Воздействие на окружающую среду и утилизация отходов

 

Неблагоприятным следствием работы ТЭС и АЭС является изменение местной экологии тепловыми сбросами, количество которых составляет 6–8 тыс. кДж на 1 кВт-ч выработанной энергии.

Весьма мощным источником загрязнения окружающей среды служат газовые и пылевые выбросы ТЭС. В частности, их доля в загрязнении атмосферы развитых стран составляет 20–30 %, в том числе по оксидам серы и азота – 40–50 %. В отличие от ряда других стран, ни одна из отечественных ТЭС еще не реализовала промышленную очистку газов от оксидов азота и серы.

Эксплуатация АЭС выдвигает ряд специфических экологических проблем. К ним относится необходимость создания специальной отрасли промышленности для переработки отработавших тепловыделяющих элементов. Остра ситуация с заменой отслужившего срок службы (30 лет) основного оборудования АЭС. Нужны специальные мероприятия по консервации и временной выдержке оборудования для снижения степени его радиоактивного загрязнения.

Сооружение и эксплуатация крупных гидроузлов связаны со значительными изменениями в естественной природной среде. Например, в Красноярской ГЭС на Енисее образовано гигантское водохранилище длиной 380 км с площадью зеркала около 2000 км² и полным объемом 73,3 км³. Одним из важнейших вопросов при возведении гидроэлектростанций является сокращение площади затопляемых территорий, в частности особо ценных (сельскохозяйственного назначения, месторождений полезных ископаемых и т.п.).

Необходимо учитывать, что водохранилища способны создавать микроклимат с повышенной влажностью воздуха, изменять розу ветров, температурные и ледовые режимы водотока, вызывать подъем уровня грунтовых вод в прибрежной зоне и ряд других явлений (заболачивание и засоление почв, нарушение среды обитания диких животных, распространение малярии и т.п.).

Отходы теплоэнергетики (золы и шлаки) находят применение при утилизации в различных отраслях народного хозяйства. Главная область их использования – производство строительных материалов.

В сельском хозяйстве топливные шлаки и золы вносят в почву как источник микроэлементов и для снижения их кислотности. В металлургии они могут перерабатываться на глинозем, служить для извлечения редких металлов (германий, селен и др.).

В ряде случаев в топках котлов ТЭС, ТЭЦ и котельных используют сбросные воды для огневого обезвреживания и энергетической утилизации содержащихся в них нефтепродуктов и других органических веществ. Это существенно улучшает экологические и технико-экономи-ческие показатели, а также надежность работы энергетического оборудования.

Общая энергоемкость производства в народном хозяйстве определяется удельным энергопотреблением и количеством отходов, образующихся в полном жизненном цикле «от колыбели до могилы». Энергоемкость национального дохода России значительно превышает показатели развитых стран и составляет 4,5 кг условного топлива на 1 доллар, что в пять раз больше, чем в США, и в 10 раз – чем в Японии. Соответственно выбросы вредных веществ в настоящее время составляют, г/долл.: Россия – 180, США – 40; Япония – 10.

 

Транспорт

 

Транспорт – это отрасль материального производства, осуществляющая перевозки пассажиров и грузов, которую можно подразделить на транспорт общего и специального назначения. Первый предназначен для перевозки различных грузов и людей: наземный (железнодорожный, автомобильный), водный (морской, речной), воздушный. К транспорту специального назначения относят промышленный (заводской и рудничный), а также трубопроводный, которые используются только для перемещения индустриальных грузов и участия во вспомогательных технологических операциях.

 

Железнодорожный транспорт

 

Этот вид транспорта отличают низкая себестоимость перевозок и круглогодичность функционирования. Протяжённость железных дорог России в 1997г. составила 160 тыс. км., что уступает только США. При 7% от мировой протяжённости на российские железные дороги приходится четверть грузооборота и 15% пассажирооборота всех государств. Внутри страны доля этого вида транспорта равна 80% в суммарном грузообороте и более 40% – в пассажирском. Масса грузовых маршрутов в настоящее время на главных направлениях достигает 4–6 тыс. т., в отдельных случаях пропускают составы 6–10 тыс. т., и более. В качестве локомотивов используют тепловозы и электровозы. Максимальная скорость движения грузовых поездов достигает 100 км/час, пассажирских – 120–160 км/час. В последние годы в ряде стран, включая Россию, строят сверхскоростные железные дороги, позволяющие обеспечить скорость движения пассажирских составов со скоростью 220–260 км/час.

