Исследование величин приземных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе объектов теплоэнергетики в зависимости от вида топлива

Сопоставление данных по содержанию тяжелых металлов в почве и растительности свидетельствует о превышении ПДК по одним и тем же тяжелым металлам в растительности и почве с одной площадки.

Анализ пробных укосов травянистой растительности (табл. 3) показывает, что урожайность растений больше на возвышенных участках по сравнению с участками, расположенными ниже уровня полотна железной дороги. Вблизи полотна железной дороги доминируют виды из семейства Polygonaceal, Chenopodiaceal и Asteraceal. По мере отдаления от источника загрязнения доминирующими видами остаются семейство Asteraceal и появляются растения семейства Fabaceal. На суходольных лугах урожайность растений семейства Asteraceal и Fabaceal достигает 300-400 г воздушно-сухой массы. На экспериментальных участках вблизи железной дороги воздушно-сухая масса травянистой растительности в 3-6 раз ниже. Это свидетельствует об угнетении растений в исследуемых условиях.

В результате проведенного исследования выявлено влияние железнодорожного транспорта на состояние почвы и растительности. Определение железа, меди и свинца в почве и растениях показывает, что в исследуемых объектах уровень содержания тяжелых металлов значительно превышает ПДК. Урожайность растений, произрастающих на исследуемых почвах, низкая. Эти факты свидетельствуют о загрязняющем воздействии железнодорожного транспорта на окружающую среду.

Литература

1. АлексеенкоВ.В., АлексеенкоЛ.П. Биосфера ижизнедеятельность.-М.:Логос,2002.- 212с.

2. Добровольский В.Г., Гришина А.А. Охрана почв. - М.: Изд-во Московского ун-та, 1985. - 268с.

3. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1991. - 151 с.

4. Ковальский В.В., Гололобов А.Д. Методы определения микроэлементов в органах и тканях животных, растений и почвах. - М.: Колос, 1969. - 272 с.

5. Маевский П. Ф. Флора средней полосы Европейской части СССР. -М.:Колос, 1964. - 880с.

6. Эколог ия и железнодорожный транспорт /Под ред. Ю. И. Коробова -М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1993.-32с.

7. Лютте У., Хингиботан Н. Передвижение веществ в растении/Пер. с англ. Ю.А. Маузеля. - М.: Колос, 1984. - 408с.

Л.В. Тихонова, Е.А. Затынина

Курганский государственный университет,

кафедра аналитической и неорганической химии;

analyt@kgsu.ru;

Т.А. Шингаренко

ООО НПО "Экоцентр";

ekocen tr@jnfocentr.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЛИЧИН ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ТОПЛИВА

В ходе исследования рассчитаны валовые и максимально-разовые выбросы загрязняющих веществ для трех наиболее распространенных видов топлива: угля, мазута и природного газа. Изучено распределение величин приземных концентраций этих веществ с учетом ПДК, выявлены факторы, влияющие на поля рассеивания. На основании карт рассеивания разработаны предложения по снижению выбросов загрязняющих веществ. Данные работы могут быть использованы

при проведении ведомственного контроля, государственного экологического контроля, формировании системы экологического мониторинга.

Работа проводилась на базе ООО НПО "Экоцентр", при использовании данных центра по гидрометеорологии и мониторингу Курганской области.

Энергетика является одной из наиболее крупномасштабных отраслей промышленного производства. Это основа развития всех отраслей промышленности, определяющих прогресс в целом, но, как любая из отраслей цивилизации, энергетика имеет обратную сторону

Малые и крупные объекты теплоэнергетики в качестве топлива используют уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ и реже - древесину и торф. Основными компонентами горючих материалов являются углерод, водород и кислород, содержатся сера и азот, присутствуют также следы металлов и их соединений (чаще всего оксиды и сульфиды).

При сжигании топлива реализуется первичная (тепловая) энергия, которая может быть преобразована в электрическую с определенным коэффициентом полезного действия (40-44% на тепловых электростанциях, где сжигается углеродсодержащее топливо. Выработка одновременно электрической энергии и горячей воды на теплоэлектроцентралях повышает кпд использования первичной энергии до 80%.

В теплоэнергетике источником массированных атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции и любые промышленные и коммунальные предприятия, работа которых связана со сжиганием топлива. В состав отходящих дымовых газов входят диоксид углерода, диоксид и триоксид серы, оксиды азота, бенз(а)пирен и ряд других компонентов, поступление которых в воздушную среду наносит большой ущерб как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, населению городов.

Важнейшими источниками химического загрязнения окружающей среды в России являются промышленные предприятия, тепловые электростанции, котельные и автомобильный транспорт. В нашем регионе имеется одна ТЭЦ и большое количество малых котельных.

Известно, что атмосферное загрязнение в первую очередь влияет на сопротивляемость организма, результатом снижения которой становится повышенная заболеваемость, а также другие физиологические изменения организма. По сравнению с другими источниками химического загрязнения (пища, питьевая вода) атмосферный воздух представляет собой особую опасность, поскольку на его пути нет химического заслона, подобного печени при проникновении загрязняющих веществ через желудочно-кишечный тракт.

Зависимость возможных нарушений здоровья человека от влияния загрязнений окружающей среды тепловыми электростанциями выражается следующим образом: пыль, зола, содержащая свободный оксид кремния и соединения практически всех металлов, в том числе мышьяка, ванадия, ртути, свинца сказываются на уменьшении вентиляционной способности и емкости легких, повреждении слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Возникают фиброзные изменения в легких. Происходит накопление в организме диоксида кремния, что приводит к такому заболеванию как силикоз. Выявлено повышение смертности от рака легкого и кишечника.

Сернистый ангидрид и оксид углерода приводят к общему отравлению организма, проявляющемуся в из-

менении состава крови, поражении органов дыхания, повышении восприимчивости к инфекциям, нарушении обмена веществ, повышении артериального давления у детей. Возникают такие заболевания как ларингит, бронхит, конъюнктивит, ринит, ринофарингит, эмфизема, бронхопневмония, астма, аллергические реакции, острые заболевания верхних дыхательных путей и системы кровообращения. При кратковременном загрязнении - раздражение слизистой оболочки глаз, слезотечение, затрудненное дыхание, головные боли, тошнота, рвота. Повышаются уровни общей заболеваемости и смертности. Повышается утомляемость, ослабляется мышечная сила, снижается память, замедляется восприятие, ослабляется функциональная способность сердца, изменяется бактерицидность кожи.

Оксиды азота вызывают такие нарушения здоровья людей как резкое раздражение легких и дыхательных путей, возникновение в них воспалительных процессов, образование метгемоглобина, понижение кровяного давления.

Сажа, являющаяся носителем смолистых веществ, в том числе бенз(а)пирена, приводит к повышению заболеваемости и смертности от рака легкого. Однако не только бенз(а)пирен, но и промышленная пыль, диоксид азота и диоксид серы способны вызывать онкологические заболевания, если концентрация любого из них превышает 2 ПДК в течение длительного времени. Это обстоятельство заслуживает особого внимания, так как устойчивый рост концентраций диоксида азота в атмосферном воздухе городов обусловлен ростом парка автомобилей, выбросы от которых более чем в 150 городах России уже превышают промышленные выбросы.

Задачей нашего исследования было установить распределение содержания вредных компонентов в атмосферном воздухе вблизи возможного источника эмиссии.

В ходе исследования с помощью специализированной программы расчета выбросов вредных веществ в атмосферный воздух от котельных (УПРЗА "Эколог") сначала были рассчитаны валовые и максимально-разовые выбросы диоксида и оксида азота, оксида углерода, диоксида серы, бенз(а)пирена, сажи и золы при условии, что котельная работает на трех наиболее распространенных видах топлива: угле, мазуте и природном газе. Основными характеристиками топлива являются: наименьшая теплота сгорания, зольность и сернистость. Поскольку угли сильно отличаются друг от друга по своим характеристикам, то для сравнения рассмотрены два вида углей: Кузнецкий и Челябинский. На Челябинском угле работает котельная санатория "Сосновая роща". Для нее расход угля определен. На основе этих данных рассчитаны расходы Кузнецкого угля, мазута и природного газа. Валовые и максимально-разовые выбросы исследуемых загрязняющих веществ для различных видов топлива представлены в табл.1.

Из таблицы видно, что максимальный выброс оксидов азота установлен при сжигании Кузнецкого угля, диоксида серы и бенз(а)пирена - при сжигании мазута, оксида углерода, золы и сажи - при сжигании Челябинского угля. Причем, если по выделению оксида углерода и сажи выбросы Челябинского и Кузнецкого углей отличаются незначительно, то по золе выбросы Челябинского угля превышают выбросы Кузнецкого почти в 3 раза. Это обусловлено тем, что у Челябинского угля зольность выше, чем у Кузнецкого. Для мазута велики значения выбросов диоксида серы, что обусловлено высокой сернистостью этого вида топлива. При сжигании природного газа выделяется меньшее количество загрязняющих веществ: отсутствуют диоксид серы, сажа и зола. При этом выбросы бенз(а)пи-

рена наименьшие по сравнению с другими видами топлива, основную часть выброса составляют оксид углерода и диоксид азота. Таким образом, природный газ является наиболее экологически чистым видом топлива, поэтому большая часть мелких котельных нашего региона переведены на газ. В свою очередь это сказывается на увеличении валового выброса диоксида азота.

