2.1.2.Выбросы твердых частиц. Размеры частиц могут сильно отличаться. Скорость осаждения частиц определяется в зависимости от их размеров и свойств, а также от свойств воздуха. Значительная доля примесей выпадает вблизи источника. Для тяжелых примесей характерна меньшая зависимость от толщины приземного слоя, чем для легких. Вследствие большой дисперсности частиц максимумы их концентрации разнесены в пространстве.
2.1.3.Выбросы влаги. Поступление влаги в атмосферу от энергетических объектов вызывается различными процессами, имеющими различные температуры и энергии (сгорание топлива, продувки, протечки и др.).
Поведение влаги в атмосфере, в свою очередь, отличается разнообразием и связано с локальными концентрациями и фазовыми переходами. Как и другие газообразные вещества, водяной пар имеет линейчатый спектр поглощения. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощающая способность уменьшается.
Количественная оценка поведения влаги в атмосфере может производиться только на фоне естественного атмосферного влагосодержания, которое зависит от взаимодействия с гидросферой и литосферой, а также с тепловыми процессами.
Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу подвергаются наиболее детальному и глубокому изучению.
2.2. Выбросы на земную поверхность и в гидросферу. Можно выделить несколько групп наиболее важных взаимодействий энергоустановок с конденсированными компонентами окружающей среды:
- водопотребление и водоиспользование, обуславливающие изменение естественного материального баланса водной среды (перенос солей, питательных веществ и др.).
- осаждение на поверхность твердых выбросов продуктов сгорания органических топлив из атмосферы, вызывающее изменение свойств воды, ее цветности, альбедо и пр.
- выпадение на поверхность в виде твердых частиц и жидких растворов продуктов выбросов в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков; металлов и их соединений; канцерогенных веществ.
- выбросы непосредственно на поверхность суши и воды продуктов сжигания твердых топлив (зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки поверхностей нагрева (сажа, зола и пр.).
- выбросы на поверхность воды и суши жидких и твердых топлив при транспортировке, переработке, перегрузке.
- выбросы твердых и жидких радиоактивных отходов, характеризуемые условиями их распространения в гидро - и литосфере.
- выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: локальное постоянное повышение температуры в водоеме; временное повышение температуры; изменение условий ледостава зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределений осадков, испарений, туманов.
- создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов- охладителей, что вызывает: изменение качественного и количественного состава речных стоков; изменение гидрологии водного бассейна; увеличение давления на дно, проникновение влаги в разломы земной коры и изменение сейсмичности; изменение условий рыболовства, развития планктона и водной растительности; изменение микроклимата; изменения условий отдыха, спортивных занятий, бальнеологических и других факторов водной среды.
- изменение ландшафта при сооружении разнородных энергетических объектов, потреблении ресурсов литосферы в том числе: вырубка лесов, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель, лугов; взаимодействие берегов с водохранилищами.
- воздействие выбросов, выносов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шельфов.
Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между гидро -, лито- и атмосферой.
Приведенная группировка разнородных влияний энергетики на гидро - и литосферу условна, так как все указанные взаимодействия связаны между собой и каждое взаимодействие не может рассматриваться изолированно, что затрудняет и количественные оценки.
В соответствии с принятыми моделями анализа взаимодействия энергетических установок с окружающей средой, раздельно рассмотрим влияние ТЭС и АЭС.
ТЭС. Из анализа общих схем взаимодействия энергетических установок с окружающей средой следует, что основным фактором взаимодействия ТЭС с водной средой является потребление воды техническими системами водоснабжения, в том числе безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах - на охлаждение конденсаторов паровых турбин. Остальные потребители технической воды (системы золо - и шлакоудаления, химводоотчистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют около 7% общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения.
Водный баланс ТЭС зависит от организации системы технического водоснабжения. Для системы гидрозолоудаления используется вода из системы охлаждения подшипников. На химводоотчистку может поступать циркуляционная вода после выхода ее из конденсаторов.
При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300МВт образуется до 10 тыс. кубических метров разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.
Ведущиеся наблюдения и исследования выявляют воздействие ТЭС на водный бассейн в зависимости от конструкции подводящих и отводящих каналов, фильтров, сбросных устройств.
АЭС. Радиационное воздействие сбросов ядерных энергетических установок на водную среду наиболее полно рассмотрено в трудах симпозиума, проведенного в 1975 году МАГАТЭ, где указаны пути поступления радионуклидов в гидросферу, их распространение и роль в различных компонентах гидросферы. Особое внимание уделено радиоактивным изотопам плутония, что объясняется перспективностью этого горючего для АЭС с реакторами на быстрых нейтронах. В исследовании воздействия АЭС на водный бассейн используется также способность некоторых растений и веществ (растворенных в воде и содержащихся в донных отложениях) накапливать радиоактивные изотопы в концентрациях, на несколько порядков превышающих равновесные в окружающей воде.
Двухступенчатая система обработки жидких радиоактивных отходов с коэффициентами дезактивации 10^2 на 1-ой ступени и 10^4 на 2-ой обеспечивает извлечение плутония из воды до концентрации, ниже допустимой. По данным Аргонской национальной лаборатории, в озере Мичиган, на берегах которого расположено восемь ядерных реакторов, суммарная концентрация долгоживущих радионуклидов намного меньше естественного фона. Природное состояние по этому параметру не нарушается.
