VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

 

Внастоящеевремяобщество переживает периодтехнологическогоразвития. Технологический прогресс обеспечивают развитые и развивающиеся страны, где наука стоит на первом месте, а последствия после внедрения новых технологий на начальных стадиях никого не интересуют.Поэтому и складывается тенденция к увеличению числа загрязняющих веществ в окружающей среде.Ежегоднопоявляютсяновыевидыисточниковвыбросов. Статистические исследования показывают, что большинство из технических новинок относится к подвижным источникам выбросов загрязняющих веществ.

Общее количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферный воздух на территории Российской Федерации от подвижных источников, в 2010г составило 15459,7 тыс. т. (табл. 1) [2].

Таблица 1 - Подвижные источники выброса в окружающую среду

Вид транспорта	%	Тыс. т
Автомобильный	89,2	11824,2
Железнодорожный	6,6	871,0
Воздушный	1,1	152,0
Морской	0,7	92,0
Внутренний водный	0,6	80,0
Дорожные машины	1,8	2202
Итого	100,0	15459,7

Загрязнение атмосферы подвижными источниками транспорта происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, способа сжигания в двигателе,технологии производства и его технического состояния.

Качественная работа двигателей основана на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив нефтяного происхождения в тепловую, а далее - в механическую[5].

Жидкие топлива преимущественно состоят из углеводородов, газообразные, наряду с углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ[3].

При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относят окись углерода CO, углеводороды C_mH_n, окислы азота (NOи NO₂) обычно обозначаемые NO_x. Кроме выше перечисленных веществ вредное влияние на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, сажа,канцерогенные вещества (бенз(а)пирен) и альдегиды (табл. 2).

Таблица 2-Содержание основных токсичных веществбензиновых двигателей в отработавших газах

Содержание	Токсичные вещества
До 11,0	Окись углерода, %
До 3,1	Углеводороды, %
До 0,6	Окись азота, %
0,05	Альдегиды, %
До 0,11	Сажа, г/м3
До 25	Бенз(а)пирен, мкг/м3
0,018	Двуокись серы, %

 

Главным токсичным компонентом отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполным окислении углеводорода  из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях.

Основным источником токсичных веществ, выделяющихся при работе дизелей, являются отработавшие газы.Картерные газы дизеля содержат меньшее количество углеводородов по сравнению с бензиновым двигателем, так как в дизеле сжимается чистый воздух, а вышедшие в процессе расширения газы содержат небольшое количество углеводородных соединений[3], являющихся источником загрязнения окружающей среды.

Отработавшие газы ДВС содержат около 200 компонентов. Период их распада длится от незначительных минут до 4-5 лет. Наиболее вредными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу поступают загрязняющие вещества в количествах, превышающих выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. От частоты работы двигателя и времени зависит количество и, самое важное, качество выбросов от данного средства. Отработавшие газы бензинового двигателя с некачественно отрегулированным зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 4-5 раз.

Для российских месторождений нефти (особенно в восточных регионах) характерен высокий процент присутствия серы и сернистых соединений[1]. Поэтому и получаемое из нее дизельное топливо по старым технологиям отличается тяжелым фракционным составом и хуже очищено от сернистых и парафиновых соединений. Необходимо разработать новые методы получения или хотя бы на первых этапах современные методы обработки добываемого сырья для того, чтобы на последующих стадиях переработки и использования данного ресурсы выделялось как можно меньше загрязняющих веществ.

Ориентируясь на европейские нормы, введенные в действие в 2006г., содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стандарту - 1,7 г/л.

Присутствие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений[4]. Сернистым соединениям присуще резкий запах. Он тяжелее воздуха, поэтому растворяется в воде.

Данные выбросы влияют на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, приводят к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой концентрации (свыше 0,01%) - к отравлению организма[2]. Сернистый ангидрид губителен для животного и растительного мира.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) относятся к большому числу органических соединений, химическая структура которых состоит из двух и более бензольных колец. Наиболее широко известно соединение - бенз(а)пирен.

Сажа - частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива.

