Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Эколого-токсикологическая характеристика отработавших газов, выбрасываемых автотранспортом


Выбросы от передвижных источников составляют около 11 млн. т, от стационарных около 0,8 млн. т. При этом доля стационарных источников загрязнения атмосферы имеет тенденцию к стабильному сокращению, тогда как число автомобилей постоянно растет.

Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая группа веществ, обладающих канцерогенной активностью.

Это в первую очередь бенз(а)пирен и другие ароматические углеводороды, поступающие от котельных, промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта.

Исследования канцерогенных веществ, содержащихся в воздушной среде, показывают, что возникновение раковых болезней у людей происходит, в частности, от постоянного суммирования небольших концентраций канцерогенов в течение длительного времени.

Концентрация аэрозолей меняется в весьма широких пределах: от 104 мг/м3 в чистой атмосфере до 2106 мг/м3 в индустриальных районах. Концентрация аэрозолей в индустриальных районах и крупных городах с интенсивным автомобильным движением в сотни раз выше, чем в сельской местности.

Аэрозоли загрязняют не только атмосферу, но и стратосферу, оказывая влияние на ее спектральные характеристики и вызывая опасность повреждения озонового слоя. Непосредственно в стратосферу аэрозоли поступают с выбросами сверхзвуковых самолетов.

Другие газы, которые встречаются в атмосфере, как характерные компоненты естественного состава, дополняются антропогенными выбросами. Соответственно их можно определить как загрязнения. Сюда входят, главным образом, вещества, повышенные концентрации которых явно обусловлены деятельностью человека (например, фреоны).

Вредные и токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах двигателей, в зависимости от механизма их образования можно разделить на группы:

1) углеродсодержащие вещества – продукты полного и неполного сгорания топлива (СО2, CO, углеводороды, в том числе полициклические ароматические, сажа);

2) вещества, механизм образования которых непосредственно несвязан с процессом сгорания топлива (оксиды азота – по термическому механизму);

3) вещества, выброс которых связан с примесями, содержащимися в топливе (соединения серы, свинца, других тяжелых металлов), воздухе (кварцевая пыль, аэрозоли), а также образующимися в процессе износа деталей (оксиды металлов).

Рассмотрим подробнее механизмы образования тех из веществ, содержание которых в отработавших газах двигателей нормируется или предполагается нормировать в будущем.

Монооксид углерода СО – образуется при сгорании углеводородного топлива с некоторым недостатком воздуха, а также при диссоциации СО2 (при температурах более 2000 К). Образование СО является одним из принципиально возможных направлений реакций в механизме горения (окисления) углеводородов [3].

Диоксид углерода СО2 является не токсичным, но вредным веществом в связи с фиксируемым повышением его концентрации в атмосфере планеты и его влиянием на изменение климата. Несмотря на постоянно предпринимаемые шаги по регламентированию его выброса объектами энергетики, промышленности и транспорта, концентрация диоксида углерода имеет общую тенденцию к росту.

Углеводороды СХНУ – образуются в результате реакций цепочно-теплового взрыва – пиролиза и синтеза (альдегиды, полициклические ароматические углеводороды – ПАУ, фенолы); а также неполноты сгорания топлива в результате нарушения процесса горения. Это происходит из-за прекращения реакций окисления углеводородов при низких температурах, неоднородности топливовоздушной смеси, пропусков зажигания в отдельных циклах или цилиндрах двигателя (несгоревшие компоненты топлива и масла).

Наиболее токсичными из углеводородов являются ПАУ. Современный мониторинг загрязнения компонентов биосферы ориентирован только на одно соединение – бенз(а)пирен, на самом деле имеются сведения о том, что в выхлопных газах автомобильных двигателей присутствуют до 150 представителей ПАУ, их замещенных производных и гомологов. При этом пирена и флуорена содержится в десятки раз больше, чем бенз(а)пирена. Для легковых автомобилей это соотношение может достигать 25, а для дизельных двигателей – 50. Содержание

В городском воздухе ПАУ адсорбированы в основном с частицами сажи. В таком состоянии ПАУ длительно существуют во времени и переносятся на большие расстояния (аэрогенная миграция).

В водных экосистемах, вблизи которых находятся автомобильные дороги, ПАУ накапливаются в донных отложениях и способны оказывать негативное воздействие на водные организмы. Так как ПАУ обладают высоким сродством к липопротеидам, они накапливаются в репродуктивных органах рыб, что оказывает влияние на их воспроизводство.

