Охрана воздушного бассейна

Борьба за чистоту воздуха ведется многими методами, которые условно можно разделить на пассивные и активные. К пассивным методам относятся те, которые обеспечивают относительную чистоту воздушного бассейна в данной местности (например, в местах концентрации людей), но не исключают выброс вредных веществ в атмосферу в целом. Это, главным образом, учет при размещении источников загрязнения, особенностей местности, устройство санитарно-защитных зон, сооружение высоких труб и т.д. Активные методы охраны атмосферного воздуха, напротив, направлены на то, чтобы вообще не допускать выброс в атмосферу загрязняющих веществ или существенно уменьшить их концентрацию в производственных выбросах. К таким методам можно отнести предварительную очистку топлива от примесей серы и других токсичных веществ, так называемое "облагораживание" топлива, очистку производственных выбросов от пыли, аэрозолей и вредных газов, совершенствование технологических циклов, переход к безотходным производствам и т.п. Вследствие несовершенства или недостатков тех или иных методов обычно идут на их комбинацию.

Правильное размещение промышленности в городах и городских агломерациях, учитывающее конкретные метеорологические и другие условия, обеспечивает меньшее загрязнение воздуха над местами расселения людей, хотя, конечно, никоим образом не может гарантировать чистоту воздушного бассейна в целом. Главная задача в этом отношении состоит в том, чтобы в районах с высоким метеорологическим потенциалом загрязнения не размещать промышленные предприятия высокого класса санитарной вредности.

Санитарно-защитные зоны, устраиваемые между промышленными предприятиями и жилыми районами, могут иметь ширину от 50 до 1000 м, а в отдельных случаях 6-8 км и более. Этот прием применяется весьма широко и в определенной степени обеспечивает защиту населения от вредных выбросов. Вместе с тем это пассивный и, безусловно, временный прием, никоим образом не защищающий биосферу в целом от производственных вредностей. К тому же устройство санитарно-защитных зон в целом неэкономично, так как связано с прокладкой транспортных коммуникаций и инженерных сетей по пустой, по существу, территории, с почти полным изъятием из хозяйственной деятельности значительных пространств.

Достаточно широко также практикуется сооружение высоких труб, в основном на предприятиях теплоэнергетики. Высокие и мощные дымовые трубы не только обеспечивают более далекий выброс пыли и газов (и соответственно большее их рассеивание в атмосфере), но и позволяют уменьшить число более низких труб, что экономически выгодно. Переход от труб высотой 25 м к высоте 250 м приравнивается некоторыми авторами к очистке дымовых газов на 99%. Однако натурные исследования показывают, что к сооружению высотных труб в плотнонаселенных районах, городских агломерациях надо подходить осторожно, а в ряде случаев и вообще его избегать, так как максимальная концентрация вредных выбросов, нередко превышающая 5-10 ПДК, наблюдается и за 6-8 км от источника выбросов, поскольку подобные трубы сооружают на очень мощных энергетических предприятиях с ежесуточным выбросом до 200 т пыли, 600-700 т сернистого газа и 100-200 т окислов азота. Очаги сплошного поражения растительности вокруг источников выбросов такой силы наблюдались в радиусе до 8 км.

Весьма перспективна предварительная очистка топлива от серы, являющейся причиной образования сернистого газа, трудно поддающегося улавливанию. После пульверизации (измельчения) угля с высоким содержанием в нем серы физическими методами можно удалить из топлива значительную ее часть. Поддается очистке от серы и жидкое топливо. Стоимость "облагораживания" топлива вполне конкурентоспособна со стоимостью устройства современных фильтров и скрубберов и в среднем может составить 5-12% от расходов на основное производство.

Большое развитие в настоящее время получили методы очистки производственных выбросов от пыли и ряда других вредных примесей с применением мощных электрофильтров и скрубберов мокрой очистки газов, позволяющих достигнуть 95-99% очистки выбросов от пыли. В химической промышленности и цветной металлургии используются рукавные фильтры, обеспечивающие удаление тонкодисперсной пыли и аэрозолей. Стоимость газоочистных сооружений весьма высока. Так, например, на современном сталелитейном заводе с технологией кислородного дутья она составляет 5-8% от общей стоимости производства.

