Содержание

Введение………………………………………………………………..…………..3

Теоретическая часть………………………………………………………...……..4

Практическая часть……………………………………….………….……………9

Список используемой литературы………………………………………………13


Введение

В результате антропогенной деятельности в промышленности, транспорте, сельском хозяйстве, военно-промышленном комплексе наносится ущерб окружающей среде, обусловленный выделением (эмиссией) вредных токсичных компонентов, теплоты, электромагнитных полей, ионизирующих излучений, шума, вибраций, биологических токсикантов, тяжелых металлов, минеральных удобрений, моющих и поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов. В результате совокупного воздействия этих выделений на окружающую среду нарушается один из основных законов экологии - принцип взаимосвязи, взаимодействия человека с окружающей средой, что приводит к ущербу. Ущерб проявляется в сокращении плодородных земель и лесных массивов, загрязнении водного, воздушного бассейна, литосферы и фауны, эрозии почв, создании условий для "парникового" эффекта планеты, разрушении защитного озонового слоя, повышении уровня заболевания человека и снижения его иммунной системы.

Целями данной работы являются:

1. Определение абсолютного ущерба от действия токсикантов выхлопных газов двигателей транспортных средств воздушному бассейну.

2. Определение предотвращенного ущерба воздушному бассейну при замене высокотоксичного топлива на менее токсичное.

3. Определение величины удельного предотвращенного ущерба воздушному бассейну.

4. Разработка рекомендации по снижению ущерба воздушному бассейну от выхлопных газов двигателей транспортных средств

Теоретическая часть

В атмосферном воздухе под действием внешних и внутренних факторов постоянно протекают гидродинамические, тепловые, электромагнитные, химические и фотохимические процессы, от которых зависит температура, давление, скорость перемещения воздушных масс и его химический состав. Атмосфера на сотни километров простирается вокруг Земли, её масса составляет 5,3 • Ю15 тони. Это 1 • 106 массы нашей планеты. Плотность, влажность, давление, температура, скорость перемещения и химический состав атмосферы неодинаковы и зависят от высоты слоя атмосферы над Землей.

Воздух состоит в основном из азота, кислорода и относительно меньшего количества аргона. Все остальные имеющиеся в атмосфере газы содержатся лишь в следовых количествах. Время жизни некоторых следовых газов в атмосфере колеблется от 1 года до 100 лет для та­ких устойчивых соединений, как, например, N2O.

Источники загрязнения атмосферного воздуха подразделяют на две группы:

·        природные;

·        антропогенные.

К природным относятся - лесные пожары, пыльные бури, землетрясения, ураганы, морские бури, космическая пыль, извержения вулканов.

К антропогенным - промышленность, транспорт, сельское хозяйство, военно-промышленный комплекс.[1]

К вредным вы­бросам, загрязняющим атмосферу, относятся атмосферная пыль, газы и пары, которые прямо или косвенно отражаются на усло­виях жизни человека. Находящиеся в воздухе пыль и аэрозоли, как правило, не вступают в какие-либо особые химические реак­ции, но в сочетании с другими факторами могут нанести сущест­венный ущерб здоровью человека.

Под атмосферной пылью понимают взвешенные в воздухе твердые частицы с диаметром более 1 мкм. Эти частицы трудно классифицировать химически, так как они могут представлять собой как частицы кварца, так и органические материалы самого различного происхождения, в том числе и цветочную пыльцу растений. Если говорить о составе атмосферной пыли в глобаль­ном масштабе, то следует считать, что она в основном имеет минеральное происхождение, но в отдельных районах состав мо­жет меняться с изменением источников образования атмосфер­ной пыли: здесь могут преобладать соединения щелочных и ще­лочноземельных металлов, тяжелые металлы, углеводороды и, наконец, споры растений.