Железнодорожные вагоны в соответствии с типом перевозимых грузов классифицируются на пассажирские, специального назначения, включаемые в пассажирские поезда (почтовые, багажные, рестораны, салоны и др.) и товарные. Товарные вагоны для перевозки твёрдых грузов делятся следующим образом: 1) на крытые (для грузов, требующих защиты от атмосферных воздействий); 2) полувагоны для навалочных материалов (руда, уголь и др.); 3) думкары – саморазгружающиеся открытые вагоны с опрокидываемой платформой для перевозки сыпучих материалов на небольшие расстояния; 4) платформы для транспортировки длинных и громоздких грузов, автомашин; 5) изотермические вагоны (рефрижераторы) для скоропортящихся продуктов.

Для нефти и нефтепродуктов, других жидких грузов используют железнодорожные цистерны емкостью до 85м³.

В последние годы возрос интерес к разработке и использованию сверхскоростных систем железнодорожного транспорта: монорельсовых дорог и поездов на магнитной подушке.

Монорельсовая дорога состоит из железобетонной или металлической балки (рельса), поднятой на 4–7 м над поверхностью земли и опирающейся на бетонные опоры, и подвижного состава (вагонов) на малошумном пневматическом ходу. Поезда включают 1–6 вагонов и развивают скорость 70–125 км/час.

Поезда на магнитной подвеске работают по следующему принципу. На пути и вагонах устанавливаются магниты, обращённые одноимёнными полюсами друг к другу. В результате их отталкивания вагон зависает над путём на высоте около 10–15 мм. Для инициирования горизонтального движения обычно используют электродвигатели. Скорость экспериментальных поездов превышает 300 км/час.

Общими недостатками железнодорожного транспорта являются большие капитальные затраты на сооружение дорог и большой расход металла (до 300 т на 1 км двухколейного пути).

 

Автомобильный транспорт

 

Автомобильный транспорт получил широкое применение, имея ряд достоинств: относительно высокую скорость движения по усовершенствованным дорогам; хорошие проходимость и маневренность; менее высокие капитальные вложения в строительство автодорог в сравнении с железнодорожным транспортом. К 1998 г. число транспортных средств с бензиновым двигателем в мире превысило 1.5 млрд. Протяжённость автомобильных дорог с асфальтовым покрытием только в Европе и Северной Америке достигла почти 10 млн. км. По ним ежегодно перевозится 16 млрд. т. грузов.

Подвижной состав автотранспорта представлен пассажирскими, грузовыми и специальными автомобилями.

Пассажирские машины в зависимости от вместимости и конструкции разделяются на легковые и автобусы (городские, междугородные и специального назначения).

Грузовые автомобили по устройству кузова, определяющего их транспортное назначение, классифицируются на грузовые общего назначения (с бортовыми платформами); самосвалы; тягачи; специализированные (фургоны, цистерны, рефрижераторы, контейнеровозы, панелевозы, самопогрузчики и др.).

Специальные автомобили имеют на шасси оборудование для выполнения ряда операций (пожарные, автокраны, погрузчики и т.п.).

На автотранспорте эксплуатируют различные виды двигателей: карбюраторные, дизельные, газовые, поршневые, паровые и газотурбинные. Наиболее распространены карбюраторные двигатели для легковых машин и дизельные – для грузовых.

Масса перевозимого автомобилем полезного груза может быть различна и для грузового транспорта измеряется от 200–500 кг до 180 т (карьерные самосвалы). В мировой практике известны экземпляры грузоподъёмностью 600 т. с двигателем 3300 л.с.

Современные автомобили имеют скорость передвижения даже выше железнодорожного транспорта. Грузовые машины способны преодолевать скорость 80–120 км/час, массовые легковые – 140–180 км/час, машины высших классов – до 200–250 км/час. Абсолютный рекорд скорости автомобилей превысил звуковой барьер (1230 км/час).

