Материал: Экология. курс лекций. Лозовая В.Ю., Рохас Риоха И.Е

Диаметр шлифовального 150 300 350 400 600 750 900 круга, мм

Выделение пыли, г/ч 117 155 170 180 235 270 310

Пыль заточных станков инструментального цеха имеет частицы неправильной формы следующего дисперсного состава:

Размер частиц, мкм <10 10–16 16–25 25–40 40–63 >63

Мас. доли, % 0,5 3 14,5 35 37 10

Медианный размер пыли составляет 38 мкм при среднеквадратичном отклонении 1,64; плотность материала частиц пыли равна 4,23 г/см³.

Значительное выделение пыли наблюдается при механической обработке древесины, стеклопластиков, графита и других неметаллических материалов. Так, при обработке текстолита, стеклоткани, карболита и органического стекла выделения пыли составляют (г/ч на единицу оборудования):

Таблица 10

Выделение пыли при обработке текстолита,

стеклоткани, карболита и органического стекла

При механической обработке полимерных материалов одновременно с пылеобразованием могут выделяться пары различных химических веществ и соединений (фенол, формальдегид, стирол и др.), входящих в состав обрабатываемых материалов.

Цехи производства неметаллических материалов

В машиностроении широкое применение находят стеклопластики, которые содержат стекловолокнистый наполнитель и связующие смолы (ненасыщенные полиэфирные, фенолоформальдегидные и эпоксидные). Выделение вредных паров веществ при формировании и полимеризации для различных смол приведено в табл. 11.

Таблица 11

Выделение вредных паров веществ при формировании

и полимеризации различных смол

При производстве эбонитовых изделий в вентиляционную систему попадают SO₂, CO, H₂S, пары бензина, толуола, глицерина, пыль. Особенно много вредных выбросов происходит в процессе производства пластмасс, синтетических волокон и т. п.

Сварочные цехи

На участках сварки и резки металлов состав и масса выделяющихся вредных веществ зависит от вида и режимов технологического процесса, свойств применяемых сварочных и свариваемых металлов. Наибольшее выделение вредных веществ характерно для процесса ручной электродуговой сварки покрытыми электродами. При расходе 1 кг электродов в процессе ручной дуговой сварки стали образуется до 40 г пыли, 2 г фтористого водорода, 1,5 г оксидов углерода и азота; в процессе сварки чугунов – до 45 г пыли и 1,9 г фтористого водорода. При полуавтоматической и автоматической сварке (в защитной среде и без неё) общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 1,5 – 2 раза, а при сварке под флюсом – в 4 – 6 раз.

Сварочная пыль на 99 % состоит из частиц размером от 10^-3 до 1 мкм, около 1 % пыли имеет размер частиц 1 – 5 мкм, частицы размером более 5 мкм составляют всего десятые доли процента.

Участки пайки и лужения

В вентиляционный воздух на участках пайки и лужения выделяются токсичные газы (оксид углерода, фтористый водород), аэрозоли (свинец и его соединения) и т. п. Удельные выделения аэрозоля свинца (размер частиц 0,7 – 7 мкм) при лужении и пайке оловянно-свинцовыми припоями ПОС-40 и ПОС-61 составляют:

Таблица 12

Удельные выделения аэрозоля свинца при лужении и пайке

Массы оксида углерода, выделяющиеся при обжиге 1 г изоляции при температуре 800 – 900 С, следующие: винипласт – 240 мг, полихлорвинил – 180 мг, полиэтилен – 100 мг, фторопласт – 100 мг, хлопок – 100 мг, шёлк – 200 мг, шёлк и винипласт – 190 мг. При обжиге фторопластовой изоляции выделяется на 1 г изоляции 3 мг фтористого водорода.

