Загрязнения воздуха

Оксид азота N₂O — бесцветный газ со слабым запахом, растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. При нагревании разлагается на азот и кислород. При высоких концентрациях N₂O возбуждает нервную систему («веселящий газ»). В медицине N₂O применяют как слабое средство для наркоза. Оксид азота NO — бесцветный газ, незначительно растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. Оксид азота (II) — очень реакционноспособное соединение, может вступать в реакции присоединения с рядом солей (нитрозосоли), с галогенами (напр., нитрозилхлорид NOCl), органическими соединениями. При обычной температуре NO соединяется с кислородом с образованием NO₂. Оксид NO получают каталитическим окислением при производстве азотной кислоты. Оксид азота NО₂ — бурый газ, токсичен, тяжелее воздуха, легко сжижается. При комнатной температуре NО₂ находится в смеси с его бесцветным димером N₂O₄, приблизительно 1:1Сильный окислитель. Многие вещества (уголь, сера, фосфор, органические соединения) могут гореть в NО₂. Этот оксид окисляет SО₂ до SO₃, на этой реакции основан нитрозный метод получения серной кислоты. Раздражает дыхательные пути, при больших концентрациях появляется отёк легких. КИСЛОТНЫЙ ДОЖДЬ, дождь, который содержит какое-то количество кислот вследствие наличия в воздухе таких загрязняющих веществ, как оксиды серы, азота и др. Обычный дождь обладает слабой кислотностью, его рН равно 6 (диапазон рН определяется от 1 для сильнокислых сред до 14 для сильнощелочных, таким образом, рН = 7 - это показатель нейтральности). У кислотного дождя рН может составлять до 2,8. Кислотные дожди могут нанести значительный ущерб и растениям, и животным. Например, в некоторых озерах вследствие кислотных дождей исчезла полностью и рыба, и водоросли. В настоящее время уже до 0,7х10⁸ т азота в год связывается при взаимодействии азота с кислородом воздуха в результате высокотемпературных процессов, вызванных хозяйственной деятельностью. Половина производимой человеком окиси азота образуется в результате сжигания топлива в промышленных установках и другая половина – за счет работы транспорта. Оксиды азота (N_xO_y) способны вызывать двоякое загрязнение окружающей среды. Во-первых, они растворяются в воде с образованием азотистой и азотной кислоты. Во-вторых, оксиды азота могут соединяться с углеводородами, что приводит к возникновению фотохимического смога. Окислы азота – пусковые вещества фотохимического смога, а образующиеся вещества химически активны и разрушают живые ткани, вызывая удушье, а в экстремальных случаях гибель людей, увядание растений, коррозию металлов, разрушение резины, красителей и других материалов. Итак, оксид азота – важный фактор, определяющий состояние окружающей нас атмосферы и внешние условия существования. Однако это же вещество, как казалось, является и мощным внутренним биорегулятором. В организме человека NO образуется из аминокислоты – аргинина в результате реакции, которая катализируется

ферментом, получившим название NO- синтетаза (синтетаза окиси азота – СОА). Общая продукция окиси азота в организме превышает 100 мг в сутки. Окись азота попадает в клетки стенок кровеносных сосудов, где действует на белки, содержащие геминовое железо. Это вызывает расслабление гладких мышц сосудов, посредством чего осуществляется локальная ауторегуляция кровотока. Ослабление действия этого механизма приводит к развитию гипертонии. Избыточная продукция NO чревата тяжелыми немедленными последствиями. Это реализуется при эндотоксическом шоке, когда грамотририцательные бактерии вызывают мощное образование NO в гладких мышцах сосудов, что приводит к падению кровяного давления и развитию характерных для шока нарушений кровообращения.

Важны функции  NO в головном мозгу. Диффузия NO от нейронов к пресинаптическим мембранам является необходимым –условием феномена, связанного с функционированием механизмов памяти и формированием устойчивых патологических связей в нервной системе.

С окисью азота  связаны регуляция секреции инсулина и развитие диабета вследствие гибели клеток поджелудочной железы при  вирусных инфекциях, регуляция почечной фильтрации, регуляция репаративных процессов в костной и кожной тканях, регуляция слизеобразования в кишечном эпителии. Нельзя не отметить терапевтические воздействия, направленные на процессы образования NO, для пульмонологии при острой респираторной недостаточности, отеке легкого, синдроме шокового легкого. Ингаляция газовой смеси, содержащей NO,снижает уровень легочной гипертонии. Учёным удалось предотвратить развитие ишемической болезни сердца. Следовательно, этот считавшийся крайне токсичным газ становиться лекарственным препаратом. Лекарственное воздействие окиси азота используется уже давно. Нитроглицерин – типичный пример пролекарства. Пролекарство – химически модифицированное форма лекарственного средства, которое в биосредах в результате метаболических процессов превращается в само лекарственное средство. Гемоглобин крови и железосодержащие ферментные системы гладкомышечных клеток восстанавливают нитрат-ион с образованием окиси азота (см. реакцию «бурого кольца»). Окись азота и оказывает терапевтическое действие. Введение ингибиторов СОА (Синтетазы окиси Азота) до начала ишемии приводило к противоположному результату. Это указывает на возможность разностороннего действия NO в патогенезе инсульта.

Оксиды азота являются потенциальным раздражителем, способным  увеличить риск хронических легочных заболеваний. Оксид азота (NO) - бесцветный газ, который кислородом окисляется в NO2 3-х хсуток. Исследования Всемирной организации здравоохранения показывают, что экспозиция по диоксиду азота в атмосферном воздухе может приводить как к острым, так и к хроническим эффектам на здоровье, особенно у восприимчивой части населения, к которым относятся люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей, и дети.

ВОЗ рекомендует  критерии для долгосрочных осредненных  концентраций диоксида азота на уровне 40 мкг/куб.м., и для кратковременных  воздействий на уровне 200 мкг/куб.м. В РФ с 1 февраля 2006 года смягчен норматив для разовых концентраций диоксида азота и установлен на уровне 200 мкг/куб.м., до 2006 года предельная допустимая максимальная разовая концентрация составляла 85 мкг/куб.м.  

При наблюдаемых  разовых концентрациях диоксида азота уровень риска (для кратковременных  воздействий от нескольких часов  до 14 дней) для здоровья оценивается  как низкий (эффекты маловероятны даже у чувствительных к данному  веществу лиц). Даже вблизи автотрасс  пороговые концентрации диоксида азота (более 200 мкг/куб.м.), после которых  у чувствительных индивидуумов могут  наблюдаться слабые, не требующие  вмешательства эффекты на здоровье, практически не превышаются. Вероятность  возникновение хронического риска  для здоровья чувствительных групп  населения может возникать при  средних концентрациях диоксида азота, превышающих 40мкг/куб.м. В жилых  районах города уровень загрязнения  воздуха диоксидом азота практически  приближается к указанной концентрации.

Диоксид азота относится  к приоритетным загрязняющим веществам  в Москве. Содержание в атмосферном  воздухе диоксида азота в Москве контролируется на всех автоматических станция контроля загрязнения атмосферы.

В целом по городу в 2005 г. содержание оксидов азота сохранилось практически на уровне 2004 года. На жилых территориях среднегодовая концентрация диоксида азота, как и в 2004 году, не превышала норму. (0,8-1 ПДКсс). Некоторое увеличение среднегодовых концентраций отмечено на АСКЗА в Бирюлево, Новокосино, ул. Ак. Анохина, но без превышения допустимых норм. На жилых территориях отмечается рост случаев превышений разовых концентраций до 11% по сравнению с величиной 6% в 2004 году. На примагистральных территориях в среднем в году повторяемость повышенных разовых концентраций оксидов азота составила около 23%, что незначительно (на 81 час) больше, чем в 2004году.

По-прежнему, наблюдается  значительное количество превышений среднесуточных нормативов на крупных автотрассах: до 90% . На жилых территориях данный показатель на 50% ниже.

Доклад посвящен одной из важных проблем развития российской теплоэнергетики - снижению загрязнения окружающей среды токсичными продуктами сгорания органических топлив, в частности оксидов азота. Ввиду низкой платы за выбросы реализация природоохранных мероприятий на действующих котлах в настоящее время для большинства электростанций экономически невыгодна. В связи с этим наиболее привлекательными для ТЭС в настоящее время являются малозатратные технологические мероприятия с коротким сроком внедрения, которые позволяют существенно снизить выбросы без проведения значительных реконструкций котлов. Одним из наиболее распространенных и легко реализуемых режимных мероприятий является снижение избытка воздуха в топке. В результате уменьшения содержания кислорода в зоне горения происходит подавление образования как термических, так и топливных NO_X, что позволяет не только уменьшить выбросы NO_X, но и несколько повысить КПД брутто и нетто котла за счет снижения потерь теплоты с уходящими газами и затрат энергии на собственные нужды.

Влияние избытков воздуха на образование оксидов  азота описывается экстремальной  зависимостью с максимумом при а_max= 1,15-5-1,25 для газомазутных котлов и а_max = 1,4-5-1,5 для пылеугольных котлов в зависимости от конструкции горелочных устройств и состояния топочной камеры.

Сжигание топлива  с малыми избытками воздуха можно  широко применять на действующих котлах, которые, как правило, работают с достаточно высокими коэффициентами избытка воздуха в горелках близких к значениям а_max- В результате снижения избытков воздуха до значений а_раб = а_кр + 0,02-0,04 обычно наблюдается уменьшение выбросов оксидов азота на 10-30%. При этом не требуется каких-либо дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат, а все расходы на его внедрение сводятся к стоимости режимно-наладочных испытаний котла.

Еще больший  эффект снижения выбросов оксидов азота  наблюдается при дальнейшем снижении а ниже значений а_раб вплоть до появления химического недожога. Причем основное снижение эмиссии NO_X происходит уже при появлении умеренного недожога топлива.  Режимно-наладочные испытания выполнены на котлах различных типов (БКЗ-420-140, ТПП-312, ТГМ-94, ТГМ-84, ТГМП-204), сжигающих различные виды топлива (угли, газ, мазут).

Авторы установили, что при сжигании природного газа и мазута за счет организации контролируемого  умеренного химического недожога можно  добиться заметного снижения эмиссии NO_X до 30-40%. Одним из аргументов против реализации режимов с умеренным недожогом топлива является увеличение эмиссии бенз(а)пирена С20Н12.

Известно, что  концентрации различных примесей в  продуктах сгорания самым тесным образом связаны между собой. Поэтому экологическая безопасность режима будет тем выше, чем меньше значение суммарного относительного показателя вредности выбрасываемых дымовых газов. Авторы провели экспериментальные исследования процессов конверсии СО и БП в газовом тракте котельных установок и показали принципиальную возможность реализации в котле различных режимов сжигания - режим сжигания без недожога, с умеренным и с большим недожогом и рассчитали показатель суммарной вредности продуктов сгорания SП, являющийся суммой частных показателей вредности П, для СО, NO_X и БП. Проведенные по результатам испытаний расчеты Пi и SП показали, что подавляющий вклад в суммарную вредность выброса продуктов сгорания в атмосферу вносят оксиды азота NOx, прежде всего за счет NO₂. Их доля в суммарной вредности выброса для различных режимов составляет от 90 до 98%. Вклад продуктов химического недожога (СО и БП) при обычных режимах сжигания ничтожно мал (< 1 - 2%). Поэтому для увеличения экологической безопасности сжигания природного газа в первую очередь необходимо снижать эмиссию NO_X. Наиболее экологически чистыми из рассмотренных выше режимов являются режимы с умеренным недожогом при 1,05 < а_РВЭ ^< 1,07. Следовательно, режимы с умеренным недожогом являются наиболее оправданными как с точки зрения экологической безопасности, так и с точки зрения эффективного сжигания природного газа. 

По докладу  заслушано заключение - ведущего научного сотрудника ОАО «ВТИ» Котлера Владлена Романовича (рецензия прилагается). 

В обсуждении доклада  приняли участие:

Пахомов А.Н. (начальник  ОПП «ОГК-1»), Сапаров МИ. (ведущий научный сотрудник ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского»), Шевелева О.В. (начальник отдела «Охраны окружающей среды» ОГК-1), Орлов А.В. (с.н.с. сектора комплексных экологических проблем энергетики ОАО «ВТИ»), Мику-шевич В.М. (советник генерального директора «Энергетического углеродного фонда).  

Заслушав доклад и выступления участников заседания  в дискуссии, секция НТС РАО "ЕЭС России" отмечает:

Сжигание природного газа с контролируемым умеренным  недожогом позволяет снизить выбросы NOx до 30-40% при одновременном повышении КПД котла.

Суммарный показатель вредности таких режимов в 1,5 - 2,0 раза ниже, чем при обычном сжигании природного газа в соответствии с  режимной картой, а суммарный вклад СО и бенз(а)пирена в общую вредность выброса от котла в атмосферу не превышает 3 - 7%. Однако, практическое применение режимов с контролируемым недожогом целесообразно лишь при определенных условиях. К ним относятся, в частности, относится установка на котлах измерительных систем для контроля содержания О2, СО и NO_X в продуктах сгорания и включения указанных систем в АСУ ТП.

Оксид азота (I), образующийся главным образом естественным путем, безвреден для человека. Он представляет собой бесцветный газ  со слабым запахом и сладковатым  вкусом. Вдыхание небольших количеств N₂O приводит к притуплению болевой чувствительности, вследствие чего этот газ иногда в смеси с кислородом применяют для наркоза. В малых количествах N₂O вызывает чувство опьянения (отсюда название «веселящий газ»). Вдыхание чистого N₂O быстро вызывает наркотическое состояние и удушье.

Оксид азота NO и  диоксид азота N₂O в атмосфере встречаются вместе, поэтому чаще всего оценивают их совместное воздействие на организм человека. Только вблизи от источника выбросов отмечается высокая концентрация NO. При сгорании топлива в автомобилях и в тепловых электростанциях примерно 90% оксидов азота образуется в форме монооксида азота. Оставшиеся 10% приходятся на диоксид азота. Однако в ходе химических реакций значительная часть NO превращается в N₂O - гораздо более опасное соединение. Монооксид азота NO представляет собой бесцветный газ. Он не раздражает дыхательные пути, и поэтому человек может его не почувствовать. При вдыхании NO, как и CO, связывается с гемоглобином. При этом образуется нестойкое нитрозосоединение, которое быстро переходит в метгемоглобин, при этом Fe²⁺ переходит в Fe³⁺. Ион Fe³⁺ не может обратимо связывать O₂ и таким образом выходит из процесса переноса кислорода. Концентрация метгемоглобина в крови 60 – 70% считается летальной. Но такое предельное значение может возникнуть только в закрытых помещениях, а на открытом воздухе это невозможно.