§9. Охорона довкілля під час переробки і використання вуглеводневої сировини

Паливна промисловість України складається скадається з кам’яної та буровугільної, нафто- та газобурової, нафтопереробної та торф’яної галузей. Найбільше забруднює довкілля тверде паливо, менше – рідке, але його запаси зменшуються оскільки воно є важливою сировиною. Екологічно найчистіше паливо – це природний газ, при спалюванні якого утворюється менше вуглекислого газу на одиницю енергії, ніж при спалюванні вугілля чи нафти. В Україні ¾ загальної потреби електроенергії задовільняють теплові електростанції, що працюють на мазуті. Саме вони викидають в атмосферу крім вуглекислого газу, оксидів Нітрогену, ще й сполуки важких металів. Значний внесок у забруднення атмосфери робить автомобільний транспорт. При неповному згорянні бензину виділяється чадний газ, що спричиняє виникнення смогу. Вздовж автомагістралей осідають сполуки Плюмбуму.

Головні джерела забруднень: теплоенергетика; хімічна, нафтохімічна, нафтопереробна і целюлозно-паперова промисловість; підприємства чорної і кольорової металургії, автотранспорт, паливно-енергетичний комплекс.

На довкілля впливають процеси видобутку, транспортування і використання вуглеводневої сировини.

У місцях проведення підземного видобутку кам’яного вугілля створюється загроза зміни ландшафту внаслідок провалювання земної поверхні над виробкою відпрацьованих шахт. Поблизу кам’яновугільних шахт накопичуються відходи і утворюються терикони, які не лише займають територію, а й забруднюють оточуюче середовище. Всередині териконів тримається висока температура, відбуваються процеси окиснення в результаті яких утворюються шкідливі гази, погіршується стан підземних і поверхневих вод. Інколи терикони можуть самозайматися, газ який виділяється при цьому є дуже небезпечним.

Терикони – індустріально-виробничі відходи, що височіють поблизу кам’яновугільних шахт.

Під час транспортування нафти водними видами транспорту можливе потрапляння нафти у воду. На поверхні води утворюється плівка, яка перешкоджає газообмінові між водою і атмосферою і знижує вміст кисню у воді. Нафтова плівка на поверхні моря пригнічує життєдіяльність морського фітопланктону, що є одним з головних постачальників кисню в земну атмосферу, порушує тепло- і вологообмін між океаном і атмосферою, губить мільйони риб і інших морських тварин. Осідаючи на дно, згустки мазуту вбивають донні мікроорганізми, що беруть участь у самоочищенні води. У процесі видобутку, підготовки й переробки нафти утворюються стійкі нафтові емульсії, нафтошлаки та інші небезпечні відходи, які призводять до забруднення атмосферного повітря, ґрунтового покриву, поверхневих і підземних вод.

Життя людини повсякденно пов’язане зі спалюванням горючих речовин у побуті, на транспорті, у промисловості. Крім користі застосування нафтопродуктів, вугілля і природного газу створює ряд проблем, негативних для розвитку цивілізації та загалом для виживання людства. Крім цього, під час згоряння пального утворюється дим, в якому містяться дрібні частинки вуглецю і твердих вуглеводнів, що не згоріли, а також сполуки Кадмію, Плюмбуму, Меркурію та інших елементів, надзвичайно шкідливих для здоров’я.

Кислотні дощі

Оксиду Сульфуру і Нітрогену, що викидаються в атмосферу внаслідок роботи ТЕС і автомобільних двигунів, сполучаються з атмосферною вологою й утворюють дрібні крапельки сульфатної і нітратної кислот, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами. Атмосфера забруднюється шкідливими речовинами, такими як карбон(ІІ) оксидом (від невпинного згоряння пального у двигунах), сульфур(IV) оксидом (утворюється з сірки, що міститься у вугіллі і бензині), метаном (витік газу), сірководнем (виділяється під час перегонки нафти), оксидами Нітрогену (NO, NO₂ – під час високотемпературного горіння).

