Химия окружающей среды

Основными источниками загрязнения  атмосферы являются предприятия  газодобывающей отрасли промышленности, нефтепереработки, машиностроения, теплоэнергетики, автомобильный и железнодорожный  транспорт. Значительный вклад в  выбросы вносят стационарные источники  предприятия ООО «Газпром добыча Оренбург».

ФГУ «Оренбургский ЦГМС»  наблюдения проводились на 3 стационарных постах,  которые подразделяются на «городские фоновые» в жилых районах (пост 6), «промышленные» вблизи предприятий (пост 2) и «авто» вблизи автомагистралей  или в районах с интенсивным  движением автотранспорта (пост 5). Это деление условно, так как застройка города и размещение предприятий не позволяют сделать четкого разделения районов.

 

На постах измерялись концентрации 13 загрязняющих веществ, выполнено  за год 21300 отборов проб атмосферного воздуха, кроме того отобрано 2100 проб на бенз (а) пирен. Уровень загрязнения воздуха «высокий» вследствие величины ИЗА5= 7,1; в сравнении с прошлым годом уровень загрязнения снизился (ИЗА5 2008 г. = 8,3); СИ по сероводороду 3,4 ПДК; НП по этилбензолу 2,2%.

По данным наблюдений на стационарных постах ЦГМС среднегодовые  концентрации примесей составили: 1,9 ПДК  по формальдегиду, 1,6 ПДК по бенз (а) пирену, 1,2 ПДК по диоксиду азота, 0,98 ПДК по взвешенным веществам, 0,7 ПДК по оксиду углерода, 0,45 ПДК по оксиду азота, 0,07 ПДК по диоксиду серы, 0,0010мг/м³ по сероводороду, 3,56мг/м³ по суммарным углеводородам. Содержание ароматических углеводородов (отбор проводится на ПНЗ №6) составило: бензол — 0,3 ПДК, сумма ксилолов — 0,06 ПДК, толуол — 0,03 ПДК, этилбензол — 0,0054мг/м³.

Максимальные из разовых  концентраций достигали значений: 3,4 ПДК по сероводороду, 2,8 ПДК по диоксиду азота, 2,6 ПДК по формальдегиду, 2,0 ПДК  по оксиду углерода, 1,3 ПДК по оксиду азота, 1,0 ПДК по взвешенным веществам, 0,19 ПДК по диоксиду серы, 6,2мг/м³ по суммарным углеводородам; максимальная среднемесячная концентрация бенз (а) пирена 3,1 ПДК. Максимальные концентрации ароматических углеводородов составили: этилбензол — 3,0 ПДК, бензол — 1,1 ПДК, сумма ксилолов — 1,0 ПДК, толуол — 0,8 ПДК.

Случаев ВЗ, ЭВЗ и превышения уровня 5 ПДК при наблюдениях на стационарных постах не наблюдалось.

Запыленность атмосферы  города незначительно увеличилась  по сравнению с прошлым годом  с 0,96 ПДК до0,98 ПДК. В 2009 году по сравнению с предыдущим годом уменьшилось количество выпавших осадков и число дней с осадками, что повлияло на увеличение содержания взвешенных веществ в атмосфере. В несколько большей степени запылен район ПНЗ №6 (северная часть города), находящийся вблизи автомагистрали с интенсивным движением автотранспорта, здесь среднегодовая концентрация достигала уровня 1,3 ПДК. Максимальные среднемесячные концентрации 1,3-1,6 ПДК отмечались в районе ПНЗ №6 с мая по октябрь. Максимальная разовая концентрация примеси 1,0 ПДК регистрировалась также в районе ПНЗ №6 в мае, июне, августе, сентябре, октябре.

Оренбург по категории  опасности города относится к  источникам выбросов первой категории  опасности, а самым мощным источником выбросов примесей в атмосферу следует  считать автомобильный транспорт (70%), и лишь затем идут предприятия  теплоэнергетики (14%) и газопереработки (5%). То есть, 81% токсичных выбросов в атмосферу города дают мелкие и передвижные источники, что делает проблему очистки воздушной среды трудно решаемой

 

 

 

 

 

1.11 Анализ состояния  автомобильного парка и автомобильных  дорог в г.Оренбурге  

 

Автомобильные дороги разного  качества связывают все населенные пункты области. Длина автодорог  составляет 20539 км, с внутризаводскими – превышает 30 тыс. км. Дороги с твердым  покрытием составляют 97,1% дорог общего пользования (по России – 87,8%). Однако 60% из них относится к дорогам  четвертой категории, то есть они  имеют щебеночное или гравийное  покрытие.

Число автомобилей за три  – пять лет во многих городах  удвоилось, а кое-где даже устроилось. Оренбургская область не является исключением. Если рассмотреть динамику формирования автомобильного парка в г.Оренбурге за последние несколько лет, то наблюдается его рост в 1,3 раза, причем имеет место приоритетный рост числа легковых автомобилей (до 31%).