Она не представляет прямой опасности для здоровья человека, но может раздражать дыхательные пути. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, сажа сокращает видимость на дорогах. В результате чего возможна возникновение аварийной обстановки в местах скопления сажи. Наибольший вред проявляется в адсорбировании на ее поверхности бенз(а)пирена, который оказывает сильное отрицательное воздействие на организм человека, чем в чистом виде[5]. Поэтому уменьшение ее выбросов - является главной задачей, от решения которой зависят как экологические показатели воздушного бассейна, так и развитие дизельного транспорта в целом. В настоящее время для очистки отработавших газов дизелей от сажевых (твердых) частиц во многих странах используют сажевые фильтры.

При контакте диоксида азота с влажной поверхностью (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) образуются азотная и азотистая кислоты, раздражающие слизистые оболочки и поражающие альвеолярную ткань легких. При высоких концентрациях оксидов азота (0,004 - 0,008%) возникают астматические проявления и отек легких.

Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не чувствует неприятных ощущений и не задумывается об отрицательных последствиях[3]. При длительном воздействии оксидов азота в концентрациях, превышающих норму, человек заболевает хроническим бронхитом, воспалением слизистой желудочно-кишечного тракта, страдает сердечной слабостью, а также нервными расстройствами. 

Вторичная реакция на воздействие оксидов азота проявляется в образовании в человеческом организме нитритов и проникновения их в кровь. Это приводит к превращению гемоглобина в метагемоглобин, что в свою очередь вызывает нарушение сердечной деятельности[4]. Оксиды азота оказывают негативное воздействие и на растительность, образуя на листовых пластинах растворы азотной и азотистой кислот. Этим же обусловлено влияние оксидов азота на строительные материалы и металлические конструкции. К тому же, они участвуют в фотохимической реакции образования смога.

Около дорог  примерно 65% выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на прилегаю­щей поверхности. Общее количество выбросов в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем осаж­дается на землю вблизи обочины. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к  загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию[1].

При движении автомобилей возникает проблема загрязнения атмосферы городов взвешенными частицами диаметром менее 10 мкм, называемые обычно РМ-10. Эта проблема признана одной из главных. По предположениям многих зарубежных исследователей, такие мелкие частицы сильно влияют на здоровье людей и другие заболевания. В последние годы началось широкое изучение данных веществ.

В Российской Федерации внимание данной проблеме начинает уделяться только сейчас. Проводят измерения концентраций лишь суммы взвешенных частиц, на наиболее мелкие исследования недостаточно финансовых средств. К сожалению, в сложившийся ситуации невозможно дать точную оценку окружающей среды от загрязнения выбросами, так как анализируется лишь малая часть загрязнителей атмосферы.

Добавление к бензину присадки Р-9 делает его высокотоксичным. Разные марки бензина имеют различное процентное содержание присадки. Чтобы различать марки этилированного бензина, ихокрашивают, добавляя в присадку разноцветные красители. Неэтилированный бензин поставляется без окрашивания (табл. 3).

Таблица 3 -Перечень показателей физико-химических свойств aвтомобильных бензинов поГОСТ 2084177 иОСТ 38.01.9 - 75 Показатели качества              - А-76 Аи-93 Аи-95 Аи-98 Октановое число: по моторному методу.Исследовательский метод     86 79 94 93 84 89 Содержание (масса) свинца, г/кг 0,26 0,60 - 0,70 Содержание (массовая доля) серы, %, 0,15 0,15 0,07 0,16 Цвет этилированного бензина Желтый Оранжевый - Синий

 

В развитыхстранaхприменение этилированного бензина ограничивается или полностью прекращено не только из-за высокой токсичности присадки Р-9, но и не­совместимостиегос каталитическими нейтрализаторами отработав­ших газов[2]. Достаточноодной заправки этилированным бензином, чтобы вывести из строя активный слой дорогостоящего нейтрали­затораи датчика свободного кислорода (λ-зонда), то есть лишить ав­томобильсредств подавления СО, СН, N0_хи стехиометри­ческого дозирования топлива с последующими непредсказуемы­ми последствиями, вплоть до возгорания автомобиля.

