Источники загрязнения среды обитания

Основной путь снижения выбросов токсичных веществ тепловозами заключается в уменьшении их образования в цилиндрах двигателей. Также важное значение имеет обезвреживание отработавших газов. Принцип действия одного из очистных устройств основан на рециркуляции, газов применяемой для уменьшения концентрации окислов азота, улавливание которых представляет известную трудность. Рециркуляция заключается в том, что часть отработавших газов из выпускного патрубка перепускается во всасывающую систему дизеля. Вследствие этого происходит присадка к засасываемому свежему воздуху значительного количества отработавших газов с меньшим содержанием кислорода, в результате чего ухудшаются условия протекания реакции между кислородом и азотом воздуха. При этом выброс окислов азота снижается до 55%, однако, происходит некоторое увеличение продуктов неполного сгорания топлива (окиси углерода).

5.  Воздушный и космический транспорт

В наше время воздушному транспорту отводится особая роль. Прежде всего, он развивается как пассажирский транспорт и занимает второе (после железнодорожного) место в пассажирообороте всех видов транспорта в междугороднем сообщении. Доля же в грузовых перевозках невелика.

В среднем один реактивный самолет, потребляя в течение 1 часа 15 тонн топлива и 625 тонн воздуха, выпускает в окружающую среду 46,8 тонн СО2 , 18 тонн паров воды, 635 кг угарного газа, 635 кг окиси азота, 15 кг окиси серы, 2,2 кг твердых частиц. Средняя длительность пребывания этих веществ в атмосфере составляет примерно два года.

Исследования состава продуктов сгорания двигателей, установленных на самолетах «Боинг-747», показали, что содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя (табл. 4.1.).

Таблица 4.1.Число оборотов двигателя              Содержание г/кг топлива

СО              NOx              CnHm

0.56 n*              87.9              0.7              9.8

0.83 n              2.3              1.5              0.3

0.90 n              --              4.4              --

n – номинальное число оборотов двигателя

Как следует из таблицы 4.1., высокие концентрации СО и CnHm характерны для двигательных установок, работающих на пониженных режимах (холостой ход, руление, приближение к аэропорту, заход на посадку), тогда как содержание оксидов азота NOx (NO, NO2, N2O5) существенно возрастает при работе на режимах близких к номинальному (взлет, набор высоты, полетный режим).

Оценка суммарного количества основных загрязнителей, поступающих в воздушную среду контролируемой зоны аэропорта гражданской авиации в результате его производственной деятельности (без учета загрязнения воздуха спецавтотранспортом и другими наземными источниками), показывает, что на площади около 4 км² выделяется в атмосферу за одни сутки от 1000 до 1500 кг окиси углерода, 300-500 кг углеводородных соединений и 50-80 кг окислов азота. Такое количество выделяемых вредных веществ при неблагоприятном сочетании метеорологических условий может приводить к  повышению их концентраций до значительных величин.

При чрезвычайных и аварийных ситуациях самолеты вынуждены сливать в воздухе излишнее топливо для уменьшения посадочной массы. Количество топлива, сливаемого самолетом за один раз, колеблется от 1-2 тыс. до 50 тыс. литров. Испарившаяся часть топлива рассеивается в атмосфере без опасных последствий, однако неиспарившаяся часть достигает поверхности земли и водоемов и может вызвать сильные местные загрязнения. Доля неиспарившегося топлива, достигающего поверхности земли в виде капель, зависит от температуры воздуха и высоты слива. Даже при температуре более 20° С на землю может выпадать до нескольких процентов сливаемого топлива, особенно при сливе на  малых высотах.

Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете и посадке, при наземных испытаниях в процессе их производства и после ремонта, при хранении и транспортировке топлива, а так же при заправке топливом летательных аппаратов. Работа жидкостного ракетного двигателя сопровождается выбросом продуктов полного и неполного сгорания топлива, состоящих из O, NOx и др.

При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются H2O, CO2, HCl, CO, NO, Cl, а также твердые частицы Al2O3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).

В двигателях космического корабля «Шатл» сжигается как жидкое, так и твердое топливо. Продукты сгорания топлива по мере удаления корабля от Земли проникают в различные слои атмосферы (табл. 4.2), но большей частью в тропосферу.

В условиях запуска у пусковой системы образуется облако продуктов сгорания, водяного пара от системы шумоглушения, песка и пыли. Объем продуктов сгорания можно определить по времени (обычно 20 с) работы установки на стартовой площадке и в приземном слое. После запуска высоко температурное облако поднимается на высоту до 3 км и перемещается под действием ветра на расстояние 30 – 60 км, оно может рассеяться, но может стать и причиной кислотных дождей. При старте и возвращении на Землю ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземный слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов.

