Вадим Романов - Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу

Попавшие в атмосферу соединения серы при горении и взрыве топлив окисляются и, реагируя с водяными парами воздуха, образуют мельчайшие капельки серной кислоты — кислотного тумана. Хотя по отдельности и взвешенные частицы и оксиды серы оказывают негативное влияние на здоровье людей, обостряя и осложняя различные респираторные и сердечные заболевания, но совместное их действие поистине смертоносно.

Происшествие такого типа, оцениваемое специалистами как катастрофическая авария, произошла утром 11 декабря 2005 года на нефтяном терминале Бансфилд в районе города Хемел Хемпстед. После трех мощных взрывов в 20-ти емкостях с нефтепродуктами возник сильный пожар, который пожарным не удавалось потушить трое суток. При тушении было задействовано 600 пожарных и несколько десятков агрегатов и механизмов пожарной техники. При тушении пожара было использовано более 15 тысяч тонн воды и около 250 тысяч литров пен и специальных концентратов тушащих реагентов. Погасший было огонь вновь разгорелся 14 декабря в новом очаге возгорания. На этот раз решено было не тушить пожар, дав остаткам топлива выгореть естественным путем еще несколько дней. По оценкам специалистов этот грандиозный пожар, глобально задымивший тропосферный слой атмосферы и уменьшивший ее прозрачность, сказался практически на каждом жителе Великобритании. Его итогом были тысячи заболевших и погибших от ядовитых газов и токсичных дождей.

Эффект совокупно действующих оксида серы и взвешенных частиц является хорошо изученным достоверным фактом; безусловно и некоторые другие комбинации загрязнителей усиливают токсическое воздействие на живые организмы. Одним из компонентов в таких комбинациях может быть табачный дым, в котором обнаружено несколько тысяч химически активных соединений, значительное количество из которых являются ядовитыми.

О большинстве из перечисленных выше загрязнителей атмосферного воздуха, их экологическом значении и влиянии на здоровье, можно узнать в Приложении № 2. В этом разделе книги обсуждаются вопросы возникновения и поступления этих веществ при авариях и близких к ним по эффекту ситуациях.

Пожар можно определить [169] как неконтролируемое горение, развивающееся во времени и в пространстве. В отличии от горения, понимаемого процессом прогрессивно ускоряющегося выделения тепла и света в результате химических реакций и широко используемого человеком на всех этапах его существования, пожар приносит материальный ущерб и гибель живых организмов. Одной из основных причин гибели людей при пожарах промышленных объектов и современных жилых и административных зданий (более 80 % случаев) является острое отравление газообразными продуктами горения различных строительных материалов и конструкций.

Быстрое отравление организма возможно в результате загрязнения окружающей атмосферы вредными веществами в поражающих организм концентрациях (токсодозах) или количествах, создающих угрозу для жизни и здоровья.

Наиболее токсичны продукты горения синтетических полимерных материалов. Большинство пластмасс при горении выделяют ядовитые вещества — такие как: оксид углерода, циан водорода, хлористый водород, акролеин, окислы азота, различные алифатические и ароматические углеводороды и др. Чрезвычайно опасен в санитарно-гигиеническом отношении поролон, применяемый для изготовления мебели. Этот продукт при горении выделяет ядовитый газ, содержащий цианистые соединения, даже в незначительных количествах являющиеся высокотоксичными и поражающими дыхательную и нервную системы человека.

Возгорание горючих материалов таких, как рубероид, битум, различной кабельной продукции приводит к поступлению в воздух токсичных продуктов деструкции (разрушения) сгоревших полимерных материалов с выделением фосгена, хлористого и цианистого водорода, хлорированных и ароматических углеродов, относящихся к веществам преимущественно удушающего, общеядовитого и нейротропного действия. Концентрации этих веществ при пожарах могут достигать опасных для жизни уровней. Известно, что сгорание всего лишь 1 г различных полимерных материалов приводит к выделению до 144 мг окиси хлористого водорода, до 167 мг окиси углерода, что намного превышает поражающие и смертельные концентрации этих веществ в помещениях среднего объема.

Причиной гибели людей может быть высокая температура задымленной среды. Вдыхание продуктов сгорания, нагретых до 6 °C, даже при 0,1 % содержании оксида углерода приводит к летальному исходу.

Опасным задымлением считается такое, при котором видимость не превышает 10 м. Концентрация оксида углерода в воздухе до 0,2 % вызывает смертельные отравления людей при пребывании их в зоне в течение 30–60 минут, а при концентрации 0,5–0,7 % — в течение нескольких минут.

Выход дыма при горении сильно зависит от условий горения. При тлении масса образующегося дыма может увеличиваться во много раз. Так, для дерева при небольших пожарах относительная масса дыма составляет 3–6 % от массы сгораемого вещества, увеличиваясь до 15 % при тлении; при горении нефтепродуктов, пластмасс, резины — от 1 до 15 % и от 5 до 40 % — при тлении; в качестве средней оценки можно принять 4 %.

Лесные пожары вносят хотя и меньший, чем городские, но весьма заметный вклад в задымление земной атмосферы. Приведем оценки выхода дыма при природных пожарах. Запас сухих горючих материалов в наиболее продуктивных лесах средних широт Северного полушария составляет 25–30 кг/м 2. Примерно 15–20 % этого материала приходится на легко воспламеняемую, полностью сгорающую часть — мох, опад, подстилку. В малопродуктивных лесах запасы сухого материала невелики — около 1 кг/м 2. Средний запас сухой древесины около 15 кг/м 2. Доля выгоревшего торфа варьируется в широких пределах. Таким образом, в среднем в лесах сгорает 5 — 10 кг/м 2горючего материала, не считая торфа.

Воспламенение древесины может произойти как от открытого источника огня (пламени или искры), так и от нагретых предметов или горячих газов. При повышении температуры до 125 °C из древесины быстро испаряется влага; после этого она разлагается с выделением горючих летучих веществ. При температуре выше 210 °C и наличии источника открытого огня воспламеняются летучие вещества, температура повышается и процесс переходит в экзотермическую стадию горения с выделением тепла. При температуре 260 °C начинается длительное и устойчивое горение летучих продуктов пиролиза древесины с образованием пламени и дальнейшим повышением температуры. При температуре 450 °C и более пламенное горение древесины переходит в беспламенное горение угля с температурой до 900 °C.