Аэрозоли представляют собой коллоидные системы, в кото­рых дисперсионной средой служит, как правило, воздух. Диа­метр диспергированных частиц, согласно определению коллоидных систем, лежит в пределах 0,1—0,001 мкм. В отличие от ат­мосферной пыли аэрозоли содержат не только твердые, но и жидкие частицы, образованные при конденсации паров или при взаимодействии газов. Жидкие капельки могут содержать и рас­творенные в них вещества. Обычно к аэрозолям относят и ка­пельки диаметром 0,1 — 1 мкм, тогда как твердые частицы того же размера относят к аэрозолям реже, часто их характеризуют как тончайшую пыль.

В физиологическом отношении особое внимание следует уде­лить частицам менее 5 мкм, так как с уменьшением частиц их поведение становится все более характерным для поведения газо­образного состояния, т. е. они не задерживаются в бронхах при дыхании (не отфильтровываются из воздуха), а также не вымы­ваются из воздуха дождями. Это увеличивает время их пребыва­ния в атмосфере по сравнению с более крупными частицами — обстоятельство, играющее особо важную роль при распростране­нии пыли и аэрозолей в атмосфере.

Пыли и аэрозоли влияют на:

·        тепловой режим атмосферы;

·        химические реакции в атмосфере;

·        коррозию металлов и разрушение силикатных покрытий;

·        здоровье человека;

·        процесс фотосинтеза растений.


К основным газам-загрязнителям атмосферного воздуха относятся: монооксид и диоксид углерода, оксиды серы и азота.

При выбросе газов необходимо учитывать высоту располо­жения выходного отверстия над поверхностью земли, скорость выброса, общее количество газа, его температуру и скорость распространения. Все эти данные могут быть получены с по­мощью современной измерительной техники. При этом для оценки загрязненности атмосферы особенно важно знать приро­ду и массу выбросов.

Значительно сложнее обстоит дело с выяснением условий пе­реноса выбросов. Их техническая оценка может быть осущест­влена лишь до известной степени (так, например, с учетом высо­ты источника выброса и температуры, которые оказывают зна­чительное влияние на распространение абгазов в атмосфере).

В то время как перенос пыли в первую очередь зависит от размеров и плотности частиц, а также от перемещения воздуш­ных потоков, распространение газов в основном определяется их растворимостью в воде и способностью к химическому взаимо­действию с компонентами атмосферы. Их наличие в атмосфере зависит от того, ограничивается ли перенос 100-километровой зоной или распространение принимает глобальный характер. Среди газов, имеющих тенденцию к глобальному распростране­нию, можно назвать СО2, в то время как SО2 и NO2, подобно пыли в тропосфере, сохраняются в атмосфере от нескольких дней до нескольких недель.

Этим определяется значительное различие концентраций за­грязнений в местностях, подверженных действию выбросов, по сравнению с теми, где выбросы отсутствуют. Кроме того, пере­нос связан с метеорологическими условиями и особенностями земной поверхности. Направление переноса выбросов определя­ется направлением ветра, а высота подъема выбросов — его ско­ростью.[2]


Монооксид углерода представляет опасность для человека, прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови, а также тем, что он участвует в образовании смога. Кроме того, СО может образовывать высокотоксичные соединения — карбонилы, но пока не установлено, в какой степе­ни реализуются в природе необходимые для этого условия.


Диоксид углерода – его влияние выражается не только в токсическом действии на живые организмы, но и в способности поглощать инфракрасные лучи. При нагревании земной поверхности солнечными лучами часть тепла в виде инфракрасного излучения отдается обратно в мировое пространство. Это возвращаемое тепло частично пе­рехватывается газами, поглощающими инфракрасное излучение, которые в результате нагреваются. Если это явление происходит в тропосфере, то с ростом температуры могут происходить кли­матические изменения («парниковый эффект»). Одна из основ­ных проблем нашего времени состоит в том, чтобы определить масштабы и временные рамки климатических изменений в ре­зультате накопления тепла за счет СО2.