В воздушный бассейн предприятиями машиностроения и металлообработки выбрасывается пыль различного химического и гранулометрического состава: сернистый ангидрид, оксид углерода, оксиды азота, сероводород, масляный и сварочный аэрозоли, растворители ароматического ряда (бензол, толуол, ксилол, ацетон), углеводороды эфирного ряда (бензин, и др.), испарения гальванических ванн (хром, никель, свинец, цинк и др.).

Наиболее вредными для окружающей среды производствами являются литейные, механической обработки, сварочные и окрасочные. В результате процессов сварки и пайки в атмосферу выделяются очень опасные пары оксидов железа и цинка, аэрозоли марганца, кремния и меди, а также фториды, озон и оксиды азота. К наиболее опасным загрязняющим веществам, выбрасываемым в атмосферу, относятся соединения шестивалентного хрома.

Машиностроение загрязняет водный бассейн сточными водами травильных и гальванических производств. Со сточными водами в поверхностные водные объекты сбрасывается значительное количество загрязняющих веществ, в первую очередь нефтепродуктов, взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, цианидов, соединений азота, солей железа, меди, цинка, никеля, хрома, молибдена, фосфора и кадмия.

Особую проблему для отрасли представляет образование токсичных отходов. Осадки очистных сооружений, в том числе шламы гальванических производств, горелая земля, отработанные масла, смазочно-охлаждающие жидкости, стружки, окалина, промасленная ветошь, отходы электронной промышленности и производство печатных плат, входят в перечень опасных отходов, образующихся на предприятиях машиностроения и металлообработки.

Лекция 17. Воздействие нефтяной промышленности на окружающую среду

Воздействие на атмосферу

Значительную опасность таит в себе использование нефти и газа в качестве топлива. При сгорании этих продуктов в атмосферу выделяются в больших количествах углекислый газ, различные сернистые соединения, оксид азота и т. д. Уменьшение количества кислорода и рост содержания углекислого газа влияют на изменение климата. Молекулы диоксида углерода позволяют коротковолновому солнечному излучению проникать сквозь атмосферу Земли и задерживают инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью. Возникает так называемый «парниковый эффект», и средняя температура на планете повышается. Казалось бы, в дальнейшем потепление должно прогрессивно нарастать. Однако другое воздействие человека на атмосферу нейтрализует «парниковый эффект». Человечество выделяет огромное количество пыли и других микрочастиц, экранирующих солнечные лучи и сводящих на нет нагревательное действие углекислого газа. Загрязнение атмосферы пылью снижает количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли.

Большая роль в загрязнении атмосферы принадлежит реактивным самолетам, машинам, заводам и фабрикам. Чтобы пересечь Атлантический океан, современный реактивный лайнер поглощает 35 т кислорода и оставляет инверсионные следы, увеличивающие облачность. Значительно загрязняют атмосферу и автомашины, которых уже сейчас насчитывается более 500 млн. Появляются различные проекты создания двигателей, работающих на других видах топлива. Электромобили уже используются во многих странах мира, но пока их широкое внедрение в жизнь сдерживается из-за малой мощности аккумуляторов.

В последнее время появилась новая идея – автомобиль с инерционным двигателем. Он будет снабжён двумя тяжёлыми маховиками, работающими в вакууме. Для их раскручивания перед выездом предусмотрен электромотор, питающийся от бытовой сети. Запасённая кинетическая энергия маховиков через коробку передач будет поступать на ведущие колеса. Одной зарядки хватит на 80 км пробега со скоростью 96 км/ч. Максимальная скорость такого автомобиля достигает 160 км/ч.

Предприятия нефтепереработки и газовой промышленности при переработке сырья выбрасывают в атмосферу сероводород (H₂S), сероуглерод (CS₂), а также другие соединения серы, например, меркаптаны, представляющие собой серосодержащие аналоги спиртов с общей формулой RSH, где R – углеводородный радикал.

Кислотные осадки возникают при промышленных выбросах диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют разбавленную серную и азотную кислоты. В результате выпадают дождь и снег, значение pH которых ниже 5,6.

