Следует отметить, что в зеленой зоне города по сравнению с промышленными районами концентрация вредных веществ значительно меньше. Так, содержание пыли вблизи промышленных предприятий превышает уровень загрязнения в загородной зоне в 3-4 раза, количество сернистого газа и окиси углерода в среднем больше в 1.5-2.0 раза, концентрации окислов азота в 3.0-3.5 раза (Зеленая зона…, 2002).
Теплоэлектростанции (ТЭЦ) относятся к основным источникам промышленного загрязнения атмосферного воздуха. На территории г. Красноярска находятся три теплоэлектроцентрали - ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, входящих в КрасЭнерго. Основой развития любого региона или отрасли экономики является энергетика. Темпы роста производства, его технический уровень, производительность труда, а, в конечном счете, уровень жизни людей в значительной степени определяется развитием энергетики (Охрана окр…,1991).
Для ТЭЦ наиболее характерно тепловое и химическое загрязнение. Если обычно сгорание топлива бывает не полным, то при сжигании твердого топлива в котлах ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы, оксида азота, оксида углерода и канцерогенов. Они загрязняют окружающую среду и оказывают влияние на все компоненты природы (Степановских,2000).
1.2 Экологические аспекты теплоэнергетики
Тепловые электрические станции – основной компонент генерирующих мощностей, их воздействие на окружающую среду наиболее значительно и многообразно. Основные виды воздействия:
- загрязнение воздушной среды (с последующим воздействием на растительный и животный мир, почву, воду, человека) дымовыми выбросами и вредными газами (оксиды серы и азота, монооксид углерода и др.) и твердыми аэрозолями (зола, сажа), включающими, в свою очередь, токсичные и канцерогенные компоненты, в том числе соединения тяжелых металлов;
- тепловое «загрязнение» водоемов и туманообразование в результате сброса нагретой в конденсаторах турбин воды в водохранилища или непосредственно в природные водотоки;
- выброс значительного количества диоксида углерода и других «тепличных» газов, создающих «парниковый эффект», который по довольно распространенным, хотя и не бесспорным, представлениям способен привести к неблагоприятному катастрофическому потеплению на Земле;
- загрязнение атмосферы, гидросферы и почвы пылью и токсичными веществами из золоотвалов ТЭС на твердом топливе, а также отчуждение земли под эти золоотвалы;
- загрязнение гидросферы сточными водами водоподготовительных химических установок, продувочной и промывочной водой котлов и другими отходами.
Наиболее опасным является загрязнение воздушной среды. В глобальном загрязнении атмосферы Земли выбросы ТЭС составляют: по пыли – 35%, двуокиси серы – до 50%, оксидам азота – 30 –35%. Ситуацию осложняет и тот факт, что в радиусе 5 – 25 км (в зависимости от мощности станции и сорта топлива) тепловые электростанции, без учета других источников вредных выбросов, обеспечивают предельно допустимую по санитарным нормам концентрацию указанных вредных веществ, а при сжигании высокозольных или высокосернистых углей, а также высокосернистого мазута – значительное превышение указанных ПДК. Тепловые электрические станции – основной поставщик серы для кислотных дождей (Михайленко и др., 2003).
Защита атмосферного воздуха от загрязнения является одной из наиболее острых проблем современности (Попелышева, 2001).
Уже во второй половине 20 века проблема защиты окружающей человека среды от загрязнения приобрела огромное значение для всех высокоразвитых государств (Никитин, 1986).
Поступление в атмосферный воздух огромных объемов продуктов сгорания топлива от котлов, промышленных печей, а также отработанных газов автомобилей изменяет состав атмосферного воздуха. Часто приближая концентрации токсичных веществ к опасным, по биологическому действию на человека, животных, растения, приводит к быстрой коррозии металлов.
Увеличение потребления топлива и количества обрабатываемых материалов, а также формирование технологических процессов приводят к увеличению количества токсичных веществ, поступающих в атмосферу (Сигл,1990).
Основными объектами теплоэнергетики являются тепловые электростанции на органическом топливе. Максимальная эффективность преобразования энергии достигается для теплофикационного типа (ТЭЦ) и составляет 70% по электричеству и свыше 80% по теплу (Носков, 1996).
