуществляются на следующих основных этапах его работы: прогрев двигателя, холостой ход, пробег по территории предприятия и движение по трассе.

автотранспорта зависят от категории автомобилей, от их грузоподъемности, типа двигателя, используемого топлива, организации контроля содержания загрязняющих веществ в отработанных газах, периода года. Периоды года (холодный, теплый или переходный) условно принимаются по величине среднемесячной температуры. Месяцы, в которых среднемесячная температура ниже минус 50С, относятся к холодному периоду; месяцы со среднемесячной температурой выше плюс 50С – к теплому периоду, а с температурой от минус 50С до плюс 50С – к переходному. Для разных климатических зон продолжительность условных периодов разная и определяется согласно СНиП 2.01.01.82. Влияние периода года учитывается только для автомобилей, выезжающих с открытых стоянок. На закрытых стоянках расчет годовых выбросов выполняется как для постоянного теплого периода года.

Пробег автомобиля по территории предприятия в день равен пути от центра площадки-стоянки до ворот при въезде и выезде в сумме, при этом принимается, что скорость движения составляет 10-20 км/ч, нагрузка практически отсутствует и основную часть выбросов составляют продукты неполного сгорания при прогреве двигателя – величина непостоянная, по мере прогрева выбросы CO, CxHy и сажи (С) уменьшаются, а выбросы NOx незначительны. Удельные нормативные выбросы отражают интегральную оценку выбросов за это время.

Валовое выделение (в г/день) ЗВ одним автомобилем k-ой группы в день при выезде с территории предприятия (M'k) и возврате (M''k) определяется по формуле:

где gпр – удельное выделение загрязняющих веществ (ЗВ) при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; gL – удельное выделение ЗВ при движении по территории, г/км; gxx– удельное выделение ЗВ двигателем на холостом ходу, г/мин; L (L') – пробег по территории предприятия в день при выезде (возврате), км; tпр – время прогрева двигателя, мин; txx – время работы двигателя на холостом ходу, мин.

Величина tпр принимается одинаковой для различных типов автомобилей, но существенно зависит от температуры воздуха (табл. 5).

В случае стоянки в помещении tпр равно 0,5 мин. При наличии устройств прогрева при температуре ниже минус 50С tпр равно 6 мин.

Продолжительность работы двигателя на холостом ходу при выезде на линию (возврате) в среднем составляет 1 мин.

Таблица 5 – Зависимость времени прогрева от температуры воздуха Валовое выделение (Вт/год) загрязняющих веществ от группы из N штук автомобилей рассчитывается раздельно для теплого (T), переходного (П) и холодного (Х) периодов года по следующей формуле:

где – коэффициент выпуска – отношение количества выезжающих с территории предприятия к количеству имеющихся автомобилей данной группы; DT(П, Х) – количество рабочих дней в рассчитываемом периоде года (холодном, теплом, переходном).

Общее (годовое) валовое выделение ЗВ определяется суммированием по формуле:

Максимально разовое выделение (в г/с) ЗВ автомобилями k-ой группы рассчитывается для месяца с наиболее низкой среднемесячной температурой по формуле:

где tпр – время разъезда автомобилей, мин.

РЕШИТЕ ЗАД АЧИ

Задача 1. Комбинат имеет один грузовой автомобиль ГАЗ-51, место стоянки которого находится в 30 м от въездных ворот и 200 м от выездных ворот. Автомобиль выезжает с территории и въезжает один раз в день. Определите валовый выброс ЗВ на территории предприятия за 20 отработанных дней в июле.

Задача 2. Определите годовой валовый выброс оксида углерода от 20 автобусов Икарус-250 подмосковного автомобильного парка при ежедневной работе с коэффициентом выпуска на линию, равным 0,7.

Расстояние от центра открытой стоянки до ворот 250 м. Удельные выбросы СО автобусами большого класса с дизельными двигателями приведены в таблице 6.

Задача. Таксопарк выпускает на линию ежедневно 70 легковых автомобилей из 958 имеющихся. Расстояние от ворот до центра крытой стоянки 25 м, время разъезда 45 мин. Определите валовый и максимально разовый выбросы в атмосферу оксидов азота общей вытяжной вентиляционной системой крытой стоянки. Удельные выделения NOx легковых автомобилей, использующих в качестве топлива бензин, при хранении в помещении принимаются как для теплого периода и составляют: при прогреве двигателя – 0,05 г/мин, при пробеге по территории – 0,4 г/км, на холостом ходу – 0,05 г/мин.

Таблица 6 – Удельные выбросы СО автобусами большого класса с

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

ОТДЕЛЬНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Промышленность России состоит из двух больших групп отраслей – добывающей и обрабатывающей. Добывающая промышленность является важнейшей составной частью природопользования, обеспечивающей потребности общества минеральным сырьем.