Кислотні дощі наносять значний екологічний, економічний й естетичний збиток: погіршується продуктивність рослин; погіршується якість ґрунтів; руйнуються металічні конструкції, будинки, пам’ятники; гинуть ліси; отруюється вода озер і ставів, гине риба; зникають комахи; збільшується кількість захворювань людей (подразнення очей, запалення слизової оболонки дихальних шляхів, приступи задухи, набряки легень).
Взимку поблизу ТЕС та металургійних заводів інколи випадає кислотний сніг, який ще більш шкідливий, ніж кислотний дощ, що пояснюється більшим вмістом кислот.

Фотохімічний смог

Комплексне забруднення атмосфери, обумовлене застоєм мас повітря у великих містах з розвинутою промисловістю і транспортом (англ. Smoke – «дим», log – «туман» = smog). Смог виникає в результаті складних фотохімічних реакцій у повітрі, забрудненому вуглеводнями, пилом, сажею й оксидами нітрогену під впливом сонячного світла, підвищеної температури нижніх шарів повітря та великої кількості озону, який виділяється в результаті розпаду нітроген(IV) оксиду під дією олефінів з неповністю згорілого автомобільного палива. Це явище серйозно шкодить здоров’ю жителів таких міст, як Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Токіо, Мехіко, на Україні – Маріуполь, Київ, Харків, Запоріжжя. Сьогодні 400 суперміст світу викидають в атмосферу щорічно до 3 млрд. тонн відходів (газів, пилу, аерозолів). При неповному згорянні бензину в автомобілях виділяється чадний газ, що веде до утворення смогу. Забруднення сполуками Плюмбуму, що осідають вздовж автомагістралей.

Зміна клімату. Потепління

Потепління, парниковий ефект. Сонячна енергія нагріває Землю. Надлишок енергії Земля відбиває в космічний простір у вигляді інфрачервоного випромінення так, що середня температура Землі залишається рівна і постійна +14ºС. У результаті збільшення кількості згоряння палива в атмосфері росте концентрація СO₂, який поглинає випромінення Землі й повертає його назад. Температура планети поступово зростає, що призводить до танення льодовиків, значного потепління. За оцінкою вчених, збільшення кількості спаленого палива призведе до теплової смерті планети, а за оцінкою американських вчених потепління клімату в найближчі 100 років може призвести до затоплення 80% берегової зони.

До невеликих домішок, які підсилюють парниковий ефект належать нітроген(II) оксид N₂О (утворюється при розкладі нітратів), метан, тропосферний озон, хлорфторвуглеводні. Метан сильніше за СО₂ поглинає інфрачервоні промені, а концентрація його в атмосфері почала зростати близько 300 років тому. Досліди показали, що концентрація метану зростає зі швидкістю 1% в рік, тобто у 2 рази швидше ніж СO₂. Інтенсивне вирощування рису, розведення тварин, спалювання біомаси в тропічних лісах і саванах, дія бактерій на завалах відходів, виділення при добуванні вугілля і нафти – основні джерела надходження метану. В Україні 3/4 загальної потреби електроенергії задовольняють, теплові електростанції, що працюють на мазуті. Саме вони викидають в атмосферу крім сульфур(IV) оксиду та нітроген оксидів ще й оксиди важких металів. Саме вони збільшують кількість вуглекислого газу в атмосфері, що веде до парникового ефекту.

Найбільше забруднює довкілля тверде паливо, менше – рідке, але його запаси зменшуються. Екологічно чисте паливо – природний газ, при спалюванні якого утворюється менше вуглекислого газу ніж із кам’яного вугілля чи нафти.

Існують економічні, організаційні, технологічні й інші засоби боротьби з забрудненнями.

Захист оточуючого середовища – сукупність наукових, правових, технічних мір, направлених на раціональне відтворення, використання й збереження природних ресурсів і космічного простору, забезпечення біологічної рівноваги в природі. Захист включає: охорону атмосфери, надр, гідросфери, захист від шуму, йонізуючого випромінення, використання та знищення відходів

Яким чином можна позбутися шкідливих забрудників, що утворюються в результаті використання палива і пального?