Органические топлива, используемые на ТЭЦ и котельных для получения электрической и тепловой энергии, наряду с углеродом и водородом часто имеют в своем составе серу и азот. При сжигании топлива в топках котлов или камер сгорания образуются различные продукты сгорания такие, как оксиды углерода CO2, водяные пары H2O, оксиды серы SO2, оксиды азота NO, полициклические ароматические углеводороды, мазутная зола, зола твердого топлива и другие. Затем они выбрасываются в атмосферу и рассеиваются в ней с помощью дымовых труб.
В атмосферном воздухе происходит дальнейшее преобразование газообразных выбросов ТЭЦ, которое длится до нескольких месяцев. Наличие вредных газообразных продуктов сгорания органических топлив в атмосфере приводит к разрушению озонового слоя, образованию фитохимических туманов (смогов), коррозии металлоконструкций, эрозии почвы, уничтожению флоры, возникновению различных заболеваний у человека.
Следует отметить, что степень воздействия вредных выбросов на окружающую среду существенно повышается из-за сосредоточенности источников выбросов в крупных промышленных регионах (Росляков и др., 2000).
Россия располагает уникальными запасами органического топлива, но стратегия его использования пока мало учитывает природоохранные аспекты. Стоимость топлива не связана с потребительской эффективностью и как правило, определяется затратами на добычу и транспортировку, не отражая экологических качеств топлива (Протасов, 2000).
Большинство энергетических углей и мазутов имеют невысокое качество. Практически все жидкое топливо- это мазут с высоким содержанием серы. Твердое топливо разнообразно по составу. На европейской территории страны преобладают высокосернистые угли Подмосковного и Печорского месторождений, в Сибири и на Дальнем Востоке – высоко влажные и низко сернистые бурые угли Канско-Ачинского бассейна и каменный уголь Кузнецкого (Воробьев, 1993).
1.3 Основные загрязнители атмосферы
Аэрозоли. ТЭЦ является одним из основных источников искусственных аэрозольных загрязнителей атмосферы (Скалкин,1981). Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозоли воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы, дымки. Аэрозольные частички от этого источника отмечаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе встречаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а так же асбеста (Фелленберг,1997).
Основные вредные примеси пирогенного характера:
- оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. Является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете и созданию парникового эффекта.
- диоксид серы. Загрязняя атмосферу, вызывает кислотные дожди. Кислотные дожди в свою очередь, закисляют почву, снижая тем самым эффективность применения удобрений, изменяют кислотность вод, что сказывается на видовом разнообразии водного сообщества (Фелленберг,1997).
Тепловое загрязнение. Возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь пятен нагретых водой может достигать до 30кв.км.
Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностных и донных слоев. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей, что приводит к зарастанию водоемов. Следствиями выбросов теплоты так же является: изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима, изменений условий паводков, изменение распределения осадков, испарений, туманов (Ревель,1995).
Канцерогенные вещества. Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается по двум основным классам веществ - канцерогенным и не канцерогенным.
Канцерогенные вещества согласно классификации Международного агентства по изучению рака (МАИР), подразделяются на четыре группы.
В первую группу входят вещества, по которым имеются достаточно надежные эпидемиологические данные их канцерогенной опасности для человека, т.е. установлены значения риска по отдельным веществам для отдельных локализаций. Из веществ, загрязняющих атмосферный воздух, в эту группу входят: бензол, винилхлорид, шести валентный хром, асбест, мышьяк, кадмий, диоксины, никель, этилхлоргидрин.
Вторая группа подразделяется на две подгруппы. В группу 2А входят вещества, в отношении которых имеются ограниченные доказательства их канцерогенной опасности для человека, т.е. результаты эколого-эпидемиологических исследований противоречивы и необходимы дополнительные исследования, чтобы доказать канцерогенность этих веществ. В эту группу входят такие наиболее распространенные канцерогены, бенз(а)пирен и формальдегид, а так же 1,3 бутадиен, акринилонитрил, дихлорметан, тетрахлорэтилен, трихлорэтилен, бериллий. К группе 2В относятся вещества, в отношении которых имеются ограниченные доказательства их канцерогенности для животных – дексохлоран, гидразин, 1,2 – дихлорпропан, 1,2 – дихлорэтандиндан и некоторые другие вещества. В группу концерагенных веществ, присутствующих в атмосферном воздухе городов, входят как повсеместно распространенные вещества – бенз(а)пирен, бензол, формальдегид, и поступающие в основном из производства – кадмий, никель, хром, мышьяк, асбест, бензлхлорид и диоксины (Горелик,1992).