Твердые частицы включают нерастворимые (твердый углерод, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, асфальтены, соединения свинца) и растворимые в органических растворителях вещества (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле). Твердые частицы в отработавших газах дизелей состоят на 68–75 % из нерастворимых веществ, на 25–32 % – из растворимых.

Твердый углерод (сажа) является основным компонентом нерастворимых твердых частиц. Образуется при объемном пиролизе (термическом разложении углеводородов в газовой или паровой фазе при недостатке кислорода).

Сера, содержащаяся в моторном топливе, во время горения интенсивно окисляется в SO2 по механизму, схожему с механизмом образования СО. Диоксид серы может окисляться (с существенно меньшей скоростью) до SОз по уравнению:

SO2 + 0,5O2 = SO3 (1)

 

Далее происходит реакция SОз с парами воды, приводящая к образованию Н2SО4, которая протекает на стенках при температуре ниже 815 К.

Свинец в составе твердых частиц (из-за использования этилированных бензинов) присутствует в виде соединений галогенидов свинца, которые образуются по сходному механизму образования сажи.

Оксиды азота NOх представлены следующими соединениями азота: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5. Преобладает NO (99 % в бензиновых двигателях и более 90 % в дизелях). В камере сгорания NO может образовываться:

1) при высокотемпературном окислении азота воздуха (термический NO);

2) в результате низкотемпературного окисления азотсодержащих соединений топлива (топливный NO), к ним относятся амины, пиридин и карбазол;

3) при столкновении углеводородных радикалов с молекулами азота в зоне реакций горения при наличии пульсаций температуры (быстрый NO).

Азотсодержащие составляющие топлива являются важными источниками образования NO при температурах 1300–1400 К, так как на это требуется меньше энергии, чем на разрушение связей молекулярного азота. Кроме того, эти вещества легче вступают в реакции окисления, чем атмосферный азот.

Основным токсичным компонентом отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углеро­да топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях. Содержание токсичных веществ в ОГ бензиновых двигетелей показан в таблице 3.

 

 

Таблица 3 - Содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей

Токсичные вещества Содержание
Окись углерода, % до 10,0
Углеводороды, % до 3,0
Окислы азота, % до 0,5
Альдегиды, % 0,03
Сажа, г/ до 0,04
Бенз(а)пирен, мкг / м до 20
Двуокись серы, % 0,008

 

Основным источником токсичных веществ, выделяющихся при работе дизелей, являются отработавшие газы. Картерные газы дизеля содержат значительно меньшее количество углеводородов по сравнению с бензиновым двигателем в связи с тем, что в дизе­ле сжимается чистый воздух, а прорвавшиеся в процессе расши­рения газы содержат небольшое количество углеводородных со­единений, являющихся источником загрязнений атмосферы. Примерное содержание токсичных компонентов в ОГ дизеля наглядно приведено в таблице 4.

 

Таблица 5 - Содержание токсичных компонентов в отрабо­тавших газах дизеля

Токсичные вещества Содержание
Окись углерода, % 0,2
Углеводороды, % 0,01
Окислы азота, % 0,25
Альдегиды, % 0,002
Сажа, г/ 0,01-1,1
Бенз(а)пирен, мкг / м до 10
Двуокись серы, % 0,03

 

Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания содержат около 200 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы и ставят допустимые коцентрации (таблица 5).

Таблица 15 - Допустимые концентрации токсичных веществ

 

Вещество Содержание, мг/
Оксиды азота NO 0,06
NOx 0,1
Соединения свинца Pb 0,0003
Pb ( )2 0,0003
Оксид серы, 0,2
Оксид углерода, CO
Углерод, (сажа) 0,05
Без(а)пирен 0,000001
Бензин, С 1,5

 

Во многих странах мира установлены нормы на выбросы СО, СН и NOХ двигателями с принудительным воспламенением. Для дизелей нормируют твердые частицы и только для автомобилей, эксплуатируемых на рудниках, в открытых карьерах и шахтах, нормируют выбросы СО, СН и NО. Выброс токсических веществ двигателями легковых автомобилей определяют во время испытаний на стендах с беговыми барабанами по ездовому циклу, имитирующему режимы работы двигателя при эксплуатации в крупных городах. При испытаниях по ездовому циклу США подсчитывают количество выбросов токсических веществ в граммах на километр. При испытаниях по Европейскому испытательному циклу, определяют суммарные выбросы СН, СО и NOх за одно испытание в граммах [4].