Кислотные осадки вызывают много пагубных последствий в биосфере. Они могут привести к закислению почв и воды пресных водоёмов, ускорению коррозионных процессов металлических изделий, разрушению конструкций из известняка. При попадании кислотных дождей на здания происходит превращение карбоната кальция в растворимый сульфат кальция, что ведёт к их разрушению. Это наносит большой экономический вред, а также эстетический ущерб памятникам старины.

Яйца многих птиц разрушаются под воздействием кислотных осадков. Закисление рек и озёр ведёт к потери ими рыбопромыслового значения. Размножение рыб значительно сокращается при рН < 5,5. Плодородие почв в результате закисления резко ухудшается. Особенно сильный вред кислотные дожди наносят кислым почвам. Закисление уменьшает грануляцию почвы, снижает её воздухопроницаемость. Это явление приводит к уменьшению скорости разложения органических соединений, что замедляет их круговорот, а также к снижению продуктивности азотфиксирующих бактерий. При закислении почв фосфор связывается в труднорастворимую соль и становится малодоступным для растений. Возникает дефицит кальция из-за связывания его в труднорастворимую форму CaSO₄, это наносит ущерб корневой системе. Для растительности очень опасно вымывание металлов из почвы – в первую очередь алюминия и магния. К пагубным последствиям приводит выщелачивание тяжёлых металлов из почвы и горных пород и попадание их в воду рек и озёр.

Опасные нарушения в организмах живых существ может вызвать ядовитая смесь дыма, тумана и пыли – смог. Выделяют два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип, или фотохимический смог). Зимний смог возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных для самоочищения атмосферы погодных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия). Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой примерно в интервале 300 – 400 м от поверхности земли вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха нарушается, загрязняющие вещества не поднимаются вверх и не рассеиваются. Часто возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека значений, вызывая расстройство кровообращения, дыхания. Летний смог возникает летом при интенсивном воздействии солнечного излучения на воздух, чрезмерно насыщенный выхлопными газами автомобилей. При слабом движении воздуха или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с образованием новых токсичных загрязнителей – фотооксидантов (органические пероксиды, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, дыхательной системы, органов зрения. В крупных городах, расположенных в низинах, в результате увеличения количества автомобилей, а следовательно, и выбросов выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность возникновения фотохимического смога повышается.

Воздействие на гидросферу

Литр нефти лишает кислорода, столь необходимого рыбам, 40 тыс. л морской воды. Тонна нефти загрязняет 12 км² поверхности океана. Икринки многих рыб развиваются в приповерхностном слое, где опасность встречи с нефтью весьма велика. При концентрации её в морской воде в количестве 0,1 – 0,01 мл/л икринки погибают за несколько суток. На 1 га морской поверхности может погибнуть более 100 млн. личинок рыб, если имеется нефтяная плёнка. Чтобы её получить, достаточно вылить 1 л нефти.

Источников поступления нефти в моря и океаны довольно много. Это аварии танкеров и на буровых платформах, сброс балластных и очистных вод, принос загрязняющих компонентов реками.

В настоящее время 7 – 8 т нефти из каждых 10 т, добываемых в море, доставляется к местам потребления морским транспортом. На некоторых участках Мирового океана происходит буквально столпотворение. Например, через пролив Ла-Манш, ширина которого 29 км, ежесуточно проходит более 1000 судов. Немудрено, что количество танкерных катастроф здесь велико. Особенно их число увеличилось в 70 – 80-х гг. XX века. Только в 1975 г. погибло 10 танкеров общим водоизмещением в 815 тыс. т. Пожалуй, первая крупная катастрофа, которая всколыхнула мир, произошла в 1967 г. У берегов Западной Европы потерпел аварию супертанкер «Торри Каньон», в море попало 120 тыс. т нефти. Огромное нефтяное пятно обезобразило прибрежные воды и берега Франции и Англии. Погибло 50 тыс. водоплавающих птиц, т. е. 90 % морских птиц этих районов.