Результаты других явлений выявили неблагоприятные показатели. Например, сбросы плутония в Ирландское море примерно в тысячу раз выше фонового уровня глобальных выпадений.
Опубликованные материалы исследований в целом приводят к выводу, что при существующих уровнях воздействия ядерной энергетики на гидросферу (и методы контроля выбросов) освоенные типы ядерных энергетических установок не представляют собой угрозы нарушения локальных или глобальных равновесных процессов в гидросфере и ее взаимодействия с другими оболочками Земли.
Все другие виды воздействий АЭС на гидро - и литосферу, не связанных с радиоактивностью (влияние системы водоснабжения, подводящих и отводящих каналов, фильтров), качественно не отличаются от аналогичных воздействий ТЭС.
Основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающих на поверхность гидро - и литосферы, являются твердые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности гидро - и литосферы является жидкое топливо, его компоненты и продукты его потребления и разложения.
В таблице 2.2 приведен основной состав золы твердых топлив, сжигаемых в топках котлов ТЭС некоторых стран СЭВ.
Важную роль в загрязнении гидросферы играет нефтяная промышленность. С середины текущего столетия началось интенсивное развитие добычи нефти и газа в зоне шельфов. В 1960 году морские нефтяные промыслы имели 7 стран и 16 стран вели разведку нефти и газа, к 1975 году эти цифры увеличились соответственно до 28 и 75. В 45 странах ведется бурение в открытом море. В мировой добыче нефти доля из морских месторождений достигла 20%. Предполагается, что в 2000 году она превысит 30%.
По оценкам экспертов ООН, в процессах добычи, переработки, транспортировки выбросы нефтепродуктов в водный бассейн достигают десятков миллионов тонн в год, в том числе из танкеров не менее миллиона тонн в год.
В Балтийское море ежегодно сбрасывается около 10 тыс.т, в Средиземное море - около 300 тыс. т нефти. Примерно 4,5 млн.т нефтепродуктов поступает в моря и океаны со сточными водами суши.
Благодаря своим физико-химическим свойствам, нефтепродукты быстро распространяются по поверхности воды, образуя пленки толщиной до долей миллиметра. Легкие отдельные фракции нефтепродуктов испаряются, и толщина пленки может уменьшаться до молекулярных размеров. Тончайшие пленки на спокойной поверхности сохраняют высокую устойчивость. В связи с неопределенностью состава загрязнений гидросферы и различными условиями и длительностью их существования отсутствует единый взгляд на условия примесных выбросов в гидросфере.
Таблица 2.2. Состав золы (%) основных видов твердых топлив некоторых стран СЭВ (по данным 1981 года).[6]
| Страна, топливо | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO+MgO | Горючие компоненты |
| НРБ | |||||
| каменный уголь | 40,5-55 | 26,9-42,0 | 5,0-13,0 | 4,5-8,4 | 18,0-24,0 |
| бурый уголь | 40,0-60,0 | 18,0-30,0 | 4,0-16,0 | 3,3-45,0 | 0,5-1,5 |
| лигнит | 50,1-53,6 | 29,5-31,6 | 6,0-7,0 | 8,9-10,9 | 2 |
| ВНР | |||||
| каменный уголь | 55,8 | 26,5 | 9,8 | 3,3 | 2,0-3,0 |
| бурый уголь | 22,5-51,6 | 13,9-23,9 | 2,9-2,9 | 7,6-45,5 | 2,0-3,0 |
| лигнит | 59,6 | 22,2 | 2,1 | 2,8 | 2,0-3,0 |
| ГДР | |||||
| бурый уголь | 6,7-80,5 | 2,0-31,7 | 2,3-32,1 | 2,1-45,9 | - |
| ПНР | |||||
| каменный уголь | 44,1-49,7 | 24,2-27 | 10,7-14,3 | 3,5-7,9 | - |
| бурый уголь | 49,9 | 30,4 | 3,7 | 6,0-47,0 | - |
| СССР | |||||
| каменный уголь | 39,0-64,7 | 22,0-30,0 | 4,7-22,0 | 1,2-10,5 | 1,0-25,0 |
| бурый уголь | 30,0-55,0 | 13,0-40,0 | 4,0-18,0 | 2,7-40,0 | 1,0-2,0 |
| сланцы | 20,0-33,0 | 5.0-13,0 | 4,0-8,0 | 46,0-62,0 | 1 |
| торф | 10,0-80,0 | 4,0-20,0 | 2,0-55,0 | 2,0-65,0 | 2,0-4,0 |
| ЧССР | |||||
| каменный уголь | 52 | 27,2 | 9,4 | 6 | 7,6 |
| бурый уголь | 52,1 | 33,2 | 5,5 | 4,1 | 1,2 |
| лигнит | 57,3 | 19,3 | 8,8 | 9,9 | 1,6 |
В целом можно отметить, что в настоящее время отсутствуют объективные критерии оценок значимости воздействия примесных выбросов на поверхность гидро - или литосферы, как в региональном, так и в глобальном масштабе. Основные факторы воздействия энергетических объектов на поверхность и массу литосферы показаны в таблице 3.3.