Розділ 10 вплив промислової діяльності на середовище
Основна ідея. Кожний із видів людської виробничої діяльності тим чи іншим чином впливає на навколишнє середовище, використовуючи при цьому природні ресурси та забруднюючи у процесі діяльності атмосферу — газовими викидами, гідросферу — стоками та скидами, педосферу — твердими відходами.
Смислові зв’язки. Вид людської виробничої діяльності — природні ресурси, які використовуються, — вплив на атмосферу — вплив на гідросферу — вплив на педосферу.
Ключові терміни. Теплові електростанції, атомні електростанції, горіння палива, гірничохімічна промисловість, гірничі розробки, підземне видобування, неорганічні продукти, органічні продукти, сірчана кислота, фосфорна кислота, калійні добрива, пластмаси, чорна металургія, кольорова металургія, машинобудування, ливарне виробництво, механічна обробка металів, гальванічні цехи, паливо, забруднення навколишнього середовища.
Мета — дізнатись про вплив на навколишнє середовище основних сфер промислового виробництва (виробництва енергії, гірничодобувної, хімічної, металургійної, металообробної промисловості) та транспорту, встановити взаємозв’язок між цими видами людської діяльності, типом та кількістю природних ресурсів, які забезпечують їх функціонування, а також встановити вплив цих видів людської діяльності на компоненти природного середовища: атмосферу, гідросферу та педосферу.
10.1. Головні типи промислових виробництв, їхня характеристика
10.1.1. Теплові (тес) та атомні (аес) електростанції
Об’єктами електроенергетики є всі типи електростанцій: теплові, атомні, сонячні, гідравлічні і вітрові, а також теплоелектроцентралі та господарство електромереж. Географія розташування електростанцій України (за Богдарем, 2011) відображена на рис. 10.1.
Провідне місце в електроенергетиці України належить атомним (АЕС) і тепловим (ТЕС) електростанціям — разом вони дають більше 90 % всієї виробленої електроенергії.
00
Рис. 10.1. Географія розташування електростанцій України
Принцип роботи ТЕС — одержання тепла у процесі згорання органічного палива та перетворення його на електричну енергію. Найчастіше використовують такі види природного палива, як вугілля кам’яне та вугілля буре. До основних взаємодій із навколишнім середовищем відносяться витрата палива, води, кисню, зміна ландшафту, а також надходження різноманітних відходів у навколишнє середовище.
У процесі горіння органічних речовин можливе утворення канцерогенних речовин шляхом рекомбінації радикалів, найнебезпечніша із яких бенз(а)пірен — поліциклічний ароматичний вуглеводень (С20Н12). За умови вмісту у паливі сульфуру та його сполук у процесі горіння утворюється один з найбільш токсичних газоподібних викидів — SO2, який складає 98—99 % від викиду сірчистих сполук. Ще однією шкідливою речовиною, яка потрапляє в атмосферу в процесі горіння палива, є оксиди Нітрогену, які утворюються за трьома механізмами:
паливним, що залежить від вмісту Нітрогену у паливі та від надлишку повітря;
швидким, що діє на початку зони горіння, у результаті взаємодії радикалів палива з азотом повітря (вихід NO незначно залежить від температури, але сильно — від структури молекул палива);
термічним, у результаті термічної дисоціації молекул кисню й азоту повітря та наступного окиснювання Нітрогену Киснем. Вихід NO значно залежить від температури.
01
Для спорудження великої ТЕС необхідна площа 2—3 км2. З урахуванням золо- та шлаковідвалів і водойм-охолоджувачів ця величина зростає до 3—4 км2. Уся ця територія зазнає значних впливів від діяльності людини. Великі градирні у системі охолодження істотно зволожують мікроклімат у районі станції, сприяють утворенню низької хмарності, туманів, дощів, що мрячать, у зимовий час — інею та ожеледі, поширюються бактерії (легіонела).
Експлуатація сучасних ТЕС пов’язана з утворенням великої кількості рідких відходів. Порушення природної рівноваги екосистем водойм і водотоків при скиданні в них нагрітої води пов’язують як із самим фактом підвищення температури води, так і з можливим зменшенням через це концентрації розчиненого кисню. Для деяких промислових риб гранична (летальна) температура +37 °С, а для більшості водяних організмів — +25...+35 °С. Загальне використання води ТЕС, що працює на органічному паливі, на 1 ГВт при мінімальній різниці температур на вході та виході з конденсатора в 8 °С, складає 32—43 м3/с.
Одним із факторів впливу вугільних ТЕС на навколишнє середовище є викиди систем складування, транспортування, пилопідготування та золовидалення.
Для визначення сумарного впливу станції на навколишнє середовище необхідно враховувати нерівномірність енергоспоживання, пускові та перемінні режими роботи, за яких вплив ТЕС на навколишнє середовище значно зростає.
Ядерна енергетика використовує енергію, що виділяється в результаті перетворення атомних ядер. До важких ядер, що діляться, відносяться природні ізотопи 235U, 232Th і штучні 233U, 239Рu і 241Рu. Поділ ядер урану супроводжується виділенням близько 200 МВв у результаті однієї реакції, або 20 МВт/г пального. Через нижчий ККД циклів АЕС порівняно з ТЕС (на 25—30 %) теплові скиди на них у системі охолодження вищі, ніж на ТЕС. Наприклад, для охолодження ТЕС потрібно 70—90 м3/с, а для АЕС — 180 м3/с води. АЕС скидають в охолоджувальну систему в 1,5—2,0 рази більше тепла, ніж ТЕС тієї ж потужності.
Основне тепловиділення АЕС у навколишнє середовище відбувається в конденсаторах турбін. Однак питоме тепловиділення в охолоджувальну воду в АЕС більше, ніж у ТЕС, через більшу витрату пари, що визначає великі питомі витрати охолоджувальної води. Тому на більшості нових АЕС передбачається будівництво градирень, у яких теплота виділяється безпосередньо в атмосферу.
Для захисту від прямого виходу радіоактивних відходів ядерних реакцій у навколишнє середовище передбачена ба-
02
гатоступенева система радіаційного захисту. При нормальній експлуатації АЕС радіоактивність контура ядерного реактора обумовлена активацією продуктів корозії, проникненням продуктів ділення у теплоносій. Наведеній радіації піддаються практично всі речовини, які взаємодіють із радіоактивним випромінюванням.
У процесі експлуатації АЕС утворюються газоподібні, рідкі та тверді відходи. Газоподібні викиди через вентиляційну трубу достатньо малі (не перевищують декількох відсотків від гранично допустимого рівня, оскільки на АЕС використовуються високоефективні технології очищення газів). Рідкі відходи — вода, забруднена низькоактивними речовинами, — очищаються й використовуються вдруге. Невеликі її кількості зливаються у побутову каналізацію. За рік роботи утворюється 0,5—1,5 м3 середньоактивних рідких відходів на 1 МВт електричної потужності. Тверді високоактивні відходи — елементи устаткування, інструменти, відпрацьовані фільтри очищення повітря, спецодяг, сміття. Ці відходи не можуть бути штучно дезактивовані. Єдиний спосіб — природний розпад. Рідкі високоактивні відходи піддають концентруванню шляхом нагрівання та випарювання і захороняють у спеціальних контейнерах. Тверді — спресовують і захороняють у металевих контейнерах.
У процесі роботи реактора концентрація ядер, що поділяються, у ТВЕЛах поступово зменшується: ТВЕЛи вигорають. Близько 1/3 ТВЕЛів вимагає щорічної заміни. Витягнуті ТВЕЛи зберігають у воді в межах реактора декілька тижнів (150 діб) до розпаду радіоактивних елементів із коротким періодом напіврозпаду.
АЕС — складова ядерного паливного циклу (ЯПЦ), або повного ядерного циклу. Цей цикл складається з:
видобування та переробки уранової руди з одержанням хімічних концентратів урану. На цьому етапі з надр іде виділення радіоактивного радону. Збагачення руди йде від приблизно 0,7 до 3,0 %. Для забезпечення паливом блока АЕС потужністю 1000 МВт потрібно 50—80 тис. т руди на рік. У відвалах залишається приблизно 70 % природних радіоактивних речовин;
одержання чистих сполук U з концентратів. При одержанні 2 кг U3O8 утвориться 3—3,5 м3 рідких токсичних і радіоактивних відходів;
виробництва UF6 і поділу його ізотопів. На цій стадії в атмосферу виділяються F2, HF і низькоконцентровані радіоактивні відходи;
виготовлення ядерного палива та ТВЕЛів (тепловидільних елементів);
0
використання палива для одержання енергії на АЕС; • переробки відпрацьованого на АЕС ядерного палива.
Заводи із переробки ТВЕЛів — серйозне джерело забруднення навколишнього середовища. Велика частина радіоактивних елементів міститься у стічних водах. Їх збирають і зберігають у герметичних ємностях, але частина СВ скидається (один завод за рік скидає 500—1500 м3 СВ). 85Кr, 133Хе, частина 131I потрапляє в атмосферу з випарників, які використовуються для концентрування рідких стоків. Період напіврозпаду 239Рu — 24 500 років, його треба зберігати 490 000 років.
Після 30 років постійного опромінення АЕС повинна бути закрита.
Ряд великих аварій на АЕС (Чорнобиль, 1986 р.; Фукусима, 2011 р.) похитнули віру людства у перспективність розвитку атомної енергетики і спонукали активний пошук у застосуванні альтернативних джерел енергії.