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
|
74 – 77
0,3 – 8
3,0 – 5,5
5,0 - 12,0
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).
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
Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГТДУ оказывают в
аэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительные данные
по выбросам вредных веществ в аэропортах показывают, что поступления от ГТДУ в
приземный слой атмосферы составляют:
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.
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.;
2)
свыше 0,01 до 0,1 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.