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Назрела настоятельная потребность принятия широкомасштабных и комплексных мероприятий по предотвращению, нейтрализации или хотя бы существенному сокращению тех негативных последствий, которые порождаются автомобилизацией общества. Эту задачу можно решить только комплексно, то есть с одной стороны - на стадии изготовления автотранспортного средства, с другой на стадии его эксплуатации.

Под комплексным подходом также понимается деятельность, направленная на охрану окружающей среды, осуществляемая как государством, так и обществом. Наблюдение за состоянием окружающей среды, контроль за сохранностью экологического равновесия, прежде всего, должен осуществляться уполномоченными государственными органами. Однако, общество тоже не должно оставаться в стороне. Каждый гражданин Республики Казахстан должен осознавать свою ответственность за состояние окружающей среды, принимать посильные действия направленные на улучшение экологической обстановки страны. Необходимо повышать уровень экологических знаний населения, культуру гармоничного взаимодействия с природой.

Урон, наносимый автотранспортом окружающей среде требует обращения серьезного внимания на данную проблему.

Оптимизация городского движения транспорта тесно связана с улучшением градостроительства и планировки дорог и улиц, созданием транспортных развязок, улучшением дорожного покрытия, контролем скоростного движения.

Разработка альтернативных энергоисточников является главной задачей, стоящей перед человечеством. Углеводородное сырье небезгранично и его применение достаточно ущербно для окружающей среды. Необходим поиск новых альтернативных видов топлива.

Вместе с тем, нужно вести целенаправленную работу по разработке перспективных видов транспорта. Перспектива транспортной отрасли - это электромобили, применение альтернативного топлива, строительство линий для скоростного трамвая, метро и др.

Защита от шума, теплового воздействия и электромагнитных излучений, вырабатываемых автотранспортом, также заключается в конструктивном усовершенствовании транспортных средств.

Экономические меры - это применение системы налогообложения, а также иных инструментов экономического воздействия на владельцев автотранспортных средств, организации, реализующие топливо, строящие дороги. Экономические меры должны быть направлены на повышение экологической безопасности транспортно-дорожного комплекса.

Юридические мероприятия включают в себя разработку законодательных актов, нормативно-правовой базы обеспечивающей ужесточение контроля за экологической безопасностью автотранспорта, повышение ответственности лиц, халатно относящихся к соблюдению норм экологического законодательства.

Для того чтобы сохранить человечеству автомобиль необходимо если не исключить, то свести к минимуму вредные выбросы. Работы в этом направлении ведутся во всем мире и дают определенные результаты. Автомобили, выпускаемые в настоящее время в промышленно развитых странах, выбрасывают вредных веществ намного меньше, чем 10-15 лет тому назад. Во всех развитых странах происходит ужесточение нормативов на вредные выбросы при работе двигателя. Происходит не только количественное ужесточение норм, но и их качественное изменение.

Вполне понятно, что природоохранные мероприятия в первую очередь связаны с уровнем развития экономики, потому что все они требуют больших затрат. Поэтому есть надежда, что со стабилизацией и улучшением экономической ситуации в стране необходимые средства для решения экологических вопросов, возникающих при эксплуатации автотранспортных средств будут выделяться в достаточном количестве, так как функционирование автотранспортного комплекса в крупных городах, с точки зрения охраны природы, может приводить к необратимым последствиям для человека и окружающей среды.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Комплексная программа оздоровления экологической обстановки г. Алматы на 1999-2015 гг. «Таза ауа - жанга дауа». - Алматы: Алматинское городское управление по охране окружающей среды, 2002. - С. 1-11.

2. Комплексная программа по снижению загрязнения окружающей среды г. Алматы на 2009-2018 гг. - Алматы: Алматинское городское управление по охране окружающей среды, 2009. - С. 1-15.

3. http://cyberleninka.ru/article/n/analiz-dinamiki-zagryazneniya-vozduha-v-g-almaty-za-period-1991-2008-gg

4. Бадалян Л.Х. Предельно допустимые нагрузки состовляющих отработавших газов автомобиля на экосистему города//Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды: Межвуз.сб.науч.тр.Вып.10/ Рост.гос.акад.с.-х.машиностроения, Ростов н/Д, 2006. С.75-78.

5.http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/BGD/MONIT_SR_OBIT/METOD/USH_POSOB/frame/2.htm

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-06-09

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.