Таблица 4.2Атмосферный слой              Высота, км              Продукты сгорания, кг

HCl              Cl              NO              CO              CO2              H2O (пар)              Al2O3

Приземный слой              0 – 0,5              24666              2741              1697              131              55075              46674              39284

Тропосфера              0,5 - 13              78517              9657              4618              839              172570              152677              26385

Стратосфера              13 - 50              59732              11727              239              2189              147684              146393              110304

Нижняя мезосфера              50 - 67              0              0              0              0              0              15542              0

Мезосфера – термосфера              67              0              0              0              0              0              119045              0

За 40 лет существования космонавтики в СССР и позднее России произведено свыше 1800 запусков ракет-носителей. По прогнозам фирмы Aerospace в XXI в. для транспортировки грузов на орбиту будет осуществляться до 10 запусков ракет в сутки, при этом выброс продуктов сгорания каждой ракеты будет превышать 1,5 т/с.

6.  Водный  транспорт

6.1.  Речной транспорт

При эксплуатации водоемов речным транспортом происходит их загрязнение. По сравнению с мощным береговым стоком от городов и предприятий удельный вес этих загрязнений невелик, однако возможность поступления судовых сточных  вод за борт в зонах санитарной охраны, санитарно-оздоровительных береговых зонах и т.п. определяет роль судов в проблеме загрязнения водоемов как неблагоприятную.

Другим источником загрязнения водоемов речным транспортом можно считать подсланевые воды, которые образуются в машинных отделениях судов и отличаются высоким содержанием нефтепродуктов. Сточные воды судов содержат хозяйственно-бытовые стоки и сухой мусор. Источниками загрязнения могут являться также нефть и нефтепродукты, попадающие в водоем вследствие недостаточной герметичности корпусов нефтеналивных судов и бункеровочных станций.

Попадание в водоемы пылевидных частиц навалочных грузов происходит при перегрузке открытым способом песка, щебня, апатитового концентрата, серного колчедана, цемента и т.п. Нельзя забывать и о влиянии на качество воды отработавших газов судовых двигателей. Для фановых (фекальных) сточных вод характерно высокое бактериальное, а также органическое загрязнение.

Загрязнение водоемов нефтью и нефтепродуктами затрудняет все виды водопользования. Влияние нефти, керосина, бензина, мазута, смазочных масел на водоем проявляется в ухудшении физических свойств воды (замутнение, изменение цвета, вкуса, запаха), растворении в воде токсических веществ, образовании поверхностной пленки, понижающей содержание в воде кислорода, а также осадка нефти на дне водоема.

В настоящее время запрещен спуск за борт сточных вод, нечистот, а также сброс разного рода твердых отбросов и мусора с судов, плавающих на реках, озерах и водохранилищах с регламентированным санитарным режимом (например, озеро Байкал). На других водоемах, а также в речных портах и их акваториях  запрещен сброс за борт фекальных вод, мусора и твердых отбросов. Однако выполнение этих требований, гигиенически обоснованных общесанитарными и противоэпидемическими соображениями, встречает ряд технических трудностей, прежде всего на речных судах, длительное время находящихся в прибрежной полосе (туристические рейсы), на плавучих кранах и др.

Наиболее сложной в техническом отношении является организация канализации на речных судах, работающих в водоемах с регламентированным санитарным режимом. Необходимость сбора всех видов стоков для последующей их передачи на берег или специальные плавучие очистительные станции требует устройства весьма объемных емкостей. Также существуют разработки по обезвреживанию сточных вод непосредственно на судах.

При плавании судов в водоемах, санитарный режим которых в целом не регламентирован, органами местной санитарной службы должны быть определены зоны, где допустим сброс за борт необзвреженных судовых сточных вод (фекальных и хозяйственно-бытовых). Границы этих зон устанавливают исходя из недопустимости загрязнения воды в источниках хозяйственно-питьевого водоснабжения и прибрежных вод санитарно-оздоровительных участков побережья.

Система мероприятий по сбору и удалению твердых отбросов и мусора сводится к организации правильной эксплуатации емкостей для их накопления (контейнеры, баки) и передаче содержимого этих емкостей на берег.

