Радиоактивные излучения.

Радиоактивные излучения – самая главная опасность атомной энергетики, существующая на всех этапах топливного цикла и работы АЭС. Радиоактивные излучения оказывают пагубное воздействие на все живые организмы.

Механизм биологического действия излучения сложен и до конца не изучен.

Под действием радиации поражаются клетки тканей, прежде всего их ядра, нарушаются способность клеток к делению и обмен веществ в них. Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий слизистых оболочек (кишечника), щитовидная железа. В результате действия радиоактивных излучений на органы человека возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, приводящие нередко к смертельному исходу. Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с уродливыми отклонениями или врожденными тяжелыми заболеваниями организма.

Специфическая особенность радиоактивных излучений: они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения, в этом – их коварство.

Радиоактивные отходы: современные проблемы и один из проектов их решения.

Ядерная энергетика, широко используемая в последние десятилетия, оставляет много радиоактивных отходов: в основном, это отработанное ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок, а также надводных кораблей Военно-морского флота. Эти отходы накапливаются и представляют радиоактивную опасность для обширных районов России и сопредельных стран. Что делать с этими отходами?

Несколько отечественных физико-технических институтов разработали проект их захоронения, в основу которого положен подземный взрыв. Предлагается осуществить его на острове Новая Земля, в зоне вечной мерзлоты, на глубине 600 м. Там имеются заброшенные выработанные шахты и штольни, их-то и можно специально подготовить и разместить в них отработанные твэлы с АЭС, реакторы лодок, отходы ядерных предприятий. Пространство между опасным «мусором» планируется заполнить материалом, способным резко снизить излучение. После ядерного взрыва в штольне должно образоваться стеклообразное вещество, которое явится хорошим барьером для ядерных излучений. В результате одного такого взрыва может быть превращено в стекловидную массу до 100 т радиоактивных отходов.

АЭС не вырабатывают углекислого газа, объем других загрязнений атмосферы по сравнению с ТЭС также мал. Количество радиоактивных веществ, образующихся в период эксплуатации АЭС, сравнительно невелико. В течение длительного времени АЭС представлялись как наиболее экологически чистый вид электростанций и как перспективная замена ТЭС, оказывающих влияние на глобальное потепление. Однако процесс безопасной эксплуатации АЭС еще не решен. С другой стороны, замена основной массы ТЭС на АЭС для устранения их вклада в загрязнение атмосферы в масштабе планеты не осуществима из-за огромных экономических затрат.
Чернобыльская катастрофа привела к коренному изменению отношения населения к АЭС в регионах размещения станций или возможного их строительства. Поэтому перспектива развития атомной энергетики в ближайшие годы неясна. Среди основных проблем использования АЭС можно выделить следующие:
1. Безопасность реакторов. Все современные типы реакторов ставят человечество под угрозу риска глобальной аварии, подобной Чернобыльской. Такая авария может произойти по вине конструкторов, из-за ошибки оператора или в результате террористического акта. Принцип внутренней самозащищенности активной зоны реактора в случае развития аварии по худшему сценарию с расплавлением активной зоны должен быть непреложным требованием при проектировании реакторов. Ядерная технология сложна. Потребовались годы анализа и накопленного опыта, чтобы просто осознать возможность возникновения некоторых типов аварий.
Неопределенности в отношении безопасности никогда не будут полностью разрешены заранее. Большое их количество будет обнаружено только во время эксплуатации новых реакторов.
2. Снижение эмиссии диоксида углерода. Считается, что вытеснение тепловых электростанций атомными поможет решить проблему снижения выбросов диоксида углерода, одного из главных парниковых газов, способствующих потеплению климата на планете. Однако, на самом деле, электростанции с комбинированным циклом на природном газе не только намного экономичнее, чем АЭС, но и при одних и тех же затратах достигается значительно большее снижение выбросов диоксида углерода, чем при использовании атомной энергии с учетом всего топливного цикла (потребление энергии при добыче и обогащении урана, изготовлении ядерного топлива и других затрат на «входе» и «выходе»).
3. Снятие с эксплуатации реакторов на АЭС. К 2010 г. половина из работающих в мире АЭС имела возраст 25 лет и более. После этого предполагается процедура снятия с эксплуатации реакторов. По данным Всемирной ядерной ассоциации (WNA), более 130 промышленных ядерных установок уже выведены из эксплуатации, либо ожидают этой процедуры. И во всех случаях возникает проблема утилизации радиоактивных отходов, которые надо надежно изолировать и хранить длительный срок в специальных хранилищах. Многие эксперты считают, что эти расходы могут сравняться с расходами на строительство АЭС.
4. Опасность использования АЭС для распространения ядерного оружия. Каждый реактор производит ежегодно плутоний в количестве, достаточном для создания нескольких атомных бомб. В отработавшем ядерном топливе (ОЯТ), которое регулярно выгружается из реакторов, содержится не только плутоний, но и целый набор опасных радиационных элементов. Поэтому МАГАТЭ старается держать под контролем весь цикл обращения с отработавшим ядерным топливом во всех странах, где работают АЭС.
Примитивную атомную бомбу можно сделать из отработавшего ядерного топлива любой АЭС. Если для создания бомбы необходимы сложное производство, специальное оборудование и подготовленные специалисты, то для создания так называемых грязных ядерных взрывных устройств – все намного проще, и здесь опасность очень велика. При использовании такой «самоделки» ядерного взрыва, конечно, не будет, но будет сильное радиоактивное заражение. Такие устройства террористы и экстремисты могут изготовить самостоятельно, приобретя на ядерном черном рынке необходимые расщепляющие материалы. Такой рынок, как это ни прискорбно, существует, и атомная промышленность является потенциальным поставщиком таких материалов.