Минеральные ресурсы относятся к числу невозобновляемых ресурсов, а месторождения полезных ископаемых являются исчерпаемыми. Разведанные месторождения полезных ископаемых служат минерально-сырьевой базой добывающей промышленности;

ее развитие определяется уровнем производительных сил, потребностью в минеральном сырье и размерами инвестиций на освоение новых месторождений. Ежегодно в мире из горных пород извлекаются десятки млрд. т различного минерального сырья и топлива (Денисов, 2007).

На территории Республики Марий Эл расположены более месторождений полезных ископаемых по 16 видам минерального сырья:

гипса, ангидрита, карбонатных пород для производства строительного камня, извести, цемента и известкования почв; песка строительного, стекольного и формовочного, глин керамзитовых и кирпичночерепичных; торфа и сапропеля; лечебных грязей; пресных и минеральных вод (Энциклопедия…, 2009; Ежегодный доклад…, 2010).

На территории г. Йошкар-Олы осуществляется добыча подземных вод для удовлетворения хозяйственно-питьевых нужд и намывка песков под застройку (Доклад…, 1998).

К добывающей промышленности России относятся предприятия по добыче горнохимического сырья, руд черных и цветных металлов и нерудного сырья для металлургии, неметаллических руд, нефти, газа, угля, сланцев, солей, нерудных строительных материалов, легких природных заполнителей и известняка, а также ГЭС, предприятия лесоэксплуатации, по лову рыбы и добыче морепродуктов, водопроводы.

Особенностями природопользования в области добывающей промышленности являются то, что соответствующие предприятия создаются непосредственно на самом месторождении, их производственная мощность и срок службы зависят от размеров (объема) запасов полезного ископаемого. Добывающей отрасли присущи масштабность и высокая специализация производства, в силу чего всегда присутствует тенденция укрупнения добывающих компаний. Добывающее производство является крупным потребителем материальных ресурсов, прежде всего природных, и сопровождается масштабным воздействием на природную среду (Денисов, 2007).

В зоне действия добывающих предприятий изымаются из сельскохозяйственного оборота земли, нарушаются целостность земных недр и водный режим, загрязняются земная поверхность, водные источники и воздушный бассейн; в конце концов, формируются новые ландшафты, во многом не отвечающие условиям нормальной жизнедеятельности человека (рис. 11).

Рис. 11. Экологические последствия разработки недр (по В.И. Коробкину, Л.В. Передельскому, 2000) Обрабатывающая промышленность насчитывает десятки отраслей, каждая из которых имеет свои технологические особенности, специфические характерные только для нее выбросы (сбросы). К обрабатывающей промышленности относятся предприятия по производству черных и цветных металлов, проката, химических и нефтехимических продуктов, машин и оборудования, продуктов деревообработки и целлюлозно-бумажной промышленности, цемента и других строительных материалов, продуктов легкой и пищевой промышленности, а также предприятия по ремонту промышленных изделий.

Химическая и нефтехимическая промышленность. Химическая промышленность – это отрасль народного хозяйства, производящая различные виды химической продукции для всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, сферы потребления.

Она производит продукты основной химии – аммиак, неорганические кислоты, щелочи, минеральные удобрения, соду, хлор и хлоропродукты, сжиженные газы, продукты органического синтеза – кислоты, спирты, эфиры, элементоорганические соединения, углеводороды, органические полупродукты, красители; синтетические материалы – смолы, пластмассы, химические и синтетические волокна, химические реактивы, товары бытовой химии и др. (Хван, 2003, Меньшиков, Швыряев, 2003; Денисов, 2007).

Влияние химических предприятий на окружающую среду зависит от применяемого сырья, технологии, используемой аппаратуры и оборудования, планировочных решений внутри предприятий, устройства территории. Химическая промышленность по количеству и токсичности выбрасываемых соединений занимает ведущее место.

Основными выбросами химических предприятий являются газы, пары и пыль химических соединений.

крупнотоннажным производствам, выпускают горючие и смазочные материалы, битумы, электродный кокс, ароматические углеводороды.

При переработке нефти в атмосферу поступают оксиды серы, углерода и азота, аммиак, сероводород, углеводороды, альдегиды, меркаптаны, фенолы. Со сточными водами в поверхностные воды поступает значительное количество нефтепродуктов, сульфатов, хлоридов, соединений азота, фенолов, солей тяжелых металлов.

Большой проблемой являются токсичные отходы, стоящие из химически активных газов, образующихся при эксплуатации очистных сооружений.

На территории г. Йошкар-Олы расположены следующие предприятия данной отрасли промышленности – ОАО «Марбиофарм»

(производство лекарственных средств, витаминных препаратов, аскорбиновой и липоевой кислот, масла шиповникового) (рис. 12), ООО НПФ «Геникс» (производство синтетических моющих и дезинфицирующих средств «Ника»), ООО «Завод порошковых изделий «Купол» (производство порошков).

Машиностроительная промышленность – отрасль тяжелой промышленности, производящая всевозможные машины, орудия, приборы, а также предметы потребления и продукцию оборонного назначения.