К настоящему времени разработано более 200 методов мокрой очистки дымовых газов от диоксида серы (в основном известковые методы). Методы сухой очистки получили наибольшее распространение в Японии. Для улавливания летучей золы применяются электрофильтры, "мокрые" аппараты с трубами Вентури и реже – "сухие" инерционные аппараты.

Метод электроочистки дымовых газов от золы считается наиболее перспективным. Электрофильтрами оснащаются все мощные электроблоки. Эффективность улавливания золы достигает здесь 99,5 %.

Известны достаточно эффективные методы улавливания окислов азота и соединений серы, основанные на разложении окислов азота в тракте дымовых газов с использованием аммиака (окислы азота восстанавливаются при этом до нейтрального азота и водяных паров). Достаточно эффективны также процессы, позволяющие очищать дымовые газы одновременно от окислов азота и серы в одних и тех же аппаратах. К таким процессам можно отнести реализованный на Молдавской ГРЭС озонный метод, сущность которого заключается в том, что содержащиеся в дымовых газах малореактивные соединения (окислы азота, диоксид серы) доокисляются озоном до высших соединений, которые легко растворяются в воде, образуя соответственно азотную и серную кислоты. Уловленные кислоты нейтрализуются аммиаком, при этом образовавшиеся сульфат и нитрат аммония могут использоваться как сельскохозяйственные удобрения.

В России и за рубежом, как об этом было сказано выше, разработаны методы по способу связывания диоксида серы, в том числе аммиачный, известковый, магнезитовый, содовый и др. Однако скрубберы обладают рядом недостатков – они дороги, не вполне надежны, производят большое количество отходов, которые трудно использовать. Весьма перспективны новые тканевые фильтры из термостойких материалов, а также метод высокотемпературной очистки газов.

Все вышеперечисленные приемы, осуществляемые в тех или иных комбинациях, способны значительно уменьшить вредные выбросы в атмосферу, но окончательное решение этой проблемы возможно лишь при переводе промышленности на замкнутые технологические циклы, при переходе к малоотходной технологии. Такие методы особое значение имеют в отраслях промышленности, потребляющих особенно большое количество сырья и характеризующихся токсичными, слабо поддающимися улавливанию выбросами, – химии, черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающей промышленности и т.п. Сернистый газ, например, может быть превращен в серную кислоту. На некоторых предприятиях налажено производство этого ценного продукта из отходящих газов. В частности, подсчитано, что, если бы улавливалась вся двуокись серы, поступающая в атмосферный воздух в городах США, то можно было бы получать ежегодно около 23 млн. т серной кислоты, т.е. почти полностью удовлетворять потребность страны в этом продукте.

Важная проблема – утилизация тяжелых металлов, содержащихся в некоторых производственных выбросах ртути, свинца и др. Переход на новую технологию открывает широкие перспективы значительно "экологизировать" производство. Так, бескоксовый метод получения железа непосредственным восстановлением концентратов железной руды водородом в черной металлургии делает излишними доменное производство, производство агломерата и кокса и позволяет почти полностью исключить вредные выбросы в воздушный бассейн. Этот способ производства стали позволяет не только резко снизить выбросы пыли, диоксида серы, но и возвратить в технологический цикл используемые газы. Именно на основе такой технологии сооружается один из крупнейших в Европе электрометаллургических комбинатов в г. Старый Оскол. С точки зрения современной науки и техники замкнутые процессы вполне осуществимы в любой отрасли промышленности, но, помимо условий рентабельности таких производств, для их реализации потребуется колоссальное количество энергии (что опять же приводит к дополнительному загрязнению воздушного бассейна от теплоэлектростанций). Поэтому повсеместное осуществление таких циклов станет возможным, вероятно, лишь тогда, когда станет возможным практическое использование термоядерной энергии Важнейшая проблема современных городов - растущий парк автомобилей и загрязнение воздушного бассейна выхлопными газами двигателей. Здесь работы ведутся также в различных направлениях (уменьшение мощности двигателей, изменение режимов их работы, поиски надежных конструкций наиболее "биологичных" автомобилей на водородном горючем и т.д.). Пожалуй, наиболее реально решение этого вопроса на базе создания экономичного электромобиля, хотя и эта проблема не представляется однозначной. Высказываются опасения относительно далеко небезопасной ситуации с точки зрения возникновения массированных электромагнитных полей в результате одновременной работы миллионов электрических моторов. Кроме того, трудно сказать, насколько "чистым" будет производство энергии для "заправки" электромобилей. Не случится ли так, что загрязнение воздушного бассейна в этом случае будет не меньшим, а большим, чем при эксплуатации усовершенствованного, достаточно экономичного автомобиля? Поэтому наряду с поисками экономичных аккумуляторов, энергоносителей и двигателей для них наиболее важно обеспечить эффективную с экологической точки зрения работу огромного парка автомобилей в их традиционном исполнении.