Лекция 6.

9. «Экология гидротехнических электростанций».

Гидроэнергетика является важнейшей структурой в энергетической отрасли. Более 20% промышленно-производственных фондов сосредоточено на ГЭС. ГЭС выполняют различные функции в общей системе энергообеспечения.
ГЭС сокращают потребность в газомазутными топливе, использование которого в качестве сырья в других отраслях промышленности (химии, металлургии) дает значительно больший экономический эффект.
Значительным преимуществом гидроэнергетики является восстанавливаемость гидроэнергетических ресурсов. Среди положительных черт гидроэнергетики следует отметить и то, что она является одной из наиболее экологически чистых средств массового производства электроэнергии, ГЭС не выделяют вредных веществ в окружающую среду и не используют атмосферный кислород для производства электроэнергии.
Один из основных недостатков гидроэнергетики - это неравномерность естественного стока рек. Решение этой проблемы - создание водохранилищ, регулирующих сток. Но создание водохранилищ влечет за собой ряд негативных для окружающей среды последствий.
Водоемы влияют на природный режим рек, поскольку изменяют их гидрологический и температурный режим, затапливают большие территории, вызывают оползневые процессы, перестройку сельского хозяйства и природных экологических систем. Влияние водохранилища проявляется не только у самого водоема, но также выше и ниже по течению, в дельтовых участках, а иногда и в прибрежной морской зоне.
Строительство плотин и водохранилищ гидроэлектростанций создают такие серьезные проблемы:
1. Плотины препятствуют миграции рыб, движения транспорта, задерживают естественный сток и сток биогенов (азота и фосфора), меняют берега, снижают паводки.
2. Создание водохранилищ вызывает значительное перемещение населения, вырубку лесов, проведение компенсационных работ, безвозвратное изъятие стока для наполнения водоема.
3. Происходит изменение климата в прибрежной полосе (в засушливом климате наблюдается повышение влажности, пик дождливого периода сдвигается с осени на лето и т.д.).
4. Ухудшается качество воды вследствие уменьшения проточности, дефициту кислорода, увеличение азота и фосфора, появления сине-зеленых водорослей, повторного загрязнения.
В связи с этой проблемой при сооружении водохранилищ следует учитывать формирование и развитие высшей водной растительности. Как правило, при создании водохранилищ и повышении уровня воды наблюдается затопление значительных площадей, увеличение (особенно в первые годы создания) водоемов, выноса питательных веществ из почвы.
Эти обстоятельства вызывают образование застойных зон на некоторых площадях под поверхностью воды, способствующих чрезмерному развитию водорослей, особенно сине-зеленых - так называемом «цветению воды». Меняется вкус и цвет воды, поскольку в воду из водорослей попадает большое количество выделений и ухудшается кислородный режим, забиваются фильтры водозаборных сооружений.
Наблюдаются значительные биологические последствия - распространение инфекционных заболеваний, возбудителей болезней, особенно в странах с жарким климатом.
Флора и фауна испытывают значительное влияние, что приводит порой к полной перестройке.
Регулирование стока сопровождается снижением уровня грунтовых вод и опустошением пойменных земель; у деривационных сооружений наблюдается подтопление и заболачивание территорий, прилегающих к деривации.
Возникает нарушение устойчивости склонов: появление сдвигов, абразия берегов, иногда эти явления приобретают характер катастроф.
Наблюдается сейсмичность. Любое гидротехническое строительство связано, как правило, с вырубкой лесов, уничтожением растительного покрова, сбросом неочищенных сточных вод, остатков горючих и смазочных материалов; при применении гидромеханизации увеличивается помутнение водоемов, создается шум и другие препятствия.
Большие трудности при гидротехническом строительстве вызывает вопросы сохранения рыбных запасов.
Гидротехническое строительство на реках без создания специальных сооружений привело к резкому сокращению, а в некоторых местах до полной потери многих популяций проходных и полупроходные рыб (например, лососевых, сельдевых и др.) которую нашей стране, так и за рубежом, поскольку спуск мальков через турбины без рыбопропускных сооружений невозможен и ведет к значительному травматизму и гибели рыбы.
Поскольку искусственные водоемы расположены на земном шаре несимметрично, запасы воды в них «сдвинули» земную ось от Северного полюса в сторону западной части Канады. Таким образом, создание искусственных водоемов влечет достаточно большие по масштабам (глобальные) последствия, и еще не все из них мы имеем возможность оценить.
Гидроэнергетика на современном этапе не отвечает тем экологическим требованиям, предъявляемым к ней, поэтому ее дальнейшее развитие и совершенствование должно быть связано с разработкой новой концепции или (на крайний случай), пересмотру существующих принципов использования энергии воды.
Особым направлением гидроенергостроительства становится создание мини-ГЭС мощностью до З0 кВт на небольших водостоках. Сооружение таких мини-ГЭС позволит экономить топливо и получать электроэнергию без нанесения существенного ущерба окружающей среде, как при строительстве крупных ГЭС. Ранее небольшие, так называемые районные, колхозные гидроэлектростанции местного значения на небольших реках были основным источником энергообеспечения сел.
Горные и предгорные районы настолько богаты гидроресурсами, что при их разумном использовании могли бы полностью обеспечить электроэнергией не только себя, но и другие регионы.