Достигнута высокая экономичность работы автотранспорта. Современные марки легковых автомобилей на 100 км пробега расходуют 4,5–6,0 л бензина при оптимальной скорости движения 90 км/час.

По своему значению автомобильные дороги России подразделяют на общереспубликанские, связывающие крупнейшие центры страны; краевые, областные, обычно соединяющие центры краёв и областей между собой, с железнодорожными узлами и пристанями; местные (между районными центрами, между ними и железнодорожными станциями, пристанями, между отдельными населёнными пунктами).

Новые дороги имеют развязки на разных уровнях, обеспечивают многорядное (до 32 полос) движение, легко допускают оперативное управление движением в любом направлении. Создаются трансконтинентальные маршруты. В частности, протяжённость Панамериканской дороги составляет 22500 км от северных границ Аляски до юга Патагонии.

Автомобили являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды, прежде всего воздушного бассейна, такими токсикантами, как монооксид углерода, оксиды азота, свинец, углеводороды и др. Например, в 1990г. их выбросы составили в мире, млн. т: углеводорода – 39, монооксиды углерода – 231, диоксид углерода – 3970, оксиды азота – 32. В загрязнении атмосферного воздуха крупных городов мира доля автомобильного транспорта составляет, %: 88–97 СО, 31–33 NOx, 63–95 углеводородов. До 70% токсичных соединений свинца, содержащихся в этилированном бензине, попадают в атмосферу. В выбросах транспортно-энергетических установок содержится 1200 химических компонентов, включая весьма токсичный бенз(а)пирен.

Автотранспорт загрязняет воду и почву нефтью, маслами, растворителями, цветными металлами и резиной вследствие истирания деталей автошин и покрышек. На месте масляных пятен в течение 20 лет ничего не растёт, полоса шириной 50–100 м по обе стороны от дорог является зоной деградации почвенно-растительного покрова с избытком тяжёлых металлов (10–20 ПДК). Эти полосы нельзя использовать как пастбища, сенокоса, для сбора ягод, грибов, лекарственных трав, как дорожки для прогулок.

Улучшение экономических характеристик автомобилей возможно за счёт комплекса мероприятий по совершенствованию их конструкций и режимов эксплуатации. К ним относятся повышение экономичности работы двигателей, замена их бензиновых версий на дизельные, использование альтернативных топлив (сжатый или сжиженный газ, этанол, метанол, водород и др.), применение нейтрализаторов отработанных газов, оптимизация работы двигателей и технического обслуживания автомобилей. Мероприятия, связанные с нейтрализацией выбросов газов автомобилей, относятся к основным.

Для снижения экологической опасности автомобильного транспорта разрабатываются принципиально новые его типы – электромобили, которые в пределах внутригородских перевозок выходят на уровень конкурентоспособности с классическими видами автомобильного транспорта.

 

Водный транспорт

 

Достоинство водного транспорта в сравнении с наземным заключается в использовании естественных водных путей для перемещения больших масс грузов и пассажиров при сравнительно низких капитальных и эксплуатационных затратах.

По типу силовых установок суда подразделяют на пароходы с паровыми машинами или турбинами в качестве двигателей и на теплоходы с двигателями внутреннего сгорания. Для нагрева котлов пароходов используют мазут или уголь.

По типу используемых водных путей различают морские и речные суда.

По типу перевозимых грузов суда классифицируются на грузовые и пассажирские. Грузовые средства представлены наливными судами (танкерами), предназначенными для перевозки жидких грузов, и сухогрузами общего и специального назначения.

В настоящее время крупные танкеры имеют дедвейт 150–200 тыс. т, под которым понимается полная грузоподъёмность судна с массой всех необходимых для плавания запасов (топлива, воды и т.д.), а также людей. Супертанкеры превысили дедвейт в 560 тыс. т, достигнув в длину более 400 м и в ширину свыше 65 м. Корпус танкера разделён на 18–30 отсеков (танкеров) поперечными и продольными переборками.