Таблица 1

Валовые и максимально-разовые выбросы исследуемых загрязняющих веществ для различных видов топлива

№ ист. выделения Ед. изм. 1 2 3 4

Название Котт "ДКВР-6,5/13" Котт "ДКВР-6,5/13" Котт "ДКВР-6,5/13" Котт "ДКВР-65/13"

Вид топлива Челябинский уголв Кузнецкий уголв Мазут Природнвш газ

4зота оксид г/с 0.1316513 0.1498976 0.1003547 0.0392741

т/год 4.050231 4.246911 2.690650 1.965786

4зота диоксид г/с 0.8101616 0.9224468 0.6175672 0.2416870

т/год 24.924498 26.134835 18.219382 12.097145

Углерод оксид г/с 12.0298206 12.0298205 0.7854018 0.5375644

т/год 312.192487 312.177712 22.033069 21.893858

Сера диоксид г/с 2.0733444 0.3685272 10.3976281 -

т/год 53.806500 9.563400 291.687200 -

Сажа г/с 4.0011909 4.0011909 0.1850551 -

т/год 103.837105 103.832191 5.191395 -

Зола угнеи г/с 6.8881108 2.1292684 0.0471836 -

(Купецкий) т/год 178.757150 55.255200 1.322712 -

Бенз/а/пир ен г/с 0.00000758800 0.00001017500 0.00001376400 0.00000035500

(3,4Бензпирен) т/год 0.00019678000 0.00026384400 0.00038584300 0.00001445100

Расчеты рассеивания атмосферных выбросов предприятий осуществляются на основе "Указаний по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий СН 369-74". Методика расчета основана на определении концентрации загрязняющих веществ в приземном слое воздуха (мг/м3).

Максимальная концентрация каждого токсичного соединения Смакс в приземном слое атмосферы не должна превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации данного вещества ПДКм в атмосферном воздухе:

С <ПДК

макс ^ м.р.

Значение Смакс при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем (трубы) при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника определяется по формуле:

_АМР-т-п

где А - коэффициент, зависящий от условий вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе (для Центральной части России он составляет 120); М- масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с; V- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (для газообразных соединений и мелкодисперсных аэрозолей он равен 1; для пыли и золы V зависит от степени очистки:

при г|> 90 % Р= 2, при г|<75% Р=3); т,п- безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из источника (трубы): обычно т=1, но может варьировать от 0,8 до 1,5; п изменяется от 1 до 3; Н - высота трубы над уровнем земли, м;

Ж - разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и воздуха, °С (= — )',

V- объем выбрасываемой газовоздушной смеси, мЗ/с.

Предельно допустимый выброс ПДВ (г/с) вредного вещества в атмосферу при повышенной температуре из

СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1

109

одиночного источника, при котором обеспечивается его концентрация в приземном слое воздуха, не превышающая ПДК, определяется по формуле:

ПДВ =

ПДК  Н2 • V V  At

А • Е • т • п

При этом концентрация вредного вещества в отходящих газах возле устья трубы не должна превышать значения Смакс(тр) (г/м3), определяемого по формуле:

С

ПДВ _ ПДК  Н2  VAt

макс

V А • Е • т • п •V2 Минимальная высота трубы Н (м) в первом приближении может быть найдена по формуле:

H =

A • M • F • m • n ПДК • V V •At

При неблагоприятных метеорологических условиях и высоте трубы Н концентрация вредных веществ вблизи от земной поверхности достигает максимума Смакс(пов) на расстоянии х (м):

х=кН,

где к- безразмерный коэффициент, среднее значение которого 20.

