Тема: Преобразование вредных выбросов ТЭС в атмосферном воздухе

Вредные выбросы и природные вещества в атмосфере подвергаются сложным процессам превращения, взаимодейст­вия, вымывания и т. д. Эти процессы различны для взвешенных частиц и газообразных примесей, время нахождения («жизни») взвешенных частиц в атмосфере зависит от их физико-хими­ческих свойств, метеорологических параметров и некоторых других факторов, в первую очередь от высоты выброса частиц в атмосферу и их размеров.

Основными путями вывода аэрозолей из атмосферы (самоочищения) являются осаждение частиц под воздействием сил тяжести, осаждение их на растения и водоемы, а также вымывание дождем.

Частицы размером более 10 мкм относительно быстро опускаются на землю под действием сил тяжести. Частицы с поперечником от 4 до 10 мкм поднимаются с дымом на высоту более 1 км и могут перемещаться потоком воздуха на сотни километров. Частицы от 1 до 4 мкм очень медленно осаждаются, достигая земной поверхности в течение года. Частицы менее 1 мкм распространяются подобно молекулам газа, f

Примерная скорость осаждения частиц в неподвижном воздухе в зависимости от их размера составляет:

Радиус частиц, мкм............ 0.1 1 10 100

Скорость осаждения, см/с... 8*10 ^-6 4*10 ^-2 0,3 25

Вопрос о времени жизни и превращениях газообразных загрязнений атмосферы изучен еще недостаточно. Например, диоксид серы сохраняется, по данным разных исследователей, от нескольких часов до нескольких дней.

Диоксид серы в атмосфере постепенно окисляется до триоксида серы, который, взаимодействуя с влагой воздуха, образует серную кислоту. На скорость процесса окисления влияет солнечный свет и мельчайшие частицы пыли, катали­тически ускоряющие процесс окисления. На процесс окисления влияет также влажность воздуха. С увеличением влажности процесс окисления сернистого ангидрида ускоряется.

Установлено, что в атмосфере происходит реакция фотодис­социации диоксида азота NO₂ на NO и О, при этом поглощается излучение ультрафиолетовой области солнечного спектра, которое играет преобладающую роль в атмосферных фотохимических процессах. Энергия, необходимая для разрыва связи между азотом и кислородом, составляет около 300 кДж/моль. f

Следствием диссоциации NO является большое количество вторичных реакций. Совместное окисление углеводородов и окислов азота приводит к образованию соединений, которые. в результате дальнейших реакций образуют так называемые пероксиацилнитраты (ПАН), обладающие сильным токсичным действием. Вещества группы ПАН можно обнаружить в загряз­ненном городском воздухе во время токсичного тумана (смога).

Среди вторичных фотохимических реакций важное значение имеет взаимодействие молекулярного кислорода и оксида азота NO с атомарным кислородом, в результате чего образуются озон О₃ и диоксид азота. Знак УФ означает, что реакция фотодиссоциации происходит с поглощением ультрафиолетовых лучей солнечного спектра.

В итоге происходит непрерывное образование озона, который, взаимодействуя с оксидом азота, образует снова диоксид азота.

Как показывают исследования, в результате перечисленных реакций происходит постепенное доокисление монооксида N0 до диоксида NO₂ по мере удаления дымового факела от дымовой трубы. На выходе из дымовой трубы 85—90% всех оксидов азота представляет NO.

Итоговое преобразование NO в NO₂ приводит к усилению отрицательного воздействия продуктов сгорания на природу и живые организмы, так как последний более токсичен.

Установлено, что основной причиной фотохимических пре-
вращений в приземном слое атмосферы городов является
высокая степень загрязнения воздуха органическими веществами (преимущественно нефтяного происхождения) и оксидами
азота.

Суммарная концентрация окислителей, называемых еще оксидантами, образующихся в атмосферном воздухе в результате фотохимических превращений, в ряде случаев может быть использована как гигиенический показатель интенсивности протекания этих реакций.

Концентрации оксидантов подвержены большим колебаниям, но наблюдается определенная закономерность.

Как правило, вслед за низкими ночными концентрациями наблюдается их значительное увеличение в утренние часы. Максимум наступает в полдень с усилением воздействия солнечных лучей. Снижение концентраций происходит с за­ходом солнца.

При высоких концентрациях NO и NO₂ они частично
окисляются под воздействием солнечной радиации до высшего
оксида азота N₂O₅, который, взаимодействуя с влагой воздуха, образует азотную кислоту.

Соединения ванадия, аэрозоли бенз(а)пирена, распространяясь в атмосфере вместе с пылью, дождем или снегом, оседают
на почву и водоемы.

Из сказанного выше следует, что вредные выбросы ТЭС—пыль, оксиды серы и азота и другие вещества, воздействуя
на биосферу в районе расположения электростанции, подвергаются различным превращениям и взаимодействиям и затем осаждаются или вымываются атмосферными осадками.

Так показано, что выбросы современной ТЭС с высокими
дымовыми трубами распространяются на десятки и сотнин
километров.

Как влияют выбросы ТЭС на глобальное загрязнение атмосферы?

Следует иметь в виду, что почти все выбрасываемые ТЭС вещества не являются инородными для окружающей природы и участвуют в круговороте веществ между атмосферой, литос­ферой и гидросферой.

Так, в атмосфере Земли содержится около 2000 млрд. т углерода в виде углекислого газа СО₂. При этом около 100 млрд. т/год находится в состоянии непрерывного круго­ворота между атмосферой, сушей и морем. Таким образом, общие выделения СО₂ в результате человеческой деятельности, составляющие в настоящее время примерно 15 млрд. т в год, не приведут к значительным изменениям, так как небольшое увеличение СО₂ в воздухе компенсирует способность растений и водорослей поглощать углекислый газ. Однако дальнейшее увеличение выбросов СО₂ может повлиять на климат планеты благодаря так называемому парниковому (оранжерейному) эффекту. Парниковый эффект для Земли — это повышение средней температуры планеты благодаря тому, что углекислый газ пропускает тепловое излучение Солнца и в то же время является теплозащитным экраном обратному потоку тепла.

Количество пыли, оксидов серы, азота и углерода, поступа­ющих в атмосферу от естественных и антропогенных (произ­водственных) источников, характеризуется следующими циф­рами, млрд. т/год:

Ингредиент От естественных От антропогенных

источников источников

Пыль..................... 1000 200

Оксиды:

серы...................... 100—150 100—150

азота....................... 1000 100

углерода (СО)............................. 200

Вдали от крупных источников выброса не наблюдается увеличения концентраций пыли, оксидов серы и азота в ощу­тимых размерах. Наличие оксидов серы и азота в воздухе в отдалении от источников выброса в сотни раз меньше допустимых концентраций. Объясняется это тем, что время нахождения в атмосфере большинства загрязняющих ком­понентов не превышает нескольких суток.

Наибольшее значение для животного мира оказывает кис­лород воздуха. В процессе дыхания животных и горения топлива уменьшается его концентрация в атмосфере, которая восстанавливается растительным миром суши и океана.

Ощутимых изменений концентрации кислорода в атмосфере нет. Однако это совсем не значит, что проблема в глобальном масштабе исчерпана, так как одновременно с антропогенным использованием кислорода в мире совершаются и другие процессы, отрицательно влияющие на воспроизводство кис­лорода, а именно загрязнение мирового океана и снижение площади лесов.

Что же касается теплоэнергетики, то актуальным является решение вопросов обеспечения допустимых концентраций вред­ных веществ в районах расположения электростанций.