6.2.  Морской транспорт

С увеличением объемов добычи, транспортировки, переработки и потребления нефти и нефтепродуктов расширяются масштабы загрязнения ими окружающей среды. Недовольство и обеспокоенность нефтяным загрязнением обуславливается прежде всего поступательным ростом экономического ущерба от данного вида загрязнения, причиняемого рыболовству, туризму и другим сферам деятельности. Только одна тонна нефти способна покрыть до 12 км² поверхности моря. А это изменяет все физико-химические процессы: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, в нефтяной пленке накапливаются ионы тяжелых металлов, пестициды и другие вредные вещества, гибнут микроорганизмы, рыба, морские птицы.  Но и осевшая на дно нефть долгое время наносит вред всему живому.

Ежегодно в океан сбрасывается примерно 10 млн. тонн нефти. Танкерный флот является одним из главных источников загрязнения моря нефтью. Утечка нефти в море происходит во время погрузки и разгрузки танкеров, заправки нефтяным топливом судов в море, при авариях и катастрофах танкеров, сбросе остатков нефтяного груза с балластной водой и в других случаях.

Интенсивное загрязнение Мирового океана побудило многие страны приступить к разработке и реализации мер по предупреждению загрязнения водных бассейнов. В современных условиях большое значение приобретают международные соглашения о запрещении сброса загрязненных вод и мусора в открытых морях и океанах. В 1954 г. ООН была организована разработка Международной конвенции по предотвращению     загрязнения     моря нефтью,    которая вступила               в силу   в  1958 г. Впоследствии в нее были внесены поправки и дополнения. Конвенция содержит статью, согласно  которой каждое судно обязано иметь сертификат – свидетельство о том, что корпус, механизмы и прочая оснастка соответствуют требованиям предотвращения загрязнения моря. Соблюдение этой статьи проверяется во время специальных инспекций при заходе в порты. Нарушителям грозят строгие санкции.

В настоящее время все новые транспортные суда имеют сепарационные установки для очистки льяльных вод, а танкеры – устройства, позволяющие осуществлять мойку танков без слива остатков нефти в море. Суда старой постройки оснащаются этими устройствами при очередных ремонтах.

Для повышения ответственности капитанов судов, а также обеспечения контроля за выполнением мероприятий по предотвращению загрязнения моря нефтью на морских судах заведены специальные журналы. В них фиксируют все грузовые операции с нефтью и нефтепродуктами, отмечают место и время сдачи или слива судами загрязненных нефтью сточных вод и нефтеостатков.

Проблема того, как свести к минимуму загрязнение морей и океанов, занимает специалистов из многих стран мира. Ученые ищут пути борьбы с нефтью, попавшей в воду.  Биологи предлагают «нефтеядные» микроорганизмы, химики – вещества, позволяющие собрать нефть с поверхности, и т.д.

В Индии для очистки пляжей от нефтяных пленок с успехом применяют специальную культуру бактерий. Небольшой колбы с жидкостью, содержащей такие бактерии, достаточно, чтобы ликвидировать пленку на 16 км пляжа. Что особенно ценно, живые санитары сами не изменяют микрофлору: сделав свое дело, они по прошествии некоторого времени погибают от голода и растворяются в морской воде.

Американские ученые продемонстрировали в Атлантическом океане оригинальный способ очистки воды от разлившейся нефти. Под нефтяную пленку на определенную глубину опускается керамическая пластинка. К ней подается акустическая энергия. Под действием вибрации нефть сначала скапливается толстым слоем над местом, где установлена пластинка, а затем смешивается с водой и начинает фонтанировать. Высоковольтное электрическое напряжение, также подведенное к пластинке, поджигает фонтан, и нефть полностью сгорает. Если акустическая энергия не очень велика, то нефть лишь превращается в плотную массу, которую затем удаляют из воды механически способом. Также существуют и другие способы очистки водной поверхности от нефти.

Немалое значение уделяется и контролю за уровнем загрязнений. Один из способов основывается на использовании радиолокатора. Дело в том, что нефтяная пленка изменяет характер ряби на поверхности воды: уменьшается ее высота и наклон волн. При этом изменяется и характер отражения радиоволн от поверхности – отражающая способность уменьшается и на общем ярком фоне на экране локатора грязное место выглядит черным пятном.

Комплексность мониторинга требует определения ряда гидрометеорологических параметров, таких, как температура воды, скорость и направление ветра, течения, осадки, атмосферное давление, влажность воздуха и др.

Система мониторинга основывается на создании сети локальных пунктов наблюдений (морских станций), расположение которых позволяет определять поля загрязнения. Размещение станций опирается на знание гидрохимического и гидрометеорологического режимов и рельефа дна в данном районе. Важной особенностью морской станции мониторинга является проведение синхронных наблюдений на всех стандартных океанографических горизонтах  (0,5,10,15,20,25,30,40,50 м и т.д.), включая придонный слой воды, а также слои «скачка свойств» (плотности, солености, кислорода и т.д.).