Идентификация опасностей при загрязнении атмосферы объектами теплоэнергетики

Наряду с  газообразными выбросами теплоэнергетика  производит огромные массы твердых  отходов. К ним относятся зола и шлаки.

Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO₂, 22-26% Аl₂О₃, 5-12% Fe₂O₃, 0,5-1% CaO, 4-4,5% К₂О и Nа₂О и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, дымят и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий.

Основную часть  выброса занимает углекислый газ - порядка 1 млн. т в пересчете на углерод 1 Мт. Со сточными водами тепловой электростанции ежегодно удаляется 66 т органики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных частиц. Зола электростанций часто  содержит повышенные концентрации тяжелых, редко земельных и радиоактивных  веществ.

Для электростанции, работающей на угле, требуется 3,6 млн. т  угля, 150 м³ воды и около 30 млрд. м³ воздуха ежегодно. В приведенных цифрах не учтены нарушения окружающей среды, связанные с добычей и транспортировкой угля.

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. Они существенно влияют на окружающую среду района их расположения и на состояние биосферы в целом. Наиболее вредны конденсационные электрические  станции, работающие на низкосортных видах  топлива. Так, при сжигании на станции  за 1 час 1060 т донецкого угля из топок  котлов удаляется 34,5 т шлака, из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99% - 193,5 т золы, а через трубы  в атмосферу выбрасывается 10 млн. м³ дымовых газов. Эти газы, помимо азота и остатков кислорода, содержат 2350 т диоксида углерода, 251 т паров воды, 34 т диоксида серы, 9,34 т оксидов азота (в пересчете на диоксид) и 2 т летучей золы, не «пойманной» электрофильтрами.

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.

Представляет  опасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразными нарушениями их 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. Крупные ТЭС нуждаются  в больших объемах воды. Они  сбрасывают в подогретом состоянии 80-90 м³/с воды. Это означает, что в водоем непрерывно поступает мощный поток теплой воды примерно такого масштаба, как река Москва.

Зона подогрева, образующаяся в месте впадения теплой «реки», представляет собой своеобразный участок водоема, в котором температура  максимальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления от нее. Зоны подогрева крупных ТЭС  занимают площадь в несколько  десятков квадратных километров. Зимой  в зоне подогрева образуются полыньи (в северных и средних широтах). В летние месяцы температуры в  зонах подогрева зависят от естественной температуры забираемой воды. Если в водоеме температура воды 20 °С, то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С.

В результате повышения  температур 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, увеличивается скорость разложения легко окисляющихся веществ. Скорость фотосинтеза в такой воде заметно  понижается.

2.2 Электромагнитное излучение

Источники электромагнитных излучений, к которым  относятся воздушные линии электропередачи  высокого и сверхвысокого напряжения, технические средства радиовещания, телевидения, радиорелейной и спутниковой  связи, радиолокационные и навигационные  системы, лазерные маяки и др., существенно  повлияли на естественный электромагнитный фон. На значительных территориях, особенно вблизи прохождения воздушных линий  электропередач высокого и сверхвысокого  напряжения, радио- и телецентров, радиолокационных установок, напряженность электрических  и магнитных нолей возросла от двух до пяти порядков, создавая реальную опасность для людей, животного  и растительного мира.

В 1926 г. академик В.И. Вернадский утверждал: «Кругом нас, в нас самих, всюду  и везде, без перерыва, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения  разной длины волны … Мы едва начинаем сознавать их разнообразие, понимать отрывочность и неполноту  наших представлений об окружающем и проникающем нас в биосфере мире излучений, об их основном значении в окружающих нас процессах». В  настоящее время эта мысль  стала еще более актуальной, так  как целенаправленное использование  электромагнитной (ЭМ) энергии в  самых разнообразных областях человеческой деятельности привело к тому, что  к существующему электрическому и магнитному полям Земли, атмосферному электричеству, радиоизлучению Солнца и Галактики добавилось электромагнитное поле искусственного происхождения. Его  уровень значительно превышает  уровень естественного ЭМ фона. Энергоресурс мира удваивается каждые десять лет, а удельный вес переменных электромагнитного  поля (ЭМП) в электроэнергетике за это время возрастает еще в  три раза.