10. «Экологические проблемы передачи энергии».

На сегодняшнее время при выполнении проектов линий электропередач сверх- и ультравысоких напряжений необходимо учитывать воздействия этих линий на биосферу, экономические и социальные системы районов, через которые запланирована прокладка электрических линий.
Экологические факторы передачи электроэнергии по наиболее основным характеристикам регламентируется директивными документами: уровень радиопомех и акустических шумов, максимальная напряженность электрических полей. Определение параметров электропередачи, ее особенностей конструкции на этапе проектирования должен ориентироваться на выполнение соответствующих нормативных требований.
Нужен тщательный анализ всей линии электропередачи, климатических условий на протяжении года и выбор методов, которые позволяют уменьшить объемы отторгаемых сельскохозяйственных ценных земель, воздействия на окружающий растительный и животный мир, вырубки лесных массивов, а также на расположенные недалеко от трассы населенные пункты.

Важным фактором экологического воздействия линии электропередачи, есть места ее пересечения с автомобильной и железной дорогами, что связано с безопасностью людей. Наличие конкретных условий на всей трассе электропередачи оказывают влияние на разные методы уменьшения ее экологического влияния — применение лесобиологической защиты, экранирующих тросов, компактных линий и т. д. Анализ указанных факторов, может оказать решающее значение по выбору предпочтительного варианта линии. Обладая знаниями особенностей воздействия на экологию кабельных линий и воздушных линий электропередач постоянного тока можно рассчитать альтернативные варианты проектирования электропередачи или некоторых ее участков в районе зон повышенной экологической опасности.
Состояние на сегодняшний день проблем экологических факторов передачи электроэнергии на значительные расстояния остаются в центре внимания науки, исследования которой может обоснованно давать ответы на многочисленные вопросы в данной области.
По этому важному и серьезному разделу электроэнергетики ведутся исследования в государствах с развитой структурой энергосистем, которые имеют целью увязать социальные и экологические проблемы современного общества.

11. «Водное хозяйство промышленных предприятий».

Классификация сточных вод промышленных предприятий.

Основой всего комплекса мероприятий по охране водоёмов от загрязнения сточными водами являются:

− создание и развитие замкнутых систем промышленного водоснабжения;

− применение маловодных и безводных технологических процессов и эффективных способов очистки начальных потоков сточной воды с учетом повторного их использования.

На основании требований технологического производства на каждой его стадии определяются требования к качеству воды. На основании требований к качеству использованной воды принимаются решения по методам локальной и централизованной очистки сточной воды, составляются перечни загрязняющих веществ, сбрасываемых в открытые водоёмы и городскую канализацию.

Сточные воды – отработанные воды, дальнейшее использование которых невозможно по техническим условиям, либо нецелесообразно по технико-экономическим показателям.

При оборотном водообеспечении промышленных предприятийчасть сточных вод повторно используется в производстве после их очистки и охлаждения (при необходимости).

Производственные сточные воды в течение смены могут поступать равномерно и неравномерно. Возможны залповые поступления высококонцентрированных токсичных сточных вод. Режим спуска производственных сточных вод определяется регламентом технологического процесса (цехов и предприятия в целом). В течение суток могут также изменяться отдельные показатели свойств сточных вод.

Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, разделяются на три вида: производственные, бытовые, атмосферные.

Производственные сточные воды – это воды, использованные в технологическом процессе. Они включают две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).Загрязненные сточные воды могут содержать примеси: а) минеральные, б) органические, в) бактериальные, г) биологические.