Диоксид серы – в отличие от СО2 обладает большей реакционной способностью. В атмосфере диоксид серы претерпевает ряд химических превращений, важнейшие из них – окисление и образование кислоты. Атмосферное превращение SO2 в SO42-  приходит при выбро­сах SO2 в условиях влажных атлантических ветров, особенно в зимний отопительный сезон. Эти процессы получили извест­ность в первую половину XX столетия, когда в результате мощ­ных дымовых выбросов SO2 в Лондоне возник густой туман (pea soup), в котором происходило медленное образование аэрозоля серной кислоты — названного впоследствии смогом (от англ. smoke (дым) и fog (туман)). Диоксид углерода также разрушает металлы, облицовки зданий и стекла, воздействует на людей, животных и растительные организмы.


Оксиды азота. Содержанию азота в атмосфере уделялось недостаточно, внимание в течение длительного времени. Только за последние годы они стали предметом дискуссий об окружающей среде, не в последнюю очередь из-за того, что стала выявляться их роль в гибели лесов. За пятьдесят лет содержание оксидов азота в атмосфере неуклонно возрастало. Только с 1982 года антропогенные выбросы оксидов азота в атмосферу перестали увеличиваться. Оксиды азота участвуют в образовании фотохимического смога с окислительными свойствами, фотохимического озона, отрицательно действует на организм человека и растения.[3]


Для обеспечения экологической безопасности, создания нормальных, здоровых условий труда и отдыха разработаны предельные уровни загрязнения воздушного бассейна - предельно-допустимые концентрации (ПДК).


Практическая часть


В результате сжигания углеводородного топлива в двигателях транспортных средств (ДТС) образуются выхлопные газы, содержащие более 250 наименований токсикантов, основные из которых оксиды углерода, углеводороды, сажа, тяжелые металлы, оксиды серы и азота. На долю выхлопных газов приходится более 60 % основных загрязнителей воздушного бассейна.


Известны (таблица):


Номер варианта

Расход топлива, Q т/год

Скорость оседания примесей, см/с

Высота устья источника, h м

Вид топлива

Концентрация, кг/т

Показатель относительной опасности, Аi

Соу

Соа

Сос

Сув

Стч

Аоу

Аоа

Аос

Аув

Атч

6

30000

2,5

0,9

н/б

370

21

1,5

30

1,5

1

41,1

22

3,16

300

дт

23

41

6

11

8

200


Соу, Соа, Сос, Сув, Стч – соответственно, концентрация оксида углерода, оксидов азота, оксидов серы, углеводородов, твердых частиц (сажи);

Аоу, Аоа, Аос, Аув, Атч -  соответственно, показатель относительной опасности оксида углерода, оксидов азота, оксидов серы, углеводородов, твердых частиц (сажи).


Требуется:

1. Определить абсолютные величины ущербов от выхлопных газов ДТС, работающих на неэтилированном бензине Ун и дизельном топливе Удт.

2. Определить величину предотвращенного ущерба П (руб./год) и удельный предотвращенный ущерб Пуд (руб./т).

3. Результаты представить в виде таблицы и составить рекомендации по снижению ущерба атмосферному воздуху от воздействия выхлопных газов двигателей транспортных средств.


Решение:

Абсолютный ущерб, наносимый выхлопными газами ДТС, У, руб./год, определяют по формуле:

У  = γ * σ * f * M,

где: γ – константа, численное значение которой равно 2,4 * 102 руб. на условную тонну выбросов, руб./усл. т;

σ – показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над различными территориями, примем равным 8 (территории пригородных зон отдыха и садовых участков);

f – поправка, учитывающая характер рассеяния примеси в атмосфере. Для частиц, оседающих со скоростью от 1 до 20 см/с

f = #,

где: h – геометрическая высота устья источника, м;

υ – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера, м/с, обычно υ принимают равным 3 м/с;

φ – безразмерная поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосфере, вычисляемая по формуле

φ = 1 + ΔТ / 75,

где: ΔТ – среднегодовая разность температур в устье источника и в атмосфере 0С, примем равной 120 0С.

