Прикладная химия - Рыскалиева Роза. Страница 5
Еще большую опасность нефть и нефтепродукты представляют для подземных вод. Когда углеводороды нефти попадают в подземную воду, они полностью сохраняют устойчивость, и не приходится рассчитывать на их бактериальное разложение или биохимическое окисление, что обусловлено недостатком бактерий и отсутствием кислорода, а также низкой температурой. Для загрязнения воды хватает совершенно незначительных количеств нефти, при содержании нефтепродуктов от 0,001 до 1 мг/л вода приобретает специфический запах и привкус. Восстановление первоначального состояния такой воды может происходить в течение длительного времени – даже столетий. А ведь подземные воды представляют собой не возобновляемые ресурсы пресной воды, которые необходимо сохранить для будущих поколений.
При аварийных разливах нефть проникает и в глубокие слои почвы, вплоть до грунтовых вод. Основные причины разливов нефти и нефтепродуктов – это коррозия и механические повреждения трубопроводов, нарушение герметичности резервуаров и аварии на нефтепромыслах. Разрыв только одного трубопровода может вызвать загрязнение территории площадью до 0,11 га. Реальные последствия для почв при накоплении в них различных нефтяных продуктов изучены далеко не полно. Поступление в почву компонентов нефти вызывает изменение физических, химических, биологических свойств и характеристик. Все это неизбежно вызывает снижение и даже полную утрату почвенного плодородия. Кроме того, углеводороды нефти способны образовывать в процессе трансформации токсичные соединения, обладающие канцерогенными свойствами, характеризующиеся стойкостью к микробиологическому расщеплению и способные переходить в растения, что значительно снижает качество возделываемых культур и создает определенную угрозу для здоровья человека и животных. В загрязненных нефтью почвах нарушаются важнейшие генетические показатели: изменяются содержание и состав гумуса, азота, фосфора, нарушается почвенно-поглощающий комплекс, снижаются порозность, аэрация и водопроницаемость, уменьшается доступная растениям влага.
Токсичные химические вещества нефти в процессе геохимической миграции в цепи почва – растения – живые организмы нарушают генетические свойства почв, оказывают ингибирующее влияние на растения, уменьшают их общую зеленую массу, вызывают глубокие изменения в составе крови живого организма, в клетках мозга, являются причиной онкологических заболеваний. Высокая степень загрязнения почв и атмосферного воздуха нефтепромыслов токсичными химическими веществами вызывает у населения тяжелые формы гепатита, болезней органов дыхания и туберкулез.
Газообразные топлива: сюда входят природный газ, попутные газы нефтедобычи, а также образующиеся во многих процессах углехимии, нефтепереработки и нефтехимии в качестве сопутствующих основным продуктам смеси газообразных горючих веществ (коксовый и генераторный газы, газы крекинга и пиролиза, отходящие газы многих производств органического синтеза). Природные газы богаты метаном (95 %) и почти не имеют в своем составе непредельных углеводородов. Попутные газы нефтяных месторождений обогащены пропаном и бутаном. В качестве примесей в горючих газах содержатся циклические и ароматические углеводороды, небольшое количество азота N2, водорода H2 аргона Ar, гелия He; нередко присутствие значительных количеств сероводорода Н2S, меркаптанов и углекислого газа СО2. В зависимости от состава газы используют как сырье для химической промышленности, а также как промышленное и бытовое топливо. Теплотворная способность природного газа 34000 кДж/м3. По сравнению с твердым и жидким топливом газ содержит меньшее количество нежелательных примесей, полностью отсутствует зольность. Но он взрывоопасен, возможны аварии на газопроводах, помещениях и так далее.
Транспорт почти на 100 % обеспечивается жидким топливом, на выработку электричества идет уголь, в быту – природный газ. Но запасы ископаемого топлива ограничены. Поэтому в настоящее время рассматриваются перспективы получения синтетического топлива. Все виды топлива близки по своему составу. Самое существенное отличие – содержание водорода. Следовательно, есть возможность химическим путем получить, например, из угля нефтеподобный набор жидких углеводородов.