Биологически  значимыми являются техногенные  электрические поля частотой 50 Гц, создаваемые  воздушными линиями и подстанциями, Напряженность магнитных полей промышленной частоты в местах размещения воздушных линий и подстанций сверхвысокого напряжения на 1-3 порядка превышает естественные уровни магнитного поля Земли. Высокие уровни электромагнитных излучений (ЭМИ) наблюдаются на территориях, а нередко и за пределами размещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты.

Окружающую  нас среду по-своему «загрязняют» радиопередающие устройства связи (автомобильные, портативные и ручные радиостанции и радиотелефоны), телевидение, радиолокационная, компьютерная и бытовая  электротехника, а также трамваи  и электропоезда.

ЭМП ультранизкой (0-10 Гц) и очень низкой частоты (10-1000 Гц) создаются в процессе эксплуатации электрифицированного городского и железнодорожного транспорта, линиями электропередач, подстанциями и кабельными трассами.

Широко  распространенными источниками  ЭМИ в населенных местах являются радиотелевизионные передающие центры, излучающие в окружающую среду ультракороткие волны особо высокочастотных и ультравысокочастотных диапазонов. Причем наибольшие уровни облучения людей и воздействия на окружающую среду наблюдаются в районе размещения радио- и телепередающих центров «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность воздействия вносят «уголковые» трех- и шестиэтажные антенны очень высокой частоты частотно-модулированного (ЧМ, а в международной терминологии FM) вещания.

Установлено также влияние ЭМИ на организм человека от бытовых электроприборов, которое может быть достаточно высоким. Например, на расстоянии 3 см магнитная  индукция при работе фена равна 2 тыс. мкТл, электробритвы — 1,5 тыс. мкТл (сравните: естественный геомагнитный фон составляет 30-61 мкТл). При массовом распространении  радиотелефон, прикладываемый время  от времени к виску, как излучатель волн дециметрового диапазона с  большой проникающей способностью, представляет опасность не только для  индивидуальных пользователей, но и  для всех окружающих. С 1970-х гг. производится несколько миллионов микроволновых  печей, в которых используется энергия  сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного  излучения.

Широкое распространение ЭМИ и их стремительное  проникновение во все сферы деятельности человека привели к появлению  сравнительно нового комплекса загрязнителей, получившего название «электромагнитный  смог» под которым понимают совокупность ЭМП и различных излучений, возникающих  во время работы сложного электромагнитного оборудования.

Спектр  частот ЭМИ очень широк и охватывает диапазон длин волн: от десятков и сотен  километров до долей нанометров; от радиоволн малой частоты до ионизирующего  излучения (ИИ) в виде космических  лучей.

Не  следует забывать один из выводов  недавно родившейся научной отрасли — радиобиологии; ИИ вредны при любой сколь угодно малой дозе облучения. Низший предел вреда — природный радиационный фон (ПРФ) — постоянный поток высокоэнергетических частиц, в котором существует все живое. Он складывается из космических излучений, на долю которых приходится 16,1 %, гамма-излучений земного происхождения — 21,9 %, внутренних излучателей — (живых организмов, поглощающих микроколичества радионуклидов из ОС) — 19,5 % и излучений радона и торона (оставшейся части ПРФ) — 42,5 %. Средняя величина ПРФ для земного шара 0,011 мБэр/ч (в различных регионах мира она очень широко колеблется).