Наибольший выброс продуктов неполного сгорания топлива наблюдается при задержках автомобилей у светофоров, стоянке с невыключенным двигателем при ожидании зеленого света, а также в начале движения и при форсированной работе мотора. Поэтому большое значение для охраны воздушной среды имеют меры, способствующие устранению препятствий на пути движения автомашин. После строительства подземного тоннеля на площади Маяковского в Москве, например, содержание окиси углерода в воздухе снизилось в 6-10 раз. Электронный регулировщик движения московского автотранспорта "Старт" позволяет сократить задержки транспорта у светофоров на 25%, на 8-12% сэкономить горючее, уменьшить число дорожных происшествий. Эта система позволяет из единого центра определить скорость движения транспорта на основных магистралях, регулировать режимы работы светофоров, оперативно давать картину дорожной обстановки. Система "Зеленая волна" может обеспечивать снижение загазованности воздуха на магистралях до 17% по окислам азота и на 12% по окиси углерода, на 25% снижая затраты времени на остановки у светофоров.

Отработавшие газы автомобилей обезвреживаются с помощью специальных устройств в системе выпуска двигателя автомобиля. В США получили широкое распространение каталитические двигатели, которые установлены на 18 млн. автомобилей.

В России разработано устройство "Каскад", значительно снижающее содержание токсичных веществ в выхлопных газах (устройство имеет вес всего 150 г, обеспечивает снижение расхода топлива до 7% и уменьшает выброс окиси углерода на 20-40%).

Для защиты воздушного бассейна от загрязнения выбросами автотранспорта большое значение имеют градостроительные мероприятия, направленные на снижение концентраций отработавших газов в местах скопления людей (устройство транспортных развязок в разных уровнях, дублеров магистралей, объездных дорог, использование подземного пространства для размещения гаражей и автостоянок, свободная застройка жилых кварталов с размещением на магистрали экранирующих зданий торгового и коммунально-бытового назначения, включение в поперечный профиль улиц многорядных плотных полос зеленых насаждений и др.).

Воздействие на окружающую среду авиационного транспорта достигается путем уменьшения общего расхода топлива при эксплуатации самолетов (уменьшение пробега самолетов на аэродромах под собственной тягой, доставка пассажиров на посадку автобусами или конвейерами и т.д.). Идут также поиски новых конструктивных схем самолетов с лучшими аэродинамическими качествами, более экономичных типов двигателей и наиболее "чистых" энергоносителей. Несмотря на очевидные недостатки водорода как транспортного топлива (малая плотность, низкая температура кипения), он признан наиболее перспективным. Использование же на летательных аппаратах электродвигателей может быть эффективным лишь при условии, если будут найдены легкие и энергоемкие аккумуляторы и топливные элементы.

Таким образом, предпринимаемые меры по очистке воздушного бассейна способствуют значительному уменьшению загрязнения воздуха в городах, агломерациях и других урбанистических образованиях. Однако эти загрязнения еще долгое время будут значительными вследствие роста промышленных производств и ускоренного развития энергетики, несовершенства технологических процессов и очистки выбросов. Кроме того, ожидаемый в перспективе рост энергопотребления и продолжающаяся тенденция строить дома повышенной этажности приведут не к уменьшению, а к увеличению "островов тепла" в городах, агломерациях и системах расселения.

Поэтому планировочные и градостроительные приемы, способствующие охране воздушного бассейна, никогда не потеряют своей актуальности.