В 2009 году легковой автотранспорт  в Оренбургской области составил 72% от автопарка, грузовой – 17%, автобусы - 2%. В г.Оренбурге легковые автомобили составляют 70% от их общего числа, грузовики – 13%, автобусы – 3%.

Самую многочисленную группу (более 47% автопарка) в Оренбургской области составляет транспорт со сроком эксплуатации от 5 до 10 лет. Только 15 – 20% от всего количества автотранспорта эксплуатируется менее 5 лет. Причем наименьший процент в этой категории  имеет грузовой транспорт. Автотранспортом  со сроком эксплуатации свыше 10 лет  составляет 34%. В областном центре (г. Оренбург) эта тенденция сохраняется, только количество сравнительно техники  увеличивается до 23%.

Таким образом, тенденции  по количеству и качеству автомобильного парка в Оренбургской области  позволяет сделать прогноз об усилении в дальнейшем неблагоприятного влияния на качество атмосферы, связанного с эксплуатацией автотранспорта.

 

1.12 Мероприятия  по защите от автомобильного  шума

 

 Снижение городского  шума может быть достигнуто  в первую очередь за счёт  уменьшения шумности транспортных  средств.

 К градостроительным  мероприятиям по защите населения  от шума относятся: увеличение  расстояния между источником  шума и защищаемым объектом; применение  акустически непрозрачных экранов  (откосов, стен и зданий-экранов), специальных шумозащитных полос озеленения; использование различных приёмов планировки, рационального размещения микрорайонов. Кроме того, градостроительными мероприятиями являются рациональная застройка магистральных улиц, максимальное озеленение территории микрорайонов и разделительных полос, использование рельефа местности и др.

 Существенный защитный  эффект достигается в том случае, если жилая застройка размещена  на расстоянии не менее 25-30 м от автомагистралей и зоны  разрыва озеленены. При замкнутом  типе застройки защищёнными оказываются  только внутриквартальные пространства, а внешние фасады домов попадают в неблагоприятные условия, поэтому подобная застройка автомагистралей нежелательна. Наиболее целесообразна свободная застройка, защищённая от стороны улицы зелёными насаждениями и экранирующими зданиями временного пребывания людей (магазины, столовые, рестораны, ателье и т.п.). Расположение магистрали в выемке также снижает шум на близ расположенной территории. [10]

 

1.13 Пути экологизации автомобильного топлива

 

Проблема экологической  безопасности автотранспорта – часть  проблемы экологической безопасности страны. Выбросы загрязняющих веществ  в атмосферу от автотранспортных средств увеличиваются в России ежегодно в среднем на 3,1%. В результате ежегодный экологический ущерб  от функционирования транспортного  комплекса России составляет более 3,5 млрд. долл., и эта сумма продолжает расти.

Вклад автомобилей в загрязнение  окружающей среды составляет 60–90% (в  Москве – 92%). Автомобильные двигатели  сбрасывают в воздух городов более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов  и 30% оксидов азота. При сгорании 1 кг бензина в атмосферу поступает 465 г угарного газа, 25 г углеводородов, 15 г оксидов азота. Кроме того, для сгорания 1 кг бензина необходимо 14,5 кг воздуха. То есть двигатель внутреннего  сгорания (ДВС) в течение часа расходует  около 200 л кислорода – в 2,5 раза больше, чем за сутки вдыхает человек. В общем загрязнении атмосферного воздуха токсичными выбросами автомобилей  доля двигателей с искровым зажиганием составляет 93–95%, дизельных двигателей – 5–7%. Правда, уровень выбросов сажи у последних в 5–6 раз выше .

 

1.14 Улучшение свойств  топлива при помощи присадок

 

Добавление к топливу  определенных присадок может снизить  образование оксида углерода, углеводородов, альдегидов, сажи. С целью улучшения  эксплуатационных и экологических  свойств автомобильных бензинов в их состав вводят моющие и многофункциональные  присадки (см. таблицу 1).

 

Таблица 1 - Свойства основных автомобильных присадок.

Антидинатронные присадки и  добавки	Максимально допустимая концентрация в бензине	Максимальный прирост  октанового числа при допустимой концентрации присадки в бензине
Присадки “АвтоВэм” ТУ 38.401-58-185-97	до 1,30%	8,0
Добавка “Феррада” ТУ 38.401-58-186-97	до 1,30%	7,5
Добавка “АДА” ТУ 38.401-58-61-93	до 1,30%	6,0
Добавка “БВД” ТУ 38.401-58-228-99	до 1,90%	6,0
Присадка “ФерроЗ” ТУ 38.401-58-83-941	до 0,02%	3,0
Продукт спиртосодержащий для  повышения октановых чисел бензинов (ВОКЭ) ТУ 9291-001-32465440-9	до 5,00%	1,5

 

Эффективным способом борьбы с отложениями в карбюраторе  и впускной системе стало добавление к бензинам специальных моющих присадок.

Маркирующие присадки вводят в бензин в столь малой концентрации, что они практически не влияют на физико-химические и эксплуатационные характеристики.

