Экологические последствия пожаров нефти и нефтепродуктов.

Министерство образования и  науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский  государственный авиационный технический  университет

 

Факультет защиты в чрезвычайных ситуациях

 

Кафедра пожарной безопасности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая  работа по дисциплине

 «Экология»

 

Вариант  05

 

 

 

 

                                                                        Выполнил: студент гр. ПБ-305ВВ

                                                                                  Кужин Р.Н.

                                                        Проверил: к.т.н., доцент

Исаева О.Ю.

Дата сдачи:    07.05.2013 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уфа 2013 г.

 

Задание 1. Теоретический вопрос

Экологические последствия пожаров нефти и нефтепродуктов.

 

Серьезное влияние на окружающую среду оказывают пожары в техносфере: в промышленности, на транспорте и другие, так как  горючие материалы чрезвычайно  разнообразны по своему составу, а пожар  может возникнуть практически на любом объекте. В результате в продуктах горения могут присутствовать самые разнообразные по химическому строению и токсичности соединения. Самыми распространенными являются оксиды углерода, серы, азота, хлористый водород, углеводороды различных классов, спирты, альдегиды, бензол и его гомологи, полиароматические соединения и другие. Среди самых опасных - соли и оксиды тяжелых металлов. Большинство перечисленных химических веществ оказывают вредное воздействие на живые организмы. Так, диоксины, полиароматические соединения и другие способны вызывать онкологические заболевания у людей, а оксиды серы – гибель растительности.

Наиболее опасные ситуации, связанные с воздействием на окружающую среду, возникают на пожарах при  разлитии легковоспламеняющихся жидкостей  и горючих жидкостей на нефтебазах (в резервуарах, и обваловании и за его пределами), транспортных средствах (при морских перевозках). [1]

 Кроме того, при  пожарах на людей, флору и  фауну оказывает негативное влияние  тепловой фактор (для человека  критической во время пожара принята температура, равная 70⁰ С). В зоне горения температура может возрастать до 800-1500 С, а иногда (при огненном шторме, горение металлов) и выше. Размер зоны теплового воздействия зависит от интенсивности массо - и теплообмена, вида горючего и так далее. Вблизи и в зоне горения причинение вреда природной среде и технообъектам неизбежно. Действие высоких температур во время пожара приводит к гибели растительности, либо заставляет представителей флоры и фауны искать новые места обитания, подчас менее благоприятные, так как отдельные виды флоры и фауны способны существовать в определённом температурном режиме.

Наиболее часто аварии и пожары возникают на предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей  промышленности.

При таких пожарах может происходить загрязнение непосредственно всех трех природных сред: воздуха, воды и почвы. В результате естественных процессов загрязняющие вещества могут переходить из одной среды в другую, мигрировать во внутренние водоемы, подземные воды и так далее.

Основной перенос загрязнителей  при пожарах происходит по воздуху. Этому способствуют два обстоятельства. Во-первых, большинство токсичных  соединений с продуктами горения  поступает в воздух в виде направленных конвективных потоков. Во-вторых, переносу загрязнителей способствуют ветры. Выбросы от пожаров можно характеризовать как кратковременные и высокотемпературные.[3]

Дым от крупных пожаров  вызывает изменение освещённости, температуры  воздуха, влияет на количество атмосферных  осадков. Кроме того, дымовой аэрозоль и газообразные продукты, взаимодействуя с атмосферной влагой, могут вызывать кислотные осадки – дожди, туманы. Попадание на листья дыма, росы, дождя вызывает болезнь и гибель растений. Выделения большого количества дыма при крупных пожарах уменьшает количество солнечной радиации, поступающей с земной поверхности и, как следствие, приводит к климатическим изменениям продолжительностью несколько дней, недель, месяцев. Эти факторы влияют на рост растений, особенно если совпадают с вегетационным периодом.

