Нормирование загрязняющих веществ в биосфере.

Для предотвращения отрицательных последствий воздействия загрязняющих веществ на атмосферу, литосферу и гидросферу необходимо знать их предельные уровни, при которых обеспечивается нормальная жизнедеятельность. Информация, характеризующая состояние природной среды, оценивается с помощью специально разработанных критериев или нормативов. Основной величиной экологического нормирования качества природной среды является предельно допустимая концентрация вредного вещества или веществ в биосфере – воздухе, воде и почве. В общем случае ПДК – это такое содержание ВВ в окружающей среде, которое при постоянном контакте или воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК должны устанавливаться на основе различных токсикометрических оценок, с раздельным нормированием уровней загрязнения, например, воздуха, в рабочих зонах и в населенных пунктах. На рис. 2. приведена классификация ПДК.

Фактическое загрязнение атмосферы воздуха городов и населенных пунктов оценивается по 5-балльной школе: I – допустимое загрязнение; II – умеренное;111 – слабое; IV – сильное; V– очень сильное.
Загрязнение I степени является безопасным для здоровья населения. При загрязнении II–V степеней вероятность возникновения неблагоприятных эффектов возрастает с увеличением степени загрязнения. В нормативах Минздрава России приводятся сведения о классе опасностей вещества совместно с ПДК.
При погрузочно-разгрузочных работах наиболее опасны кремнесодер-жащие пыли. Требования к методикам измерения концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны приведены в ГОСТ 17.2.4.02–84[27].
Содержание ВВ в воздухе рабочей зоны не должно превышать установленных ПДК. ПДК ВВ в воздухе рабочей зоны – это концентрации, которые при ежедневной работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений здоровья человека, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или неблагоприятных последствий у его потомства.

Правила установления предельно допустимых выбросов вредных веществ предприятиями приведены в ГОСТ 17.2.3.02–78[24].

ПДК в основном устанавливаются на основании экспериментов. Для ускоренного определения ПДК новых веществ используют расчетные методы. В настоящее время принято, что установленные расчетным путем нормативы должны рассматриваться в качестве ВДК.
Для максимального снижения выбросов вредных веществ должны быть использованы наиболее совершенная технология и методы очистки. Рассеивание вредных выбросов в атмосфере при увеличении высоты их выброса может быть применено только после реализации всех современных технических средств, снижающих абсолютное количество выбросов и сокращающих концентрацию вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу. Для неорганизованных выбросов и групп мелких одиночных источников, например, вентиляционных, устанавливают суммарный предельный выброс.

При неблагоприятных метеорологических условиях в кратковременные периоды загрязнения атмосферы, опасного для здоровья населения, необходимо снизить выбросы ВВ, вплоть до полного прекращения работ, вызывающих загрязнение. Работу по установлению ПДВ проводит головная организация, которая рассматривает планы мероприятий, направленных на снижение загрязнения атмосферы, делает окончательные расчеты загрязнения атмосферы от всех объектов, устанавливает предельные выбросы вредного вещества для каждого предприятия и разрабатывает комплексный план мероприятий снижения загрязнения атмосферы. Эффективность поэтапного уменьшения выбросов ВВ оценивают по степени фактического снижения загрязнения атмосферы, определяемого в соответствии с нормативными документами.
Кроме этого, для обеспечения экологической безопасности населения, проживающего вблизи экологически опасных предприятий, создаются санитарно-защитные зоны, отделяющие жилые кварталы от предприятий.[7]

 

 

4. Оценка вариантов повышения экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта

Задание

1. Оценить суммарную токсичность выбросов за год автомобилями с бензиновыми и дизельными двигателями по двум вариантам природоохранных мероприятий.

2. Определить вклад основных компонентов отработавших газов в суммарную токсичность выбросов.

3. По результатам расчетов построить гистограммы, проанализировать экологическую эффективность предлагаемых мероприятий.

4. Сопоставить экономичность предлагаемых вариантов природоохранных мероприятий, сделать вывод о большей целесообразности одного из них.

 

Исходные данные

Средний пробег автомобиля за год, L ……………………………..10 000 км

Средний расход топлива на 100 км:

- для бензиновых двигателей …………………………………………....10 л

- для дизельных двигателей…………………………………………..…..30 л

Средняя стоимость используемых топлив:

- бензинов……………………………………………………………….15 руб/л

- дизельных топлив…………………………………………………..…15 руб/л

Стоимость одного каталитического

нейтрализатора для автомобиля с бензиновым двигателем………………………………………….….……………...10 000 руб.