С конца 70-х и  начала 80-х годов предыдущего столетия, одновременно с внедрением бифункциональных каталитических кон­векторов и систем электронного дозирования топлива, на смену иловой жидкости стали применять антидетонационные присад­ки[34]. Сначала в виде различных металлоорганических веществ (на основе Мл, N1, Ре, Ва, В, У), затем в виде оксигинатныхкислоролосодержаших соединений (спирты, эфиры и их производные). Широкомасштабное применение этих присадок выявило их явные недостатки, связанные как с негативными экологиче­скими последствиями, так и отрицательным влиянием на ресурс­ные показатели двигaтелей.

В даннойситуации важно отметить, что достаточно давно в мировой практике уделяется внимание внедрению технологий производства автомобильных бензинов с высокооктановыми компонентами (продуктами алкилирования, изомеризации, глубокого каталитического крекинга). Определен приоритетный интерес к деструктивным технологиям глубокого превращения (крекинга) нефтепродуктов, способствующего повышенному выходу высо­кооктановых изомерных углеводородных фракций[3]. Доля внедре­ния технологий от объёма первичной перегонки в странах Западной Европы и Азиатско-тихоокеанском регионе уже к 2000 году достигла 31 %;

В Южной Америке - 34 %, а в странах Север­ной Америки приблизилась к 60 %. В 2013 г. должна достигнуть 62 %. В России и странах СНГ эта доля остаётся на значительно более низком уровне (приблизительно 11 %).

В нашей стране этилированный бензин еще находит широкое при­менение, однако, поставлена задача полностью отказаться от его использования. Крупные промышленные центры и курортные местности переходят на использование неэтилированных бензинов.

В ближайшее время на российском рынке, согласно ГОСТ 51105-97, должны появиться бензины, строго соответствующие европейским наименованием марок Нормаль-80, Регуляр-91, Премиум-95 и Супер-98, хотя и с некоторыми оговорками[1]. Гос­стандарт поручил заинтересованным организациям подготовить предложения о прекращении применения на территории РФ ав­томобильных бензинов марок А-76, АИ-91 и АИ-95 по ГОСТ 2084-77 («дублеров» соответствующих марок по ГОСТ 51105-97) и соответствующее им Постaновление Госстандарта России. Взят стратегический курс на гарантируемую целевым финансировани­ем коренную реконструкцию и модернизацию технологической оснастки отечественных НПЗ по аналогии с положительным за­рубежным опытом.

Отрицательное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные выше компоненты отработавших газов двигателей, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки. Обладая большой способностью к испарению, особенно при высоких температурах, пары топлив и масел рас­пространяются в воздухе и отрицательно влияют на живые орга­низмы.

В местах заправки транспортных средств топливом и маслом происходят случайные разливы и намеренные сливы отработанного масла прямо на землю или в водоем. На месте масляного пятна длительное время не появляется растительность. Нефтепродукты, попавшие в водоемы, губительно воздействуют на их флору и фауну.

От всех источников загрязнения окружающей среды выбросы поступает как в aтмосферу, так и в поверхностный сток, включающий дождевые и талые снеговые воды, воды от мойки подвижного состава и уборки помещений, сточные воды, образующиеся в производственных процессах[3]. Главная задачи на настоящий период времени является как можно больше сократить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Для этого необходима разработка новых методов по сокращению выбросов от подвижных источников. Для того чтобы более активно шло изучение данного вопроса, необходимо должное финансирование. Возможно, это будет Государственный заказчик или же частное лицо, которые в свою очередь разработает методы для очистки атмосферы от выбросов АТК или сократят их до минимума, для того чтобы в окружающую среду с течением времени поступало как можно меньше вредных веществ[1]. Можно предположить, что если сейчас не принимать никаких мер, то в ближайшем будущем на земле возникнут новые, более серьезные заболевания, средств защиты от которых нет и в принципе не может быть, так как общество будет не готово к решению проблемы.

Литература

1.      Аксенов И.Я. Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2005.

2.      АмбарцумянВ.В., Носов В.Б., ТагасовВ.И. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат»,2012.

3.      Данилов-Данильян В.И. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать? - М.: МНЭПУ, 2000.

4.      Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. - М., Транспорт, 2007.

5.      Пинигин М.А. Охрана атмосферного воздуха. - М., 2008.

6.      Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. - М., 2004.

 

Код для цитирования: Скопировать