В прямой зависимости  от видов и масштабов пожара находится  загрязнение почвы и водоемов огнетушащими пенами, пролитой на тушении водой, самими горючими веществами, например нефтью при разливе горючих жидкостей. Вода, используемая при тушении, может содержать антипирены и продукты пиролиза горючих материалов. В воду могут попадать другие добавки, вводимые в горючие материалы. Эти вещества во время тушения могут попадать в водоемы через канализационную систему из грунтовых вод, а также при осаждении из воздуха, куда они выносились конвективными потоками с остальными продуктами горения. Многие токсичные вещества, например тяжелые металлы, диоксины, попавшие в воду или на почву, обладают способностью накапливаться в организмах рыб, птиц и в дальнейшем по пищевой цепи попадают в организм человека. Таким образом, загрязнение окружающей среды в результате пожаров и аварий нефти и нефтепродуктов может происходить опосредованно и проявляться спустя годы.

В результате пожара нефтепродуктов происходит разлив нефти.  Экологические последствия разливов нефти носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе. 

Нефть является продуктом  длительного распада и очень  быстро покрывает поверхность вод  плотным слоем нефтяной пленки, которая  препятствует доступу воздуха и  света. 

Одна тонна нефти  способна покрыть площадь до 12 квадратных километров. Дальнейшие изменения происходят под воздействием ветра, волн и погоды. Обычно пятно дрейфует по воле ветра, постепенно распадаясь на более мелкие пятна, которые способны удаляться на значительные расстояния от места разлива. Сильные ветры и штормы ускоряют процесс дисперсии пленки. 

Птицы, которые большую  часть жизни проводят на воде, наиболее уязвимы к разливам и пожарам нефти на поверхности водоемов. Внешнее загрязнение нефтью разрушает оперение, спутывает перья, вызывает раздражение глаз. Гибель является результатом воздействия холодной воды. Пожары и способствующие разливы нефти от средних до крупных вызывают обычно гибель  тысячи птиц.

Если авария произошла  неподалеку от города или иного населенного  пункта, то отравляющий эффект усиливается, потому что нефть/нефтепродукты образуют опасные "коктейли" с иными загрязнителями человеческого происхождения. 

Разливы нефти приводят к гибели млекопитающих. Рыбы подвергаются воздействию разливов нефти в воде при употреблении загрязненной пищи и воды, а также при соприкосновении с нефтью во время движения икры. Гибель рыбы, исключая молодь, происходит обычно при серьезных разливах нефти. Однако сырая нефть и нефтепродукты отличаются разнообразием токсичного воздействия на разные виды рыб. [4] 
 Влияние пожаров нефти на беспозвоночные организмы может длиться от недели до 10 лет. Это зависит от вида пожара нефти; обстоятельств, при которых произошел разлив и его влияния на организмы. Беспозвоночные чаще всего гибнут в прибрежной зоне, в отложениях или же в толще воды.  
Растения водоемов полностью погибают, если концентрация полиароматических углеводородов (образуются в процессе сгорания нефтепродуктов) достигает 1%. 

Нефть и нефтепродукты  нарушают экологическое состояние  почвенных покровов и в целом  деформируют структуру биоценозов. Почвенные бактерии, а также беспозвоночные почвенные микроорганизмы и животные не в состоянии качественно выполнять свои важнейшие функции в результате интоксикации легкими фракциями нефти. 

От подобных аварий страдает не только животный и растительный мир. Серьезные убытки несут местные рыбаки, отели и рестораны. Кроме того, с проблемами сталкиваются и иные отрасли экономики, особенно те предприятия, деятельность которых нуждается в большом количестве воды. В случае, если разлив нефти происходит в пресном водоеме, негативные последствия испытывает на себе и местное население (например, коммунальным службам намного сложнее очищать воду, поступающую в водопроводные сети) и сельское хозяйство.

Ущерб от крупномасштабных пожаров нефтепродуктов подсчитать достаточно сложно. Он зависит от многих факторов, таких, как тип разлитых нефтепродуктов, состояния пострадавшей экосистемы, погоды, океанских и морских течений, времени года, состояния местного рыболовства и туризма и пр. 

