Влияние примесных выбросов энергетических предприятий на атмосферу

5

Контрольная работа на тему:

«Влияние примесных выбросов энергетических предприятий на атмосферу»

Содержание

Введение

Свойства примесных выбросов и их поведение в неподвижном воздухе

Современные представления о строении и динамике атмосферы

Распространение примесных выбросов в реальной атмосфере

Заключение

Список используемых источников

Введение

Актуальность. Энергия и ее источники играли и играют важную роль в жизни человека; с древних времен до наших дней. Человек всегда уделял большое внимание проблеме энергетических ресурсов. Особую актуальность эта проблема имеет сейчас, когда некоторые районы нашей страны находятся на пороге энергетического кризиса.

В современном мире использование минерального топлива влечет за собой появление отбросов, шлаков, золы и т.д. Сейчас большинство предприятий сбрасывают эти отходы в окружающую среду.

Таким образом, помимо природных загрязнителей основное загрязнение атмосферы обусловлено деятельностью человека. Под загрязнением атмосферы понимается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое изменяет качество и состав атмосферного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, всей окружающей среде.

Все источники антропогенного загрязнения можно разделить на два типа: первый - с организованным выбросом загрязняющих веществ через трубы и другие специальные устройства, а второй - с неорганизованным выбросом из-за утечек, пролива испаряющихся жидкостей, сдувания пыли и т.п.

Подчеркнем, что при наличии организованного выброса качество выбрасываемого воздуха и (в меньшей степени) его дальнейшее распространение можно регулировать и контролировать. Неорганизованные выбросы остаются бесконтрольным постоянным источником загрязнения.

Все загрязнители принято делить на первичные, то есть поступающие с выбросами, и вторичные, образующиеся в результате различных реакций загрязнителей между собой и с атмосферным воздухом. В ходе этих реакций, взаимодействий и процессов могут изменяться агрегатные состояния исходных загрязняющих веществ, например, пары, конденсируясь, образуют твердые или жидкие аэрозоли.

Аэрозоли антропогенного происхождения составляют примерно 20% от естественного содержания аэрозолей. Наибольшие объемы загрязнения воздуха связаны с производством тепла и электроэнергии, получаемых с помощью сжигания различного рода топлива.

Другой не менее существенный тип загрязнения атмосферы связан с транспортом с двигателями внутреннего сгорания. Кроме того, ряд производств, например, цементные заводы, выбрасывают в атмосферу большое количество пыли.

Целью данной работы является рассмотреть влияние примесных выбросов энергетических предприятий на атмосферу.

Свойства примесных выбросов и их поведение в неподвижном воздухе

Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу и, во время пребывания там, ведущие себя по-разному (изменяется температура, свойства, фазовые и агрегатные состояния, образуются и разлагаются химические соединения, смеси) называются примесными выбросами.

В качестве топлива человек в основном использует древесину, торф, бурые и каменные угли, различные нефтепродукты и природный газ. Все они преимущественно состоят из органических соединений углерода и водорода и включают массу различных «примесных» элементов, включая радиоактивные.

Наибольший количественный вклад в «примеси» вносит сера. Кроме природных примесей в топливо часто вносят так называемые присадки, повышающие его потребительские качества. Присадки эти далеко не безвредны для живого мира.

Еще до использования часть топлива в результате неорганизованных выбросов попадает в атмосферу в виде пыли и паров, вызывая ее загрязнение.

При сжигании топлива, его основная органическая часть переходит в окислы углерода (углекислый газ и при неполном сгорании - угарный газ) и водяной пар. При этом находящиеся в топливе в виде примесей и присадок неуглеводородные элементы окисляются и становятся дополнительными нежелательными загрязнителями.

Кроме того, высокая температура сгорания вызывает окисление атмосферного азота и образование различных его окислов.

Выбрасываемые в атмосферу топочные газы, частички сажи и золы сразу же начинают участвовать в различных реакциях, превращаясь сами или превращая другие вещества воздуха в опасные для жизни загрязнители.

Например, окислы серы, взаимодействуя с парами воды, образуют мелкодисперсный аэрозоль серной кислоты. Выбрасываемые в атмосферу газы энергетических предприятий изменяют процессы конденсации влаги в верхних слоях атмосферы, тем самым, оказывают влияние на климат.

Несгоревших остатков топлива зачастую оказывается так много, что они образуют золу, частички которой на всех этапах ее сбора, транспортировки и хранения неизбежно попадают в атмосферу. Образующийся при сжигании топлива углекислый газ не считается загрязнителем воздуха, хотя масштабы его антропогенного выброса ставят вопрос о «парниковом эффекте» потепления климата.

В течение года (по существующим оценкам) около 140 млрд. тонн углекислого газа поступает в атмосферу от естественных источников и 15 млрд. тонн в результате деятельности человека.

Основные загрязнители воздуха: окись углерода, окислы серы и азота поступают в виде выбросов в атмосферу в количестве 700, 200 и 50 млн. тонн/год. Кроме того, при сжигании топлива в атмосферу выбрасывается 85% ванадия, 98% кобальта, 80% сурьмы, 77% никеля, 50% селена.

Нельзя сказать, что человечество не предпринимает никаких мер с целью уменьшения загрязнения атмосферы и сохранения озонового слоя планеты. Однако применяемая в практике очистная техника пока не может справиться со всей массой выбросов в атмосферу, а стоимость такой техники приближается к стоимости основного оборудования.

Анализ показывает, что ежегодно в атмосферу выбрасываются 4 млн. тонн аммиака, 3 млн. тонн сероводорода, 450 тыс. тонн свинца, 14 тыс. тонн цинка, 7 тыс. тонн кадмия, 6 тыс. тонн меди. При анализе состава льдов Гренландии и Антарктиды было установлено, что содержание серы, свинца и цинка во льдах, образовавшихся в 1200 и 1900 гг. примерно одинаково и в три раза меньше, чем во льдах, образовавшихся в 1970 г. Это значит, что на протяжении 700 лет аэрозольный фон по этим элементам практически не менялся, а за 70 лет индустриального XX века он увеличился втрое.

Распространение загрязнений в атмосфере связано с основными процессами ее динамики и характером поступления загрязнителя (высотные трубы, трубы, соизмеримые с высотой зданий, выхлопные трубы автотранспорта, испарение или сдувание с поверхностей и т.д.), а также процессами физико-химических превращений в атмосфере.

Наибольшие уровни загрязнений, как правило, наблюдаются вблизи источников загрязнения. Поэтому в регионах с развитой промышленностью уровни загрязнения выше, чем в других регионах, а внутри промышленного региона уровень загрязнения выше в городах, чем в сельской местности.

В результате в крупных промышленно развитых городах «свежий воздух» давно уже не является таковым и не гарантирует чистоты и истинной свежести.

Данные статистики показывают, что в Казахстане в последние годы суммарный объем выбросов вредных веществ в атмосферу предприятиями энергетической, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, газовой и угольной отраслей снизился почти на 6,1% по сравнению с предыдущим годом (93,9% к уровню 1996 г.) и составил 7558,5 тыс. т, из них 58,6% - выбросы предприятий тепло- и электроэнергетики. Из числа всех промышленных предприятий - основных загрязнителей атмосферного воздуха почти половина (49,4%) приходится на ТЭК.

Происходящие в продуктах сгорания при движении их в пределах энергоустановки, изменения обусловлены высокими абсолютными температурами, большими перепадами температур, высокими скоростями движения, взаимодействием с конструкционными материалами (огнеупорные и изоляционные материалы, металлы и сплавы), а также взаимодействиями, происходящими в этих условиях.

При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.

В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образоваться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.

Современные представления о строении и динамике атмосферы

Атмосфера является внешней газовой оболочкой Земли, которая достигает пространство приблизительно 3000 км. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает около 3 млрд. лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн. лет, как считают ученые, атмосфера относительно стабилизировались.