Стоимость комбинированной системы

фильтр-нейтрализатор для автомобиля с дизельным двигателем.....12 000 руб.

Срок службы каталитического нейтрализатора ………………….….3 года

Срок службы комбинированной системы фильтр-нейтрализатор……………………………………………………...……3 года

Стоимость многофункциональной присадки:

- для бензинов……………………………………………….………..…2 коп/л

- для дизельных топлив…………………………………………...…….6 коп/л

 

Природоохранные мероприятия для предприятия, в автопарке которого имеются автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями, предлагаются с учетом того, что автомобили с бензиновыми двигателями оборудованы системой впрыска топлива и используют только неэтилированный бензин. Применение каталитических нейтрализаторов и системы фильтр-нейтрализатор увеличивает расход топлива на 10 %. Для снижения токсичных выбросов, производимых автомобилями предприятия, предложены 2 альтернативных природоохранных мероприятия:

- применение трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов для автомобилей с бензиновыми двигателями и комбинированной системы фильтр-нейтрализатор для автомобилей с дизельными двигателями (природоохранное мероприятие 1);

- применение многофункциональной присадки к бензинам и дизельным топливам (природоохранное мероприятие 2).

Данные о выбросах загрязняющих веществ одним автомобилем на единицу пробега представлены в табл. 1.1.

Загрязнение воздуха городов токсичными веществами, выбрасываемыми

автотранспортом, обусловливает во многих случаях концентрации токсичных веществ в

воздухе в зоне дыхания, во много раз превышающие безвредные для здоровья человека.

Выбросы токсичных веществ автомобилями зависят как от технического совершенства автомобилей и их двигателей, так и от экологических свойств моторных топлив.

При сгорании моторных топлив в бензиновых и дизельных двигателях при стехиометрическом (.=1) или сверхстехиометрическом (.>1) соотношении кислород воздуха/топливо помимо основных продуктов полного окисления – воды и диоксида углерода – образуются и выбрасываются с отработавшими газами в воздух токсичные вещества: оксиды углерода, азота, органические кислородосодержащие соединения, несгоревшие углеводороды, сажа, а при использовании свинцовых антидетонаторов (этилированных бензинов) свинец (в виде бромидов и хлоридов). Образование токсичных веществ в бензиновых и дизельных двигателях имеет свои особенности и отличия, ввиду этого и состав отработавших газов отличается. Основные токсичные продукты

отработавших газов бензиновых двигателей (в современных бензиновых двигателях соотношение воздух/топливо автоматически поддерживается в пределах 1,00. 1,02 относительно стехиометрического) – продукты неполного горения топлива: оксид углерода (CO) и недогоревшие углеводороды (CmHn). Дизельный двигатель работает со значительным избытком воздуха, и микродиффузионный режим сгорания топлива создает условия образования токсичных веществ, значительно отличающиеся от условий в бензиновых двигателях.

 

Таблица 1.1

Исходные данные для решения

№ варианта	Выбросы токсичных веществ автомобилем с бензиновым двигателем, г/км	Выбросы токсичных веществ автомобилем с дизельным двигателем, г/км
	CO	NO2	CmHn	CO	NO2	CmHn	Сажа
0*	1**	2***
2,00	0,20	1,40	0,18	0,07	0,13	0,22	0,02	0,14	1,50	0,10	0,30	3,50	3,50	2,63	0,46	0,05	0,29	0,04	0,02	0,02

 

 

* - Выбросы до проведения природоохранного мероприятия.

** - Выбросы после природоохранного мероприятия 1.

*** - Выбросы после природоохранного мероприятия 2.

 

В результате в дизельных двигателях образование оксидов азота значительно выше, чем в бензиновых двигателях, а образование оксида углерода – много меньше. В то же время значительно выше степень полного и неполного окисления углеводородов, и, следовательно, значительно меньше выбросы суммы углеводородов и их оксипроизводных (но доля выбросов альдегидов в 1,5. 4 раза выше), чем в бензиновых двигателях. Кроме того, в выбросах дизельных двигателей всегда содержится сажа, ввиду особенностей диффузионного горения.

Для оценки суммарной токсичности отработавших газов необходимо знание ПДК токсичных компонентов выбросов. Обычно при оценке токсичности веществ, выбрасываемых в воздух автотранспортом, исходили из значений максимальной разовой ПДК. Однако, в настоящее время города настолько насыщены автомобилями, что правильнее пользоваться среднесуточными ПДК. При этом существует большая неопределенность в величине ПДК для группы токсичных веществ CmHn, так как определяется сумма горючих, кроме СО, включающая в себя как малотоксичные, так и чрезвычайно токсичные вещества (табл. 1.2).