Традиционно машиностроение делят на следующие группы отраслей: тяжелое машиностроение, общее машиностроение, среднее машиностроение, точное машиностроение, производство металлических изделий и заготовок, ремонт машин и оборудования.

Общее машиностроение представлено такими отраслями, как транспортное машиностроение (железнодорожное, судостроение, авиационное, ракетно-космическая промышленность), сельскохозяйственное, производство технологического оборудования для различных отраслей промышленности.

В состав среднего машиностроения входят автомобилестроение, тракторостроение, станкостроение, инструментальная промышленность, производство технологического оборудования для легкой и пищевой промышленности.

Ведущие отрасли точного машиностроения – приборостроение, радиотехническое и электронное машиностроение, электротехническая промышленность. Продукция отраслей этой группы исключительно разнообразна – это оптические приборы, персональные компьютеры, радиоэлектронная аппаратура, авиационные приборы, волоконная оптика, радиоэлектронная аппаратура, лазеры и комплектующие элементы, часы.

В выбросах предприятий данной отрасли содержится пыль различного гранулометрического состава, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, сероводород. Кроме того, выбрасываются масляные и сварочные аэрозоли, растворители ароматического ряда (бензол, толуол, ксилол, ацетон) и углеводороды эфирного ряда (бензин, уайт-спирит).

Машиностроительные предприятия являются источником существенного загрязнения сточными водами. Особой токсичностью выделяются сточные воды травильных отделений и гальванических цехов, в них содержатся соляная и серная кислоты, катионы металлов (около 40% стоков составляют хромсодержащие сточные воды).

Твердые отходы машиностроительных предприятий различной специализации отличаются относительно однородным составом – черные и цветные металлы, окалина, горелая формовочная смесь, древесина, пластмассы, бумага, картон.

На территории г. Йошкар-Олы расположены следующие предприятия машиностроения: ОАО «Марийский машиностроительный завод» (производство металлорежущих и деревообрабатывающих станков, деревообрабатывающего оборудования, чугунное литье и др.), ОАО «Контакт» (производство резисторов, деталей машин и изделий с упрочняющими покрытиями, ОАО «Биомашприбор» (производство медицинской техники и запчастей к ней), ФГУП «Завод полупроводниковых приборов» (производство полупроводниковых приборов – к предприятиям приборостроения (Государственный доклад…, 2008, 2009) (рис. 13).

ОАО «Контакт» ФГУП «Марийский машиностроительный завод»

Рис. 13. Предприятия машиностроения г. Йошкар-Олы Промышленность строительных материалов. Крупным источником твердых частиц, загрязняющих природную среду, являются цементные заводы, известковые печи, установки по производству магнезита, асфальта, печи обжига кирпича.

«Стройкерамика» (производство силикатных кирпичей и других строительных материалов), ОАО «Маригражданстрой» (ведущая строительная компания Республики Марий Эл), ОАО Компания «Гардиан» (производство металлических дверей), ООО «Йошкаролинское УППП ВОС» – производство металлических колпачков и крышек и др.

Согласно оценкам специалистов производство цемента и других вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительного и технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных веществ, оксида углерода, диоксида серы и оксидов азота, сероводорода, формальдегида, толуола, бензола, оксида ванадия, ксилола.

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Наиболее крупные предприятия отрасли сосредоточены в Восточносибирском, Северном, Северо-западном и Уральском регионах. Существуют два способа получения целлюлозы (основы для производства бумаги) – сульфитный и сульфатный. При сульфитном загрязняются преимущественно водные источники, при сульфатном – воздушный бассейн.

Характерными загрязняющими веществами, производимыми этими предприятиями, являются: твердые вещества, оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, толуол, сероводород, ацетон, ксилол, бутилацетат, этилацетат, метилмеркаптан, формальдегид.

Сточные воды при сульфитной технологии различаются по типу основных загрязняющих веществ, образуя коросодержащие, волокно-, каолино-, щелоко- и хлорсодержащие стоки. Эти сточные воды, попадая в водоемы, приводят к накоплению токсичных илов, к повышению биологической потребности кислорода, резкому ухудшению качества воды, гибели ценных пород рыб.

Города, вблизи которых расположены предприятия целлюлознобумажной промышленности, являются наиболее неблагополучными с экологической точки зрения, независимо от того, какая технология применяется (Денисов, 2007).

На территории г. Йошкар-Олы расположено более деревообрабатывающих предприятий.

Пищевая промышленность – совокупность производств пищевых продуктов в готовом виде или в виде полуфабрикатов, а также табачных изделий, мыла и моющих средств, парфюмернокосметической продукции. Часть отраслей пищевой промышленности тяготеет к сырьевым районам, другая часть – к районам потребления.

промышленность тесно связана с сельским хозяйством как поставщиком сырья и с торговлей.

На территории г. Йошкар-Олы расположены ОАО «ЙошкарОлинская кондитерская фабрика» – предприятие кондитерской промышленности, ЗАО «Йошкар-Олинский мясокомбинат» (рис. 14) – предприятие мясной промышленности, ОАО «Йошкар-Олинский молочный комбинат» – предприятия масломолочной промышленности.