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
В конце второй мировой войны была открыта энергия атома. Ведущие страны мира взяли курс на «атомную эру». Предполагалось, что ядерная энергия позволит вырабатывать электричество в огромных количествах и очень дешево. Поэтому параллельно с совершенствованием ядерного оружия были развернуты научные и технические разработки в области создания атомных электростанций (АЭС). Интерес к АЭС стал падать в 70х годах, а после Чернобыльской катастрофы в 1986 г. сменился недоверием. Тем не менее, АЭС существуют и перспективы атомной энергии огромны.
Высвобождение ядерной энергии происходит в результате ядерных реакций, в которых меняются сами атомы. Происходит это в результате расщепления ядра (тяжелое ядро одного элемента распадается на два более легких ядра др. элементов) или ядерного синтеза (два легких ядра соединяются в одно более тяжелое ядро другого элемента). В обоих случаях суммарная масса продуктов реакции меньше, чем у исходного материала. «Теряемая» масса превращается в энергию. Количество энергии, выделяющееся при ядерной реакции, чрезвычайно велико. Мгновенное расщепление или слияние ядер одного кг вещества по своему эффекту соответствует взрыву атомной бомбы.
Основной процесс, идущий на современных АЭС – это управляемое расщепление, при котором тепловая энергия выделяется за счет высвобождения энергии связи n и р при делении ядер U-235 под воздействием n. Если при сжигании 1 г угля выделяется 7 ккал теплоты, то при «сжигании» 1 г ядерного топлива – 20 млн. ккал, т.е. почти в 3∙106 раз больше. Для агрегата ТЭС мощностью 1 млн. кВт в течение трех лет нужно 300 тыс. вагонов угля, а для АЭС той же мощности за три года потребуется два вагона ядерного топлива. Три года – продолжительность непрерывной работы реактора АЭС без смены «горючего». АЭС строятся в месте, где имеется много воды, для охлаждения реактора и где нет серьезной сейсмической опасности, отсутствует осаждение грунта и нет угрозы разрушения здания АЭС в результате каких-либо внешних причин.
В тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах) находится ядерное горючее, содержащее обычно около 3 % U-235 и 97 % U-238. U-235 единственное природное вещество, способное самостоятельно поддерживать цепную реакцию деления ядер. В природе цепная реакция не происходит, т.к. атомы U-235 слишком рассеяны среди атомов других элементов, в том числе и стабильного U-238: 99,3 % – U-238 и 0,7 % – U-235. В таких условиях, когда U-235 спонтанно расщепляется, выделившиеся нейтроны редко достигают другие такого же атома. Поэтому высвобождается энергия одного ядра, которую можно зафиксировать с помощью специальных счетчиков. Чтобы получить ядерное топливо, добытую руду очищают и обогащают. Обогащение означает разделение U-238 и U-235 с получением материала, в котором концентрация U-235 повышена. Функция ядерного реактора на АЭС заключается в поддержании непрерывной цепной реакции, которая не должно переходить в ядерный взрыв. Это достигается путем обогащения руды до содержания в нем 3 % U-235 и 97 % U-238. Такая низкая степень обогащения не позволяет цепной реакции выйти из-под контроля.
Захватывая нейтроны n, U-235 превращается в крайне неустойчивый U-236, который расщепляется на 2-3 осколка более легких элементов (бром Br, иод I, криптон Kr, барий Ba и другие). Образующийся «дефект массы» вызывает выделение большого количества энергии и рождение новых двух-трех нейтронов, обеспечивающих дальнейшее протекание ядерной реакции. Эти новые n обладают огромной скоростью (около 20000 км/с) и начальной энергией в несколько млн. электрон-вольт. Захват нейтронов n ядрами U-235 эффективен, если движение нейтронов n в реакторе замедлить до 2 км/с. При этом появляется возможность управлять цепной реакцией в реакторе. Замедление «быстрых» нейтронов n происходит с помощью тяжелой воды или графита.