Масса современной атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно. Изменение температуры в границах атмосферы на разных высотах поясняется неодинаковым поглощением солнечной энергии газами. Наиболее интенсивнее тепловые процессы происходят в тропосфере, причем атмосфера нагревается снизу, от поверхности океана и суши.

Состав атмосферы у поверхности Земли имеет следующую структуру: 78,1% азота, 21% кислорода, 0.9 аргона, в незначительных долях - углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. В нижних 20 км содержится водяной пар, количество которого с высотой быстро убывает. На высоте 20 - 25 км расположен слой озона, который предохраняет живые организмы на Земле озон вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км растет доля легких газов и на очень больших высотах преобладают водород и гелий; часть молекул газов распадается на ионы, образуя ионосферу.

Следует отметить, что атмосфера имеет очень большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ±200 °С. Атмосфера является не только животворным «буфером» между космосом и поверхностью нашей планеты, носителем тепла и влаги, через нее происходят также фотосинтез и обмен энергии -- главные процессы биосферы. Атмосфера влияет на характер и динамику всех экзогенных процессов, которые происходят в литосфере (физическое и химическое выветривания, деятельность ветра, природных вод, мерзлоты, ледников).

Развитие гидросферы также в значительной мере зависел от атмосферы из-за того, что водный баланс и режим поверхностных и подземных бассейнов и акваторий формировались под влиянием режима осадков и испарений. Процессы гидросферы и атмосферы тесно связанные между собою.

Важной изменчивой составной частью атмосферы является также углекислый газ, изменчивость содержания которого связанна с жизнедеятельностью растений, его растворимостью в морской воде и деятельностью человека (промышленные и транспортные выбросы). В последнее время все более значимую роль в атмосфере играют аэрозольные пылеватые частицы - продукты человеческой деятельности, которые можно обнаружить не только в тропосфере, но и на больших высотах. Физические процессы, которые происходят в тропосфере, оказывают большое влияние на климатические условия разных районов Земли. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают, поэтому атмосфера имеет слоистую структуру. От поверхности Земли вверх эти слои расположены в следующем порядке: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера.

Границы между слоями не резкие и их высота зависит от широты и времени года. Слоистая структура - результат температурных изменений на разных высотах. Погода формируется в тропосфере (нижние примерно 10 км:
около 6 км над полюсами и более 16 км над экватором). Неравномерность нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которую также называют динамикой. Итак, динамика - это общая циркуляция атмосферы, иными словами, преобладающие движения воздуха между широтами - циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты. Динамика атмосферы в значительной мере влияет на погоду и климат Земли.

Циклон и антициклон это барические системы атмосферы, т.е. области пониженного и повышенного давления. В центре циклона давление ниже чем на периферии, а в центре антициклона давление выше. В циклоне - против часовой стрелки, восходящие движение, выпадают осадки, в антициклоне наоборот. Смежные воздушные массы разделены между собой сравнительно узкими переходными зонами, эти зоны носят название фронтов. Длина таких зон тысячи километров, ширина десятки километров, что приводит к образованию обширных облачных систем, образуются циклоны, антициклоны, формируются, меняют свойства воздушные массы. В тропических широтах возникают тропические циклоны - или тропические штормы и ураганы, где скорость ветра от18 до 35 м/с, это районыны от 5?до 20? широты в каждом полушарии. Они возникают над морем, а над сушей затухают. Приносят хозяйству большие убытки, и не обходится без человеческих жертв.

Распространение примесных выбросов в реальной атмосфере

В первую очередь при анализе взаимодействия теплоэнергетики и атмосферы должны быть рассмотрены элементарные процессы происходящие при сжигании топлива (в особенности органического), так как при его сжигании образуется большое количество вредных соединений (оксиды азота, серы, сажа, соединения свинца, водяной пар).

При выходе в атмосферу, выбросы содержат продукты реакций в твёрдой, жидкой и газообразной фазах.

После попадания примесных выбросов в атмосферу могут проявляться следующие реакции: осаждение тяжёлых фракций, распад на компоненты по массе и размерам, химические реакции с компонентами воздуха, взаимодействие с воздушными течениями, с облаками, с атмосферными осадками, фотохимические реакции. В результате, состав выбросов может существенно измениться, могут появиться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных данных.

Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота. Оксиды азота практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. Сернистый ангидрид (SO2) - один из токсичных газообразных выбросов теплоэнергоустановок, с небольшой продолжительностью пребывания в атмосфере, в присутствии кислорода воздуха (О2) доокисляется до SO3 и, вступая в реакцию с водой (Н2О) образует слабый раствор серной кислоты (Н2SO4). В процессе горения в атмосфере кислорода воздуха азот, в свою очередь образует ряд соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5. В присутствии влаги NO2 легко вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, образуя азотную кислоту (НNO3).

Неуклонный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду, прежде всего, отражается на здоровье населения Земли, ухудшает качество продукции сельского хозяйства, снижает урожайность, оказывает влияние на климатические условия отдельных регионов мира, состояние озонового слоя Земли, приводит к гибели флоры и фауны.

Можно выделить несколько основных групп наиболее важных взаимодействий теплоэнергоустановок с компонентами атмосферы:

а) выпадение на поверхности в виде твёрдых частиц и жидких растворов продуктов выброса в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков, металлов и их соединений, канцерогенных веществ;

б) выбросы непосредственно в атмосферу продуктов сжигания твёрдого топлива (зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки поверхностей нагрева (сажа, зола);

в) выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры, временное повышение температуры, изменение распределения осадков, испарений, туманов.

Учёными доказано, что основными видами примесных выбросов энергетических объектов являются твёрдые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлива.

Заключение

В данной работе мы рассмотрели влияние примесных выбросов энергетических предприятий на атмосферу.

Существует неразрывная взаимосвязь условий обеспечения теплоэнергопотребления и загрязнения окружающей среды. На ранней стадии развития теплоэнергетики основным проявлением этого внимания был поиск в окружающей среде ресурсов, необходимых для обеспечения теплоэнергопотребления и стабильного теплоэнергоснабжения предприятий и жилых зданий. В дальнейшем границы проблемы охватили возможности более полного использования природных ресурсов путем изыскания и рационализации процессов и технологии, добычи и обогащения, переработки и сжигания топлива, а также совершенствования теплоэнергетических установок.

На современном этапе проблема взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя своё влияние на огромные территории, объемы атмосферы и гидросферы Земли.

Ещё более значительные масштабы развития теплоэнергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейший интенсивный рост разнообразных воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах.

Принципиально новые стороны проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды возникли в связи с развитием ядерной теплоэнергетики.

Основной вывод, который можно сделать на основании вышесказанного, заключается в том, что главная ответственность в удовлетворении энергетических потребностей человечества лежит на невозобновимых энергоресурсах. А это подразумевает необходимость их рационального использования.

Итак, несмотря на то, что неисчерпаемые источники имеют огромный энергетический потенциал, человек для удовлетворения своих нужд использует в основном невозобновимые источники энергии. Как следствие, возникает необходимость их рационального использования и контроля за выбросами. В нашей стране и во всем мире эксплуатация полезных ископаемых в большинстве случаев идет иррационально. В результате этого окружающей среде наносится непоправимый вред.

Примером может служить появление парникового эффекта. Все это может привести к еще большему ухудшению экологической обстановки, исчерпанию природных ресурсов и, в конечном счете, к энергетическому кризису и тепловой катастрофе. Наиболее приемлемым и возможным в данной ситуации выходом из создавшегося положения может стать переход к нетрадиционным, неисчерпаемым и экологически чистым источникам энергии: солнечная энергия, энергия ветра, Мировой океан и т.д.

Список используемых источников

1. Антропов П. Я. Топливно-энергетический потенциал Земли. 1980г.

2. Берковский Б. М. Возобновимые источники энергии на службе у человека. 1987г.

3. Будыко М. И. Глобальная экология. 1977г.

4. Горшков В. Г. Теоретические и общие вопросы географии. Том 7. 1990г.

5. Скалкин Ф. В. Энергетика и окружающая среда. 1989г.