Легкая промышленность подразделяется на подотрасли:

текстильную, швейную, кожевенную, меховую и обувную промышленность. Это отрасль не оказывает какого-либо значительного воздействия на окружающую среду. Доля отрасли в выбросах вредных веществ в атмосферу, сбросах сточных вод в поверхностные водоемы, в объемах образования токсичных отходов в промышленности не превышает 1%.

На территории г. Йошкар-Олы располагаются следующие предприятия данной отрасли промышленности: ЗАОр НП «Завод искусственных кож» (производство полимерной пленки, линолеума, мягкой искусственной кожи, клеенки на тканевой основе), ОАО «Йошкар-Олинская обувная фабрика» (производство обуви).

ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ УГРОЗАМ ПРИРОДНОГО

И ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА

В условиях техносферы, когда величина любого потока меняется от минимально значимой до максимально возможной, можно выделить ряд характерных состояний системы «человек – среда обитания»:

• комфортное (оптимальное) – потоки вещества и энергии соответствуют оптимальным условиям взаимодействия, обеспечивают благоприятные условия деятельности и отдыха, создают предпосылки для проявления наивысшей работоспособности и, как следствие, продуктивной деятельности, гарантируют сохранение здоровья человека и целостности компонента «среда обитания»;

• допустимое – потоки веществ и энергии, воздействуя на человека и среду обитания, не оказывают негативного влияния на здоровье, но приводят к дискомфорту, снижая эффективность деятельности человека; соблюдение условий данного состояния не приводит к необратимым негативным процессам у человека и в среде обитания;

• опасное – потоки вещества и энергии превышают допустимые уровни и оказывают негативное воздействие на здоровье человека, при длительном воздействии вызывают заболевания и приводят к деградации природной среды;

• чрезвычайно опасное – потоки высоких уровней за короткий период времени могут нанести травму, привести к летальному исходу, вызвать разрушения в природной среде (Петров, Макашев, 2008).

Неблагоприятная обстановка техногенного происхождения, приведшая к выходу из строя, повреждению или разрушению технических устройств, транспортных средств, зданий, сооружений называется техногенной опасной ситуацией.

Авария – происшествие в технической сфере (системе), не сопровождающееся гибелью людей и непоправимым разрушением технических средств; не всякая авария является источником чрезвычайной ситуации.

Катастрофа – происшествие в технической системе, сопровождающееся гибелью людей, необратимым разрушением технических средств; соответствует признакам чрезвычайной ситуации.

Чрезвычайная ситуация (ЧС) – обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. Чрезвычайные ситуации возникают намного реже, чем порождающие их опасные ситуации. Поэтому от ЧС страдает намного меньше людей, чем от повседневных опасностей. Например, в России от опасностей на дорогах ежегодно погибает 35 тыс. человек; но из этих 35 тыс. опасных ситуаций к ЧС относится не более 10%. Таким образом, ЧС – это более тяжкая разновидность опасной ситуации (Арустамов, 2006).

Основными факторами возникновения опасностей и ЧС техногенного характера являются:

• неустойчивое (напряженное) состояние объекта (личности, общества, государства, системы), при котором воздействие на него всех потоков вещества, энергии и/или информации превышают максимально допустимые значения (это снижает способности предупреждения, ослабления, устранения и отражения опасностей);

• увеличение энергоемкости, внедрение новых технологий и материалов, опасных для природы и человека;

• несовершенство и устарелость оборудования, снижение технологической и трудовой дисциплины;

• накопление отходов производства и энергетики, в т.ч. химических и радиоактивных;

• недостатки контроля надзорных органов и государственных инспекций;

• нехватка квалифицированных кадров, обладающих культурой безопасности на производстве и в быту;

• недостаточный уровень предупредительных мероприятий по уменьшению масштабов и последствий чрезвычайных ситуаций, снижению риска их возникновения.

Перечисленные факторы повышают риск возникновения опасных ситуаций, аварий и катастроф техногенного характера во всех сферах хозяйственной деятельности.

Постановление Правительства Российской Федерации от 21 мая 2007 г. № 304 «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» определяет шесть типов ЧС в зависимости от территории распространения, количества людей, погибших или получивших ущерб здоровью, либо размера ущерба:

• ЧС локального характера – не выходит за пределы территории объекта, при этом количество пострадавших не более 10 человек или размер ущерба не более 100 тыс. руб.;

• ЧС муниципального характера – не выходит за пределы территории одного поселения или внутри городской территории города федерального значения, при этом количество пострадавших составляет не более 50 человек либо размер ущерба составляет не более 5 млн. руб.;

• ЧС межмуниципального характера – затрагивает территорию двух и более поселений, внутригородских территорий города федерального значения или межселенную территорию, при этом количество пострадавших либо ущерба аналогично критериям ЧС муниципального характера;

• ЧС регионального характера – не выходит за пределы территории одного субъекта РФ, количество пострадавших составляет свыше 50 человек, но не более 500 человек, либо размер ущерба составляет свыше 5 млн. руб., но не более 500 млн. руб.;

• ЧС межрегионального характера – затрагивает территорию двух и более субъектов РФ, количество пострадавших либо размер ущерба аналогичен критериям ЧС регионального характера;

• ЧС федерального характера – количество пострадавших свыше 500 человек либо размер ущерба свыше 500 млн. руб.

