Методика оценки суммарной токсичности выбросов

Исходные данные:

Средний пробег автомобиля за год, L………………………………….…10 000 км

Средний расход топлива на 100 км:

-для бензиновых двигателей……………………………………………………..10 л

-для дизельных двигателей………………………………………………………30 л

Средняя стоимость используемых топлив:

-бензинов……………………………………………………………………..15 руб/л

-дизельных топлив…………………………………………………………...15 руб/л

Стоимость одного каталитического нейтрализатора для автомобиля с бензиновым двигателем……………………………………………...…..10 000 руб.

Стоимость комбинированной системы фильт-нейтролизатор для автомобиля с дизельным двигателем………………………………………………...…12 000 руб.

Срок службы каталитического нейтрализатора……………………………...3 года

Срок службы комбинированной системы фильт-нейтролизатор…………...3 года

Стоимость многофункциональной присадки:

-для бензинов………………………………………………………………….2 коп/л

-для дизельных топлив……………………………………………………….6 коп/л

Природоохранные мероприятия для предприятия, в автопарке которого имеются автомобили с бензиновым и дизельным двигателями, предлагаются с учетом того, что автомобили с бензиновыми двигателями оборудованы системой впрыска топлива и используют только неэтилированный бензин. Применение каталических нейтрализаторов и системы фильтр-нейтрализатор увеличивает расход топлива на 10%.

Для снижения токсических выбросов, производимых автомобилями предприятия, предложены 2 альтернативных природоохранных мероприятий:

- применение трехкомпонентных каталических нейтрализаторов для автомобилей с бензиновыми двигателями и комбинированной системы фильтр-нейтрализатор для автомобилей с дизельными двигателями.

- применение многофункциональной присадки к бензинам и дизельным топливам.

Загрязнение воздуха городов токсичными веществами, выбрасываемыми автотранспортом, обуславливает во многих случаях концентрации токсических веществ в воздухе в зоне дыхания, во многих раз превышающие безвредные для здоровья человека. Выбросы токсичных веществ автомобилями зависят как от технического совершенства автомобилей и их двигателей, так и от экологических свойств моторных топлив.

При сгорании моторных топлив в бензиновых и дизельных двигателях при стехиометрическом (= 1) или сверх стехиометрическом (>1) соотношении кислород воздуха/топливо помимо основных продуктов полного окисления – воды и диоксида углерода – образуются и выбрасываются с отработавшими газами в воздух токсичные вещества: оксиды углерода, азота, органические кислородосодержащие соединения, несгоревшие углеводороды, сажа, а при использовании свинцовых антидетонаторов (этилированных бензинов) свинец (в виде бромидов и хлоридов). Образование токсичных веществ в бензиновых и дизельных двигателях имеет свои особенности и отличия, ввиду этого и состав отработавших газов отличается. Основные токсичные продукты отработавших газов в бензиновых двигателей (в современных бензиновых двигателях соотношение воздух/топливо автоматически поддерживается в пределах 1,00-1,02 относительно стехиометрического) – продукты неполного горения топлива: оксид углерода (СО) и недогоревшие углеводороды (СmНn).

Дизельный двигатель работает со значительным избытком воздуха, и микродиффузионный режим сгорания топлива создает условия образования токсичных веществ, значительно отличающиеся от условий в бензиновых двигателях. (исходные данные для расчетов в табл. 1.1)

Таблица 1.1

Исходные данные

В результате в дизельных двигателях образование оксидов азота значительно выше, чем в бензиновых двигателях, а образование оксида углерода – много меньше. В то же время значительно выше степень полного и неполного окисления углеводородов, и, следовательно, значительно меньше выбросы суммы углеводородов и их оксипроизводных (но доля выбросов альдегидов в 1,5-4 раза выше), чем в бензиновых двигателях. Кроме того, в выбросах дизельных двигателей всегда содержится сажа, ввиду особенностей диффузионного горения.

Для оценки суммарной токсичности отработавших газов необходимо знание ПДК токсичных компонентов выбросов. Обычно при оценке токсичности веществ, выбрасываемых в воздух автотранспортом, исходили из значений максимальной разовой ПДК. Однако в настоящее время города настолько насыщены автомобилями, что правильнее пользоваться среднесуточными ПДК. При этом существует большая неопределенность в величине ПДК для группы токсичных веществ CmHn, так как определяется сумма горючих,кроме СО, включая в себя как малотоксичные, так и чрезвычайно токсичные вещества. (табл. 1.2)

Таблица 1.2

Предельно допустимые концентрации некоторых веществ, входящих в группу CmHn отработавших газов АТС