 

 

Таблица 1.2

Предельно допустимые концентрации некоторых веществ, входящих в группу CmHn отработавших газов АТС

 

Вещество	Предельно допустимая концентрация, мг/м
максимальная разовая	среднесуточная
Бутан		_
Гексан		_
Бутен
Гексен	0,4	0,085
Бензол	1,5	0,1
Формальдегид	0,035	0,003
Бензапирен	_	10 (-6)

 

 

Поскольку усреднение ПДК в данном случае проблематично, мы принимаем для группы CmHn ПДК, равным ПДК NO2 (в нормах ПДВ стран ЕС до 2000 г. CmHn и NO2,

определяемые в виде NO2, лимитировались суммарно). Ниже приведены среднесуточные ПДК основных токсичных компонентов отработавших газов:

Вещество ПДКСС, мг/м3

NO2……………………………0,04

CO……………………………...3

CmHn ……………………..…..0,04

Твердые частицы

(сажа)…………………..……...0,05

Если при сжигании 1 кг топлива выделяется GA г токсичного вещества А и предельно допустимая среднесуточная концентрация его равна ПДКА, то концентрация А в воздухе будет равна ПДК А. Тогда объем воздуха, в котором разбавлены продукты сгорания (коэффициент разбавления – Кр(А), м3), равен

Рассчитываем Кр с учетом выбросов токсичных веществ автомобилем с бензиновым двигателем, г/см:

Вычисляем коэффициент разбавления вещества А (СО):

2

Вычисляем коэффициент разбавления вещества В (NO2):

2

Вычисляем коэффициент разбавления вещества С (CmHn):

2

 

Рассчитываем Кр с учетом выбросов токсичных веществ автомобилем с дизельным двигателем, г/см:

Вычисляем коэффициент разбавления вещества А(СО):

Вычисляем коэффициент разбавления вещества В(NO2):

Вычисляем коэффициент разбавления вещества С(CmHn):

Вычисляем коэффициент разбавления вещества D (сажа):

 

Суммирование ведется по видам токсичных веществ.

Примем за эталон оксид углерода. Тогда суммарное загрязнение воздуха токсичными веществами, образующимися при сжигании 1 кг моторного топлива, будет определяться формулой:

ПДКсо CO, где gco- вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как все токсичные вещества в сумме, г.

Таким образом, вес суммарного загрязнения воздуха выбросами токсичных веществ (с бензиновым двигателем, г/км) для вещества А(СО) равен:

 

ПДКсо 3,6

 

Для вещества В():

 

ПДКсо 28,5

 

Для вещества C(CmHn):

 

ПДКсо 28,5

Тогда вес суммарного загрязнения воздуха выбросами токсичных веществ (с дизельным двигателем, г/км) для вещества А(СО) будет равен:

 

ПДКсо

 

Для вещества В(NO2):

 

ПДКсо 722,25

 

Для вещества C(CmHn):

 

ПДКсо 60

 

Для вещества D(сажа):

 

ПДКсо 4,8

 

Используя данную методику, можно сравнивать экологические характеристики различных типов автомобилей по интегральной характеристике токсичности отработавших газов, выраженной через эквивалентный вес оксида углерода, также можно сравнивать экологическую эффективность методов снижения токсичности отработавших газов автомобилей, сравнивать экологические свойства различных сортов бензинов и дизельных

топлив и т.д.

Для оценки суммарной токсичности выбросов автомобилями фирмы за год необходимо учитывать среднегодовой пробег L. Суммарная токсичность годовых выбросов i-го токсичного вещества одним автомобилем Gco, кг, определяется по формуле:

 

где gi – выбросы i-го токсичного вещества автомобилем на километр пробега, г;

gCO – вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как сумма токсичных выбросов

на километр пробега автомобиля, г;

10-3 – коэффициент перевода годовых выбросов в килограммы;

GCO – вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как сумма токсичных

выбросов автомобилем за год, кг.

Учитывая, что в автопарке фирмы есть автомобили, как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями, формула принимает вид:

 

 

где j – тип двигателя (бензиновый или дизельный);

gij – выбросы i-го токсичного вещества автомобилем j-го типа на километр пробега, г;

j GCO – эквивалентный по токсичности этим выбросам вес оксида углерода, кг.

В работе расчет суммарной токсичности производится отдельно для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями.