Література

1. Инженерная экология: Учебник; Под ред. проф. В.Т. Медведева: - М.: Гардарики, 2002. - 687 с.

2. Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник / М.В. Буторина, П.В. Воробьев, А.П. Дмитриева и др.; Под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фалина. - М.: Лотос, 2003. - 528 с.

3. Кораблева A.I. Екологія: Взаємовідносини людини і середовища. Видання друге. - Дніпропетровськ: Центр економічної освіти, 200 І. - 265 с.

Практична робота №13 Тема. Вплив транспортних засобів на довкілля

Мета: ознайомитись із механізмом утворення токсичних елементів відпрацьованих газів двигунів внутрішного згоряння та знати заходи які сприяють зниженню токсичності відпрацьова­них газів транспортних засобів.

Теоретичні питання

Склад газів, що утворилися після згорання палива у двигунах внутрішнього згорання, і кількісне співвідношення в них окремих компонентів залежить від властивостей і складу робочої суміші, що спалюється, а також ступеня завершеності реакції згорання.

Шкідливі речовини у двигунах внутрішнього згорання утворю­ються внаслідок багатостадійного процесу: альдегіди, оксид вугле­цю, вуглеводні, сажа, канцерогенні речовини - як результат непо­вного окислення палива і його піролізу; оксиди азоту - у резуль­таті реакції окислення азоту повітря і палива; оксиди сірки - внаслідок окислення сірки палива.

Загальний механізм утворення основних вуглекислих токсичних елементів відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згорання можна представити таким чином:

Під час згорання метану:

Альдегіди є продуктом неповного згорання вуглеводнів. Серед альдегідів найсуттєвіше впливає на токсичність відпрацьованих газів формальдегід (НСНО).

Утворення сажі. Це об'ємний процес термічного розкладання (піролізу) вуглеводів у газовій фазі за умов значної нестачі кисню

Кінетика процесу утворення сажі залежить від структури молекул вуглеводнів і кількості атомів вуглецю в ньому. Найбільше сажі утворюється під час згорання ароматичних вуглеводів. За відносно низьких температур здебільшого відбуваються реакції полімеризації і конденсації, внаслідок яких можуть синтезуватися канцерогенні речовини, що становлять велику небезпеку для здоров'я людини.

Механізм утворення канцерогенних вуглеводів. Канцерогенні речо­вини, що надходять у довкілля, - це продукти неповного згорання органічного палива. Наявність (відсутність) канцерогенних речо­вин у продуктах згорання і у повітрі оцінюють за наявністю бенз(о)пірена С₂ 0Н₁₂ .

Стехіометричне рівняння утворення бенз(о)пірена має вигляд:

С₆ Н₁₂ + ЗС ₂Н ₂+ 4С₂Н = С0₂Н₁₂

де С₆ Н₁₂ - напіврадикал; С₂Н₂ і С₂Н - елементарні будівельні блоки.

Бенз(о)пірен утворюється у локальних, збагачених паливом зонах камер згорання після деякого зниження температури. Щоб змен­шити інтенсивність утворення бенз(о)пірена та інших канцероген­них вуглеводів, необхідно розбризкувати паливо на менші крапли­ни і повніше змішувати його з повітрям. За дуже високих темпера­турах бенз(о)пірен та інші канцерогенні речовини починають руй­нуватися.

Механізм утворення оксидів азоту. За умов високотемпературно­го згорання палива азот повітря стає реакційно здатним і, поєдну­ючись, зокрема, з киснем, створює оксиди N0, NО₂ , N₂О ₅

Ланцюгова схема цієї реакції така:

Визначальною щодо утворення N0 є перша реакція, швидкість якої залежить від концентрації кисню.

Серед основних заходів для зниження токсичності відпрацьова­них газів транспортних засобів потрібно виділити такі:

1. Використання нових типів силових рушіїв, з меншим викидом шкідливих речовин.

Такими заходами є розроблення газотурбінних автомобільних двигунів, адіабатних дизелів, двигунів Стерлінга, електричних аку­муляторних силових агрегатів тощо.

Використання альтернативних двигунів із низькою токсичністю стримує їх висока вартість, недостатня надійність, малий запас хо­ду і гірші паливо-економічні характеристики порівняно з поршне­вими двигунами внутрішнього згорання.

2. Змінення конструкції, робочих процесів, технології виробниц­тва автомобілів для зниження токсичності відпрацьованих газів.

Більшість розробок спрямовано на підвищення усталеності зай­мання і швидкості згорання збіднених паливо-повітря них сумішей, що забезпечує низьку токсичність відпрацьованих газів. Для цього у бензинових двигунах використовують удосконалені камери згоран­ня і впускові тракти, що забезпечують турбулентність паливо-повітряної суміші під час згорання, системи запалювання зі збільше­ною енергією розряду, системи впорскування бензину, що характе­ризуються рівномірністю розподілу компонентів суміші у циліндрах, форкамерно-факельний робочий процес тощо. Щоб підвищити точність керування складом паливо-повітряної суміші і кутом випе­редження запалювання, використовують мікропроцесорну техніку.

3. Застосування пристроїв очищення або нейтралізації відпрацьо­ваних газів. Для автомобілів із бензиновими двигунами дуже ефек­тивними є каталітичні нейтралізатори потрійної дії, які окислюють вуглець та вуглеводні і відновлюють оксиди азоту. Але використання етильованих бензинів за наявності нейтралізатора призводить до отруєння каталізаторів та їх виходу з ладу. Для дизельних автомобілів застосовують фільтри, які очищають відпрацьовані гази від сажі.

4. Використання альтернативного палива або змінення характе­ристик застосовуваного палива.

До перспективного палива, яке забезпечує зниження токсичності відпрацьованих газів, належать: водень, спирти (етанол, метанол), стиснений природний газ, скраплений нафтовий газ, неетильовані високооктанові бензини.

З перелічених назв палива нині широко застосовують стиснений природний газ. Із розширенням виробництва неетильованих бен­зинів заплановано відмовитись від використання етильованих спо­чатку у великих містах, а потім і в усій країні.

5. Законодавче обмеження викидів шкідливих речовин нових ав­томобілів та тих, що перебувають в експлуатації, а також дотриман­ня митних вимог щодо імпорту старих автомобілів.

Для цього державні стандарти зі вказаної проблеми потрібно зорієнтувати на врахування вимог Європейського Союзу. Поетапне підвищення вимог стандартів стимулює проведення заходів щодо зниження токсичності відпрацьованих газів автомобільними заво­дами і станціями технічного обслуговування.

6. Розроблення нормативів, процедур контролю, а також техно­логій, що забезпечують підтримання технічного стану автомобілів на рівні, який гарантує викиди шкідливих речовин у нормативних межах.

Істотного підвищення інтенсивності науково-дослідних робіт у цьому напрямку в нашій країні можна очікувати від уведення практики виплати штрафів за понаднормативний викид шкідливих речовин автотранспортними засобами.

7. Удосконалення процесів керування автомобілем, транспортни­ми потоками, поліпшення дорожніх умов, а також удосконалення планування і організації перевезення вантажів.

Підвищення ефективності перевезення вантажів (зниження зустрічних перевезень, скорочення простоїв та безвантажних пробігів, підвищення вантажопідйомності автомобілів, вибір опти­мальних маршрутів руху тощо) - це суттєвий резерв для зниження викидів шкідливих речовин у довкілля.

Технічне обслуговування як складник зниження негативного впливу на довкілля викидів транспортних засобів.

Протягом експлуатації технічний стан автомобіля змінюється, а разом з ним змінюються його екологічні характеристики. Вплив технічних несправностей на збільшення викидів шкідливих речо­вин може бути як прямим, так і опосередкованим. У першому ви­падку зростає концентрація того чи іншого компонента у відпрацьованих газах, у іншому - водій для підтримання швидкісно­го режиму після зниження через несправності потужності двигуна змушений більше подавати паливної суміші в циліндри, збільшуючи тим самим об'єм відпрацьованих газів і викиди шкідливих речовин.

Суттєвіше збільшують викиди шкідливих речовин виниклі не­справності у двигуні автомобіля. Для бензинового двигуна до них можна віднести:

- відхилення паливо-повітряної суміші від оптимального складу внаслідок порушення регулювання і змінений продуктивності дозу­вальних елементів карбюратора, забруднення повітряного фільтра, підсмоктування повітря поза карбюратором, недостатньої продук­тивності паливного насоса;

- відхилення кута випередження запалювання від оптимального через неправильне регулювання цього кута, несправності відцент­рового або вакуумного автоматів;

- несправності свічок або неправильне регулювання зазору між електродами у них, дефекти проводів високої напруги, розмикача-розподільника та інших елементів системи запалювання, що пору­шують процеси займання суміші;

- зношення деталей циліндрово-поршневої групи;

- порушення герметичності клапанів через неправильне відрегу-лювання теплових зазорів або дефектів клапанів та сідел;

- порушення герметичності системи вентиляції картера.

Побічно впливають на викиди шкідливих речовин несправності трансмісії і ходової частини, що збільшують втрати потужності під час руху автомобіля.

Серед експлуатаційних несправностей найчастіше бувають проб­леми з системами живлення та запалювання. Неправильне регулю­вання системи холостого ходу зустрічається у 70% автомобілів, зба­гачення понад норму суміші на тягових режимах - у 23%, збіднен­ня суміші - у 7-9%. До 60% автомобілів мають свічки з тими чи іншими несправностями, у 16% зустрічаються відхили від норми кута випередження запалювання.

Найбільше впливає на викиди шкідливих речовин з відпрацьова­ними газами змінений складу паливо-повітряної суміші.

Вміст оксиду вуглецю у відпрацьованих газах тим вищий, чим багат­ша суміш. Характерно, що на залежність змінення концентрації оксиду вуглецю від складу суміші такі параметри, як кут випередження запалювання, робочий об'єм циліндрів або ступінь стиснення в двигуні, впливають незначною мірою.

Ця особливість утворення оксиду вуглецю в бензинових двигунах дозволяє використовувати СО як діагностичний параметр, який ха­рактеризує технічний стан системи живлення.

Зниження рівнів транспортного шуму в зоні роживання. Одним зі шкідливих чинників, що забруднює повітряне довкілля у місцях розташування сільськогосподарських підприємств і житло­вої забудови, є високі рівні шуму, зокрема транспортного. Щоб розрахувати, до якого рівня необхідно знизити транспортний шум для забезпечення нормативних умов життєдіяльності населення, потрібно врахувати такі початкові матеріали;

а) проект вертикального планування території виробничої та житлової забудови, на якому має бути вказано наявні та запроекто­вані споруди із зазначенням кількості їх поверхів і призначення;

б) вертикальне планування і поперечні профілі вулиць і доріг із зазначенням поздовжніх схилів і типу шляхового покриву проїжджої частини;

в) характеристики руху і склад транспортних потоків (інтен­сивність руху в обох напрямках; усереднена швидкість руху транс­порту, зокрема вантажного, у загальному потоці на магістральних вулицях і дорогах, а також на вулицях і дорогах житлової забудови з систематичним рухом транспорту;

г) інтенсивність руху залізничних потягів (окремо пасажирських, вантажних і електропоїздів), усереднивши швидкість їх руху;

д) розу вітрів для конкретної місцевості.

Акустичний розрахунок необхідного зниження рівнів шуму про­водять поетапно:

1) виявляють джерела шуму і встановлюють їх шумові характери­стики;

2) вибирають розрахункові точки;

3) розбивають територію виробничої та житлової забудови на ділянки, які відрізняються за умовами поширення шуму;

4) визначають рівні шуму в розрахункових точках;

5) визначають гранично допустимі рівні шуму в розрахункових точках;

6) визначають величину зниження рівнів шуму в розрахункових точках;

7) розробляють найбільш раціональні заходи для зниження шуму до гранично допустимих рівнів.

Основним джерелом шуму в районах житлової забудови є авто­мобільні потоки з інтенсивністю руху понад 100 од/год та рух залізничних потягів.