Харків 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧУВАННЯ ТА ТОРГІВЛІ

ЗАТВЕРДЖУЮ

Перший проректор

_______________ проф. Янчева Л.М.

“___”__________________2011 р.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

для самостійної роботи з дисципліни “Основи eкології”

За темою «Екологічний моніторинг та експертиза

для студентів денної та заочної форми навчання за спеціальностями: 8.050106, 8.050107, 7.050104, 7.050103, 7.050108, 8.050201, 8.050206, 8.091702, 8.090221, 8.050301, 8.050302, 8.050303, 6.140101

Харків 2011

Методичні вказівки складено згідно з типовою навчальною програмою нормативної дисципліни “Основи екології” для вищих закладів освіти __________________

Укладач: к.т.н., доцент Волошин П.В..

Методичні вказівки затверджено на засіданні кафедри охорони праці та екології підприємств харчування, протокол № __ від “___”___________2011 р.

Завідувач кафедри охорони праці

та екології харчових виробництв,

к.т.н., професор _________________ М.С. Одарченко

Рецензент: Михайленко В. Г., к. т. н., доцент,

;

Транспорт, особливо автомобільний, в останні десятиліття розвивається посиленими темпами, В наш час автотранспорт стає визначальним чинником у зміні стану навколишнього середовища великих промислових центрів і в цілому клімату планети.
У навчальних посібниках, присвячених загальних питань екології, ці проблеми освіжити недостатньо, крім того, з прискоренням розвитку автотранспорту цифрової і табличний матеріал швидко застаріває, і необхідно регулярне оновлення матеріалу з цієї теми. І цій роботі використані дані багатьох наукових, науково-популярних видань і статей, написаних останнім часом. Мета методичних вказівок - допомогти студентам у самостійному вивченні теми "Джерела забруднення атмосфери".
В даний час сучасні технології не дозволяють так організувати промислове виробництво, щоб повністю виключити надходження в атмосферу забруднень. Перш ніж розробляти і впроваджувати заходи з чищення атмосфери, необхідно визначити, які кількості сторонніх речовин або газів, потрапляючи в атмосферу, не завдають шкоди навколишньому середовищу.
СРСР належить пріоритет у розробці гранично допустимих концентрацій (ГДК) забруднень в атмосферному повітрі. У 1949 р. проф. Рязанов сформулював основні критерії шкідливості атмосферних забруднень:
допустимої може бути визнана така концентрація речовини в атмосферному повітрі, яка не має на людину прямого або непрямого шкідливого дії, не знижує його працездатності, не впливає на самопочуття;
звикання до шкідливих речовин має розглядатися як несприятливий момент. Концентрації шкідливих речовин, до якому людина звикає, є неприпустимими;
неприпустимі концентрації шкідливих речовин, які але сприятливо впливають на рослинність, клімат, прозорість атмосфери і побутові умови життя населення.

На основі цих теоретичних положень і великої кількості практичних експериментів на рослинах і тваринах вперше в СРСР для кожної речовини. забруднюючої повітря були встановлені два нормативу: разова та середньодобова ГДК.
Разова ГДК встановлюється для попередження рефлекторних реакцій у людини (зміна активності головного мозку, світлочутливості очі, відчуття запаху) при короткочасному впливі атмосферних забруднень (до 20 хв).
Середньодобова ГДК встановлюється з метою попередження общетоксічние, канцерогенного, мутагенного дії. В даний час в СНД норми ГДК встановлені для 300 шкідливих речовин і їх комбінацій. Критерії частоти повітря, розроблені і в інших країнах, проте, їх ГДК сильно розрізняються.

Вещество	ПДК в СНГ	ПДК в других странах
СО	1,0 мг/м3	Япония: 12,0 мг/м3
SO2	0,05 кг/м3	США: 0,24 мг/м3 Япония: 0,12 мг/м3
NO2	0,085	Италия: 0,19

Газоподібні речовини, що потрапляють в атмосферу в результаті людської діяльності, зазнають різні перетворення, що впливає на тривалість їх перебування в атмосфері. Наприклад, середній час життя SO2 атмосфері становить кілька днів, а метан (СН4) може існувати близько 20 років. При взаємодії з речовинами земної поверхні газоподібні забруднення можуть виводитися з атмосфери. Оскільки океани займають понад 70% поверхні Землі, взаємодії, що протікають на їх поверхні, вміють значення для всіх забруднюючих речовин, що знаходяться в тропосфері. Газоподібні забруднення з повітряними течіями дифундують в газову фазу біля поверхні океану, перетинають кордон газ-рідина, і потім дифундують в товщу океану. Здатність океану поглинати різні гази неоднакова і залежить від безлічі факторів: швидкості вітру, вологості, рН води, здатності рідини чинити опір проникненню в неї газів, температури, швидкості течії води і т.д. (РН світового океану - 8).

Наприклад, залежно від умов перенесення SO2 з атмосфери в океан становить (4-8) • 107 т / рік (різні вчені дають різні цифри). Для порівняння необхідно нагадати, що щорічно в атмосферу викидається 14 * 107т SO2, що утворюється в результаті спалювання природного палива.
На відміну від SO2 океан не є поглиначем СО2. Поверхня океану є великим природним джерелом СО2 так як вона перенасичена СО, І відбувається постійне виділення в атмосферу СО з поверхні океану. На відміну від SO2 СО не вступає в хімічну взаємодію c водою. Проведені дослідження показали, що в атмосфері Північної півкулі концентрація СО приблизно на два порядки вище, ніж у Південній півкулі. Однак концентрація СО в океанічних поверхневих водах приблизно однакова в обох півкулях. Загальний потік СВ з поверхні океану складає приблизно (5-6) * 107 т / рік. При спалюванні природного палива утворюється 46 * 107 т / рік СО, а при природному окисленні метану в тропосфері - 150 107 т / рік. Таким чином, океан не тільки не є поглиначем СО, але і є другорядним (після окислення метану) природним джерелом СО Океан також здатний поглинати CO2 (близько 2 млрд т щорічно).
Хоча суша займає тільки 30% поверхні Земної кулі, більшу її площу займає рослинний світ, активно поглинає гази з атмосфери. Рослини можуть поглинати гази з атмосфери подібно неорганічним адсорбенту (активоване вугілля) без переробки. Однак особливу роль в поглинанні газів рослинами грає те, що вони здатні активно переробляти гази, включаючи їх у процеси метаболізму. Яскравим прикладом цього є процес фотосинтезу: рослини засвоюють CO2; переробляють його і виділяють в атмосферу в результаті фотосинтезу О2. Більшість газів активно поглинаються рослинами. За винятком СО всі основні гази, що забруднюють повітря, у великій мірі беруть участь у метаболізмі рослин.
Однак здібності рослинного світу очищати атмосферу не безмежні. У багатьох рослин відзначені порушення життєдіяльності, процесів фотосинтезу навіть при незначних концентрація забруднень в повітрі. При концентраціях, що перевищують ГДК для даної рослини, вона втрачає здатність засвоювати гази. Особливо шкідливий вплив на рослини надає сірчистий газ (SO2), фтористі з'єднання і смоги різного походження.
При цьому порушується фотосинтез, листя чорніють, зморщуються, опадають. Таким чином, незважаючи на те, що рослинний світ є поглиначем газоподібних забруднень атмосфери, він уже не здатний повністю поглинати її забруднення, зумовлені господарською діяльністю людини.
Загальна кількість вільного кисню в атмосфері 1,5 * 1015т. В даний час щорічно в результаті процесів фотосинтезу рослини виробляють (120-190) * 109 т. Человечecтво на свої потреби щорічно витрачає (10-20) * 109 т О2, тобто в результаті господарської діяльності людини додатково витрачається 10-16% О2 від його щорічного біогенного освіти. Атмосфера піддається часткового самоочищення. Відбувається це в результаті розсіювання забруднень різними потоками повітря. Атмосферні опади адсорбують пил, сажу, розчиняють гази і забирають їх з атмосфери.
Таким чином, обсяг і швидкість сучасних забруднень, що потрапляють в атмосферу з антропогенних джерел, перевершують природні (океан, рослини, самоочищення) можливості їх знешкодження. Тому в більшості розвинених країн розроблені системи заходів, спрямованих на попередження забруднення атмосфери в процесі господарської діяльності. Охорона і оздоровлення повітряного басейну включає комплекс науково обгрунтованих, соціально-економічних, технічних, санітарно-гігієнічних та інших заходів, які поділяються на чотири основні групи:

1) конструктивно-технологічні заходи, що виключають виділення небезпечних речовин У самому джерелі їх утворення (наприклад, введення в містах автомобілів замість ДВС);
2) зменшення кількості забруднення за допомогою очисних споруд (наприклад установка на автомобілях каталітичних нейтралізаторів);
3) запобігання забруднення атмосфери шляхом раціонального разминания джерел шкідливих викидів і розширення зелених насаджень (висновок шкідливих підприємств за межі міста);

4) контроль за станом повітряного середовища з боку спеціальних державних. органів і громадськості (рух "зелених", закриття на вимогу громадськості атомних електростанцій, промислових підприємств).

Безумовно, найбільш ефективними є заходи першої групи. Але навіть якщо розглядати їх тільки стосовно до автомобільної промисловості, то стає зрозумілим, що в даний час з економічних і технічних причин неможливо перевести весь автотранспорт на газове, спиртове паливо або електромобілі (хоча і в цьому напрямку ведуться роботи, і вже є результати).
На сучасному етапі основним засобом захисту повітря міст від шкідливих викидів промислових підприємств є заходи другої групи.
Методи очищення газових викидів від газоподібних забруднень за характером протікання фізико-хімічних процесів діляться на п'ять груп: абсорбція; хемосорбція, адсорбція, термічна нейтралізація, каталітична нейтралізація і біохімічні методи..
Абсорбція (або скрубберний процес) заснована на тому, що рідкий поглинач (абсорбент) витягує з газової суміші окремі домішки і поглинає їх шляхом утворення розчинів. Процес протікає тим швидше, чим більше поверхня розділу фаз, коефіцієнт дифузії газу в розчин і швидкість перемішування»Для видалення з технологічних викидів таких газів, як NH3, HCl, HF застосовують воду в якості абсорбенту (поглинача). Для уловлювання парів Н2О застосовують H2SO4, для уловлювання ароматичних вуглеводнів з коксового газу - в'язкі масла. При цьому газ або пропускають через колону з насадками, що містять абсорбент; або розпилюють саму рідину, або абсорбують газ через шар рідини.
Хемосорбція заснована на поглинанні газів і парів твердими або рідкими поглиначами з утворенням малолетучих або малорозчинних сполук. Її варто застосовувати при невеликих концентраціях забруднень в відведених газах. Періодично активна речовина регенерують.

Na₂AS₂S₅O₂ + H₂S = Na₄AS₂S₆O +H₂O

Вапняний розчин часто застосовують для очищення газів, що відходять від оксидів азоту (виходить при травленні металів), а також парів H2SO4, HF і НСl: їх спочатку розчиняють у воді, потім нейтралізують в розчині Сa (OH) 2.
Переваги мокрих методів: економічні для великих кількостей газів при безперервної технології надходження викидів. Недоліки: громіздке обладнання, утворюється велика кількість відходів, шламу, відпрацьованого розчинником.
Адсорбція підрозділяється на фізичну (газ прилипає до твердого тіла за рахунок сил Ван дер Ваальса) і хімічну (хімічна взаємодія газу та твердого адсорбенту). Як адсорбентів використовують речовини мають велику площу поверхні на одиницю маси} активоване вугілля, пористі оксиди Al2O3, глинозем, силікагель, цеоліти і т.д. Адсорбцію застосовують для очищення газу від органічних парів, видалення неприємних запахів, летючих розчинників І т.д. (Наприклад, адсорбція на активованому вугіллі SO2 з гарячого топкового газу, ацетону при виробництві нітроцелюлози та бездимного пороху). Широко використовують також для видалення парів розчинника з відпрацьованого повітря при фарбуванні автомобілів.
Біохімічні методи останнім часом застосовуються в ряді країн (ФРН, Швейцарія, Нідерланди і.т.д.) для видалення неприємних запахів біологічного походження} організації газоочистки, в процесі нанесення лакових покриттів в автомобільній промисловості і в ливарних цехах.
Цей метод заснований на здатності мікроорганізмів руйнувати і перетворювати різні сполуки під дією ферментів. Застосовується для очищення газів, що відходять постійного складу.

В останні роки з'явилися нові високоефективні способи очищення газів. При очищенні від аерозолів застосують електрофільтри, фільтрацію через пористі матеріали, гравітаційну сепарацію, способи мокрого очищення.
Один із заходів захисту повітряного басейну - розсіювання газоподібних забруднень і пилу шляхом викиду їх через високі димові труби. В цілому це не позбавляє атмосферу від забруднень, але в результаті розсіювання знижується концентрація шкідливих речовин у приземному шарі атмосфери.
До третьої групи заходів з очищення повітряного басейнів відноситься раціональне розміщення промислових підприємств. Так, наприклад, майданчики для будівництва промислових підприємств потрібно вибирати з урахуванням аерокліматіческой (вітер не на місто) характеристики і рельєфу місцевості (знаходиться на пагорбі, на рівному мосту, добре продувається вітром); Велике значення в системі охорони атмосферного повітря відіграють санітарно-захисні зони (тобто промислові об'єкти, які є джерелами виділення в атмосферу забруднень, слід відокремлювати від житлових забудов санітарно-захисними зонами). Залежно від шкідливості підприємства поділяються на 5 класів, що відрізняються один від одного розміром санітарно-захисної зони. Для I класу розмір санітарної зони становить 1000 м, П класу - 500 м; Ш класу -300 м; IV класу - 100 м; V класу - 50 м.

Машинобудівні підприємства за ступенем впливу на навколишнє середовище в основному відносяться до IV і V класів. Територія санітарно-захисної зони повинна бути озеленена. На озеленених територіях запиленість повітря знижується на 40%. Озеленення наших міст приділяється велика увага. Так, на кожного жителя Москви припадає 45 м2 озелененій території, у Харкові -84 м2, і Свердловську - 150 м2. Гектар зелених насаджень забезпечує киснем 200 чоловік, поглинає 20 кг фтору, 200 кг SO2 70 т пилу.
До четвертої групи належить санітарний контроль за чистотою повітря, правові документи з охорони атмосфери від забруднень. У 1980 р. в СРСР був прийнятий Закон про охорону атмосферного повітря, а в 1981 р. - постанова Радміну "Про нормативи ПДО, забруднюючих речовин в атмосферу і шкідливих фізичних впливах на неї".
Велике значення в охороні атмосфери має міжнародне співробітництво. У 1979 р. на загальноєвропейському Нараді була підписана Конвенція про транскордонне забруднення повітря на великі відстані.
Заходи щодо зниження токсичності викидів автотранспорту можна класифікувати на п'ять груп:

I) раціональна організація дорожнього руху;

II) застосування нейтралізаторів вихлопних газів;

III) скорочення вмісту свинцю в пальному;

IV) вдосконалення двигунів внутрішнього згоряння;

V) створення екологічно чистих двигунів для автотранспорту.

Заходи 4-й та 5-ї груп висвітлюють на лекціях. Тут розглянемо більш детально заходи перших трьох груп.

До 1-Й групі цих заходів відносяться спеціальні прийоми забудови та озеленення автомагістралей, розміщення житлових будинків вздовж автотрас за принципом зонування: ближче всього до магістралей розташовані будівлі зниженою поверховості (в основному нежитлові), за ними - будівлі підвищеної поверховості, і в глибині забудови - дитячі та лікувально-оздоровчі установи (Олексіївка, Салтівка). Важливе значення мають спорудження транспортних розв'язок на різних рівнях, кільцевих, об'їзних доріг поза містом, використання підземних гаражів та автостоянок.

Найбільший викид в атмосферу СО і вуглеводнів відбувається при форсуванні роботи мотора, при стоянці машин з не вимкненим мотором у світлофора, при рушанні з місця;. т.д. (Максимальний викид оксидів азоту відбувається при русі автомобіля на великих і середніх швидкостях). Такі особливості міського руху призводять до того, що з постійною швидкістю автотранспорт рухається мало: близько 9% часу - автобуси, 16% - вантажні автомобілі. Головним чином спостерігається режим роботи на холостому ходу (29%) для автобусів), прискорення (37-42%) і уповільнення (24-29%), що сприяє накопиченню токсичних компонентів на магістралях з інтенсивним рухом транспорту. Отже, щоб зменшити викид шкідливих вихлопних газів, необхідно усунути перешкоди на шляху руху машин: створювати багатоярусні магістралі (тобто магістралі не повинні перетинатися на одному рівні), тунелі і естакади для розвантаження великих потоків автотранспорту, підземні переходи для пішоходів.

Наприклад, у Москві біля площі Маяковського в результаті будівництва підземного тунелю для автомобілів вміст СО у повітрі знизилося в 6-10 разів. До 2-ї групи заходів відноситься застосування на автомобілях в системі вихлопу спеціальних пристроїв - нейтралізаторів газів. Нейтралізатори поділяються на каталітичні, термічні, рідинні і полум'яні.
Особливістю очищення вихлопних газів є їх низька концентрація в потоці і велика швидкість проходження через нейтралізатор. Крім того, склад газів змінюється в залежності від роботи двигуна і нейтралізатори повинні бути розраховані з урахуванням зміни концентрацій. Важливою технічною вимогою є необхідність тривалого функціонування нейтралізаторів без технічного догляду.
Термічний нейтралізатор - це термоаккумулююче пристрій для нейтралізації відпрацьованих газів двигуна авто методом "беспламенного окислення. Заснований на здатності горючих токсичних компонентів окислятися (під дією О2 без полум'я) до менш токсичних при наявності високої температури і О2.

Полум'яний нейтралізатор - пристрій для знешкодження відпрацьованих газів двигуна авто допалюванням у відкритому полум'я.
Полум'яний нейтралізатор відпрацювали сині гази після випуску з циліндрів двигуна направляє в спеціальну комору, всередині якої температура 650-8ОО ° С. Проходячи цю зону, горючі компоненти допалюються до СО2 і Н2О. Таким чином знешкоджуються СО, альдегіду, сажа, маслини пари. Температура забезпечується за рахунок власного теплоти згорання газів і підведенням додаткового тепла ззовні (пальники, електронагрівачі). Застосовується на дізельних вантажних авто.
Його недоліки: він не чутливий до негорючих шкідливих компонентів вихлопних газів, потрібен додатковий витрата тепла, складна конструкція, малонадежен в роботі. При порушенні режиму роботи полум'яний нейтралізатор сам стає джерелом шкідливих речовин. Не отримав широкого застосування ні в нас, ні за кордоном.

Рідинний нейтралізатор - пристрій для знешкодження відпрацьованих газів авто за допомогою хімічного зв'язування рідкими реагентами. Принцип дії рідинного нейтралізатора заснований на розчиненні або хімічній взаємодії токсичних компонентів вихлопних газів При пропущенні їх через рідину певного складу: Н2О, Na2CO3. Методом рідинної нейтралізації можуть бути знешкоджені тільки водорозчинні шкідливі речовини. Головні серед них альдегіду, оксиди сірки, вищі окисли азоту. По відношенню до СО і NO не ефективні. Крім того, рідинні нейтралізатори виконують роль кондиціонера, так як охолоджують вихлопні гази дизелів, що особливо важливо при використанні машин у вибухонебезпечних середовищах. Найбільше застосування на практиці отримав насиченість розчин, що містить 5-10% Na2SO3 + 0,2-1% гідрохінону - (С6Н6О2)..

Рис. I. Схема рідинного нейтрализатора:

1- труба; 2- рабочий бак; 3- фильтр; 4- сепаратор; 5- резервный бак

На рис. 1 представлена ​​схема рідинного нейтралізатора, застосовуваного на двотактному дизельному двигуні (використовується в дизельному самоскиді МАЗ НТЖ-2). Вихлопні гази надходять в нейтралізатор по трубі I і потрапляють в робочий бак 2, де вступають у реакцію з робочою рідиною. Очищені гази проходять через фільтр 3, сепаратор 4 і викидаються в атмосферу. У міру випаровування робочої рідини її доливають в робочий бак з резервного бака 5.

Переваги: ​​рідинні нейтралізатори поглинають до 98% альдегідів, 60-80% сажі і до 100% SO2, що міститься у вихлопних газах. Вони не вимагають часу для виходу на робочий режим після пуску холодного двигуна. Недоліки: велика маса і габарити, необхідність частої зміни робочого розчину. Вони не ефективні по відношенню до СО і поглинають тільки 30 оксидів азоту. В основному використовуються в комбінації з іншими нейтралізаторами і при змінюються на вантажних авто

Рис. 2.

Схема каталитического нейтрализатора: I - входной патрубок; 2 - насадка с катализаторами; 3 - выходной патрубок

У каталітичних нейтралізаторах (рис. 2) знешкодження вихлопних газів відбувається на поверхні твердих каталізаторів. Каталізатори, застосовувані на автомобілях, повинні володіти рядом специфічних властивостей:
велика поверхня контакту, яка досягається за рахунок пористості структури. Зазвичай порошок каталізатора наноситься на пористий інертний носій (найчастіше кераміка);
висока температура плавлення, тому що вихлопні гази мають температуру порядку 500-600 ° С;
опірність каталізатора отруєння сполуками Pb, S Р, As, Sl (найбільш сильні каталітичні отрути). Дим і сажа, забиваючи пори, також знижують активність каталізатора;
опірність стирання. Заміна Pt на Cu, Cr. та інші метали не ефективна ще й тому, що вони легко стираються, і частки каталізатора присутні у вихлопі, додатково-забруднюючи Атмосферу;
стабільні при тривалій експлуатації протягом 50-100 тис. км пробігу.
Найбільш широко використовуються каталізатори на основі благородних металів - Pt, Pd, рутенію (Ru), ренію (Re.) та їх суміші. Було показано, що найкращим каталізатором, що забезпечує високі ступені перетворення СО (90%) і вуглеводнів (70%) протягом 50 тис. миль, є Pt-Pd | Σ Pt + Pd = 0,125 г на один двигун (з відношенням компонентів 2: 1). Зокрема, широке застосування P ~ t в якості каталізаторів в авто призвело до істотного її подорожчання за останні роки на світовому ринку дорогоцінних металів. Каталізатори на основі дорогоцінних металів характеризуються хорошою селективністю, початком роботи при порівняно низьких температурах, великою довговічністю, здатністю ефективно працювати при великих швидкостях газового потоку. Основний недолік - висока вартість. Крім того, вони схильні до впливу каталітичних отрут, які входять до складу палива і виділяються разом з вихлопними газами. Каталітичні нейтралізатори ефективні по відношенню до СО, оксидів азоту, вуглеводнів. Ефективність їх дії істотно залежить від температури. Низькотемпературні працюють при 100-300 ° С, а високотемпературні - при 300-600 ° С і більше. Очищення трикомпонентної суміші (СО, NO, NO2 N2O, вуглеводні) найлегше здійснити з використанням набору каталізаторів: перший реагує з NO і СО, а другий після додаткового введення повітря сприяє окисленню залишився СО. і вуглеводнів.
Пропонована система очищення робить автомобіль значно дорожче, знижує його потужність і підвищує витрата пального. Крім того, в нейтралізаторах вихлопні гази звільняються не від усіх шкідливих домішок. Все це стримує впровадження очисних пристроїв. Нейтралізація окислів азоту відбувається за реакцією

2NO + 2CO →N₂+2CO₂

2NO + 2H₂ →N₂+2H₂O

Для ДНС з іскровим запалюванням 99% оксидів азоту, що виділяються з вихлопними газами, доводиться на МО. Оксид вуглецю допалюється до СО2:
2 СО + О2 → 2CO2 вода завжди присутня в СО +H₂O СО₂+Н выхлопных газах

Вуглеводороди С_n H_m нейтрализуются до СО₂ и Н₂О.

С_n H_m + (n + 0,25m.)O₂ → nСO₂+0,5m H₂О

Каталітичні нейтралізатори знижують вміст СО на 70-90%, СnHm - на 50-85%, окcідов азоту - на 80-90%.
У вітчизняних серійно випускаються автомобілях нейтралізатор вихлопних газів не застосовуються.
Автомобілі з дизельними двигунами (кількість яких в країнах СНД в даний час складає ≈ 60%) стали значним джерелом забруднення атмосфери твердими частинками. Існує кілька типів пристроїв, що застосовуються в авто для уловлювання сажі. Їх конструкція докладно розглядається в курсі ДВС. Зазначимо тільки, що застосування фільтрів на дизельних ДВС дозволяє знизити вміст сажі у вихлопі більш ніж в 100 разів.
Шкідливі речовини; виділяються в атмосферу автомобілем, надходять не тільки з вихлопними газами, але також з картера і паливної системи. В основному це суміш вуглеводнів та оксидів вуглецю (СО). Їх кількості приблизно в 10 разів менше, ніж у вихлопних газах. У курсі ДВС докладно розглядається конструкція пристроїв, що знижують викиди газів картерів і паливної системи.

До 3-й групі заходів відноситься скорочення вмісту свинцю в пальному.
Тетраетілесвінец (ТЕЦ) вперше був доданий до бензину в якості антидетонатора в 1932 р. і до цих пір залишається основною присадкою до бензинів, що забезпечує підвищення октанового числа палива. Октанове число бензину можна підвищити двома принципово різними способами: введенням антидетонаційних добавок і змін фракційного складу бензину.
Всі запропоновані нині антидетонаційні добавки поступаються ТЕС з тих чи інших властивостей. Розглянемо деякі з присадок, які отримали промислове застосування.
Ще в 50-х роках в Європі і США як антидетонаційних добавок почали застосовувати карбоніли перехідних металів, наприклад, пентакарбоніл заліза F(CO)₅, декарбонил марганца Мn₂(СО)₁₀ и тетракарбонил никеля Ni(CO)₄. не дуже поступаються ТЕС по антидетонаційні властивості. Але перші два з'єднання не достатньо стійкі, останні - надзвичайно отруйна. Крім того, при згорянні бензину вони розкладаються з виділенням металів і при цьому підвищується знос двигуна в результаті утворення абразивних частинок оксидів металів. Діізобутілпентакарбоніл заліза [Fe(CO)₅][C₈H₁₆]₅ може скласти конкуренцію ТЕС, але поки немає остаточних даних про його вплив на двигун і навколишнє середовище. циклопентадиенилтрикарбонил марганцю (ЦТМ) С₅H₅Мn (СО)₃ и метил-ЦТМ СН₃С₅H₄Mn(СO)₃ - високоефективні, стійкі, малотоксичні антидетонатори.

З 1957 р. в США під маркою АК-ЗЗх застосовується ЦTM. Однак через високу вартість його застосовують лише як добавку до ТЕС, частково його замінює. Крім того, карбоніли - токсичні речовини, тому їх застосування не виключає проблеми токсичності вихлопів.

Підвищити октанове число бензину можна також введенням до його складу нижчих спиртів (метанолу). Вже більше 7 років у США заправляють автомобілі сумішшю бензину і етанолу. Вона підучила назва гезхол. У Німеччині та в інших країнах до бензину додають 7-15% метилового спирту. В Італії в бензин додають суміш спиртів, що містять від 1 до 5 атомів вуглецю. Однак для досягнення позитивного ефекту необхідні добавки спиртів в кількостях близько 10%. В даний час такий бензин випускати у великих кількостях не варто: обмежує вартість і способи (ферментативні) отримання спиртів. Крім того, нижчі спирти чудово розчиняються у бензині, а й у воді. У товарних бензинах завжди присутня вода. Тому, спирти будуть переходити у водну фазу і з нею розшаровуватися від бензину, тобто при зберіганні в резервуарах бензин виявиться вгорі, а відшарувалася вода зі спиртом - внизу. Щоб цього не сталося, потрібні добавки гомогенізатора (наприклад, ізобутилового спирту), а це ще більше збільшує вартість бензину. Крім того, повна заміна бензину на спиртове паливо стримується необхідністю конструкційних змін в двигуні. В даний час відсутні необхідні промислові установки для масового виробництва спиртового палива.
Необхідно також упітивать, що теплота згоряння спиртів нижче, ніж у бензину, отже, необхідно збільшити обсяг бака або частіше треба втрачати час на заправку.
Останнім часом великий інтерес автомобілістів викликав метил-третбутіловий ефір (МТБЕ)

CH₃

│

СН₃─О─С─СH₃

│

CH₃

Він розчинний тільки в бензині (у воді не розчиняється). Його присутність в бензині (без ТЕС) істотно поліпшує процес згоряння палива і знижує концентрації шкідливих речовин у вихлопі.
Проте в даний час неможливо отримати в достатній кількості сировина для виробництва МТБЕ в масових масштабах (потрібен ізобутиловий спирт, а він широко застосовується при виробництві каучуків). МТБЕ; дешевше ТЕС, але якщо МТБЕ в бензин потрібно додавати в кількостях 5-12% то ТЕС - у 100-200 разів менше, і в цілому бензин з ТЕС виходить істотно дешевше. Перші дослідні партії МТБЕ з'явилися в Італії в 1973 р., а сьогодні його виробництво в світі обчислюється мільйонами тонн. У розвинених капіталістичних країнах (США, Японія) введено нормування вмісту свинцю на рівні 0,03 г / л за рахунок використання поліпшених сортів бензину і різних присадок до палива. В даний час застосування бензину без добавок тетраетилсвинцю (0,15 г міститься в бензині А-76 і 0,033 г / л в А-93) забезпечується тільки в Москві, Ленінграді, містах-курортах через малий об'єм його випуску в країнах СНД (10-15%).
Для зменшення в дизельних двигунах сажі вносять в бензин добавки металоорганічних сполук на основі Ni, Cr, Cu. Навіть в кількості 0,01% до загальної маси палива вони істотно знижують димність вихлопу.
Дня зниження токсичності вихлопу бензинових двигунів можна використовувати водно-бензинові суміші. Наприклад, у вихлопі вантажного автомобіля, що працює на емульсії з вмістом 12% H2O було виявлено в 2 рази менше СО.
При використанні суміші бензин з 5-30% метанолу було зафіксовано зниження на 14-72% СО
Чистий H2 в якість палива суттєво дорожче бензину. Якщо Н2 додавати в бензин (5-10%), то істотно (40-45%) підвищується паливна економічність двигуна, і більш ніж в 100 разів знижується вміст СО у вихлопі.
Розглянемо також другий шлях підвищення октанового числа бензину - зміна вуглеводневого складу, заснований на риформінгу. Відомо, що октанове число істотно залежить від будови вуглеводнів, що входять до складу бензину. Чим більше в бензині ароматичних вуглеводнів - тим вище октанове число. Підвищується октанове число також шляхом перетворення нормальних вуглеводнів

СH₃

│

в розгалужені (ізомеризація) СH₃─СН₂─СH₂─СН₃→СH₃─СН

│

СH₃

граничних в неграничні.

СH₃─СН₂─СH₂─СН₂─СH₂─СН₃→ Н₂C= СH─СН₂─СH₂─НC=СН₂

Цей спосіб пов'язаний з великими витратами на очисні споруди.
У загальному випадку, чим більше в бензині лінійних і малоразветвленнимі вуглеводнів, тим нижче октанове число.
Змінюють, вуглеводневий склад нафти шляхом каталітичного риформінгу прямогонного бензину. Суть риформінгу полягає в. каталітичному перетворенні циклічних вуглеводнів і деяких алканов на ароматичні вуглеводні при температурах 450-540 ° С. Недоліки такого бензину полягають у зниженні виходу рідкого бензину і у високому вмісті ароматичних вуглеводнів, екологічно небезпечних і обумовлюють освіта смогу.
Таким чином, повністю перейти на високоактивні бензини без ТЕС в даний час по техніко-економічних причин неможливо. Так, наприклад, тільки для країн СНД відмова від ТЕС без зниження октанового числа за рахунок риформінгу та ізомеризації обійшовся б в 2 млрд рублів, а для США - в 10-14 млрд доларів.

Практичні завдання для самостійної роботи

1. Скласти схему типового забруднення околицю великого міста автотранспортом, навести приклади розповсюдження шкідливих речовин.

2. Запропонувати комплекс заходів для зменшення негативного впливу забруднення повітря на довкілля та здоров я людини.

Питання для самостійної роботи

1. Основні критерії шкідливості атмосферних забруднень.

2. Способи самоочищення атмосфери.

3. Основні способи очищення газових викидів.

4. Санітарно-захисні зони, їх класифікації та роль в
очищенню атмосфери.

Питання для самоконтролю

1.Вплив раціональної організації дорожнього руху на
стан атмосфери великих промислових центрів.

2. Класифікація та принцип дії нейтралізаторів вихлопних газів (каталітичні, термічні, рідинні, полум'яні).

3. Скорочення вмісту свинцю в пальному шляхом застосування.
антидетонаційних добавок (металоорганічних сполук, карбоніли перехідних металів, спирти).

4. Вплив зміни вуглеводневого складу бензину на октанове число палива.