ВРЕДНЫЕ ВЕЩЕСТВА В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ И НХ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ

Идея о том, что человеческая деятельность может изменить состав атмо­сферы, и, следовательно, земной климат, в настоящее время уже кажется правдоподобной, хотя высказывалась много веков назад. Возрастание со­держания диоксида углерода (СОг) и других второстепенных газов может привести к явлению, называемому парниковым эффектом (потеплением): эти газы пропускают солнечные лучи, нагревающие земную поверхность, но задерживают значительную часть тепловой энергии, отражаемой земной поверхностью в открытый космос. Ниже приведена динамика изменения глобальных выбросов диоксида углерода.

При сжигании газообразных топлив в атмосферу поступают, кроме оксидов углерода и азота, и продукты неполного сгорания (метан, соеди­нения, содержащие свинец, ванадий). Сжигание мазута сопровождается выбросом оксида азота, диоксида и триоксида серы (особенно при сгорании сернистых мазутов), соединений ванадия и продуктов неполного сгорания. Иногда в атмосферу выбрасывается некоторое количество копоти. При сжигании твердого топлива выбросы представляют собой смесь оксидов азота, углерода, диоксида и триоксида серы, газов фтористых соединений и продуктов неполного сгорания топлива. Кроме того, в атмосферу поступает значительное количество летучей золы с частицами несгоревшего топлива. При сгорании практически всех топлив в атмосферу поступает некоторое (обычно малое) количество формальдегида и бензопирена.

Практически все упомянутые вещества являются токсичными. Многие из них даже в сравнительно малых концентрациях оказывают вредное воздействие на растительные и животные организмы, в том числе и на человека.

Помимо вредного воздействия на живые организмы, золовые частицы загрязняют атмосферу, что приводит к снижению видимости и солнечной освещенности, загрязнению поверхности строений и к их разрушению, к уменьшению интенсивности фотосинтеза, осуществляемого растениями.

При переводе котельных с твердого топлива на газообразное уровень токсичности выбросов значительно понижается.

Диоксид серы выбрасывают электростанции и котельные при использо­вании всех видов топлива, не очищенного от соединений серы. Ежегодный выброс серы в атмосферу Земли составляет величину, превышающую 150 млн. т. Из этого количества 50… 60% приходится на выбросы продук­тов сгорания различных печей и теплогенерирующих установок.

Диоксид серы гибельно воздействует на зеленые насаждения, особенно на плодовые и хвойные деревья, а также на посевы. Кроме вредного воздействия на все живое, диоксид серы вызывает усиленную коррозию металлических поверхностей и порчу различных веществ и материалов. При наличии диоксида серы снижается также прозрачность атмосферы.

Высокотоксичными соединениями, возникающими при работе котель­ных установок, являются оксиды азота, образующиеся в результате прямо­го окисления азота в ядре факела при горении всех видов топлива. Количе­ство выбрасываемых оксидов азота по массе примерно равно выбросу золы и составляет величину в 3… 5 раз меньшую, чем количество диоксида серы. Общее количество выбросов оксидов азота в атмосферу в мире составляет величину порядка 51 млн. тонн в год. При этом 95% от общих выбросов поступает в атмосферу вместе с продуктами сгорания топлив.

Главный фактор, от которого зависит количество возникающих в топке оксидов азота, — температура в ядре факела. При температурах 2073… 2173 К и наличии свободного кислорода количество оксидов азота, образующихся в факеле, таково, что их концентрация превышает допусти­мую концентрацию в свежем воздухе в 1000… 20 000 раз. Это может быть опасным с точки зрения заражения окружающего пространства. Очистка продуктов сгорания топлив от оксидов азота посредством их улавливания технически сложна и в большинстве случаев экономически нерентабельна.

Одним из основных вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу вместе с продуктами сгорания в котельных, является оксид углерода (II). Теплогенераторы выбрасывают оксид углерода (СО) 10…25% от общей суммы этого вещества, выбрасываемого в атмосферу в результате хозяйственной деятельности. При сжигании твердых топлив количество оксида углерода может составлять до 2% от массы сжигаемого топлива. При сжигании газа и мазута эти величины не превышают 0.05%, а при тщательной регулировке процесса горения эту цифру можно понизить до 0.01%.

Оксид углерода (II) не имеет запаха и цвета, что затрудняет его обнаружение; плотность почти равна плотности воздуха, в результате чего газ равномерно распределяется в атмосфере. Он легче соединяется с гемоглобином крови, чем кислород. При этом в крови образуются устой­чивые соединения карбоксигемоглобина, которые исключают возможность присоединения кислорода. В тяжелых случаях наступает удушье.

Кроме оксида углерода, в дымовых газах могут присутствовать и другие продукты неполного сгорания, например, формальдегид — газ с резким неприятным запахом, обладающий высокой токсичностью. В продуктах, выбрасываемых в атмосферу теплогенерирующими установками, имеются также канцерогенные вещества. Наиболее распространенным и сильнодей­ствующим из них является так называемый 3,4-бензопирен (С20Н12). Это соединение представляет собой твердое вещество в виде желтоватых иголь­чатых кристаллов, образующееся при сжигании топлива. Как правило, повышенное количество канцерогенов в продуктах сгорания наблюдается при слоевом сжигании твердых топлив.

Окружающая нас природная среда в определенных пределах может самоочищаться в результате естественных процессов. Однако возможности природы ограничены. Постоянные выбросы вредных токсичных газов в больших количествах приводят к постепенному загрязнению и отравлению среды, подавляя ее способность к самоочищению.

Одним из основных способов борьбы с загрязнением воздуха канце­рогенными веществами является обеспечение максимальной полноты сго­рания топливе. Степень вредного влияния основных токсичных веществ на человеческий организм демонстрируется данными, приведенными в таблице.

Критериями санитарного состояния среды и качества атмосферного воздуха в стране являются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе (или в воде водоемов). ПДК в воздухе опреде­ляют на высоте 1.5 метра от Земли, т. е. на уровне зоны дыхания человека. Различают среднесуточные ПДК, назначение которых заключается в том, чтобы исключить возможность воздействия вредных веществ на организм человека в течение длительного времени. Для веществ, обладающих раз­дражающим воздействием или резкими запахами, в дополнение к средне­суточным устанавливаются максимально разовые ПДК.