 

 

 

Список  литературы:

1. Гарин В.М., Клёнова И.А., Колесников В.И. Экология - Ростов-на-Дону.: Феникс, 2001
2. Гирусов В.И., Бобылев С.Н., Новоселов А.Л. Экология и экономика природопользования природопользования - М.: ЮНИТИ, 2002
3. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология - Ростов-на-Дону.: Феникс, 2003
4. Павлов А.Н. Экология Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности - М.: Высшая школа, 2005
5. Экология Охрана природы Экологическая безопасность/ Под ред. проф. Никитина А.Т. - М.: МНЭПУ, 2000

 

Задание 2 Практическая часть.

1 Расчет срока исчерпания невозобновимых ресурсов.

 

Оцените срок исчерпания природного ресурса, если известен уровень  добычи ресурса в текущем году, а потребление ресурса в последующие  годы будет возрастать с заданной скоростью прироста ежегодного потребления. Исходные данные для выполнения работы представлены в таблице 2.1. Рассчитайте время исчерпания приведенных в таблице ресурсов. Сделайте вывод о последовательности прекращения добычи ресурсов.

Таблица 2.1

Данные для расчета  срока исчерпания ресурсов

Вар.	Вид ресурса	Запас ресурса, Q, млрд.т	Добыча ресурса q, млрд.т/год	Прирост объема потребления  ресурса, ТР, % в год
5	Фосфор	40	0,023	1,8

 

Решение:

 

 

 

где Q – запас ресурсов;

q – годовая добыча  ресурса; 

ТР – прирост потребления  ресурса;

t – число лет. 

Логарифмирование выражения для Q дает следующую формулу для расчета  срока исчерпания ресурса:

лет

 

 

 

2 Расчет количеств потребляемых и выделяемых веществ в процессе функционирования лесных экосистем.

 

Определить массы потребляемых СО₂ и Н₂О и выделяемого О₂ при создании годового прироста древесины V_год. Элементный состав древесины и ее плотность приведены в табл.3.1. 

Таблица 3.1

Вар.	Элементный состав, %			Плотность, кг/м3	Vгод., м3/га∙год
	С	Н	О
5	50,4	6,2	42,3	570	11,4

 

Решение:

1. Определяем коэффициенты x, y, z, w для древесины кедра:

         

 

2. Пересчитываем объем  древесины на абсолютно сухой  вес при текущем годовом приросте V_год, равном 10,7 м³/га:

М_{древ.год} = ρ∙V_год = 570∙11,4 = 6498 кг/га.

3. Определяем поглощенные  количества СО₂ и Н₂О:

4. Определяем количество  выделившегося О₂:

 

3 Расчет газовых выбросов при сжигании топлива. Расчет выбросов при сжигании газообразного топлива.

 

Составьте материальные балансы веществ при сжигании различных видов топлива, количество и состав которых приведен в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Вар.	Масса и состав топлива, %
5	217 тыс. т природного  газа    СН4 – 80, С3Н8 – 17, СО2 – 3.

Стехиометрические уравнения  реакций горения:

метана    СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О,

16 + 64 = 44 + 36 ,

1 + 4 = 2,75 + 2,25.

пропана     С₃Н₈ + 5О₂ → 3СО₂+ 4Н₂О,

44 + 160 = 132 + 72,

1 + 3,64 = 3 + 1,64.

Расчет необходимого количества кислорода и веществ, выделяющихся при сжигании газообразного  топлива, осуществляется по формулам:

М_О2 = (4·СН₄/100 + 3,64·С₃Н₈/100) ∙М_топл ;

М_СО2 = (2,75·СН₄/100 + 3·С₃Н₈/100  + СО₂/100) ∙М_топл ;

М_H2О = (2,25·СН₄/100 + 1,64·С₃Н₈/100 ) ∙М_топл .

В приведенных формулах значения СН₄, С₃Н₈  соответствуют процентному содержанию горючих газов в сжигаемом газообразном топливе. Присутствие в составе горючей массы углекислого газа необходимо учитывать в формуле слагаемым (СО₂/100).