М – приведенная масса годового выброса вредных компонентов выхлопных газов, поступающих в атмосферный бассейн. М, т/год, определяется по формуле:

                                                            N

М = ∑ Аi * mi,

                                                           n = 1

где: Аi – безразмерный показатель относительной опасности вредного компонента i-го вещества;

N – число компонентов выхлопного газа;

mi – масса выброса вредного компонента i-го вида, т/год. Для аэрозолей

mi = Q * Ci / 1000,

где: Q – масса израсходованного топлива, т/год;

Ci – концентрация вредного компонента i-го вида, кг/т.

1.  φ = 1 + 120 / 75 = 2,6;

f  = # = 0,0039;

Мн = 30000  *  (1  *  370  +  41,1 *  21  + 22 * 1,5 + 3,16 * 30 + 300 * 1,5)  / / 1000 = 54327 т/год;

Мдт =  30000 * (1  *  23 + 41,1 * 41 + 22 * 6 + 3,16 * 11 + 200 * 8)  / 1000 = = 104245,8 т/год;

Ун = 2,4 * 102 * 8 * 0,0039 * 54327 = 4,07 * 105 руб./год;

Удт = 2,4 * 102 * 8 * 0,0039 * 104245,8 = 7,81 * 105 руб./год.

2. Предотвращенный ущерб равен:

П = Удт – Ун

П = 7,81 * 105 – 4,07 * 105 = 3,74 * 105 руб./год

Удельный предотвращенный ущерб равен:

Пуд = П / Q

Пуд = 3,74 * 105 / 30000 = 12,47 руб./т

3.

Q, т/год

У, руб./год

П, руб./год

Пуд, руб./год

Примечание

дизельное топливо

неэтилир. бензин

30000

104245,7

54327

3,74 * 105

7,81 * 105

Расчет производился для территории при-городных зон отдыха и садовых участков


Меры по снижению ущерба атмосферному воздуху от воздействия выхлопных газов двигателей транспортных средств:

1.                Оптимизация энергетического состояния воздушного заряда.

2.                Улучшение экономических и экологических характеристик дизеля путем повышения давления впрыска топлива.

3.                Улучшение качества топлива для судовых дизелей, разработка присадок к топливу, повышающих цетановое число компаундированного дизельного топлива, интенсифицирующих процесс окисления, воспламенения.

4.                Задержка воспламенения топлива и влияние ее на полноту сгорания и состав выхлопных газов дизелей.

5.                Улучшение показателей смесеобразования дизельного топлива с воздухом.

6.                Снижение уровня токсичности выхлопных газов за счет ввода воды в дизельное топливо.

7.                Впрыск метанола непосредственно в камеру сгорания дизельного топлива.

8.                Снижение уровня токсичности выхлопных газов с помощью нейтрализаторов.[4]

Список используемой литературы

1.                Леонов В.Е. Экология: Учебное пособие. – Новосибирск: НГАВТ, 1999.

2.                Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. – М.: Мир, 1997.

3.                Экологическая химия / Под ред. Ф. Корте. – М.: Мир, 1997.

4.                Новиков Г.А. Основы общей экологии и охраны природы. – Л.: Издательство ЛГУ, 1999.

5.                Охрана окружающей среды /  Под ред. С.В. Белова. – М.: Высшая школа, 1991.




[1] Леонов В.Е. Экология: Учебное пособие. – Новосибирск: НГАВТ, 1999, стр. 75 – 76.

[2] Экологическая химия / Под ред. Ф. Корте. – М.: Мир, 1997, стр. 105 – 107.

[3] Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. – М.: Мир, 1997, стр. 18 – 82.

[4] Леонов В.Е. Экология: Учебное пособие. – Новосибирск: НГАВТ, 1999, стр. 115 – 116.