Рассеяние вредных веществ в атмосфере не является эффективным средством ее защиты от загрязнений, однако к нему до сих пор прибегают, чтобы снизить концентрацию токсичных соединений, например диоксида серы и оксидов азота, в районе их выбросов. Основное внимание при проектировании промышленных предприятий или реконструкций действующих должно уделяться возможно более полной очистке атмосферных выбросов от токсичных компонентов. Практически полная очистка достигается редко, так как затраты на очистные сооружения обычно достигают 15-20 % от капиталовложений на технологическую установку, причем выделение каждой примеси тем сложнее, чем ниже ее содержание в смеси. При сжигании твердого топлива состав выброса определятся основными его характеристиками, а при сжигании нефтепродуктов и газа немаловажным является режим горения топлива. Еще одним фактором, влияющим на рассеяние загрязняющих веществ в атмосфере, является высота источника выброса, определяющая расстояние, на которое расходятся пылегазовые потоки. Как правило, на каждом предприятии для отвода газов и пылеудаления используют высокие (200-350 м) трубы. Их применение позволяет распределять загрязняющие вещества на большие площади, снижая тем самым их общую концентрацию в атмосфере. Так, из трубы высотой 200 м пылегазовые потоки расходятся на 20 км, а из трубы высотой 250 м -на 75 км.

В данной работе исследование проводилось на примере котельной санатория "Сосновая роща". Результат расчета приземных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе с использованием специализированной программы представлен в виде карт рассеивания. Проделано 8 вариантов расчета для 7 веществ. Исследование показало, что при сжигании Челябинского угля превышение ПДК наблюдается для золы (в 3,1 раз), для оксидов азота, диоксида серы, оксида углерода, бенз(а)-пирена и сажи превышений нет. Полученные карты позволяют разработать предложения предприятию по снижению выбросов загрязняющих веществ. В случае котельной санатория "Сосновая роща" предложено: использование другого угля с меньшей зольностью (например, Кузнецкого), установка циклона, либо увеличение высоты трубы котельной.

Таким образом, проведенная нами исследовательская работа позволяет на основании рассчитанных валовых и максимально-разовых выбросов предложить использование наиболее экологически чистого топлива и на основании изучения карт рассеивания разработать мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Данные работы могут быть использованы при осуществлении контроля за соблюдением природоохранного законодательства.

Список литературы

1. Величковский Б.Т., Кирпичев В.И., Суровегина И.Т. Здоровье человека и окружающая среда: Учеб. пособие.- М.:Новая школа, 1997 -240 с.

2. Голицын А.Н. Основы промышленной экологии: Учебник для нач. проф. образования. - М.:ИРПО, Изд.центр "Академия", 2002.-240 с.

3. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов, ср. школ и колледжей.-2-е изд., испр. и доп.-М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002 - 240 с.

4. Орлов Д. С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязне-нии.Учеб. пособие для хим., хим.-технол. и биологич. спец. вузов / Д.С.Орлов, Л.К.Садовникова, И.Н.Лозановская - М.: Высш.школа. -2002 -304 с.

5. Протасов В. Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие.-2-е изд.-М: Финансы и статистика, 2000.-672 с.

Л.В. Мосталыгина, С.Н. Елизарова, С.В. Старцева, С.В. Брагина

Курганский государственный университет

ИЗУЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ РЯДА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЖЕЛУДОЧНОМ СОКЕ И В СИСТЕМЕ ЖЕЛУДОЧНЫЙ СОК-БЕНТОНИТОВАЯ ГЛИНА

Проблема состояния желудочно-кишечного тракта в связи с возрастающим уровнем антропогенной нагрузки в последнее время стоит особенно остро.

В работе впервые изучено влияние бентонитовой глины Зырянского месторождения на содержание тяжелых металлов - цинка, меди, свинца и кадмия в желудочном соке высокочувствительным и селективным методом инверсионной вольтамперометрии.

В ходе проведенного эксперимента при анализе желудочного сока было установлено наличие в нем следующих тяжелых металлов: меди, кадмия, свинца и цинка, причем эксперимент показал, что содержание меди в желудочном соке у всех исследованных людей максимально относительно других металлов, а содержание кадмия - наименьшее.

Исследованием установлено, что глина Зырянского месторождения является эффективным природным сорбентом. По данным эксперимента наблюдается закономерное уменьшение содержания тяжелых металлов под действием бентонитовой глины, причем в большей степени в базальной секреции.

Предположен механизм ионного обмена в рассматриваемой системе.

Ключевые слова: бентонитовая глина, желудочно-кишечный тракт, тяжелые металлы, инверсионная вольтамперо-метрия.

The problem of alimentary canal condition is especially urgent due to the ever increasing level of anthropogenic loading nowadays.

The paper investigates influence of bentonitic clay of Zyryanka deposit on the content of heavy metals (zinc, copper, lead, cadmium) in gastric juice by means of highly sensitive selective method of inversion voltamperometry.

Part of the experiment was the analysis of gastric juice that indicated several heavy metals contained in it: copper, cadmium,