В настоящее время мировой танкерный флот насчитывает более 6000 единиц с суммарной грузоподъёмностью 280 млн. т и перевозит 60% мировой добычи нефти, что составляет до 40% товаров, доставляемых морем.

Помимо нефтетанкеров появились наливные морские суда для продовольственных грузов (растительных масел, вина, патоки, молока и т.п.), жидких химикатов.

В настоящее время эксплуатируются газовозы – танкеры ёмкостью до 125 тыс. куб. м для перевозки сжиженных газов в герметизированных и теплоизолированных грузовых ёмкостях при низкой (–163⁰С) температуре и под высоким давлением. Суточные потери газа в этом случае не превышают 0,25% его массы.

Категорию сухогрузного транспорта составляют углевозы, рудовозы, лесовозы, контейнеровозы, рефрижераторы, паромы и др. Первые три типа судов служат для общих перевозок, остальные – для перемещения специальных грузов.

Морские пассажирские суда (лайнеры) и грузовые достигли внушительных параметров: водоизмещение 140 тыс. т, длина 300 м и более, вместимость до 4000 пассажиров, скорость до 36 узлов, мощность силовых установок до 180 тыс. л.с.

Речные (озерные) суда относительно малы, их передвижение возможно при глубине фарватера 0,5 м. Грузовой речной транспорт представлен баржами и самоходными судами.

Баржи перемещаются буксирами. Распространены составы из нескольких барж общей массой до 12 тыс. т.

Самоходные грузовые речные суда представлены в основном теплоходами дедвейтом до 5000 т. Одновременно развивается специализированный флот: автомобиле-, контейнеро-, овоще- и лихтеровозы, паромы, танкеры для перевозки нефти, жидких химических грузов, сжиженных газов и т.п.

Пассажирский озерно-речной флот в нашей стране представлен теплоходами со скоростью движения до 25 км/ч, вмещающими до 400 пассажиров, более скоростными судами на подводных крыльях (до 150 пассажиров), речными трамваями, берущими до 200 человек и более.

Получило существенное развитие и имеет большое экономическое значение беспересадочное сообщение на линиях река-море. Суда типа река-море экономичны из-за значительного сокращения работ по перегрузке и ввиду использования их в зимний период на морских перевозках, когда часть речного флота простаивает.

Из других видов водного транспорта следует отметить ледокольный флот, обеспечивающий проводку грузовых и пассажирских судов в арктических морях. Наиболее мощные из существующих ледоходов (атомные), достигают длины 260 м и способны идти в сплошных льдах толщиной свыше 2,5 м со скоростью до 18 км/ч. На свободной воде их скорость возрастает до 38 км/ч.

Недостатками водного транспорта являются относительно малая скорость и сложность передвижения по замерзшим водным путям в зимнее время.

 

Воздушный транспорт

 

Основное достоинство воздушного транспорта – высокая скорость. По сфере применения различают авиацию пассажирскую, грузовую и специального назначения.

Пассажирские воздушные суда обслуживают линии местного сообщения, средней дальности, дальние и трансконтинентальные.

Для местного сообщения применяют легкие (3–12 пассажиров) самолеты с дальностью полета 1500–2000 км и скоростью полета 250–300 км/ч. Воздушные лайнеры средней дальности могут брать до 20–70 пассажиров и перевозить их со скоростью 500–850 км/ч. Самолеты большой дальности перевозят до 350 пассажиров со скоростью до 1000 км/ч в беспосадочном режиме на высоте до 10000 м на расстояния более 10000 км. Получает развитие сверхзвуковая авиация (скорость около 2500 км/ч, высота полета 20000 м).

Грузовые перевозки авиации составляют ценные и скоропортящиеся и завозимые в труднодоступные районы страны товары. Максимальная грузоподъемность наиболее мощных самолетов достигает 200 т при крейсерской скорости до 850–900 км/ч.

Авиация специального назначения нашла применение в обработке сельскохозяйственных угодий, охране лесов, геологической разведке, на строительстве трубопроводов, монтаже конструкций (дымовых труб, мостов), во врачебно-санитарной службе и множестве других случаев.