В дальнейшем катастрофы крупных танкеров выплескивали в моря и океаны всё новые и новые порции нефти. В 1974 г. произошла авария американского танкера «Трансхерон», имевшего на борту 25 000 т нефти. Из пробоин только за первую неделю вытекло 3500 т нефти! Огромное нефтяное пятно площадью в несколько десятков квадратных километров медленно двинулось к побережью южно-индийского штата Керала, уничтожая морских обитателей.

В январе 1976 г. в залив Бантри (Ирландия) по вине компании «Галф ойл» (США) из танкера «Афран зодиак» водоизмещением 210 тыс. т вылилось 450 т нефти. Под её слоем оказалась вся северная часть залива, а под угрозой и побережье на протяжении 35 км.

В феврале 1976 г. на танкере «Сан-Петер», совершавшем под либерийским флагом плавание из Перу в Колумбию с 33 тыс. т нефти на борту, вспыхнул пожар. Судно затонуло, нефть вылилась в море. Десять дней моряки колумбийских ВМС вели безуспешную борьбу по очистке вод в районе бедствия, охватившего прибрежную полосу протяжённостью около 30 км. В начале 1976 г. у берегов Бретани потерпел крушение супертанкер «Олимпик брейвери» водоизмещением 275 тыс. т – собственность компании, основанной греческим магнатом А. Онассисом. Чудовищное мазутное месиво затопило берега некогда живописного французского острова Уэссан. Правительство было вынуждено привлечь военно-морские силы и саперные подразделения для очистки побережья острова, растительности и животному миру которого уже был нанесён непоправимый ущерб.

В январе 1977 г. танкер «Арго Мерчент» длиной 182 м сел на мель у берегов американского штата Массачусетс. Волны раскололи махину и 29 млн. л тёмной маслянистой жидкости вылилось в океан, образовав пятно размером 240*60 км. В этом же году произошла катастрофа с танкером «Айринз Челленджер» и 20 млн. л нефти попало в акваторию Гавайских островов. Кроме того, в 1977 году в результате пожара на борту танкера «Хэвайан патриот» в северной части Тихого океана вытекло 900 тыс. т нефти.

В 1978 г. случилась одна из самых крупных танкерных катастроф у берегов Бретани. Американский супертанкер «Амоко Кадис» наскочил на рифы, вылив в море 230 тыс. т нефти.

Наиболее крупной аварией в 1979 г. явилось столкновение танкеров «Этлэнтик эмпресс» и «Иджен Кэптэн» в Карибском заливе недалеко от Тринидада. В море вылилось 300 тыс. т нефти.

Ноябрьский шторм 1981 г выбросил на волнорез порта Клайпеда греческий танкер «Глобус Асини». Из образовавшейся пробоины в море вытекло 10 тыс. т нефти.

В августе 1983 г. недалеко от европейского побережья Атлантики загорелся танкер «Кастилло де Бельвер». Судно затонуло, выпустив в воды океана 250 тыс. т нефти.

У побережья Антарктиды в январе 1989 г. потерпел крушение танкер «Баия параисо» с 1 тыс. т дизельного масла на борту. Два месяца спустя трагедия разыгралась в арктических водах Аляски. Танкер «Экссон валдиз» напоролся на риф. Из пробоины вытекло более 40 тыс. т нефти. Образовалось нефтяное пятно площадью до 800 км². Акватория пролива Принц Уильям была объявлена «зоной бедствия». На борьбу с загрязнением были брошены ВМС США. Ряд стран мира (в том числе и Россия) поспешили прийти на помощь. В апреле 1989 г. индийский танкер «Канченджунга» налетел на рифы в Красном море в территориальных водах Саудовской Аравии в 5 км от порта Джида. Из пробоин вытекло более 10 тыс. т нефти.