WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ) ЭКОЛОГИЯ Методические указания по ...»

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

ЭКОЛОГИЯ

Методические указания по выполнению лабораторных работ Ульяновск 2011 ББК Б1я7 Э 40 Экология : метод. указания по выполнению лабораторных работ / сост .

О. А. Нечаева, В. В. Шуреков. – Ульяновск : УВАУ ГА (И), 2011 – 44 с .

Содержат теоретические сведения, необходимые для выполнения лабораторных работ, описания лабораторных стендов, порядок выполнения различных опытов и расчетов, контрольные вопросы, список рекомендуемой литературы .

Рекомендованы курсантам всех специализаций .

Печатаются но решению Редсовета училища .

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общие сведения

Лабораторная работа № 1

Лабораторная работ № 2

Лабораторная работа № 3

Рекомендуемая литература

© Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт), 2011 Экология .

Нечаева О. А., Шуреков В. В. Методические указания по выполнению Л/р .

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ



Лабораторные занятия по экологии, наряду с лекциями и практическими занятиями, являются одной из основных форм организации обучения в вузе. Цели проведения лабораторных занятий:

– привитие умений и навыков практического использования теоретических положений, с которыми курсанты знакомятся на лекциях и в ходе самостоятельной работы;

– привитие умений и навыков работы с современными исследовательскими приборами и оборудованием;

– обучение математическим методам обработки результатов экспериментов .

Готовясь к лабораторным занятиям, курсанты должны знать следующее:

– теоретическая подготовка к лабораторной работе, а также подготовка отчета по ней должна проводиться заранее (дома), так как время занятий ограничено и предназначено в основном для монтажа установки, проведения измерений и обработки их результатов;

– при подготовке к занятиям нужно, в первую очередь, внимательно прочитать описание соответствующей лабораторной работы и понять ее цель, теоретические положения, которые являются основой проводимых измерений, устройство экспериментальной установки, план проведения эксперимента и расчетов .

При необходимости следует повторить по конспекту или учебнику материал тех лекций, которые так или иначе связаны с темой лабораторной работы .

Отчет оформляется рукописно в ученической тетради или на листах бумаги формата А4 в соответствии со стандартными требованиями. Обязательно необходимо указать на обложке тетради название изучаемой дисциплины (если титульный лист – номер и тему лабораторной работы), номер группы и фамилию курсанта, фамилию преподавателя, проверяющего работу .

Отчет должен содержать:

– цель работы;

– оборудование;

– метод измерения;

– описание экспериментальной установки (нужно схематически нарисовать экспериментальную установку) с перечислением используемых в опыте приборов;



– таблицы для записи результатов измерений;

–  –  –

– формулы, необходимые для вычислений, а также сами вычисления искомых величин;

– ответы на контрольные вопросы со списком использованных литературных или других источников;

– выводы .

Цель работы, оборудование, метод измерения, описание экспериментальной установки и ее схема, таблицы для записи результатов измерений, формулы, необходимые для вычислений, а также контрольные вопросы приведены в методических указаниях по выполнению соответствующей лабораторной работы .

В случае отсутствия метода измерений он формулируется самостоятельно .

Плановое аудиторное выполнение лабораторной работы начинается с проверки теоретических знаний в форме опроса по контрольным вопросам, по итогам которого преподаватель проставляет отметку о допуске к выполнению лабораторной работы .

Курсанты, не прошедшие опрос, к дальнейшему выполнению экспериментальной части работы не допускаются .

Теоретические сведения, необходимые для ответов на контрольные вопросы, содержатся в методических указаниях по выполнению лабораторных работ, а также в литературных источниках, приведенных в списке рекомендуемой литературы в данных методических указаниях .

В выводах по лабораторной работе указывается оценка полученного результата, перечисляются установленные закономерности и даются их объяснения .

–  –  –

Цель лабораторной работы: ознакомление с отдельными процессами химического загрязнения воздуха; повышение познавательного интереса к исследованию природных и техногенных явлений; ознакомление с современными способами определения загрязнений воздуха; развитие умений в области практической количественной оценки степени загрязненности воздуха; ознакомление со способами очистки загрязненных газовых смесей; развитие навыков прогнозирования последствий загрязнения воздуха .

Теоретическая часть

При проведении мониторинга воздушной среды в местах расположения жилых зданий, зонах отдыха, парках и т. п. (т. е. в относительно благополучных зонах) необходимо определять содержание химических загрязнителей-токсикантов, исходя из предельно допустимой концентрации (ПДК) для воздуха населенных пунктов. На эту же ПДК необходимо ориентироваться при изучении методов и средств очистки загрязненности воздуха, в частности, в составе лабораторной установки БЖС 7. Данные задачи решаются с применением высокочувствительных методик и приборов, освоение которых неспециалистами вызывает серьезные трудности .

Изучение методов и оборудования по очистке воздуха в составе установки БЖС 7 проводится с применением метода моделирования загрязнений и их аналитического экспресс-определения с помощью индикаторных трубок .

Метод моделирования загрязнений воздуха широко используется на практике (например, при разработке приборов и измерительных систем и их калибровке; при испытании систем, работающих в агрессивных средах; при токсикологических исследованиях и др.) .





Данный метод представляет собой способ воспроизведения реальных факторов химического воздействия на окружающую среду в микромасштабах, позволяющих экспериментатору работать с набором индивидуально либо

–  –  –

в процессе фронтальных работ. В экспериментах используются микроколичества вредных веществ и их моделей. Также метод моделирования представляет собой способ воспроизведения химических загрязнений воздуха, не наносящий ущерба окружающей среде и не требующий утилизации отходов .

Метод учебного моделирования загрязнений воздуха базируется на интеграции естественнонаучных знаний и позволяет достичь комплексного эффекта .

Сущность метода моделирования химических загрязнений воздуха состоит в приготовлении учебных модельных смесей компонента-загрязнителя (далее – компонента) с воздухом посредством дозированного выделения препаративно получаемого газообразного компонента (либо насыщенных паров жидкого компонента) в замкнутой камере известного объема .

Концентрации компонентов в учебных модельных смесях значительно (в десятки раз) превышают фактическую загрязненность воздушной среды населенных пунктов и стремятся к предельно допустимой концентрации для воздуха рабочей зоны (ПДКврз), благодаря чему загрязненность может быть быстро и достоверно определена в присутствии обучающихся (либо самими учащимися) с помощью колориметрических индикаторных трубок .

Проблема утилизации отходов после экспериментов с моделированием отсутствует из-за малых количеств химикатов .

В табл. 1.1 приведены основные сведения о приоритетных загрязнителях воздушной среды: их свойства, источники поступления в атмосферу, предельно-допустимые концентрации для воздуха населенных пунктов (ПДКвнп) – среднесуточные и максимальные разовые ПДК, ПДКврз, а также класс опасности загрязнителя-токсиканта. Приготовление учебных модельных смесей .

В состав набора «НХС-воздух» включены образцы реактивов для моделирования химической загрязненности воздуха и освоения приемов работы с индикаторными средствами при анализе воздуха (табл. 1.2) .

–  –  –

Приготовление модельных смесей компонента-загрязнителя с воздухом на установке БЖС 7 основано на внесении предварительно рассчитанного количества вещества соответствующего компонента в установку через камерусмеситель, в качестве которой используют колбу КГУ-3-1-4000-29/32ТС. При условии равномерного распределения компонента по объему камеры и установки (достигается при циркуляции воздуха в установке), массу вещества, которая должна быть внесена в камеру для достижения в ней заданной величины концентрации, рассчитывают по формуле

m = CeVKn,

где Ce – заданная величина концентрации компонента в камере, мг/м3;

V – объем воздуха в установке, включая объем камеры-смесителя, м3;

Kn – эмпирический коэффициент потерь. При работе с летучими органическими веществами Кп принимается равным 1, при работе с неорганическими веществами величина Кп может принимать значения от 10 до 100 и более в зависимости от методики эксперимента, что учитывается при получении концентрированной смеси в полиэтиленовой емкости .

При создании смесей легколетучих органических загрязнителей (модификации «НХС-воздух-1», «НХС-воздух-2») соответствующий компонент в нужном количестве, предварительно рассчитанном по формуле, приведенной выше, непосредственно впрыскивается в установку, где быстро испаряется, смешиваясь с воздухом. Легколетучие органические жидкости дозируют по объему, величину которого рассчитывают делением необходимой массы т растворителя на его плотность (для используемых органических веществ она принимается равной 0,8 г/мл) .

Для получения модельной смеси открывают пробку камеры-смесителя на установке БЖС 7 и рассчитанное количество компонента впрыскивают пипеткой-капельницей в камеру-смеситель. Далее пробку закрывают и перемешивают газовоздушную смесь путем циркуляции воздуха .

При создании модельных смесей неорганических загрязнителей (модификация «НХС-воздух-2») (см. табл. 1.3) предварительно препаративно получают концентрированную газовую смесь в полиэтиленовой мягкой емкости из состава набора, а затем переносят полученную смесь через штуцер в необходимом количестве в камеру-смеситель установки БЖС 7 .

–  –  –

Анализ модельной смеси проводится с помощью индикаторной трубки. Для этого отбирают пробу смеси из соответствующего штуцера установки БЖС 7, вводя туда индикаторную трубку с насосом-пробоотборником НП-ЗМ .

–  –  –

Стенд представляет собой стол лабораторный сборно-разборной конструкции, выполненный в виде сварных металлических рам со столешницей 1, металлическими опорными рамами 2 и вертикальной панелью 3 .

На вертикальной панели установлены устройства очистки воздуха: адсорбер угольный 4, адсорбер силикагелевый 5, абсорбер водяной 6. Также на вертикальной панели расположены камера-смеситель 7 и элементы пневмо- и гидросистем .

–  –  –

Адсорбер представляет собой прозрачную цилиндрическую емкость, имеющую верхнюю и нижнюю крышки с ниппелями и заполненную веществом-адсорбером. Один адсорбер заполнен активированным углем, другой – силикагелем .

Абсорбер представляет собой прозрачную цилиндрическую емкость, внутри которой имеются разбрызгиватель с решеткой для создания мелкодисперсной водяной среды .

Камера-смеситель 7 служит для внесения в воздушный поток пневмосистемы веществ-загрязнителей с помощью пипетки-капельницы 8. Отбор проб загрязненного и очищенного воздуха осуществляется через штуцеры соответственно отбора пробы «до очистки» 9 и отбора пробы «после очистки» 10, расположенных в нижней части свободной магистрали .

Камера-смеситель представляет собой стеклянный баллон («паук») с тремя отводами (центральный и два крайних). Центральный отвод используется для ввода загрязнителя воздуха; крайние отводы используются для присоединения к пневмосистеме .

Пневмосистема является замкнутой и включает в себя три магистрали (угольную, силикагелевую и свободную) очистки воздуха. Свободная магистраль 11 позволяет производить необходимые манипуляции по загрязнению и перемешиванию воздуха. Каждая магистраль снабжена шаровым краном 12 .

Воздушный поток в магистралях создается воздушным насосом 13, расположенным на вертикальной панели стенда .

На столешнице расположена водяная насосная станция, представляющая собой прямоугольную емкость 14 с водой, на дне которой установлен погружной водяной насос 15. Вода подается по напорной трубке 16, снабженной струбциной, предназначенной для регулирования объемного расхода воды, в разбрызгиватель абсорбера и сливается по возвратной трубке 17 в емкость с водой. Таким образом, гидросистема абсорбера является замкнутой .

На столешнице также размещены элементы из набора химико-аналитических средств («НХС-воздух-1»), в том числе: загрязнитель воздуха 18, индикаторные трубки 19, насос-пробоотборник 20, пипетка-капельница 8 и удлинитель 21 .

–  –  –

Требования безопасности при выполнении лабораторной работы

1. К работе со стендом допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе .

2. При включенном воздушном насосе один из кранов пневмосистемы должен быть открыт .

3. При появлении запаха одного из загрязнителей следует прекратить проведение лабораторной работы до устранения неисправности .

4. Лабораторную работу необходимо проводить в хорошо проветриваемом помещении .

5. Рекомендуется использовать в лаборатории воздухоочиститель гигиенический лабораторный АМ-4 ТУ 0101-01-2004 .

При транспортировке все составные части набора «НХС-воздух» следует располагать в контейнере на предусмотренных для них местах. Это позволит надежно закрыть укладочные контейнеры и исключить повреждение посуды и попадание внутрь контейнера пыли и других загрязнений .

Затруднения при закрывании контейнера свидетельствуют о небрежности при укладке составных частей (принадлежностей, посуды, флаконов, брошюр и др.)

При работе с наборами руководствуются основными правилами безопасности, предусмотренными для работ в химической лаборатории. В частности, недопустимо:

– попадание химикатов и растворов на слизистые оболочки, кожу, одежду;

– прием пищи (питья);

– использование открытого огня;

– вдыхание химикатов, особенно имеющих резкий запах и находящихся в мелкокристаллическом состоянии (образующих пыль) .

При проведении работ следует остерегаться порезов осколками стекла при вскрытии корпуса индикаторной трубки, а также вдыхания загрязненного воздуха при его анализе .

При подготовке и проведении газовых анализов при помощи индикаторных трубок следует представлять основные факторы опасности:

– индикаторные и фильтрующие трубки при их скрывании, соединении друг с другом и установке в уплотнительную втулку насоса. Представляет также

–  –  –

опасность содержимое индикаторных и фильтрующих трубок при попадании на кожные покровы, слизистые оболочки, в пищеварительный тракт и органы дыхания, а также на одежду, предметы пользования и оборудование;

– при работе с определяемым газом – вредные вещества во вдыхаемом воздухе, повышенная температура анализируемого воздуха и др.;

– операции по утилизации индикаторных трубок, использованных в процессе эксплуатации или с истекшим сроком хранения .

Вскрывая стеклянные трубки, запаянные концы следует отламывать осторожно, чтобы избежать порезов и попадания осколков стекла в глаза. При подсоединении и отсоединении трубки к насосу ее следует держать как можно ближе к концу, вставленному в гнездо аспиратора, избегая при этом сильного нажима на трубку и сдавливания ее руками .

При повреждении корпуса трубки, смещении фиксирующих тампонов, приводящих к высыпанию наполнителя трубки, следует избегать попадания содержимого трубок на слизистые оболочки, кожу, одежду. Поврежденные трубки собирают, предварительно надев резиновые перчатки, и уничтожают путем дробления и нейтрализации .

Меры предосторожности при утилизации индикаторных трубок, использованных в процессе эксплуатации или с истекшим сроком хранения:

– операции дробления и нейтрализации должны выполняться под вытяжкой;

– дробление должно проводиться в закрытой посуде с использованием защитного экрана;

– работающие должны надевать защитные очки, халат, резиновый фартук, нарукавники, перчатки, резиновые сапоги;

– раздробленные и нейтрализованные трубки должны выбрасываться в отвалы, удаленные от населенных пунктов .

Повышенную опасность представляют концентрированные минеральные кислоты, обладающие сильным разъедающим действием при попадании на слизистые оболочки, кожные покровы, одежду, обувь, оборудование и т. п. При попадании кислот на кожу необходимо быстро промокнуть раствор любым тампоном (салфеткой, ветошью и т. п.), место попадания обильно промыть струей воды и вымыть с мылом .

Вредное воздействие некоторых реактивов описано в табл. 1.4 .

–  –  –

Порядок проведения лабораторной работы I. Загрязнение воздуха в системе стенда одним из загрязняющих веществ .

1. С помощью пипетки-капельницы (далее – пипетка) внесите в центральную горловину камеры 2 мл загрязнителя и незамедлительно закрыть камеру .

2. Закройте краны очистных магистралей, а кран свободной магистрали откройте .

3. Включите воздушный насос и не выключайте его до полного испарения загрязнителя (ориентировочно 2–3 мин; контроль – визуальный) .

4. Выключите насос .

Перед работой с индикаторными трубками необходимо предварительно ознакомиться с соответствующими краткими инструкциями по их использованию на этикетках упаковок индикаторных трубок, а также освоить приемы прокачивания через трубки воздуха с помощью пробоотборника. Пробоотборник типа НП-3 и элементы его конструкции показаны на рис. 2 .

–  –  –

Рис. 2. Внешний вид насоса-пробоотборника НП-3М:

1 – насадка; 2 - переходная втулка; 3 – цилиндр-корпус; 4 – крышка; 5 – шток; 6 – индикатор завершения цикла прокачивания; 7, 8 – метки для настройки насосапробоотборника .

5. Вскройте индикаторную трубку с обоих концов, осторожно надломив их, как изображено на рис. 3 (для этого удобно использовать отверстие в корпусе насоса) .

Рис. 3. Схема вскрывания индикаторной трубки при помощи отверстия насадке насоса:

1 – насадка насоса-пробоотборника; 2 – индикаторная трубка .

6. Если для анализа необходимо использовать фильтрующую трубку – подсоедините ее последовательно с помощью отрезка резиновой трубки к индикаторной трубке со стороны входа воздуха, а индикаторную трубку – к резиновой втулке насоса со стороны выхода воздуха (перетяжки) .

7. Проверьте герметичность соединения трубок с насосом (рис. 4). Для этого необходимее провести внешний осмотр, а также пробное прокачивание воздуха, заглушив отверстие входа воздуха каким-либо способом – например, невскрытой индикаторной трубкой. (Пробное прокачивание воздуха выполняется аналогично рабочему). О герметичности соединения трубок свидетельствует возвращение поршня насоса в исходное положение после его вытягивания из корпуса примерно на 1/3 длины штока .

–  –  –

Рис. 4. Схема соединения индикаторной трубки (1) с насосом-пробоотборником НП-3М (2)

8. Подсоедините насос с индикаторной трубкой к специальному штуцеру для отбора пробы воздуха «до очистки» на установке БЖС-7 .

9. Снимите зажим .

10. Отберите с помощью пробоотборника 200 мл загрязненного воздуха. Для этого необходимо выполнить следующие операции:

– поверните шток насоса по оси вращения так, чтобы белая метка на крышке насоса не совпадала с черной меткой на штоке на четверть оборота, т. е. около 90° .

При этом фиксатор на крышке насоса выйдет из зацепления с пазами на штоке;

– введите шток целиком в корпус насоса. При этом имеющийся в рабочем пространстве насоса воздух выйдет через клапан обратного хода (рис. 5);

– поверните шток по оси вращения так, чтобы белая метка совпала с черной меткой. При этом фиксатор на корпусе займет положение, соответствующее пазу на штоке (рис. 5);

– оттяните шток насоса на себя с усилием до второго щелчка фиксатора (до метки «100» на штоке), что соответствует одному полному ходу поршня объемом в 100 см3. При этом фиксатор войдет в зацепление с пазом на штоке, маркированным меткой «100», и начнется просасывание воздуха до тех пор, пока давление в рабочем пространстве насоса не сравняется с атмосферным (рис. 5);

– выдержите поршень в зафиксированном положении в течение 1 мин или иного времени, необходимого для завершения цикла прокачивания (указано на упаковке индикаторных трубок). Момент окончания прокачивания следует контролировать по индикатору завершения цикла просасывания (см. рис. 2). Об окончании цикла просасывания свидетельствует появление четкого изображения точки в окошке индикатора .

Примечание. Если завершить просасывание раньше указанного времени, через индикаторную трубку может прокачаться меньше воздуха, чем необходимо по техническим данным, что приведет к неправильным результатам анализа;

–  –  –

Рис. 5. Последовательность операций при просасывании газовой смеси насосомпробоотборником НП-3М:

1 – ввести шток в цилиндр-корпус до упора; 2 – совместить метки на крышке и штоке; 3 – вытянуть шток до фиксации на позиции «100»; 4 – развернуть метки на крышке и штоке на 90°

– повторите описанные выше операции с насосом, не вынимая индикаторной трубки из резиновой втулки насоса .

11. Установите зажим .

12. Извлеките индикаторную трубку из резиновой втулки насоса .

13. Определите концентрацию анализируемого компонента по границе изменения окраски наполнителя на контрольной шкале индикаторной трубки .

Длина изменения окраски на наполнителе является мерой концентрации контролируемого компонента .

Примечание. Во всех индикаторных трубках индикационный эффект определяется визуально по изменению окраски наполнителя .

14. Рассчитайте концентрацию анализируемого компонента в воздушной среде (Cзаг/оч) и нормальных условиях, т. е. при температуре воздуха 20 °С и атмосферном давлении 760 мм рт. ст., в мг/м3:

–  –  –

где CtP – результат измерения концентрации с помощью индикаторной трубки при температуре t и давлении Р, мг/м3;

t° – температура окружающего воздуха, во время анализа, равная 20 °C (293 K);

P – атмосферное давление во время анализа, равное 760 мм рт. ст. (101,3 КПа) .

II. Очистка загрязненного воздуха с помощью адсорбера (активированный уголь или силикагель) .

1. Закройте кран свободной магистрали, откройте кран очистной магистрали адсорбера с активированным углем .

2. Включите насос и прогоните загрязненный воздух через адсорбер в течение 2 мин .

3. Выключите насос и отберите пробу очищенного воздуха через штуцер 11 в соответствии с п. 4 I этапа .

4. Рассчитайте концентрацию анализируемого компонента в воздушной среде, приведенную к нормальным условиям в соответствии с п. 5 I этапа .



5. Определите эффективность очистки воздуха различными видами фильтров по формуле C оч C заг Э= 100 %, C заг где Сзаг – концентрация вещества-загрязнителя в загрязненном воздухе, мг/м3;

Соч – концентрация вещества-загрязнителя в очищенном воздухе, мг/м3 .

6. Открыть краны адсорберов и закрыть кран свободной магистрали .

7. Включить насос, произведите доочистку пневмосистемы в течение 5 мин .

III. Очистка загрязненного воздуха с помощью абсорбера (вода) .

1. Произведите действия в соответствии с п. 1–4 I этапа .

2. Откройте кран на абсорбер и на свободную магистраль, на адсорберы – закройте .

3. Включите водяной насос. Прокачайте воздух через абсорбер в течение 2 мин .

4. Включите воздушный насос .

5. Выключите водяной насос .

6. Выключите воздушный насос .

–  –  –

7. Отберите пробу очищенного воздуха в соответствии с п. 4 I этапа .

8. Рассчитайте концентрацию анализируемого компонента в воздушной среде, приведенную к нормальным условиям в соответствии с п. 5 I этапа .

9. Произведите расчет эффективности очистки воздуха в соответствии с п. 4 II этапа .

10. После завершения лабораторной работы выключите установку и проверьте, закрыты ли краны магистралей, камеры. Проветрите помещение .

11. Составьте отчет о работе, содержащий цель лабораторной работы, схему стенда, данные измерений и вычисления по формулам, сделайте вывод об эффективности очистки адсорбером и абсорбером .

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность метода моделирования?

2. Перечислите основные свойства основных загрязнителей воздушной среды .

3. Опишите основные пункты первого этапа проведения лабораторной работы .

4. Перечислите пункты второго этапа проведения лабораторной работы .

5. Какие основные пункты входят в третий этап проведения лабораторной работы?

6. Дайте сравнительную характеристику современным методам очистки атмосферного воздуха от газообразных загрязнителей .

7. Каковы существенные особенности принципов работы метода адсорбции и метода абсорбции?

–  –  –

Цель лабораторной работы: ознакомление с основными отработанными газами автомобилей и их влиянием на здоровье человека; ознакомление с мероприятиями по снижению количества загрязняющих веществ от автотранспорта;

изучение основных методик определения количества потребляемого топлива и продуктов сгорания при эксплуатации автомобилей .

Теоретическая часть

Автомобильный транспорт относится к основным источникам загрязнения окружающей среды. В крупных городах на долю автотранспорта приходится более половины объема вредных выбросов в атмосферу. В мегаполисах эта величина еще больше: Санкт-Петербург – 71 %, Москва – 88 %. Уровень загрязнения воздуха оксидами азота и углерода, углеводородами и другими вредными веществами на большинстве автомагистралей в 5–10 раз превышает ПДК .

Влияние выхлопных газов автотранспорта на человека Во многих странах, и в первую очередь индустриально развитых и густонаселенных, нарастает загрязнение поверхности Земли механическими примесями в виде золы, пыли, шлаков. Такое загрязнение особенно велико в районах размещения крупных транспортных узлов .

При сжигании в автотранспортных установках топлива в воздух с продуктами сгорания выбрасывается и сернистый ангидрид, который, соединяясь с атмосферной влагой, образует сернистую и серную кислоты, попадающие, в конечном счете, в почву и воду. Подобные агрессивные вещества оказывают сильное вредное влияние, прежде всего, на растительный мир, угнетая леса на больших территориях. Скапливаясь в воздухе, они угрожают также животному миру и человеку, интенсивно разрушают металлические конструкции, лакокрасочные покрытия, бетонные и каменные сооружения. Большой вред наносится зданиям, мостам, архитектурным памятникам и другим сооружениям .

Доля отработавших газов автомобилей в загрязнении атмосферного воздуха больших городов изменяется в зависимости от времени и пропорциональна

–  –  –

интенсивности движения транспортных средств. Минимальная концентрация вредных веществ наблюдается в ночные часы. Максимальная концентрация отмечается в часы пик. Атмосфера улиц самоочищается в результате проветривания. При одной и той же интенсивности движения большее загрязнение воздуха отмечается в районах, плотно застроенных высокими зданиями, и вдоль дорог с узкой проезжей частью .

В автомобильных двигателях химическая энергия топлива преобразуется в тепловую, а затем в механическую работу. Процесс высвобождения химической энергии реализуется посредством горения, при котором реагенты энергоносителя соединяются с кислородом. В продуктах окислительных реакций содержатся: оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, соединения свинца, бенз(а)пирен, оксиды серы и другие побочные продукты горения .

По воздействию на организм человека компоненты отработавших газов подразделяются на токсичные (оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, соединения свинца), канцерогенные (бенз(а)пирен) и раздражающие (оксиды серы и азота, углеводороды) .

Влияние перечисленных компонентов отработанных газов на организм человека зависит от их концентрации в атмосфере и продолжительности действия .

Монооксид углерода (СО, угарный газ) – бесцветный, не имеющий запаха и вкуса газ, поэтому органы чувств человека не способны обнаружить его .

Плотность СО меньше, чем воздуха, поэтому он легко может распространяться в атмосфере .

В большинстве городов свыше 90 % СО попадает в воздух вследствие неполного сгорания углерода в моторном топливе по реакции: 2C + О2 = 2СО .

Полное сгорание дает в качестве конечного продукта диоксид углерода: C + О2 = = СО2, который не является токсичным газом, но участвует в формировании парникового эффекта .

Токсическое действие монооксида углерода заключается в том том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее и в 200–300 раз быстрее, чем кислород (при этом образуется карбоксигемоглобин), таким образом, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. Повышение концентрации угарного газа опасно и тем, что в результате кислородного голодания организма

–  –  –

ослабляется внимание, замедляется реакция, падает работоспособность водителей, что влияет на безопасность дорожного движения. Признаками отравления являются: головная боль и головокружение, шум в ушах, одышка, сердцебиение, мерцание перед глазами, покраснение лица, общая слабость, тошнота, иногда рвота, в тяжелых случаях – судороги, потеря сознания, кома. Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа .

Углеводороды (СхHу) являются важнейшим компонентом нефти, природного газа, продуктов их переработки и широко используются как топливо. При наличии определенных атмосферных условий (безветрие, напряженная солнечная радиация, значительная температурная инверсия) углеводороды служат исходными веществами для образования чрезвычайно токсичных продуктов – фотооксидантов, обладающих сильными раздражающим и общетоксичным действием на органы человека, и образуют фотохимический смог. Одним из самых опасных соединений из группы углеводородов является бенз(а)пирен, образующийся при неполном сгорании топлива. Бенз(а)пирен (C20H12) – полициклический ароматический углеводород (ПАУ), представляющий собой кристаллы желтого цвета, который был идентифицирован в 1933 г. как канцерогенный компонент сажи и смолы. В экспериментальных исследованиях бенз(а)пирен был испытан на девяти видах животных, включая обезьян. В организм бенз(а)пирен может поступать через кожу, органы дыхания, пищеварительный тракт и трансплацентарным путем. При всех этих способах воздействия удавалось вызвать злокачественные опухоли у животных. Он опасен для организма даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции, и по его уровню судят об общей загрязненности окружающей среды и продуктов питания различными ПАУ и онкогенной угрозе для человека .

Высокая концентрация бенз(а)пирена определяется в воздухе при жаркой летней погоде. Источником выступает асфальт, поэтому нежелательно в такую погоду проводить время на асфальтных покрытиях .

Оксиды азота (NxOy) – бесцветные газы (только диоксид азота имеет бурую окраску) с характерным запахом. Из оксидов азота наибольшую опасность представляет диоксид азота (NО2), который может оказывать раздражающее действие на органы зрения и дыхания (NО2, связываясь с водой, образует соединения азотной и азотистой кислот) .

–  –  –

Сернистый ангидрид (SО2) – бесцветный газ с острым запахом. Раздражающее действие на верхние дыхательные пути объясняется поглощением SО2 влажной поверхностью слизистых оболочек и образованием в них кислот. Он нарушает белковый обмен и ферментативные процессы, вызывает раздражение глаз, кашель. Сернистый ангидрид в воздухе даже в относительно низких концентрациях увеличивает смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, способствует возникновению бронхитов, астмы и других респираторных заболеваний .

Сажа при попадании в организм человека вызывает негативные последствия в дыхательных органах. Если относительно крупные частицы сажи, размером 2–10 мкм, легко выводятся из организма, то мелкие, размером 0,5–2 мкм, задерживаются в дыхательных путях, легких и вызывают аллергию. Как любой аэрозоль, сажа загрязняет воздух, ухудшает видимость на дорогах, но, самое главное, на ней адсорбируются ПАУ .

Свинец присутствует в отработанных газах автомобилей в виде мельчайших частиц, размером 1–4 мкм, которые длительное время сохраняются в атмосфере. Попадание свинца в организм человека вызывает серьезные поражения органов пищеварения, центральной и периферийной нервной системы и другие тяжелые заболевания. Главная опасность – способность свинца накапливаться в организме, так как он практически не выводится .

Влияние пыли на здоровье человека Степень запыленности воздуха при движении автомобильного транспорта зависит от следующих факторов: времени года, типа покрытия дороги и вида почвы, направления ветра, интенсивности движения, грузоподъемности автомобиля, типа шин .

Основной частью пыли является кварц. На городских магистралях в уличной пыли обнаруживаются также примеси кальция, кадмия, свинца, хрома, цинка, меди, железа. Присутствие перечисленных примесей определяется функционированием автомобильного транспорта и обработкой магистралей антиобледенительными составами. Увеличивают выброс пыли шины, оснащенные шипами .

Износ дорожного полотна при их использовании в зимний период составляет 2–4 мм. В целом ряде стран использование шипованных шин запрещено, за исключением ограниченного числа автомобилей специального назначения .

Воздействие пыли увеличивает скорость изнашивания машин и механизмов и

–  –  –

оказывает вредное влияние на организм человека. Вредное воздействие пыли на организм человека зависит от ее дисперсности, твердости частиц, формы пылинок и т. д. Мелкодисперсная пыль наиболее опасна, потому что оседает в легких и бронхах и при длительном вдыхании приводит к возникновению профессиональных заболеваний. Особенно опасны для организма кислотосодержащие аэрозоли, адсорбирующие канцерогенные вещества. Первые нарушают кислотное равновесие тканевых клеток; вторые, постепенно накапливаясь в организме, могут явиться причиной возникновения злокачественных опухолей .

Мероприятия по уменьшению количества выбросов загрязняющих веществ автотранспортом Количество автотранспорта, а значит и выбросов от него, во всем мире растет. Сейчас в мире ежегодно выпускается около 25 млн машин. К 2000 г. численность мирового автопарка приблизилась к 500 млн машин, из них 400 млн – легковые. В среднем нормально эксплуатируемый автомобиль в сутки выбрасывает 4 кг только углекислого газа. Во многих городах России выбросы автотранспорта составляют наибольший процент от транспортных выбросов в атмосферу .

Известно, что количество бенз(а)пирена в выхлопных газах резко возрастает на режимах торможения автомобилей – до 50–100 мг за 1 мин работы на низкосортном бензине. Если это количество распределить равномерно, оно способно создать концентрацию, равную ПДК, в громадном объеме воздуха – чуть меньше 1 км3 .

Существуют несколько путей уменьшения количества выбросов вредных веществ автотранспортом .

Совершенствование двигателя внутреннего сгорания (ДВС). В последние годы все крупные автомобильные компании мира заняты разработкой экологически безопасных автомобильных двигателей .

Постоянно совершенствуя действующие моторы, они предпринимают шаги к созданию новых, с наиболее полным сгоранием топлива. Повышение экологической безопасности обеспечивают такие нововведения, как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы перераспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При запуске холодного двигателя в современных карбюраторах используются автоматы пуска и прогрева. В режиме торможения двигателя применяют экономайзер принудительного холостого хода – клапан, отключающий подачу топлива .

–  –  –

Повышение качества автомобильных бензинов. В настоящее время большое значение для улучшения экологической обстановки имеет запрещение в качестве автомобильного топлива этилированного бензина, который является основным источником свинца. В большинстве европейских стран он практически уже не используется. Кроме того, все новые автомобили оборудованы специальным катализатором и могут заправляться только неэтилированным топливом .

В настоящее время производители автозаправочных средств разработали специальные добавки к бензину, не содержащие свинца, но не снижающие эффективность топлива. Так, российские ученые совместно с коллегами из нидерландской транснациональной компании Ай-Си-Ди (ICD) создали фетерол – высокооктановую добавку к бензину, делающую его экологически почти безвредным, полностью соответствующим зарубежным и отечественным санитарным нормам. Производство такого бензина освоено на ряде российских заводов. Имеется реальная возможность изготавливать до 300 тыс. т фетерола ежегодно и производить на его основе 2–2,5 млн т экологически чистых бензинов .

Еще одним из эффективных добавок к бензину является метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ). Его применение снижает содержание в автомобильных выхлопах угарного газа на 10–20 %, несгоревших углеводородов – на 5–10 % и вредных летучих соединений – на 13–17 %. Автолюбителей может привлечь МТБЭ, прежде всего, своим высоким октановым числом – 110 единиц. В России МТБЭ производят в Нижнем Новгороде, городе Чайковском, а также в городе Тольятти, где выпускается смесь МТБЭ и бутилового спирта .

В начале 2000-х гг. начались поставки на автозаправочные станции новой марки бензина «Евросупер-95» с Новоуфимского нефтеперерабатывающего завода. От других марок бензина он отличается не только высоким октановым числом, но и предельно малым содержанием вредных сероводородных соединений. «Евросупер-95» вырабатывается по современным технологиям без тетраэтилсвинца и других вредных для окружающей среды и человека добавок .

Каталитические нейтрализаторы. Устанавливаемые в выхлопных трактах автомобилей нейтрализаторы уменьшают суммарный выброс токсичных веществ автотранспортом. Испытания каталитических нейтрализаторов показали, что они снижают уровень СО в отработанных газах на 80–90 %, СхНу – на 70– 80 %, NхОу – на 70–80 %. В целом токсичность выброса уменьшается в 10 раз .

–  –  –

Типовой катализатор представляет собой керамический блок, пронизанный множеством тонких каналов, покрытых тончайшим слоем платины с добавкой некоторых редких металлов – родия, палладия. Он монтируется в выхлопную систему автомобиля и нейтрализует токсичность отработанных газов. Высокая стоимость катализатора определяется дороговизной драгметаллов. Предпринятые поиски других, более дешевых и доступных катализаторов привели к выводу, что в известной степени платину могут заменить рутений, окись меди, окись хрома, окись никеля, двуокись марганца .

Дизельное топливо. В бензиновом двигателе рабочая (топливно-воздушная) смесь воспламеняется от постороннего источника (электрической искры), в дизельном – под действием температуры, повышающейся при сжатии смеси .

Потребление топлива дизелем на 20–30 % меньше .

В настоящее время в мире дизельные двигатели используются чаше, чем бензиновые двигатели, так как у оборудованных дизельными двигателями автомобилей меньшая токсичность отработанных газов (по сумме компонентов примерно втрое ниже, чем при бензиновых двигателях). Но и дизельные двигатели экологически небезопасны, в процессе работы они выбрасывают твердые частицы: сажу, аэрозоли масла и несгоревшего топлива, продукты износа двигателя, сернистый ангидрид. Для очистки выхлопных газов на дизелях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры. Сажевый фильтр представляет собой монолитный блок с большим числом заглушенных с одного конца параллельных каналов с пористыми стенками. Отработанные газы очищаются, проходя через пористые стенки из одного канала в другой. Фильтры делают из пенокерамики и пенометалла, поскольку поры этих материалов эффективно задерживают дизельную сажу .

Автомобили на газе. Перевод автомашин на газовое топливо позволит почти в 100 раз уменьшить количество выбросов в атмосферу канцерогенных веществ. Сократится и расход нефтепродуктов: каждая тысяча газобаллонных автомобилей сэкономит на грузовых перевозках 12 тыс. т, на таксомоторных – 6 тыс. т, на пассажирских (автобусах) – 30 тыс. т в год. Значительно сократятся затраты и на охрану окружающей среды и воздушного бассейна .

Природный газ – отличное топливо для машин. Прекрасно смешиваясь с воздухом, он полнее сгорает в двигателе, следовательно, уменьшается содержание

–  –  –

вредных веществ в отработанных газах. Газовое топливо не требует различных присадок. Октановое число у него и так рекордное – от 105 до 110 единиц, в то время как у самого высокосортного бензина оно составляет только 96 единиц .

Кроме того, газовое топливо продлевает жизнь автомобильного двигателя почти в 1,5 раза: если бензин смывает, разжижает и портит смазку со стенок цилиндров, то газ не нарушает масляную пленку между трущимися деталями, и они меньше изнашиваются .

Сейчас из 500 млн автомашин, эксплуатируемых в мире, 1,2 млн работают на природном газе – метане, лишенном серы, свинца и различных примесей .

Очевидно, что доля их будет постоянно расти, так как низкая стоимость и экологическая чистота делают их все более популярными. Использование природного газа на автотранспорте при полной загрузке только действующей сети автомобильных газонаполнительных станций (АГНКС) позволило бы уменьшить количество вредных выбросов на 10 % .

В таблице 2.1 сопоставлены удельные выбросы ДВС. Количество выбросов взято по результатам комплексных исследований. За 100 % принято количество выбросов ДВС, работающего на неэтилированном бензине .

–  –  –

Анализ табл. 2.1 показывает, что применение газа сокращает выбросы: монооксидов углерода – в 3–4 раза; оксидов азота – в 1,5–2 раза; углеводородов (не считая метана) – в 3–5 раз; частиц сажи и двуокиси серы (дымность) ДВС – в 4–6 раз .

–  –  –

Широкое использование в России природного газа в качестве альтернативного топлива содействовало бы решению острых проблем в трех отраслях: экономике, энергетике и экологии .

В 1996 г. Комитет по промышленности, транспорту и энергетике Государственной Думы РФ рассмотрел и одобрил законопроект «О государственной политике в области использования природного газа в качестве моторного топлива». В нынешних условиях этот закон – одна из наиболее действенных мер, направленных на улучшение экологической обстановки в стране, а также обстановки в энергообеспечении .

Водородное топливо. Использование водорода в качестве основного вида топлива может коренным образом изменить всю будущую техническую цивилизацию. Важнейшая проблема современности – охрана окружающей среды от загрязнения – будет практически решена. Характеристики водорода как моторного топлива уникальны: высокая теплота сгорания (у бензина почти в 3 раза ниже); хорошая воспламеняемость; безвредность отработанных газов; высокая скорость сгорания (в 4 раза выше, чем у смеси «бензин + воздух») .

Электромобиль – автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от аккумуляторов, а не ДВС. Подвидами электромобиля считаются электрокар (грузовое транспортное средство для движения на закрытых территориях, подъемно-транспортная машина) и электробус (автобус с аккумулятором), которые широко применяются для перевозки грузов на вокзалах, в цехах и больших магазинах, а также как аттракцион .

В данном случае все недостатки в виде малого запаса хода и скорости, высокой собственной стоимости батарей и массы, перекрываются преимуществами: отсутствием вредных выхлопов и шума, что принципиально важно для работы в закрытых людных помещениях .

В интересах защиты окружающей среды считается целесообразным перевод автотранспорта на электротягу (метро, троллейбусы, монорельсы), особенно в крупных городах .

Организация автомобильного движения, архитектурно-планировочные мероприятия и озеленение. Для снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха необходимо регулировать транспортные нагрузки на улицах городов, стараться, чтобы они были более равномерными. Прежде всего следует

–  –  –

учитывать при этом структуру города – расположение промышленных и жилых районов, мест отдыха и центров культурно-бытового обслуживания. Наиболее загруженные участки транспортной сети надо дублировать, прокладывая новые линии движения транспорта .

Создание в городе сети магистралей скоростного движения позволяет существенно повысить пропускную способность путей сообщения, сократить число дорожно-транспортных происшествий, изолировать «спальные» районы и общественные центры от концентрированных потоков транспортных средств, а следовательно, улучшить там экологическую обстановку. Но магистраль скоростного движения – дорогостоящее сооружение, строительство ее может быть эффективно только на направлениях, обеспечивающих мощные и устойчивые транспортные потоки с относительно большой, в пределах города, дальностью поездок. Поэтому такие магистрали строят лишь в крупных городах с полицентрической структурой и растянутой территорией .

Для повышения средней скорости движения в крупных промышленных центрах японские инженеры еще в 60-х гг. предложили строить многоярусные автомобильные эстакады в местах наибольшего скопления транспорта. Специальные развязки и объезды, улучшение качества дорог и ликвидация ненужных участков торможения могут увеличить среднюю скорость движения транспорта .

При этом, если скорость возрастает, к примеру, с 20 до 60 км/ч, общее количество выбросов уменьшится в 4–5 раз, а наиболее вредных (например, бенз(а)пирена) – еще значительнее. При остановке у светофоров выбросы вредных веществ увеличиваются в 1,5–2 раза даже по сравнению с движением на первой скорости .

Дороги с интенсивным движением следует выносить за пределы жилых и рекреационных зон или хотя бы защищать эти зоны «зеленым щитом» от загазованности. Даже однорядная высадка деревьев с кустарниками (высотой 1,5 м) на ширине 3–4 м снижает уровень загазованности на 10–15 %, а при 4 рядах шириной 30–50 м – на 60–70 %. В НИИ им. Курчатова подсчитано, что во избежание гибельного «парникового эффекта» нужно уменьшить сжигание органического топлива в 2 раза за ближайшие 20 лет. Но того же эффекта можно добиться увеличением площади зеленых насаждении на 1–2 млн км2 при стабилизации сжигаемой массы на сегодняшнем уровне .

–  –  –

Эффективной мерой снижения вредного влияния на горожан автомобильного транспорта является организация пешеходных зон с полным запретом въезда туда транспортных средств .

Подавляющая часть личных автомобилей размещается во дворах жилых домов, на газонах и детских площадках. Это ухудшает условия жизни горожан. Решением проблемы хранения индивидуального автотранспорта является сооружение многоэтажных кооперативных гаражей и гаражей-гостиниц. Например, осуществляемая в Москве программа многоэтапного гаражного строительства, как ожидается, позволит избавить город от «ракушек», разгрузить территории дворов .

Практическая часть

Количество выбросов вредных веществ от автотранспорта в атмосферу, может быть расчитано. Исходными данными для расчета являются:

– число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы в единицу времени;

– нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в табл. 2.3);

–  –  –

1. Выберите участок автотрассы вблизи учебного заведения (места жительства, отдыха), длиной 0,5–1 км, имеющий хороший обзор (из окна, из парка, с прилегающей территории) .

2. Измерьте шагами длину исследуемого участка (l), предварительно определив среднюю длину своего шага. Определите число единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 минут и 1 часа, полученные данные занесите табл. 2.5 .

3. Рассчитайте общий путь (Lj), пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 20 мин и за 1 ч по формуле

–  –  –

где j – обозначение типа автотранспорта;

Nj – число автомобилей каждого типа, проехавших через исследуемый участок за 20 мин за 1 ч;

l – длина исследуемого участка, км .

Результаты расчета занесите в табл. 2.4 .

–  –  –

где М – молекулярная масса загрязняющего вещества .

Результаты расчета занесите в табл. 2.7 .

7. Сравните массу загрязняющих веществ с их ПДК в воздухе. Если значение m превышает ПДК, рассчитайте количество чистого воздуха, необходимое для разбавления того или иного вредного вещества для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды:

–  –  –

8. Подведите итоги и сделайте вывод, указав: исследуемую территорию, среднее количество различных видов автотранспорта, проехавших в среднем за 1 час, и их общий расход бензинного и дизельного топлива, общее количество загрязняющих веществ, выброшенных автотранспортом в результате их работы, соответствует ли количество вредных веществ их ПДК .

Принимая во внимание близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, сделайте заключение об экологической обстановке района исследованного участка автомагистрали и предложите мероприятия по уменьшению количества выбросов вредных веществ автотранспортом .

Контрольные вопросы

1. Опишите, какое воздействие на окружающую среду может оказывать автотранспорт .

2. Перечислите основные компоненты выхлопных газов автомашин и их классификацию по воздействию на организм .

3. Объясните механизм токсического действия угарного газа на организм .

4. Какие углеводороды продуктов сгорания топлива наиболее опасны для организма? Ответ обоснуйте .

5. Какие органы человека наиболее подвержены негативному воздействию NO2 и SO2?

–  –  –

6. Опишите отрицательное влияние пыли и сажи на организм .

7. Изложите методику определения количества выбросов вредных веществ в атмосферу при эксплуатации автотранспорта .

8. Назовите альтернативные виды топлива .

9. Какой вид топлива является наиболее экологически чистым? Ответ обоснуйте .

10. Что входит в организацию автомобильного движения для уменьшения количества выбросов вредных веществ?

–  –  –

Цель лабораторной работы: ознакомление с классификацией источников выбросов вредных веществ; изучение методики расчета концентраций в атмосферном воздухе загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах предприятий; анализ факторов, от которых зависит рассеивание вредных веществ в атмосфере .

–  –  –

Источники выбросов могут быть организованными и неорганизованными .

Промышленные выбросы называются организованными, если они поступают в атмосферу через специальные устройства: воздуховоды, аэрационные фонари .

Неорганизованные промышленные выбросы являются ненаправленными, они поступают в атмосферу в результате нарушения герметичности оборудования .

По форме источники выбросов делятся на точечные (труба, взрыв), линейные (автострада, летящий самолет) и пространственные (площадные) (город, промышленный комплекс) .

По времени действия источники выбросов делятся на мгновенные и непрерывные. Мгновенные – залповые выбросы предприятий, шлейф аэрозолей от самолета при химической обработке полей. Непрерывные источники выбросов – трубы действующих предприятий .

–  –  –

Характеристика вредных выбросов

Вредные выбросы характеризуются четырьмя признаками:

– агрегатным состоянием,

– химическим составом,

– размером частиц,

– массой вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени .

По агрегатному состоянию выделяют газообразные, жидкие, твердые вредные вещества .

По химическому составу выделяют следующие группы загрязнителей: металлы и их соединения, неметаллы и их соединения, предельные углеводы, непредельные углеводы, ароматические углеводы, углеводороды ароматические полициклические, галогенопроизводные углероды, спирты фенолы, простые эфиры, сложные эфиры, альдегиды, кетоны, органические кислоты, органические оксиды и перекиси, соединения, содержащие серу, амины, нитросоединения, прочие азот содержащие, сложные эфиры и амиды кислот фосфора, эфирные масла, терпены и их производные, хиноны, героциклические соединения, антибиотики, микроорганизмы, технические смеси, пыль, прочие соединения .

По температуре вредные выбросы делят на нагретые и холодные. Температура нагретого выброса выше температуры наружного воздуха. Температура холодного выброса мало отличается от температуры атмосферного воздуха или ниже ее .

По происхождению загрязняющие вещества могут быть первичными или вторичными. Первичные поступают в атмосферный воздух непосредственно из источника загрязнения. Вторичные образуются при переносе и рассеивании вредных веществ в атмосфере в результате химических и фотохимических реакций .

Основными критериями опасности загрязнения атмосферного воздуха (или критериями качества воздуха) являются предельно допустимые концентрации вредных веществ (ПДК) и предельно допустимые выбросы (ПДВ) для населенных мест .

ПДК – это максимальная концентрация загрязняющего вещества в атмосфере (мг/м3), которая отнесена к определенному времени осреднения и при периодическом воздействии или воздействии на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного действия, включая отдаленные последствия .

–  –  –

ПДВ – максимально допустимое количество выброса в атмосферу вредного вещества в единицу времени (г/с), устанавливаемое из условия, что содержание загрязняющего вещества в приземном слое воздуха от источника или совокупности источников загрязнения не должно превышать нормативов качества воздуха для населения, животного и растительного мира .

Методика расчета загрязнения атмосферы Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации вредного вещества. Это значение соответствует неблагоприятным метеоусловиям и рассчитывается для высоты от полутора до двух метров от поверхности земли (для приземного слоя воздуха). Скорость ветра, при которой концентрация вредного вещества в приземном слое атмосферы является наибольшей, называется опасной скоростью ветра .

Максимальная приземная концентрация загрязняющего вещества (Cmax) при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем трубы при неблагоприятных метеоусловиях (мг/м3) определяется по формуле AMFmn С max =, H 2 3 tQ где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

M – мощность или производительность выброса после его очистки – это масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, в мг/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания примеси в атмосферном воздухе. Для газа и мелкодисперсных аэрозолей с нулевой скоростью оседания F = 1. Для пыли и сажи при отсутствии очистки F = 3;

m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из трубы .

– безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высоты не более 50 м на 1 км = 1;

Н – высота источника выброса над поверхностью земли, м;

–  –  –

t – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси (t2) и температурой окружающего атмосферного воздуха, которая принимается равной средней максимальной температуре воздуха самого жаркого месяца года (t2), C. t определяется по формуле

–  –  –

где D – диаметр трубы, м;

w0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с;

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, Vm, Vm, f e, которые вычисляются по формулам

–  –  –

Значение опасной скорости ветра U (м/с) на уровне примерно 10 м от поверхности земли, при которой достигается Сmax вредного вещества, при f 100, определяется по формулам

–  –  –

При определении минимальной высоты источника выброса (Hmin) и установлении ПДВ считается, что Сmax вредного вещества не должна превышать ПДК этого вещества:

–  –  –

Если в атмосфере имеются несколько вредных веществ, обладающих суммацией действия, их безразмерная суммарная концентрация (q) определённая по формуле

–  –  –

где СФ – фоновая концентрация вредного вещества .

ПДВ вредного вещества (кг/с) устанавливается для каждого источника загрязнения таким образом, что выбросы от данного источника и других источников не создают приземную концентрацию вредных веществ, превышающую их ПДК для населения, растительного и животного мира .

Значение ПДВ для одиночного источника с круглым устьем в случае CФ ПДК вычисляется по формуле (ПДК СФ ) H 2 3 Qt .

ПДВ = AFmn Установлению ПДВ для отдельного источника предшествует определение его зоны влияния, радиус которой приближенно оценивается как наибольшее из двух расстояний от источника: x1 и x2, где x1 = 10xm. Значение x2 определяется как расстояние от источника, начиная с которого Cmax 0,05ПДК. При Cmax 0,05ПДК значение x2 = 0 .

–  –  –

Требуется найти:

1) максимальные приземные концентрации сернистого газа, диоксида азота и золы (Cmax), мг/м3;

2) расстояния, на которых могут наблюдаться максимальные концентрации вредных веществ (xmax), м;

3) опасные скорости ветра (U), м/с;

4) безразмерную суммарную концентрацию нескольких вредных веществ (q);

–  –  –

5) минимальные высоты источника нагретого выброса загрязняющих веществ (Hmin), м;

6) Величины предельно допустимых выбросов вредных веществ (ПДВ), мг/с;

7) Радиусы зон влияния загрязняющих веществ, которые приближенно оцениваются как наибольшее из двух расстояний (x1 и x2) от источника, м .

В заключении сделайте вывод о влиянии климатических условий и географической широты места на рассеивание вредных веществ в атмосфере .

Контрольные вопросы

1. Что понимается под загрязнением атмосферы? Перечислите виды загрязнений .

2. От каких факторов зависит процесс рассеивания вредных веществ в атмосфере?

3. Что подразумевается под опасной скоростью ветра?

4. Дайте определение понятию «предельно допустимый выброс» вредного вещества .

5. Как фоновая концентрация вредного вещества в атмосфере влияет на величину предельно допустимого выброса этого вещества из источника загрязнения?

6. Что такое «инвентаризация выбросов»?

7. Дайте определение понятию «предельно допустимая концентрация» вредного вещества в атмосфере .

8. Назовите основные мероприятия по защите атмосферного воздуха от загрязнений .

9. Какие методы очистки загрязненного воздуха существуют?

–  –  –

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Коробкин, В. И. Экология : учеб. для вузов / В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. – Ростов-н/Д. : Феникс, 2006. – 576 с .

2. Павлова, Е. И. Экология транспорта : учеб. для вузов / Е. И. Павлова. – М. :

Высш. шк., 2006. – 344 с .

Дополнительная

3. Болбас, М. М. Транспорт и окружающая среда : учебник / М. М. Болбас, Е. Л. Савич, Г. М. Кухаренок. – Минск : Технопринт, 2004. – 262 с .

4. Атмосфера. Классификация выбросов в атмосферу : ГОСТ 17.2.1.01–76. – М., 1976 .

5. Охрана природы. Атмосфера. Источники и метеорологические факторы загрязнения, промышленные выбросы. Термины и определения : ГОСТ 17.2.1.04–77. – М., 1977 .

6. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86. – Л. : Гидрометеоиздат, 1987 .

7. Новикова, Ю. В. Экология, окружающая среда и человек : учеб. пособие для вузов / Ю. В. Новикова. – М. : Агентство «ФАИР», 1998. – 320 с .

8. Расчет загрязнения атмосферы выбросами от одиночного источника :

метод. указания по выполнению практической работы по экологии / сост .

Т. В. Сафонова. – Ульяновск : УВАУ ГА(И), 2000. – 11 с .

9. Ручной насос-пробоотборник НП-3М : руководство по эксплуатации и паспорт КРМФ.418311.002РЭ. – СПб. : Крисмас+, 2009. – 18 с .

10. Сафонова, Т. В. Экология : учеб. пособие / Т. В. Сафонова – Ульяновск :

УВАУ ГА(И), 2000. – 121 с .

–  –  –






Похожие работы:

«Суммативные работы по разделам Биология 8 КЛАСС ПРОЕКТ ПРОЕКТ СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ ПО СУММАТИВНОМУ ОЦЕНИВАНИЮ ЗА 1 ЧЕТВЕРТЬ Клеточная биология..4 Молекулярная биология..8 Разнообразие живых организмов..14 Питание...16 ЗАДАНИЯ ПО СУММАТИВНОМУ ОЦЕНИВАНИЮ ЗА 2 ЧЕТВЕРТЬ Транспорт ве...»

«Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2010. Вып. 3. С. 76–81. УДК 595.792 (477.75) НАЕЗДНИКИ-ИХНЕВМОНИДЫ ПОДСЕМЕЙСТВА ANOMALONINAE (HYMENOPTERA, ICHNEUMONIDAE) ФАУНЫ КРЫМА Нужна А. Д. Институт зоологии им. И. И. Шмальгаузена НАН Украины, Киев, ganna.nuzhna@gmail.com Приведен аннотированный список наездников-ихневмонид п...»

«УДК 621.039 В. И. Скалозубов, В. Н. Ващенко*, В. В. Злочевский* Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины, Киев *Государственная экологическая академия последипломного образования и управления, Киев РАЗВИТИЕ РИСК-ОРИЕНТИРОВАННЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ЗАЩИТНЫХ БАР...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И . Лобачевского А.О. Климин О.В. Мартынова Н.Д. Миловский Изучение влияния на мощность генерации лазера на халькогениде цинка тепловой...»

«Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия "Биология, химия". Том 22 (61). 2009. № 3. С. 89-94. УДК 591.481.1: 577.3: 011.891.5 ВЛИЯНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ СЛАБОГО НИ...»

«Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование _ Российской Федерации _4.2. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ Отбор, проверка и хранение производственных штаммов коклюшных, паракоклюшных и бронхисептикозных бактерий Методическ...»

«Пояснительная записка. Настоящая рабочая программа по биологии разработана как нормативно-правовой документ для организации учебного процесса в 6 классе общеобразовательного учреждения МБОУ СОШ №19. Содержательный статус программы – базовая. Она определяет минимальный объем содержания курса биоло...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.