Розрахунок масових викидів забруднюючих речовин

Міністерство освіти і науки України Національний транспортний університет Кафедра «Двигуни і теплотехніка»

Курсова робота

З дисципліни «Екологія транспорту»

Київ 2012

Зміст

Вступ

• 1. Розрахунок масових викидів забруднюючих речовин від автомобільного транспорту в умовах експлуатації
• 1.1 Вибір і обґрунтування способу проведення розрахунків масових викидів
• 1.2 Вибір значень коефіцієнтів, що враховують вплив технічного стану автомобілів на вміст шкідливих речовин в його ВГ
• 1.3 Розрахунок масових викидів окремих забруднюючих речовин
• 2. Розрахунок сумарних масових викидів шкідливих речовин, зведених до СО
• 3. Визначення економічної ефективності запровадження природоохоронних заходів
• 3.1 Розрахунок соціально-економічного збитку, що наносять довкіллю автомобільний парк
• 3.2 Перевід вантажного автомобіля та автобуса на ЗНГ (зріджений нафтовий газ)
• Висновок
• Перелік літературних посилань

Вступ

Одним із основних джерел забруднення у великих містах особливо індустріально напружених, стає автотранспорт. Забруднення повітря — одна з екологічних причин сучасної цивілізації. Екстенсивний характер розвитку виробничих сил суспільства зумовив інтенсивність та масштабність негативного антропогенного впливу на природне середовище. Викиди, що вміщують оксиди сірки і азоту, призводять до кислотних дощів. Використання вугілля, як пального, збільшує емісію парникових газів. Діяльність людини призводить до руйнування озонового шару і зміни клімату. Атмосферне забруднення, яке розглядалось ще донедавна як фактор, що створює дискомфортні умови, сьогодні корелює з захворюваністю та смертністю населення. Інтенсивне забруднення атмосферного повітря міст почалось у ХХ ст., що зумовлено було концентрацією виробництва і ростом населення міст. До основних штучних джерел забруднення довкілля відносяться не тільки об'єкти промисловості, енергетики, сільського і комунального господарств. Процес урбанізації супроводжується створенням розгалуженої транспортної мережі та використанням різноманітних видів транспортних засобів.

Транспортна галузь стає ведучою не тільки в економічному, але й в соціальному напрямках. Якщо порівняти вплив стаціонарних і мобільних джерел забруднення повітря, то для міського середовища всі види транспорту стають більш вагомими, а найвагомішим з них ­ автомобільний. Щорічно в світі кількість автомобілів збільшується приблизно на 40 млн. одиниць. За даними Державного комітету статистики України доля викидів від пересувних джерел складає близько 20%. Автомобільні викиди розповсюджуються та трансформуються в атмосфері по визначеним закономірностям. Так, тверді частки розміром більше 0,1 мм осаджуються на підстиляючих поверхнях через дію гравітаційних сил. Частки, розмір яких менше 0,1 мм, а також газові домішки, розповсюджуються в атмосфері під впливом дифузії й вступають у процеси фізико-хімічної взаємодії між собою та з компонентами атмосфери.

Оксид вуглецю в атмосфері швидко дифундує та зазвичай не утворює високої концентрації, його інтенсивно поглинають ґрунтові мікроорганізми, крім того, він частково окислюється до діоксиду вуглецю. Найбільший відсоток вуглецю оксиду вмішується у відпрацьованих газах автомобільних двигунів внутрішнього згоряння.

Основний негативний вплив вуглецю оксиду (чадний газ) на організм людини полягає у порушенні газового обміну в організмі: гемоглобін крові у 240 разів швидше сполучається в легенях з чадним газом, ніж з киснем.

Вуглеводні в атмосфері під дією сонячної радіації зазнають різних перетворень через реакції окислення, полімеризації та під час взаємодії з іншими атмосферними забрудненнями. В результаті таких реакцій утворюються пероксидні сполуки, вільні радикали та інші. З великої кількості вуглеводнів, що містяться у відпрацьованих газах, найбільшої шкоди завдають ненасичені вуглеводні етилового ряду. Вони мають високу активність і є вихідними речовинами для утворення фотохімічного смогу. Характерна особливість їх дії на організм людини — це вплив на центральну нервову систему, крім цього вони спричиняють виникнення серцево-судинних захворювань.

Оксид азоту в атмосфері під впливом сонячного світла інтенсивно окислюється до діоксиду азоту. Кінетика подальших перетворень визначається можливістю діоксиду азоту дисоціювати при поглинанні ультрафіолетових променів у процесах утворення фотохімічного смогу. Основна частина оксидів азоту надходить з відпрацьованими газами автомобілів.

Оксиди азоту отруйно діють на організм людини, подразнюють слизові оболонки, зокрема, очей. Здатні глибоко проникати в легені, викликаючи пошкодження тканин. Внаслідок дії на тварин спостерігається зменшення вмісту еритроцитів і гемоглобіну.

Наявність сполук плюмбуму в атмосферному повітрі міст, в основному, пов’язана з відпрацьованими газами від двигунів, що живляться етилованими бензинами.

Навіть такий короткий огляд впливу токсичних речовин, що виділяються під час роботи автотранспорту, або їх похідних, підкреслює негативний вплив не тільки на здоров’я мешканців міста, а також на рослинний і тваринний світ, в цілому на всі складові міської екосистеми.

автомобільний транспорт шкідливий природоохоронний

1. Розрахунок масових викидів забруднюючих речовин від автомобільного транспорту в умовах експлуатації

Транспортні засоби є потужними джерелами забруднення довкілля. Щороку з відпрацьованими газами двигунів в атмосферне повітря населених пунктів викидається велика кількість токсичних і агресивних речовин.

Для складання звітності у галузі охорони атмосферного повітря, для оцінювання рівня забрудненості атмосферного повітря та визначення збитку від викидів забруднюючих речовин пересувними джерелами, а також для стимулювання впровадження природоохоронних заходів необхідно розрахувати масові викиди шкідливих речовин, що надходять у атмосферне повітря з відпрацьованими газами транспортних засобів, В процесі експлуатації автомобільного транспорту викиди забруднюючих речовин (ЗР) істотно змінюються. Щоб оцінка токсичності автомобілів в процесі експлуатації була об'єктивною, необхідно зважати на велику кількість факторів, які зумовлюють кількість забруднюючих речовин, що надходить у довкілля. Численними дослідженнями встановлено, що усі ці фактори досить точно характеризує витрата палива автомобіля. Тому, розрахунок масових викидів шкідливих речовин здійснюють на підставі інформації про масу палива, спожитого автомобілем за певний період часу. Ця величина залежить від експлуатаційних факторів, а отже враховує їхній вплив.

Розрахунки здійснюють за Методикою, що базується на експериментальних характеристиках двигунів, визначених в режимах, характерних для автомобіля в різних умовах експлуатації, на результатах дорожніх експериментальних досліджень, а також даних, прийнятих в інших подібних методиках Розрахунки масових викидів здійснюють за питомими викидами шкідливих речовин з одиниці маси палива, спожитого автомобілем з двигуном даного типу. Встановлені питомі викиди, для справних і правильно відрегульованих двигунів. Числові значення питомих викидів шкідливих речовин визначені для автомобілів, які не обладнані антитоксичними пристроями (нейтралізаторами).

Розрахунок маси викиду у—ї шкідливої речовини рухомим складом автомобільного транспорту, який має п груп автомобілів к—го типу, за певний період часу г здійснюють залежно від того, які є відомості про витрату палива.

Таблиця 1 — Вихідні дані для розрахунку:

Примітка: 1 — експлуатація автомобіля відбувається в місті і є точні відомості про витрату палива; 2 — експлуатація автомобіля відбувається поза містом і є точні відомості про витрати палива; у — автомобілі здійснюють як міські так і інші види перевезень; с — не визначено умови експлуатації, є лише звітність про витрату різних видів палив за певний період.

1.1 Вибір і обґрунтування способу проведення розрахунків масових викидів

Здійснити розрахунки можна трьома способами:

— за питомими викидами шкідливих речовин, якщо є відомості про споживання певними групами автомобілів різних видів палив за умови їх експлуатації: окремо в межах міст і населених пунктів та окремо — поза ними;

— за усередненими викидами шкідливих речовин, якщо нема окремих відомостей про споживання різних видів палив певними групами автомобілів за умови їх експлуатації окремо в межах міст і населених пунктів та поза ними;

— за середніми викидами шкідливих речовин, якщо відсутні дані щодо витрат палива автомобілями певних типів залежно від умов експлуатації, а відома загальна витрата палив різного виду рухомим складом автомобільного парку.

За даними завдання на курсову роботу, визначають і обґрунтовують вибір способу, за яким треба здійснювати розрахунок.

1.2 Вибір значень коефіцієнтів, що враховують вплив технічного стану автомобілів на вміст шкідливих речовин в його ВГ

В процесі експлуатації можливі зміни технічного стану транспортного засобу та порушення його регулювань, які спричиняють збільшення або зменшення викидів окремих компонентів відпрацьованих газів. В розрахунках ці зміни враховують уведенням коригуючого коефіцієнта, який вибирають залежно від шкідливої речовини (j), масу якої розраховують, типу транспортного засобу (к) та виду споживаного палива (і). Значення коефіцієнтів, наведено в табл. 2.

Таблиця 2 — Значення коефіцієнтів

Примітка: Для двооксиду сірки і сполук свинцю, кількість яких у ВГ залежить лише від їх вмісту в паливі і не залежить від технічного стану автомобіля =1.

Таблиця 3 — Згідно з завданням коефіцієнти становлять:

Примітка: Для двооксиду сірки і сполук свинцю, кількість яких у ВГ залежить лише від їх вмісту в паливі і не залежить від технічного стану автомобіля =1.

1.3 Розрахунок масових викидів окремих забруднюючих речовин

В першому випадку експлуатація відбувається в місті, в другому — поза містом, то масові викиди окремих шкідливих речовин, розраховуємо за другим способом за залежністю, т/рік де — усереднені питомі викиди j-ї шкідливої речовини автомобіля k-го типу з одиниці маси і-го виду палива, яке вони споживають, кг/т;

— витрати і-го виду палива автомобілями k-го типу в за період ф (переважно це — рік), т/рік;

— коефіцієнт, який враховує вплив технічного стану автомобіля k-го типу, що споживаємий вид палива на величину питомих викидів.

Значення питомих викидів ШР сучасними автомобілями наведені в Таблиці 4.

Таблиця 4 — Значення усереднених питомих викидів шкідливих речовин автомобілями

Примітки: Викиди сполук свинцю для автомобілів, що споживають ЗНГ, не визначають.

Згідно Закону «Про заборону ввезення і реалізації на території України етилованого бензину та свинцевих добавок до бензину» заборонено ввозити і реалізувати в Україні етилований бензин та свинцеві добавки до бензину. Отже, розрахунки по цій речовині не ведуться.

Розрахунки:

— для вантажних автомобілів з бензиновим двигуном (під час міських перевезень):

М_СО =(225,7?200?1,7)?10^-3=76,74 т/рік М_СмНn =(54,8?200?1,8)?10^-3=19,73 т/рік М_NОx =(17,46?200?0,9)?10^-3=3,14 т/рік М_SО2 =(0,6?200?1)?10^-3=0,12 т/рік

— для легкових автомобілів з бензиновим двигуном (під час перевезень поза містом):

М_СО =(177,92?21?1,5)?10^-3= 5,6 т/рік М_СмНn =(24,42?21?1,5)?10^-3=0,77 т/рік М_NОx =(24,62?21?0.9)?10^-3=0,47 т/рік М_SО2 =(0,6?21?1)?10^-3=0,01 т/рік В третьому випадку умови експлуатації не визначено, є лише звітність про витрату різних видів палив за певний період. Тому для розрахунку використовуємо третій спосіб за залежністю, т/рік де — середній питомий викид j-ї шкідливої речовини з одиниці маси і-го виду палива, кг/т;

— витрати і-го виду палива рухомим складом автотранспортного підприємства, т/рік;

— коефіцієнт, який враховує вплив технічного стану автомобіля k-го типу, що споживаємий вид палива на величину питомих викидів.

Значення середніх питомих викидів ШР з одиниці спожитого палива наведені в Таблиці 5.

Таблиця 5 — Значення середніх питомих викидів ШР з одиниці спожитого палива

Примітки: Згідно Закону «Про заборону ввезення і реалізації на території України етилованого бензину та свинцевих добавок до бензину» заборонено ввозити і реалізувати в Україні етилований бензин та свинцеві добавки до бензину. Отже, розрахунки по цій речовині не ведуться.

Розрахунок:

— для автобусів з бензиновим двигуном:

М_СО =(196,5?156?1,7)?10^-3= 52,11 т/рік М_СмНn =(37?156?1,8)?10^-3=10,39 т/рік М_NОx =(21,8?156?0.9)?10^-3=3,06 т/рік М_SО2 =(0,8?156?1)?10^-3=0,12 т/рік Всі значення заносимо до Таблиці 6.

Таблиця 6 — Масові викиди забруднюючих речовин автомобільного парку

2. Розрахунок сумарних масових викидів шкідливих речовин, зведених до СО

За масовими викидами окремих компонентів ВГ розраховують сумарні масові викиди шкідливих речовин автомобільним парком. Необхідно зважати на те, що кожній шкідливій речовині, за ступенем впливу на організм людини, властива певна агресивність чи небезпека. Щоб врахувати це запропоновано за одиницю відносної агресивності прийняти агресивність оксиду вуглецю СО. Значення коефіцієнтів відносної агресивності для основних шкідливих речовин, що містяться у ВГ наведено в таблиці 7.

Таблиця 7 — Значення коефіцієнтів відносної агресивності основних речовин, які містяться у ВГ автомобіля

Таким чином, за масовими викидами окремих шкідливих речовин з урахуванням коефіцієнта відносної агресивності, розраховують сумарні масові викиди зведені до СО, тобто сумарну зведену токсичність, в нашому випадку, автомобільного парку автотранспортного підприємства (регіону), ум. кг/год:

G_УCO =(134,45· 1,0) + (30,89· 3,16) + (6,67· 41,1) + (0,25· 22,0) = 134,45 + 97,61+ 274,14 + 5,5= 511,7 (ум. т/рік) Отже, сумарна зведена токсичність автомобільного парку складатиме 511,7 ум. т/рік.

3. Визначення економічної ефективності запровадження природоохоронних заходів

3.1 Розрахунок соціально-економічного збитку, що наносять довкіллю автомобільний парк

3 метою отримання можливості визначити економічну ефективність запровадження заходів спрямованих на покращення стану навколишнього природного середовища і вибрати з них найефективнішій необхідно розраховувати економічний збиток, який завдають йому джерела забруднення.

За існуючою Методикою [5], адаптувавши її для автомобільного транспорту, соціально-економічний збиток, що наносить довкіллю автомобільний транспорт основними забруднюючими викидами за певний період часу, визначають за залежністю:

де — величина, що визначає шкоду завдану однією умовною тонною ЗР, грн/у. тонн;

— безрозмірний коефіцієнт відносної небезпеки, який приймають залежно від території, що підпадає під забруднення;

— безрозмірний коефіцієнт, що враховує характер розсіювання ЗР в атмосфері, вибирають з врахуванням швидкості осідання ЗР та природних умов;

— маса ШР, що викидається автомобілями за певний період;

— коефіцієнт відносної агресивності ШР.

Для проведення розрахунків для умов України спираємось на значення визначені даною методикою. На період, коли її було складено значення коефіцієнту у становило 2,4 грн/ум.т. За станом на 2000 р. з урахуванням курсу валют Українського національного банку прийнято, що цей коефіцієнт становить у=24,6 грн./ум.т. Можливе коригування цієї величини.

Таблиця 8 — Значення показника у відносної небезпеки забруднення атмосферного повітря над територіями різних типів

Примітка:

^* — для центральної частини міст з населенням більше 300 тис. чол незалежно від адміністративної щільності населення у=8.