Ощадливо використовувати ці продукти, тим самим зменшуючи кількість шкідливих викидів.
Можна вилучати з палива сірку ще до його використання.
Створювати технологічні умови повного згоряння вугілля в котельнях, на теплоелектростанціях та бензину у двигунах автомобілів.
Уловлювати відходи після згоряння палива за допомогою фільтрів.
Замінити джерела енергії: замість енергії палива використовувати енергію сонця, вітру, води, ядерну та геотермальну енергію.

Заходи боротьби з забрудненням атмосфери:

Зменшення кількості ТЕС за рахунок будівництва більш потужних, забезпечених системами очищення і утилізації газових і пилових викидів.
Заміна вугілля на газове паливо, обов’язкове очищення палива.
Регулювання двигунів внутрішнього згоряння в автомобілях. Перехід на екологічно чисте пальне.
Озеленення міст і селищ.

Завдання для самоконтролю

■ 144. При спалюванні протягом доби 600 т вугілля на теплоелектроцентралі вловлюють фільтром сульфур(IV) оксид масою 40 т. Скільки кілограмів сульфатної кислоти можна добути, якщо використати весь оксид, зібраний за 15 днів.

145. Скільки літрів вуглекислого газу виділиться при спалюванні чадного газу об’ємом 5 л, що містить 20% домішок?

146. Скільки літрів чадного газу виділиться при взаємодії вуглекислого газу з коксом масою 30 г, який містить 80% Карбону?

▲● 147. Які екологічні проблеми безпосередньо зумовлені видобуванням, переробкою та використанням вуглеводневої сировини:
а) парниковий ефект;
б) надлишок нітратів у ґрунті;
в) фотохімічний смог;
г) кислотні дощі;
г) ерозія грунтів;
д) зростання електромагнітного випромінювання.

148. Укажіть сполуки, реакція яких з водою зумовлює утворення кислотних дощів:
а) кальцій оксид, нітроген(IV) оксид;
б) амоніак, натрій оксид;
в) нітроген(IV) оксид, сульфур(IV) оксид;
г) метан, сульфур(IV) оксид.

149. Позначте галузі, що є найбільшими забруднювачами довкілля:
а) хімічна промисловість;
б) нафтохімічна промисловість;
в) чорна металургія;
г) транспорт;
д) кольорова металургія;
е) теплоелектростанції.

150. Терикони – це:
а) звалища відходів кам’яновугільних шахт;
б) поклади сировини для металургійних заводів.

●● 151. Запропонуйте заходи для захисту навколишнього середовища від можливого забруднення під час переробки кам’яного вугілля.

152. Чому шукають заміну вуглеводневому рідкому паливу для двигунів внутрішнього згоряння:
а) не допускати забруднення оточуючого середовища продуктами згоряння;
б) низький коефіцієнт використання;
в) зменшення запасів нафти;
г) для підвищення потужності моторів?

153. Установіть відповідність між хімічною речовиною та екологічною проблемою, яку вона створює:

Речовини	Екологічна проблема
1. фреони	а) кислотні дощі
2. метан	б) руйнування озонового шару
3. сульфур(IV) оксид	в) парниковий ефект
4. нітрати	г) забруднення водойм

●●● 154. Детонація – це:
а) швидке згоряння палива в двигунах внутрішнього згоряння;
б) дуже швидке, вибухове згоряння парів речовини в суміші з повітрям при стисненні;
в) експериментальне спалювання пального.

155. Біля підприємства вуглевидобутку утворилося багато відкритих накопичувачів із напіврідкою сумішшю води з дрібним вугіллям. Укажіть метод очищення шахтних вод від нього:
а) магнітна сепарація;
б) фільтрування;
в) хлорування;
г) УФ-опромінювання.

156. Здійсніть перетворення, вкажіть умови, назвіть речовини:
С₁₂Н₂₂О₁₁ → С₆Н₁₂О₆ → С₃Н₇СООН → С₃Н₇–СОО–СН₃ → СН₃ОН → СО₂.

●●●●157. При спалюванні протягом доби 12 т вугілля на теплоелектроцентралі вловлюють фільтром сульфур(IV) оксид масою 0,8 т. Скільки т сульфатної кислоти можна добути, якщо використати весь оксид, зібраний за 20 днів.