Каждому виду чрезвычайных ситуаций свойственна своя скорость распространения опасности, которая служит важной составляющей интенсивности протекания чрезвычайного события и характеризует степень внезапности воздействия поражающих факторов. С этой точки зрения ЧС можно подразделить на: внезапные (взрывы, транспортные аварии, землетрясения и т.д.); стремительные (пожары, выброс гидродинамические аварии и т.д.); умеренные (выброс радиоактивных веществ, аварии на коммунальных системах и т.д.); плавные (аварии на очистных сооружениях, эпидемии и т.д.). Плавные чрезвычайные ситуации могут длиться многие месяцы и годы, например, последствия антропогенной деятельности в зоне Аральского моря.

Для практических нужд общую классификацию ЧС осуществляют по типам и видам лежащих в их основе чрезвычайных событий. По такому комплексу признаков все ЧС техногенного характера разбивают на шесть групп: аварии на химически опасных объектах, аварии на радиационно-опасных объектах, аварии на пожаро-и взрывоопасных объектах, аварии на транспорте, аварии на гидродинамических объектах (табл. 7).

По природе источников возникновения все ЧС подразделяются на пять групп.

1. ЧС, связанные с возникновением аварий на опасных объектах:

• аварии на атомных электростанциях (АЭС);

• утечки радиоактивных газов на предприятиях ядерно-топливного цикла за пределы санитарно-защитной зоны (СЗЗ);

• аварии на атомных судах с радиоактивными загрязнениями акватории порта и прибрежной территории;

• аварии на ядерных установках инженерно-исследовательских центров с радиоактивным загрязнением территории;

• аварийные ситуации во время промышленных и испытательных ядерных взрывов, связанные со сверхнормативным выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду;

• падение летательных аппаратов с ядерными энергетическими устройствами на борту с последующим радиоактивным загрязнением местности;

• незначительные загрязнения местности радиоактивными веществами при утере источников ионизирующих излучений, аварий на транспорте, перевозящем радиоактивные препараты, и в некоторых других случаях;

• аварии на химически опасных объектах с выбросом (утечкой) в окружающую среду аварийно химически опасных веществ (АХОВ);

• аварии с выбросом (утечкой) в окружающую среду бактериологических веществ или биологических веществ в концентрациях, превышающих допустимые значения.

2. ЧС, обусловленные пожарами и взрывами и их последствиями:

• пожары в населенных пунктах, на объектах народного хозяйства и транспортных коммуникациях;

• взрывы на объектах и транспортных коммуникациях (в т.ч. при падении летательных аппаратов);

• взрывы в жилых зданиях.

Таблица 7 – Перечень чрезвычайных ситуаций техногенного характера Аварии на Аварии с выбросом (угрозой выброса) химически опасных химически веществ при их производстве, переработке или хранении;

опасных объектах аварии на транспорте с выбросом (угрозой выброса) химически опасных веществ; образование и распространение химически опасных веществ в процессе протекания химических реакций, начавшихся в результате аварии; аварии с химическими Аварии на Аварии на атомных электростанциях, атомных энергетических радиационно установках; аварии с выбросом (угрозой выброса) опасных объектах радиоактивных веществ на предприятиях ядерно-топливного цикла; радиоактивные отходы энергоустановок атомных испытательных ядерных взрывах с выбросом (угрозой выброса) радиоактивных веществ; аварии с ядерными боеприпасами или Аварии на Пожары, взрывы в зданиях, на коммуникациях и технопожаро- и взрыво- логическом оборудовании промышленных объектов; пожары, опасных объектах взрывы на объектах добычи, переработки и хранения легковоспламеняющихся, горючих и взрывчатых веществ;

подземных и горных выработках, метрополитенах; пожары, взрывы в зданиях и сооружениях жилого, социально-бытового и культурного назначения; неразорвавшиеся боеприпасы; утрата Аварии на Крушения, аварии пассажирских и товарных поездов; аварии, транспорте катастрофы автомобильного транспорта; авиационные катастрофы; аварии и катастрофы на водном транспорте; аварии Аварии на гидро- Прорыв плотин (дамб, шлюзов, перемычек и др.) с динамических образованием волн прорыва и катастрофических затоплений, объектах прорывного паводка, повлекших смыв плодородных почв или Аварии на Аварии на коммунальных системах жизнеобеспечения: аварии в коммунально- канализационных системах с массовым выбросом загрязняющих энергетических веществ; аварии на тепловых сетях в холодное время года;

объектах аварии в системах снабжения населения питьевой водой; аварии предприятий с массовым выбросом загрязняющих веществ; на ОС промышленных газов с массовым выбросом загрязняющих веществ; аварии на электроэнергетических системах: аварии на автономных электростанциях с долговременным перерывом электроснабжения всех потребителей: выход из строя 3. ЧС на транспортных коммуникациях:

• авиационные катастрофы;

• аварии на трубопроводах, вызвавшие выброс большой массы транспортируемых веществ и загрязнение ими окружающей среды;

• аварии на энерго- и других инженерных сетях, повлекшие нарушение нормальной жизнедеятельности населения в результате возникновения вторичных факторов.