ПРФ — это поток ионизирующих частиц, и энергия каждой из частиц, будучи поглощена веществом клетки, достаточна, чтобы вызвать распад или возбуждение  любой ее молекулы. За один час в  клетках ткани человека в различных  регионах земного шара происходит от 200 млн. до 6 млрд. подобных микрособытий. Таким образом, все живущие на Земле организмы ежесекундно  от момента своего зачатия и в  течение всей жизни непрерывно подвергаются высокоэнергетическому излучению  земного и космического происхождения.

Мы  привыкли смотреть на научно-технический  прогресс (НТП) как на фактор позитивный, способствующий достижению высокого материального  и духовного благосостояния, как  на мощный ускоритель социального прогресса. Но НТП выступает и как фактор, который создает определенные экологические  трудности. Такое положение создалось  и с ЭМИ, которое сопряжено  с рядом отрицательных последствий, факторы риска становятся злокачественными во многом по нашей вине. Корень зла  кроется исключительно в недостатке элементарного понимания людьми того, что только они в ответе за все происходящее на Земле. Биологический  мир един, клеточные структуры  почти идентичны, поэтому микроэффекты одинаковы.

В настоящее время достоверно установлена  высокая биологическая активность ЭМП, все живое действительно  чрезвычайно чувствительно к  искусственным ЭМП антропогенного происхождения. Некоторые виды живых  существ и растений особенно чувствительны  к определенным частотам. Так, рыбы плохо переносят частоту 50 Гц при  достаточно высокой напряженности  поля. Рост леса замедляется при  воздействии СВЧ с модуляцией 12, 25, 50 и 100 Гц. Цветы реагируют на звуковые частоты. На более высоком  уровне организации возникает разнообразие и дифференцируется чувствительность к ЭМП.

Техногенные поля несут шлейф разных частот, паразитарных СВЧ-излучений, вредных  резонансных явлений, перед которыми человеческий организм пока остается беззащитным. Систематическое воздействие  ЭМП может приводить к нарушению  работоспособности, памяти, внимания. ЭМП повышают риск сердечно-сосудистых, эндокринных, онкологических заболеваний, снижают иммунитет, потенцию. По мнению экспертов Всемирной организации  здравоохранения, сегодня степень  электромагнитного загрязнения  ОС выходит на уровень, характерный  для теперешнего загрязнения  ее вредными химическими веществами.

Широко  известны реакции организма на сильные  воздействия. Намного сложнее вести  речь об эффекте слабых воздействий, за которыми стоят потенциальные так называемые отдаленные последствия генетические и канцерогенные эффекты. Не исключено, что через какое-то время будет установлено, что антропогенные ЭМП относятся к числу беспороговых раздражителей.

Обзор существующих представлений о биологической  активности ЭМП позволяет выделить два основных подхода к этой проблеме. Первый — связан с представлением об энергетическом взаимодействии, второй — с анализом информационного  взаимодействия ЭМП с элементами биологической системы.

2.3 Воздействие шума, инфразвука и ультразвука, вибрации

Шум, вибрация и ультразвук объединяются общим принципом их образования: все они являются результатом  колебания тел, передаваемого непосредственно  или через газообразные, жидкие и  твердые среды. Отличаются они друг от друга лишь по частоте этих колебаний  и различным восприятием их человеком.

Четких  границ между шумом, ультразвуком и вибрацией не существует, поэтому на пограничных частотах обычно имеет место воздействие на человека двух, а иногда и всех трех вышеуказанных факторов. 

Шум представляет собой беспорядочное  сочетание разнообразных звуков, поэтому для понимания физических основ образования и распространения  шума, его восприятия человеком и  влияния на организм следует рассматривать  звук как составную часть всякого  шума, включая и производственный. 

Установлено, что орган слуха человека воспринимает разность изменения звукового давления в виде кратности этого изменения, поэтому для измерения интенсивности  шума используют логарифмическую шкалу  в децибелах относительно порога слышимости (минимальное звуковое давление, воспринимаемое органом слуха) человека с нормальным слухом. Эта величина, равная 2*10-5 ньютон на 1 м2, принята за 1 децибел (дБ).