Загрязнение атмосферы передвижными транспортными средствами
Министерство общего и
профессионального образования
Российской Федерации
Дальневосточный государственный технический университет
Арсеньевский технологический институт
Кафедра
естественных, научных и
общепрофессиональных дисциплин
Реферат
по Экологии
на тему:
Загрязнение
атмосферы передвижными транспортными средствами.
Выполнил:
Студент 831 гр.
Наумов
Илья
Проверил:
Емельянова Ж. В.
Арсеньев 1998 г.
Содержание
Введение………………………………………………………………
стр.
Наземный
транспорт………………………………………………… стр.
Авиация и
ракетоносители………………………………………….. стр.
Заключение
………………………………………………………….. стр.
Введение
Наибольшее
загрязнение атмосферного воздуха поступают от энергетических установок,
работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельное топливо,
мазут, уголь, природный газ и другие). Количество загрязнения определяется
составом, объемом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.
Основными
источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями
внутреннего сгорания (ДВС). Доля загрязнения атмосферы от газотурбинных
двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительна,
поскольку их применение в городах и промышленных центрах ограничено. В местах
активного использования ГТДУ и РД (аэродромы, испытательные станции, стартовые
площадки) загрязнения, поступающие в атмосферу от этих источников сопоставимы с
загрязнениями от ДВС и ТЭС, обслуживающих эти объекты.
Основные
компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в
двигателях всех видов, - нетоксичные диоксид углерода СО2 и водяной
пар Н2О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные
вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца,
сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бензапирен С20Н12,
несгоревшие частицы топлива и т.п.
1. Наземный транспорт
Автотранспорт
является источником загрязнения атмосферы, количество автомашин непрерывно
растет (диаг. 1.1), особенно в крупных городах; а вместе с этим растет валовой
выброс вредных продуктов в атмосферу.
Диаг. 1.1
Токсическими
выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из
карбюратора и топливного бака. Основная доля токсических примесей поступает в
атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в
атмосферу поступает ~45% СnHn от их общего выброса.
Исследования
состава отработавших газов ДВС показывают, что в них содержится несколько
десятков компонентов, основные из которых приведены в табл. 1.1. Диоксид серы
образуется в отработавших газах в том случае, когда сера содержится в исходном
топливе (дизельное топливо).
Анализ
данных данных приведенных в таблице 1.1, показывает, что наибольшей
токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большего выброса СО, Nox, CnHm и др. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах
сажу, которая в чистом виде не токсична. Однако частицы сажи несут на своей
поверхности частицы токсичных веществ, в том числе и канцерогенных. Саж может
длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая тем
самым время воздействия токсических веществ на человека.
Таблица 1.1
Компоненты
|
Содержание компонента, об. доли, %
|
Примечание
|
Карбюраторные ДВС
|
Дизельные
ДВС
|
N2
O2
H2O (пары)
CO2
H2
CO
NOx
CnHm
Альдегиды
Сажа
Бензапирен
|
74 – 77
0,3 – 8
3,0 – 5,5
0 - 5,0
0,5 - 12,0
До 0,8
0,2 - 3,0
До 0,2 мг/л
0-0,04 г/м3
10-20 мкг/м3
|
76 – 78
2-18
0,5-4,0
1,0-10,0
-
0,01-0,50
0,0002-0,5
0,009-0,5
0,001-0,09 мг/л
0,01-1,1 г/м3
до 10 мкг/м3
|
Нетоксичен
Токсичен
|
Количество
вредных веществ, поступающих в атмосферу, поступающих в атмосферу в составе
отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и
особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении
регулировки карбюратора выбросы СО увеличиваются в 4 – 5 раз.
Применение
этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает
загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около
70% свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с
отработавшими газами, из них 30% оседает на земле сразу, а 40% остается в
атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5 – 3
кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в
бензине:
Содержание
свинца в бензине, г/л…………0,15 0,20 0,25 0,50
Концентрация
свинца в воздухе, мкг/м3…..0,40 0,50 0,55 1,00
Исключить
поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой
этилированного бензина на неэтилированный, что давно практикуется в крупных
городах ряда стран Западной Европы.
Валовые
выбросы вредных веществ автомобильным транспортом России (тогда еще СССР)
составляют, млн. т/год:
Автомобили:
1960 г. 1970 г. 1980
г.
Грузовые.
. . . . . . . . . . .9,05 18,99 30,63
Легковые.
. . . . . . . . . . .0,82 1,3 4,23
Автобусы.
. . . . . . . . . . 0,65 2,1 4,16
Всего: 10,52 22,39 39,02
Мировым
парком автомобилей с ДВС ежегодно выбрасывается, млн. т:
оксида
углерода – 260
летучих
углеводородов – 40
оксидов
азота – 20.
Доля
участия автомобильного транспорта в загрязнении атмосферного воздуха крупных
городов мира составляет, %:
Оксид
углерода Оксиды Азота Углеводороды
Москва 96,3 32,6 64,4
Санкт-Петербург 88,1 31,7 79
Токио
99 33 95
Нью-Йорк
97 31 63
В
некоторых городах концентрация СО в течении коротких периодов достигает 200 мг/м3
и более, при нормативных значениях максимально допустимых разовых концентраций
40 мг/м3 (США) и 10 мг/м3
(Россия).
2. Авиация и ракетоносители
Применение
газотурбинных двигательных установок в авиации и ракетостроении поистине
огромно. Все ракетоносители и все самолеты (кроме пропеллерных на которых стоят
ДВС) используют тягу этих установок. Выхлопные газы газотурбинных двигательных
установок (ГТДУ) содержат такие токсичные компоненты, как СО, NОx, углеводороды, сажу, альдегиды и др.