4. ЧС, вызванные стихийными бедствиями:

• землетрясения силой 5 и более баллов по 12-балльной шкале;

• ураганы, смерчи, бури силой 10 и более баллов по 17-балльной шкале;

• катастрофические затопления и наводнения, образовавшиеся в результате разрушения гидротехнических сооружений, землетрясений, горных обвалов и оползней, паводков, половодья или нагонных явлений и цунами;

• сели, оползни, обвалы, лавины, снежные заносы и карстовые явления, вызвавшие разрушения в городах, на транспортных, энергетических и других инженерных сетях, образование завалов и т.п.;

• массовые, лесные и торфяные пожары, принявшие неуправляемый характер и повлекшие нарушение нормальной жизнедеятельности населения региона;

• факторы риска биолого-социального характера: эпидемии, эпизоотии и эпифитотии.

• столкновения и сход с рельсов железнодорожных составов;

• аварии на водных коммуникациях.

Эпидемия – массовое распространение инфекционного заболевания людей в какой-либо местности, стране, значительно превышающее обычный уровень заболеваемости этой болезнью.

Эпизоотия – массовое распространение инфекционного заболевания животных в какой-либо местности, значительно превышающее обычный уровень заболеваемости.

Эпифитотия – поражение сельскохозяйственных растений болезнями и вредителями.

5. ЧС военно-политического характера в мирное время:

• одиночный (случайный) ракетно-ядерный удар, нанесенный с акватории нейтральных вод кораблем неустановленной принадлежности или падение носителя ядерного оружия со взрывом боевой части;

• падение носителя ядерного оружия с разрушением или без разрушения боевой части;

• вооруженное нападение на штабы, пункты управления, узлы связи, склады войсковых соединений и частей (в т.ч. и ГО) (Петров, Макашев, 2008).

6.1. Методика оценки последствий аварийных взрывов Методика оценки последствий аварийных взрывов топливновоздушных позволяет провести приближенную оценку различных параметров воздушных ударных волн и определить вероятные степени поражения людей и повреждений зданий при авариях с взрывами топливно-воздушных смесей. Рекомендуется для использования при определении масштабов последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей; при разработке и экспертизе деклараций безопасности опасных производственных объектов. При рассмотрении предполагается частичная разгерметизация или полное разрушение оборудования, содержащего горючее вещество в газообразной или жидкой фазе, выброс этого вещества в окружающую среду, образование облака ТВС, инициирование ТВС, взрывное превращение (горение или детонация) в облаке ТВС.

Исходными данными для расчета параметров ударных волн при взрыве облака ТВС являются:

характеристики горючего вещества, содержащегося в облаке ТВС;

агрегатное состояние ТВС (газовая или гетерогенная);

средняя концентрация горючего вещества в смеси Cr;

стехиометрическая концентрация горючего газа с воздухом Сст;

масса горючего вещества, содержащегося в облаке, Мr;

удельная теплота сгорания горючего вещества qr;

информация об окружающем пространстве.

Основными элементами алгоритма расчетов являются:

определение массы горючего вещества, содержащегося в облаке;

определение эффективного энергозапаса ТВС;

определение ожидаемого режима взрывного превращения ТВС;

расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных ударных волн для различных режимов;

определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;

оценка поражающего воздействия взрыва ТВС.

ПРИМЕР РАСЧЕТОВ

В результате аварии на автодороге, проходящей по открытой местности, в безветренную погоду произошел разрыв автоцистерны, содержащей 8 т сжиженного пропана. Для оценки максимально возможных последствий принято, что в результате выброса газа в пределах воспламенения оказалось практически все топливо, перевозившееся в цистерне. Средняя концентрация пропана в образовавшемся облаке составила около 140 г/м3. Расчетный объем облака составил 57 тыс. м3. Воспламенение облака привело к возникновению взрывного режима его превращения. Требуется определить параметры воздушной ударной волны (избыточное давление и импульс фазы сжатия) на расстоянии 100 м от места аварии.

Сформируем исходные данные для дальнейших расчетов: тип топлива – пропан; агрегатное состояние смеси – газовая;

концентрация горючего в смеси Сr=0,14 кг/м3; масса топлива, содержащегося в облаке, Мr=8000 кг; удельная теплота сгорания топлива qr=4,64·107 Дж/кг; окружающее пространство – открытое (вид 4).

Определяем эффективный энергозапас ТВС Е. Так как Сr>Сст, следовательно, Е = 2МrСст/Сr = 2·8000·4,64·107·0,077/0,14 = 4,1·1011 Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что пропан относится к классу 2 опасности (чувствительные вещества).

Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 4 (открытое пространство). По таблице 8 определяем ожидаемый режим взрывного превращения облака ТВС – дефлаграция с диапазоном видимой скорости фронта пламени от до 200 м/с.

Для проверки рассчитываем скорость фронта пламени по соотношению:

Полученная величина меньше максимальной скорости диапазона данного взрывного превращения.

Для заданного расстояния R=100 м рассчитываем безразмерное расстояние Rx:

Rx = R/(E/P0)1/3 = 100/(4,1·1011/101 324)1/3= 0,63.

Рассчитываем параметры взрыва при скорости горения 200 м/с.

Для вычисленного безразмерного расстояния определяем величины Px1 и Ix1:

Px1 = (V 2/С02)(( - 1)/)(0,83/Rx - 0,14/Rx2) = 2002/3402·6/7(0,83/0,63 Ix1 = (Vr/C0)((-1)/)(1-0,4(Vr/C0)((-1)/))х(0,06/Rx+0,01/Rx2- х(1-0,4(200/340)((7-1)/7))(0,06/0,63+0,01/0,632-0,0025/0,633) = 0,0427.

Так как ТВС – газовая, величины Px2 и Ix2, рассчитываем следующим образом:

Px2 = exp(-1,124 - 1,66 ln(Rx) + 0,26 (ln(Rx))2) = 0,74 ± 10%;

Ix2 = exp(-3,4217 - 0,898 ln(Rx) - 0,0096(ln(Rx))2) = 0,049 ± 15%.

Затем, определяем окончательные значения Px и Ix:

Ix = min (Ix1, Ix2) = min(0,0427, 0,049) = 0,0427.

Из найденных безразмерных величин Px и Ix вычисляем искомые величины избыточного давления и импульса фазы сжатия в воздушной ударной волне (рис. 15) на расстоянии 100 м от места аварии при скорости горения 200 м/с:

Используя полученные значения P и I, находим:

Pr1 = 6,06, Pr2 = 4,47, Pr3 = -1,93, Pr4=3,06, Pr5=2,78, (при расчете Pr3 предполагается, что масса человека 80 кг).

Это означает, что 86% вероятность повреждений и 30% вероятность разрушений промышленных зданий, а также 2,5% вероятность разрыва барабанных перепонок у людей и 1% вероятность отброса людей волной давления. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

Рис. 15. Характерный профиль ударной волны

РЕШИТЕ ЗАД АЧИ

Задача 1. На промышленном предприятии произошла авария с взрывом топливно-воздушной смеси. Определите тротиловый эквивалент взрыва на промышленном предприятии, если известно, что масса горючего вещества, содержащегося в облаке ТВС, составляет 11 т, а удельная теплота сгорания газа, вызвавшего взрыв, составила 6,25·107 Дж/кг. Тротиловый эквивалент взрыва W – определяется из соотношения:

Определите радиусы зон поражения по формуле:

где коэффициент К определяется согласно таблицы 10, а W – тротиловый эквивалент взрыва.

Определите из таблицы 8 ожидаемый диапазон скорости взрывного превращения и скорость фронта пламени, если известно, что пространство, на котором произошла авария средне загроможденное, а горючее вещество относится к 4 классу.

Задача 2. Рассчитайте декремент затухания в падающей волне, который определяется по соотношению:

если известно, что расстояние от центра облака составило 220 м, а масса топлива, содержащегося в облаке – 80 кг.

Задача 3. В результате аварии на железной дороге, проходящей лесной местности, произошел взрыв 60 т бензина. Средняя концентрация бензина в образовавшемся облаке составила около 190 г/м3.

Определите режим взрывного превращения (табл. 8) и оцените объем газового облака, если известно соотношение V = Mr/Сст.

Задача 4. Определите вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса, по соотношению:

При этом фактор V1 рассчитывается с учетом перепада давления в волне и импульса статического давления по соотношению:

Известно, что избыточное давление составляет около 100 кПа; а импульс волны давления – 0,4 кПа. Оцените по P-I диаграмме (рис.16) уровень поражения промышленных зданий.

Задача 5. По P-I диаграмме для экспресс-оценки поражения людей от взрыва ТВС (рис. 17) определите область, при которой безразмерный импульс составляет 10, а безразмерное давление – 100.

Оцените вероятность отброса людей волной давления по величине пробит-функции, которая равна 5,99. Чему равна вероятность разрыва барабанных перепонок у людей от уровня перепада давления в воздушной волне, если величина пробит-функции составила 7,37.

Будут ли наблюдаться повреждения зданий и в какой мере, если избыточное давление при аварии составит 40 кПа, а импульс волны давления – 0,2 кПа.