Поскольку усреднение ПДК в данном случае проблематично, мы принимаем для группы CmHn ПДК, равным ПДК NO2 (в нормах Пдк стран ЕС до 2000 г. CmHn и NOx, определяемые в виде NO2, лимитировались суммарно). Ниже приведены среднесуточные ПДК основных токсичных компонентов отработавших газов:

Вещество ПДКСС, мг/м³

NO2……………………………..0,04

CO………………………………3

CmHn…………………………..0,04

Твердые частицы (сажа)……….0,05

При сжигании 1 кг топлива выделяется GA токсичного вещества А и предельно допустимая среднесуточная концентрация его равна ПДКА, то концентрация А в воздухе будет равна ПДКА. Тогда объем воздуха, в котором разбавлены продукты сгорания (коэффициент разбавления – Кр(А), м³), равен

(1)

Степень загрязнения воздуха автомобилем с бензиновым двигателем веществом СО:

Кр^*(СО)=0,67

Кр^**(СО)=0,07

Кр^***(СО)=0,43

Степень загрязнения воздуха автомобилем с дизельным двигателем веществом СО:

Кр^*(СО)=0,27

Кр^**(СО)=0,03

Кр^***(СО)=0,23

Или Кр(В)= Кр(А). Отсюда загрязнение воздуха веществом В можно выразить через вес GA, г:

(2)

Степень загрязнения воздуха автомобилем с бензиновым двигателем веществом NO₂:

Кр^*(NO₂)=4.25

Кр^**(NO₂)=0.75

Кр^***(NO₂)=3.25

Степень загрязнения воздуха автомобилем с дизельным двигателем веществом NO₂:

Кр^*(NO₂)=17.5

Кр^**(NO₂)=1.75

Кр^***(NO₂)=12.5

Степень загрязнения воздуха автомобилем с бензиновым двигателем веществом СmHn:

Кр^*(СmHn)=6,25

Кр^**(СmHn)=0,75

Кр^***(СmHn)=4,00

Степень загрязнения воздуха автомобилем с дизельным двигателем веществом СmHn:

Кр^*(СmHn)=2,00

Кр^**(СmHn)=0

Кр^***(СmHn)=1,25

Степень загрязнения воздуха автомобилем с дизельным двигателем веществом (сажа):

Кр^*(сажа)=1,20

Кр^**(сажа)=0,6

Кр^***(сажа)=0,6

Тогда суммарное загрязнение воздуха различными токсичными веществами можно рассчитать через вес одного вещества GA, г, принятого за эталон, определяя

=GA (3)

Вес веществ для автомобиля с бензиновым двигателем:

gco=3,51

gNO₂=0,33

gCmHn=0,44

Вес веществ для автомобиля с дизельным двигателем:

gCO=1,59

gNO₂=1,27

gCmHn=0,13

g(сажа)=0,12

Суммирование ведется по видам токсичных веществ. Примем за эталон оксид углерода. Тогда суммарное загрязнение воздуха токсичными веществами, образующимися при сжигании 1 кг моторного топлива, будет определяться формулой:

=gco, (4)

Суммарное загрязнение воздуха токсичными веществами:

∑CO=5,1

∑ NO₂=1,6

∑CmHn=0,57

∑сажа=0,12

где gco - вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как все токсичные вещества в сумме, г.

Используя данную методику, можно сравнивать экологические характеристики различных типологий автомобилей по интегральной характеристике токсичности отработавших газов, выраженной через
эквивалентный вес оксида углерода, также можно сравнивать экологическую эффективность методов снижения токсичности отработавших газов автомобилей, сравнивать экологические свойства различных сортов бензинов и дизельных топлив и т.д.

Для оценки суммарной токсичности выбросов автомобилями фирмы за год необходимо учитывать среднегодовой пробег L. Суммарная токсичность годовых выбросов i-ro токсичного вещества одним автомобилем Gco, кг, определяется по формуле:

, (5)

где gi – выбросы i-го токсичного вещества автомобилем на километр пробега, г;

gCO - вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как сумма токсичных выбросов на километр пробега автомобиля, г;

10^-3 - коэффициент перевода годовых выбросов в килограммы;

GCO - вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как сумма
токсичных выбросов автомобилем за год, кг.

Учитывая, что в автопарке фирмы есть автомобили, как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями, формула принимает вид:

(6)

Суммарная токсичность годовых выбросов автомобилем с бензиновым двигателем:

G_co=4833

Суммарная токсичность годовых выбросов автомобилем с дизельным двигателем:

G_co=5850

где i - тип двигателя (бензиновый или дизельный);

gij - выбросы i-гo токсичного вещества автомобилем }-го типа на
километр пробега, г;

j GCO - эквивалентный по токсичности этим выбросам вес оксида углерода, кг.

В работе расчет суммарной токсичности производится отдельно для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями.