Попадая в атмосферу с восходящими воздушными потоками, эти соединения способны сформировать токсичные облачные структуры, из которых они проливаются в виде дождей. Общепризнанно, что кислотные дожди являются причиной гибели растительности и животных, а также приводят к другим негативным изменениям окружающей природной среды.
Вокруг промышленных объектов, являющихся источниками кислотных дождей, в радиусе 3–5 км практически уничтожен травяной покров, погибают хвойные деревья. На склонах пересеченного рельефа интенсивно развиваются эрозионные процессы: смывается гумусовый горизонт, сеть глубоких эрозионных промоин и рытвин расчленяет поверхность. Ландшафт вокруг такого объекта становится антропогенной пустыней.
Радиус общего загрязнения атмосферного воздуха крупными промышленными предприятиями оценивается величиной ~ 30 км; радиус зоны максимального загрязнения составляет от 10 Н до 14 Н, где Н — высота заводских труб. Воздух загрязнен пылью, двуокисью азота, фенолом, сажей, свинцом.
Значительным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт. Автомобили сжигают миллионы тонн бензина и дизельного топлива, расходуют миллионы тонн кислорода и выбрасывают огромное количество продуктов горения, содержащих угарный газ, оксиды азота, свинец, бензапирен и многие другие токсичные вещества; подсчитано, что среднестатистический автомобиль выбрасывает в год 0,8 т вредных веществ.
5.2. Загрязнения атмосферы при взрывах
Взрывы чаще всего происходят на пожаро— и взрывоопасных объектах, где могут возникнуть условия для образования газопаровоздушных и пылевоздушных смесей, где в больших количествах применяются углеводородные газы (метан, этан, пропан). Возможны взрывы котлов в котельных, газовой аппаратуры, продукции и полуфабрикатов химических заводов, паров бензина и других компонентов, муки на мельницах, пыли на элеваторах, сахарной пудры на сахарных заводах, древесной пыли на деревообрабатывающих предприятиях. Взрывы пылевоздушных смесей в виде аэрозолей представляют одну из основных опасностей химических производств.
Могут быть взрывы в жилых помещениях, когда люди забывают выключить газ. Взрывы происходят на газопроводах при плохом контроле за их состоянием и несоблюдении требований техники безопасности при их эксплуатации. К тяжелым последствиям приводят взрывы рудничного газа в шахтах.
В промышленности большое количество технологических процессов связано с взрывоопасными газодисперсными системами: процессы осаждения пылей, пневмотранспортировка, размельчение материалов, сушка, хранение, сжигание, шлифовка поверхностей, механическая обработка горючих материалов, составление порошковых композиций и их прессование. Аварийные ситуации или нарушения технологических режимов могут создать условия для воспламенения газодисперсной системы, процесс горения которой может носить характер взрыва.
Необходимым условием возникновения взрыва является присутствие горючей пыли с концентрацией в пределах воспламенения и источника зажигания. Давление при таком взрыве сопровождается волной сжатия, скорость которой в окружающей среде от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров в секунду. Быстрое нарастание давления взрыва является в большинстве случаев достаточным для разрушения или повреждения оборудования. Эта опасность усиливается, если первоначальная вспышка пыли местного характера приводит в состояние аэрозоля значительные количества осажденной пыли с ее воспламенением. В этом случае взрыв может распространяться до тех пор, пока имеется горючая пыль. Эта особенность является наиболее важной для различения взрыва пылей от взрыва горючих газов и паров.
Особенно опасна смесь, в которой находится в диспергированном состоянии горючая пыль, а газообразная фаза содержит горючие пары или газы. Более высокая чувствительность такой смеси к воспламенению легко приводит к разрушительному комбинированному взрыву пыли и газа. Такие взрывы происходят в угольных шахтах.
Часто взрывному превращению промышленных аэрозолей предшествует фаза тления. По данным российских и зарубежных исследователей [156,157] время перехода тления в горение, в том числе в дефлаграционное горение (тепловой взрыв), при благоприятных условиях является очень незначительным (от долей секунды до нескольких секунд), а скорость распространения фронта пламени лежит в пределах от 8 м/с до 1,5 км/с.
Загрязняющие и токсичные вещества в продуктах взрыва практически те же, что и при обычном горении (при пожаре) исходных ингредиентов.
5.3. Поступление в атмосферу токсичных продуктов при испарении проливов
Проливы загрязняющих и токсичных веществ при аварийных ситуациях представляют большую опасность для человека и природных сред, так как возникающие выбросы не имеют вертикальных начальных скоростных импульсов и перемещаются в атмосфере только за счет ветра и архимедова всплытия. Поэтому объемы проливов в виде пара или газа стелются в сравнительно тонком приземном слое, в котором находятся живые организмы, и могут привести к их отравлению.