^** — Для зрошування земель вказаний коефіцієнт подвоюють.

Значення поправки яка враховує характер розсіювання домішок у атмосфері залежить від виду домішок:

₁ — для газоподібних домішок і легких дрібнодисперсних частинок з малою швидкістю осадження менше 1 см/с;

₂ — для частинок, які осаджуються зі швидкістю від 1 до 20 см/с;

₃— для частинок, які осаджуються зі швидкістю 20 см/с.

Окрім характеру розсіювання частинок визначальним є і геометрична висота гирла джерела забруднення, значення модуля швидкості вітру на рівні гирла, середньорічне значення різниці температур в гирлі джерела та оточуючого середовища.

Температура відпрацьованих газів на виході з вихлопної труби залежить від багатьох факторів, зокрема і від режимів роботи двигуна, але для курсової роботи припускаємо вг^:=100^оС. Значення середньої річної температури необхідно визначати за даними Метеослужби України або Мінстату України.

Для рівняння значення коефіцієнта для газоподібних домішок ₁ = 1.

Висота гирла забруднення для автомобіля відповідає рівню розміщення вихлопної труби — приблизно .

Проте залежно від температури необхідно внести поправку на підйом факела викидів в атмосферу .

Тобто, для газоподібних складових ВГ (СО, СН, NO_x):

Значення поправки, розрахованою для середньої швидкості вітру наведено в таблиці 9.

У разі якщо u? 3 м/с слід значення коефіцієнта f₁ помножити на поправку W, яка наведена в таблиці 10.

Розповсюдження частинок, що викидаються з аерозолями автотранспортних засобів (S, С, РЬ) враховують коефіцієнтом ₃ = 10.

Таблиця 9 — Значення поправки

Таблиця 10 — Значення поправки

Далі проводимо розрахунок, при:

;

?Т =100 — 10 = 90? С;

u = 5 м/с Так як швидкість вітру u? 3, то слід ?₁ помножити на поправку W = 0,67

Розраховуємо соціально-економічний збиток по кожній речовині:

Отже, сумарний соціально-економічний збиток буде становити:

3.2 Перевід вантажного автомобіля та автобуса на ЗНГ (зріджений нафтовий газ)

Зріджений нафтовий газ (ЗНГ) — очищений і підготовлений нафтовий газ, переведений під впливом високого тиску в рідинний стан (переважно пропан і бутан) для полегшення зберігання та перевезення.

Складається головним чином з важких газів пропану і бутану й незначної кількості (близько 1%) неграничних вуглеводнів. У такій формі гази зберігаються на нафтоі газопереробних підприємствах; застосовуються в побуті для опалювання, підігріву води і приготування їжі; і на автомобільному транспорті — як паливо.

Отже, основними джерелами для одержання паливних рідких вуглеводневих газів (пропан, бутан) повинні служити попутні гази, гази газоконденсатних родовищ, штучні нафтові гази і гази деструктивної гідрогенізації твердого і рідкого палива. Однак варто вказати, що гази термічної і термокаталітичної переробки нафти і нафтопродуктів які містять значну кількість реакційно-здатних неграничних вуглеводнів, насамперед, повинні піддаватися відповідній переробці для їхнього фракціонування з наступним використанням у різних синтезах. У зв’язку з викладеним, процеси одержання рідких вуглеводневих газів будуть нижче розглянуті стосовно до попутних і інших аналогічних газів.

Одним з найбільш важливих процесів переробки попутних і аналогічних газів є процес вилучення з них компонентів газового бензину і компонентів рідких горючих газів. Цей процес називається відбензинуванням нафтових газів. Він складається з двох послідовних операцій: одержання сирого нестабільного бензину і вилучення із сирого бензину стабільного, звільненого від легких компонентів газового бензину.

Перша операція, тобто одержання сирого нестабільного бензину, здійснюється методом компресії, чи адсорбції. Друга операція, тобто одержання стабільного бензину, зовсім вільного від пропану і більш легких вуглеводнів і утримуючого бутан в обмежених кількостях, здійснюється методом чіткої ректифікації.

Для безперебійної і надійної роботи установок відбензинування нафтових газів потрібно, щоб газ-сировина не містив механічних домішок і води. Тому одержання рідких газів починається з очищення вихідного продукту від механічних домішок і води.

Проводимо розрахунки, скільки буде викинуто в атмосферу шкідливих речовин, якщо :

— легкові автомобілі перевести з дизеля на ЗНГ:

М_СО =(177,92?21?1,5)?10^-3= 5,6 т/рік М_СмНn =(24,42?21?1,5)?10^-3=0,77 т/рік М_NОx =(24,62?21?0.9)?10^-3=0,47 т/рік М_SО2 =(0,6?21?1)?10^-3=0,01 т/рік

— автобуси перевести з бензину на ЗНГ:

М_СО =(196,5?156?1,7)?10^-3= 52,11 т/рік М_СмНn =(37?156?1,8)?10^-3=10,39 т/рік М_NОx =(21,8?156?0.9)?10^-3=3,06 т/рік М_SО2 =(0,3?156?1)?10^-3=0,05 т/рік По даних розрахунку робимо порівняльну характеристику у вигляді таблиці.

Таблиця 11 — Порівняльна характеристика масових викидів ШР вантажних автомобілів дизелі і СПГ

Так як, всі коефіцієнти для бензину та ЗНГ рівні, крім значення середніх питомих викидів ШР з одиниці спожитого палива для SO₂, то різниця є лише в масових викидах SO₂, для ЗНГ масові викиди сірчистого ангідриду в 2,4 рази менше, ніж для бензину.

Розраховуємо сумарні масові викиди зведені до СО, тобто сумарну зведену токсичність, в нашому випадку, автомобільного парку автотранспортного підприємства (регіону):

G_УCO =(134,45· 1,0) + (30,89· 3,16) + (6,67· 41,1) + (0,18· 22,0) = 134,45 + 97,61+ 274,14 + 3,96= 510,16 (ум. т/рік) Таблиця 6 — Масові викиди забруднюючих речовин автомобільного парку

Отже, сумарний викид шкідливих речовин зменшиться з 511,7 до 510,16 ум. т/рік, тобто на 1,54 ум. т/рік.

Визначаємо соціально-економічний збиток, що наносить довкіллю автомобільний транспорт основними забруднюючими викидами за певний період часу:

Отже, сумарний соціально-економічний збиток буде становити:

Після переводу легкових автомобілів та автобусів з бензинового двигуна на ЗНГ сумарний соціально-економічний збиток зменшився на 200,94 грн.

Висновок

Під час виконання курсової роботи ми розраховували масові викиди забруднюючих речовин автомобільним транспортом та визначали соціально-економічні збитки, що завдають довкіллю викиди забруднюючих речовин у атмосферне повітря від автомобільного парку.

Ці розрахунки проводимо для :

— легкових автомобілів з бензиновим двигуном;

— вантажних автомобілів з бензиновим двигуном;

— легкових автомобілів на ЗНГ;

— автобусів з бензиновими двигунами;

— автобусів на ЗНГ.

Після переводу легкових автомобілів та автобусів з бензинового двигуна на ЗНГ ми можемо сказати що:

— сумарний викид шкідливих речовин зменшиться з 511,7 до 510,16 ум. т/рік, тобто на 1,54 ум. т/рік.

— сумарний соціально-економічний збиток зменшився на 200,94 грн.

Перелік літературних посилань

1. Ю. Ф. Гутаревич, Л.П. Мержиєвська, О. С. Добровольський. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Екологія транспорту».

2. Ю. Ф. Гутаревич, Д. В. Зеркалов, А. Г. Говорун, А. О. Корпач, Л.П.Мержиєвська. Екологія автомобільного транспорту. Навч. посібник — К.:Основа, 2002.-312с.

3. Ю. Ф. Гутаревич, Д. В. Зеркалов, А. Г. Говорун, А. О. Корпач, Л.П.Мержиєвська. Екологія та автомобільний транспорт. Навч. посібник 2-ге вид., перероблене та доповнене. — К.: Арістей, 2008. — 296 с.