Задача 6. Рассчитайте, какое из веществ в ТВС (табл. 11) будет иметь максимальную теплоту сгорания: водород, нитрометан, сероуглерод, сероводород, гексан, бензол, аммиак, фенол, хлорбензол или тpихлорэтан (qr=44 МДж/кг).

Таблица 8– Экспертная таблица для определения режима взрывного Класс горючего Вид окружающего пространства вещества Примечание. В связи с тем, что характер окружающего пространства в значительной степени определяет скорость взрывного превращения облака ТВС и, следовательно, параметры ударной волны, геометрические характеристики окружающего пространства разделены на виды в соответствии со степенью его загроможденности (т.н. классификация окружающей территории):

Вид 1. Наличие длинных труб, полостей, каверн, заполненных горючей смесью, при сгорании которой возможно ожидать формирование турбулентных струй продуктов сгорания с размером не менее трех размеров детонационной ячейки данной смеси.

Вид 2. Сильно загроможденное пространство: наличие полузамкнутых объемов, высокая плотность размещения технологического оборудования, лес, большое количество повторяющихся препятствий.

Вид 3. Средне загроможденное пространство: отдельно стоящие технологические установки, резервуарный парк.

Вид 4. Слабо загроможденное и свободное пространство.

Ниже приводится разбиение режимов взрывного превращения ТВС по диапазонам скоростей.

Диапазон 1. Детонация или горение со скоростью фронта пламени м/с и больше.

Диапазон 2. Дефлаграция, скорость фронта пламени 300-500 м/с.

Диапазон 3. Дефлаграция, скорость фронта пламени 200-300 м/с.

Диапазон 4. Дефлаграция, скорость фронта пламени 150-200 м/с.

Диапазон 5. Дефлаграция, скорость фронта пламени определяется соотношением: Vr = k1 Мr1/6,где k1 – константа, равная 43.

Диапазон 6. Дефлаграция, скорость фронта пламени определяется соотношением: Vr = k2 Мr1/6, где k2 – константа, равная 26.

Рис. 16. P-I диаграмма для оценки Рис. 17. P-I диаграмма для экспрессуровня поражения промышленных оценки поражения людей от взрыва ТВС зданий: 1 – граница минимальных разрушений; 2 – граница значительных повреждений; 3 – разрушение зданий (50стен разрушено) Таблица 9 – Связь вероятности поражения с пробит-функцией легкосбрасываемых конструкций Таблица 11 – Классификация горючих веществ по степени размер детонаци- размер детонаци- размер детонаци- размер детонационной ячейки онной ячейки онной ячейки онной ячейки Ацетилен Акрилонитрил 0,67 Ацетальдегид 0,56 Аммиак тилен тилен пропилена этилена Под экологической безопасностью понимают предотвращение существующей угрозы значительного ухудшения экологических параметров среды обитания людей и биосферы в целом, состоянию атмосферы, гидросферы, литосферы и ближней космосферы, видовому составу животного и растительного мира, а также опасности истощения невозобновляемых природных ресурсов в результате различных видов деятельности человека. Согласно Конституции РФ каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением. Иными словами экологическая безопасность - это защита от экологической опасности. Эти два понятия всегда рассматривают вместе.

Экологическая опасность – возможность разрушения (полного или частичного) среды обитания человека, растений и животных в результате неконтролируемого развития экономики, отставания технологий, естественных катастроф и антропогенных аварий, вследствие чего нарушается приспособление живых систем к условиям существования. Экологическая опасность возрастает с развитием современного технологического кризиса. Техногенные загрязнения губительно действуют на организм человека, на окружающую природную среду.

Механизм обеспечения экологической безопасности территории (ЭБТ) представляет собой упорядоченную последовательность этапов научно-практических исследований, направленных на определение достоверных и обоснованных критериев ЭБТ, а также выявление эффективных мер улучшения экологической обстановки подконтрольного района.

Этапы обеспечения ЭБТ (рис. 18) можно представить в виде двух блоков: оценки (1-5) и управления (6-8).

Первый блок состоит из определения количественных показателей и критериев экологической безопасности, оценки неблагоприятных событий, определения структуры, системы и количественной оценки ЭБТ. Второй блок предназначен для оценки методов и механизмов обеспечения ЭБТ, внедрения данной системы в практику управления экологической обстановкой заданного района и контролем за результатом внедрения всей системы.

1. Идентификация неблагоприятных воздействий на окружающую среду. Основной целью данного этапа является определение состава (перечня) негативных и неблагоприятных событий, вызывающих ухудшение качества окружающей среды, и прямо или косвенно наносящих экономический ущерб рассматриваемому объекту.

2. Оценка неблагоприятных воздействий и событий. На это этапе должны быть даны различные оценки неблагоприятных воздействий, которые могут быть отнесены к разряду рисковых или кризисных в течение определенного периода времени на данной территории.

Различают следующие методы оценки неблагоприятных событий:

статистический, аналитический, экспертный.