Наибольшую опасности создают проливы боевых отравляющих веществ, сильнодействующих ядовитых веществ, сжиженных газов и нефтепродуктов. Аварии с ядами обычно рассматриваются гипотетическими; они могут иметь катастрофический глобальный масштаб, и возможность подобных аварий должна быть полностью исключена в практике работы с такими продуктами.
Что касается проливов сжиженных газов и нефтепродуктов, то такие происшествия в нашей стране носят массовый характер. В частности, в процессе эксплуатации нефтяных и газонефтяных скважин на поверхность земли могут вырываться напорные струи в виде фонтанов, которые нередко становятся пожарами. Условно фонтаны подразделяются на газовые (содержащие газа 95-100 %), нефтяные (содержащие нефти более 50 %, а газа меньше 50 %), газонефтяные (содержащие газа более 50 %, нефти меньше 50 %).
Если проливы углеводородного сырья и топлив не отягощены пожарами или взрывами, то в окружающую среду поступают эти продукты в виде пара или газа и рассеиваются в атмосфере под действием ветра и турбулентной диффузии. При горении или взрыве пролива над местом инцидента возникают кратковременные или стационарные выбросы продуктов горения, всплывающие на некоторую высоту. Их дисперсия происходит из приподнятого источника, и концентрации приземных загрязнений будут ниже, чем от обычного пролива.
Горение нефти и нефтепродуктов может происходить в резервуарах, производственной аппаратуре и при их разливах на открытых площадях. При пожаре нефтепродуктов в резервуарах могут происходить взрывы, вскипание горючего вещества и его выброс. Весьма опасны вскипания нефтепродуктов, содержащих воду. При вскипании стремительно возрастает температура продукта до ~ 1,5 тыс.°С, а высота пламени до десятков метров. Для таких пожаров характерно бурное горение вспененной массы горючего вещества.
При взрыве объема с нефтепродуктами или газами наблюдаются выбросы этих продуктов из резервуаров в парожидкой и капельной фракциях. Тонны вещества могут быть выброшены на расстояния более восьми диаметров емкости, а площадь горения может достигать нескольких тысяч квадратных метров. Продолжительность подобных инцидентов может составлять многие часы и зависит от массовых, геометрических и теплофизических характеристик продукта, а также от рельефа местности и метеорологических условий.
На скорость выгорания проливов влияют не только специфические химические реакции, но и неконтролируемый приток окислителя из окружающей среды. Значения скорости выгорания продукта в проливе зависят также от его плотности и вида. Эти данные представлены в таблице 5.1. (При наличии сертификата, содержащего данные о плотности продукта, его значение принимается по сертификату. В случае отсутствия таких данных принимается среднее значение этого параметра, указанное в таблице в скобках).
При пожарах на открытом пространстве, возникающих в результате аварий на нефтебазах, нефтехимических производствах, трубопроводах или продуктопроводах, на железнодорожном или автомобильном транспорте, реализуется неконтролируемое горение.
Таблица 5.1.
Скорость выгорания и плотность нефтепродуктов
Если в процесс горения вовлечены большие массы продукта, то над очагом пожара возникает конвективная колонка — струя нагретых продуктов сгорания, которые забрасываются восходящим мощным потоком в пограничный и тропосферные слои атмосферы. Высота конвективной колонки прямо пропорциональна количеству тепла, выделяяющемуся при горении. Очаг пожара имеет сложную структуру и включает в себя зону пиролиза углеводородного топлива, зону догорания газообразных и конденсированных продуктов пиролиза. Горение происходит при постоянном давлении и имеет диффузионный характер, т. е. лимитируется поступлением кислорода благодаря подсосу воздуха из окружающей среды.
Таблица 5.2.
Класс опасности и ПДК загрязняющих веществ при горении проливов нефти и нефтепродуктов
В таблице № 5.2, заимствованной из [168], приведены данные о выбросах загрязняющих веществ при горении нефти и нефтепродуктов.
В таблице № 5.3, взятой из того же источника, приводятся характеристики выбросов основных загрязнителей при сгорании проливов различных топлив. Под удельными выбросами приняты выбросы, отнесенные к единице массы сгоревших нефти и/или нефтепродуктов. Даны численные значения для диоксида азота, оксида и диоксида углерода, сажи, углеводородов, бенз(а)пирена в кг/кг или т/т и.
Таблица 5.3.
Удельные выбросы загрязняющих веществ, отнесенные к единице массы сгоревших нефтепродуктов
В заключение этого раздела отметим, что как для мгновенных, так и для непрерывных выбросов из проливов размеры зон опасности будут больше и по длине и по ширине, когда выбрасывается большее количество вещества. Особенно важны размеры площади испарения, когда пар или газ, кипя или просто испаряясь, попадают в атмосферу из лужи разлития. Из небольшой лужи будет испаряться небольшое количество вещества — из больших луж будет более высокий уровень выброса, а следовательно, они будут приводить к более высокой токсической опасности.