Исследования
состава продуктов сгорания двигателей, установленных на самолетах «Боинг-747»,
показали, что содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания
существенно зависит от режима работы двигателя (табл. 2.1.).
Таблица 2.1.
Число оборотов двигателя
|
Содержание г/кг топлива
|
СО
|
NOx
|
CnHm
|
0.56 n*
|
87.9
|
0.7
|
9.8
|
0.83 n
|
2.3
|
1.5
|
0.3
|
0.90 n
|
--
|
4.4
|
--
|
n – номинальное число оборотов двигателя
Как
следует из таблицы 2.1., высокие концентрации СО и CnHm характерны
для ГТДУ на пониженных режимах (холостой ход, руление, приближение к аэропорту,
заход на посадку), тогда как содержание оксидов азота NOx (NO, NO2, N2O5)
существенно возрастает при работе на режимах близких к номинальному (взлет,
набор высоты, полетный режим).
Суммарный
выброс токсичных веществ самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено
повышением расхода топлива до 20 – 30 т/ч и неуклонным
ростом числа эксплуатируемых самолетов (данные США).
1975
г. 1985 г. 1990 г.
Самолеты,
шт. 5629 6028
6721
Суммарное
топливо, млн. т в год. 45,5 97 142
Выбросы
NОx, млн. т в год. 0,287
0,548 0,832
Оксиды
углерода – 55%
Оксиды
азота – 77%
Углеводороды
– 93%
Аэрозоль
– 97%
остальные выбросы выделяют
наземные транспортные средства с ДВС.
Загрязнение
воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит
главным образом при их работе перед стартом, при взлете и посадке, при наземных
испытаниях в процессе их производства и после ремонта, при хранении и
транспортировке топлива, а так же при заправке топливом летательных аппаратов.
Работа жидкостного ракетного двигателя сопровождается выбросом продуктов
полного и неполного сгорания топлива, состоящих из O, NOx, OH и др.
При
сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются H2O, CO2, HCl,
CO, NO, Cl, а также твердые частицы Al2O3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).
В
двигателях космического корабля «Шатл» сжигается как жидкое так и твердое
топливо. Продукты сгорания топлива по мере удаления корабля от Земли проникают
в различные слои атмосферы (табл. 2.2), но большей частью в тропосферу.
Таблица 2.2
Атмосферный слой
|
Высота, км
|
Продукты сгорания, кг
|
HCl
|
Cl
|
NO
|
CO
|
CO2
|
H2O (пар)
|
Al2O3
|
Приземный слой
|
0 – 0,5
|
24666
|
2741
|
1697
|
131
|
55075
|
46674
|
39284
|
Тропосфера
|
0,5 - 13
|
78517
|
9657
|
4618
|
839
|
172570
|
152677
|
26385
|
Стратосфера
|
13 - 50
|
59732
|
11727
|
239
|
2189
|
147684
|
146393
|
110304
|
Нижняя мезосфера
|
50 - 67
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
15542
|
0
|
Мезосфера - термосфера
|
67
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
119045
|
0
|
В
условиях запуска у пусковой системы образуется облако продуктов сгорания,
водяного пара от системы шумоглушения, песка и пыли. Объем продуктов сгорания
можно определить по времени (обычно 20 с) работы установки на стартовой
площадке и в приземном слое. После запуска высоко температурное облако
поднимается на высоту до 3 км и перемещается под действием ветра на расстояние
30 – 60 км, оно может рассеятся, но может стать и причиной кислотных дождей.
При
старте и возвращении на Землю Ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не
только на приземный слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая
озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом
запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов. За
40 лет существования космонавтики в СССР и позднее России произведено свыше
1800 запусков ракет-носителей. По прогнозам фирмы Aerospace в XXI
в. для транспортировки грузов на орбиту будет осуществляться до 10 запусков ракет
в сутки, при этом выброс продуктов сгорания каждой ракеты будет превышать 1,5 т/с.
Согласно
ГОСТ 17.2.1.01 – 76 выбросы в атмосферу классифицируют:
1)
по агрегатному состоянию вредных
веществ в выбросах, это – газообразные и парообразные (SO2, CO, NOx углеводороды и
др.); жидкие (кислоты, щелочи,
органические соединения, растворы солей и жидких металлов); твердые (свинец
иего соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и
др.);
2)
по массовому выбросу, выделяя
шесть групп, т/сут:
1)
менее 0,01 вкл.;
3)
свыше 0,1 до 1,0 вкл.;
4)
свыше 1,0 до 10 вкл.;
5)
свыше 10 до 100 вкл.;
6)
свыше 100.
В
связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивным
использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного
хозяйства существенно возрос их общий выброс вредных примесей в атмосферу.
Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5% токсичных веществ,
поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов.
Заключение
Нельзя
сказать, что вопросу загрязнения транспортом не уделяется никакого внимания.
Все больше обычные поезда заменяются электровозами, разрабатываются и уже
выпускаются автомобили на аккумуляторных батареях, при современных темпах
прогресса можно надеяться на то что вскоре появятся и экологически чистые
авиационные и ракетные двигатели. Правительства принимают решения против
загрязнения планеты. За примером далеко ходить не надо. Инспекторы ГАИ уже
наказывают водителей, чьи машины выбрасывают в атмосферу токсичных веществ больше
нормы.
Охрана
природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы
слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас
считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что
мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями.
Однако воздействие человека на окружающую
среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение,
понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и
действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в
том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды,
обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если
разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе
Человеком.