Бытовые сточные воды –это воды от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, душевых установок и т.п.

Атмосферные сточные воды –дождевые и талые воды, а также воды, образующиеся при поливе улиц. Атмосферные осадки содержат до 100 мг/л примесей.

Состав сточных вод зависит от характера использования чистой воды в промышленности, условий сбора всех видов вод на территории предприятия или более крупной промышленной зоны.

Производственные сточные воды делятся на загрязненные и незагрязненные (условно чистые).

Загрязненные производственные сточные воды по характеру содержащихся в них примесей подразделяются на группы:

− загрязненные преимущественно минеральными примесями;

− загрязненные преимущественно органическими примесями;

− загрязненные минеральными и органическими примесями.

В зависимости от концентрации загрязняющих веществ производственные сточные воды делятся на четыре группы:

− менее 500 мг/л;

− от 500 до 5000 мг/л;

− от 5000 до 30000 мг/л;

− свыше 30000 мг/л,

а по степени агрессивности – на три группы в зависимости от значения рН:

− неагрессивные (6,5 ≤ рH ≤ 8);

− слабоагрессивные (6 ≤ рH < 6,5 и 8 < рH ≤ 9);

− сильноагрессивные (рH < 6 и рH > 9).

Схема приведенной выше классификации показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема классификации производственных сточных вод

Воду в системах производственного водообеспечения в зависимости от назначенияразделяют на четыре категории:

I категория – вода для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, в которых она не контактирует с продуктом, лишь нагревается и практически не загрязняется;

II категория – вода служит в качестве среды, поглощающей различные нерастворимые и растворимые примеси; вода не нагревается, но загрязняется взвешенными и растворенными веществами;

III категория – вода используется так же, как вода II категории, но при этом нагревается (очистка газов в скрубберах, гашение кокса и т.д.);

IV категория – вода служит в качестве экстрагента или растворителя химических веществ, например при поглощении оксидов азота в производстве азотной кислоты.

12. «Нормы и качество водопотребления, нормы образования промстоков».

Количество производственных сточных вод зависит от норм водопотребления и водоотведения.

Нормой водопотреблениясчитается целесообразное количество воды, необходимое для производственного процесса, установленное (или рекомендуемое) на основании передового опыта или научно обоснованного расчета.

Нормой водоотведенияявляется установленное среднее количество сточных вод, отводимых от производства в водоем, при целесообразной норме водопотребления.

Системы водоснабжения и водоотведения.

Системы водоснабженияпредставляют собой комплекс сооружений, предназначенных для снабжения потребителей водой. В зависимости от вида объекта системы подразделяются на городские, поселковые и промышленные и могут обеспечивать водой как один объект, так и группу однородных (локальные) и разнородных объектов (районная или групповая система водоснабжения).

Классификация систем водоснабжения по основным признакам:

– по виду использования природных источников – водопроводы, получающие воду из поверхностных источников (речные, озерные и т.д.), подземных источников (артезианские, родниковые и т.д.) и смешанного питания (различные виды водоисточников);

– по назначению – коммунальные (городов и поселков), железнодорожные, сельскохозяйственные, производственные (подразделяются по отраслям промышленности);

– по территориальному признаку – локальные (одного объекта) и групповые (или районные);

– по способу подачи воды – самотечные (гравитационные) и с механической подачей воды (с помощью насосов);

– по кратности использования потребляемой воды – системы прямоточные, последовательные, с оборотом воды.

Вода различными потребителями расходуется на разные цели, которые могут быть подразделены на три основные категории: хозяйственно-питьевые нужды; производственные цели на промышленных предприятиях; пожаротушение.

В зависимости от назначения объекта и требований, предъявляемых к воде, а также по экономическим соображениям для всех указанных целей вода может подаваться одним водопроводом (централизованная система) или для отдельных категорий водопотребителей могут быть устроены самостоятельные водопроводы.

Централизованная система водоснабжения населенного пункта или промышленного предприятия должна обеспечивать прием воды из источника, ее кондиционирование (если это необходимо), транспортирование и подачу ко всем потребителям под необходимым давлением.

Система водоснабжения в процессе работы должна удовлетворять требованиям надежности и экономичности.

Водоотводящие системы(схемы канализации) представляют собой комплекс инженерных сооружений для приема, транспортирования, очистки и обеззараживания сточных вод и выпуска их в водоемы или для последующего использования в каких-либо целях. Канализационная сеть состоит из следующих основных элементов:

– внутренние домовые или цеховые канализационные устройства;

– наружная внутриквартальная или дворовая канализационная сеть;

– наружная уличная канализационная сеть;

– насосные станции и напорные водоводы;

– сооружения для очистки сточной воды;

– устройство для выпуска воды в водоем.