В Финляндии разработана  добавка к бензину «Футура», которая не содержит свинца и повышает октановое число до 95. Присадка эффективно очищает двигатель, уменьшает загрязнение клапанов, защищает топливную систему от коррозии, повышает морозостойкость карбюратора, обеспечивает равномерный режим сгорания топлива и уменьшает выбросы вредных веществ.

Из отечественных разработок отметим антидетонационную присадку на марганцевой основе ЦТМ, которая  в 50 раз менее токсична, чем тетраэтилсвинец, и существенно повышает октановое  число. АО «Омский каучук» наладило выпуск метилретичнобутилового эфира (МТБЭ) с высоким октановым числом 110 единиц – добавки к бензинам, существенно улучшающей их качество и экологичность. Его применение снижает содержание в выхлопных газах CO на 10–20%, несгоревших углеводородов – на 5–10% и вредных летучих соединений – на 13–17%.

 

1.15 Использование  нетрадиционных видов топлива

 

 Европа настолько обеспокоена  автомобильным загрязнением, что  готова хотя бы иногда обходиться  без машин. Хотя дышится там  куда свободнее, чем в российских  городах. Ежегодно в конце сентября  в Старом Свете устраивается  акция под девизом "Центр  города без моего автомобиля".

Особенно активно она  проходит во Франции - здесь 68 городов  поддерживают инициативу экологов. В  этот день большинство горожан добиралось до нужных мест на общественном  транспорте, электромобилях, велосипедах, роликовых  коньках, пешком. Благодаря этому  мероприятию общее загрязнение  воздуха во Франции в эти дни  снизилось на 20 – 30%.

 А в Италии каждые  четыре недели в 145 крупных  городах проводится "воскресенье  без машин". И  загрязнение  воздуха  в эти дни снижается  на 30%.

 Евросоюз разработал  программу ALTER ("Альтернативное  движение в городах"). Главная  задача - максимально ужесточить  нормы содержания CO в выхлопных  газах. Сейчас в ALTER участвуют  такие мегаполисы, как Афины, Барселона,  Лиссабон, Стокгольм.

 Если европейские города  могут относительно спокойно  обойтись несколько дней без автомобилей, то в США это невозможно. Жители штатов относятся к той категории людей, которые себя без машины не мыслят.

Поэтому там шире используются законодательные меры. Билл Клинтон, в бытность свою президентом, лично  благословил ужесточение экологических  требований к топливу и к автомобилям. В течение пяти лет, начиная с 2004 года содержание вредных для здоровья веществ в выхлопных газах  должно быть, снижено на 95%. В Агентстве  по охране окружающей среды США уже  подсчитали: из-за принимаемых мер  стоимость машин в среднем  увеличится на 100-200 долларов. Цены на бензин повысятся на 5-6 центов. Но одновременно власти США активно помогают автомобильным  компаниям в их усилиях по разработке экологически чистых двигателей. Инвестируют  деньги, освобождают от налогов.

Крупнейшие мировые автомобильные  концерны инвестируют миллиарды  долларов в развитие технологий альтернативных видов моторного топлива и  источников энергии для автомобилей. В последнее десятилетие интенсивно ведутся поиски альтернативного  топлива, которое было бы дешево и  не давало бы вредных выбросов. К  альтернативным топливам относят все  автомобильные топлива, кроме бензинов, и дизельное топливо.

Метан (сжиженный газ) –  особенно перспективный газ в  нашей стране для использования  в автотранспорте. К его достоинствам относятся большие по сравнению  с нефтью ресурсы и менее токсичный  выхлоп. Однако существует проблема хранения сжатого газа на борту легковых автомобилей, так как для этого нужны  легкие и прочные баллоны, изготовленные  из композитных материалов, способных  выдерживать давление 20 МПа.

Сжатые газы при нормальной температуре сохраняют газообразное состояние даже при высоком давлении. В жидкое состояние они переходят  при температуре ниже –820С и  давлении 4,5 МПа. Основной компонент  – метан, присутствуют и другие углеводороды, а также углекислый газ, кислород, азот, вода, механические примеси.

Главным недостатком газобаллонной  аппаратуры для сжатых газов является ее масса. Баллон из легированной стали  емкостью 50 л с газом под давлением 200 МПа весит 62,5 кг, а баллон из углеродистой стали – 93 кг. Полная заправка восьми баллонов, масса которых составляет 14% грузоподъемности автомобиля, обеспечивает 200–280 км пробега. При замене бензина  на сжатый природный газ мощность двигателя падает на 18–20%, скорость – на 5-6%, время разгона увеличивается  на 24–30%.

Способ повышения эффективности  применения сжатого природного газа состоит в увеличении степени  сжатия до 10, повышении коэффициента наполнения цилиндров двигателя  путем увеличения диаметра впускного  трубопровода, устранении подогрева  газа на впуске, изменении фаз газораспределения. Все это требует конструкционных  переделок двигателя, но запасы природного газа столь значительны по сравнению с нефтью, что делают перспективным его использование. Уменьшить массу баллонов можно путем сжижения газа при низких температурах (–1600С) и хранения его в изотермических баллонах. По энергоемкости такой газ может сравниться с жидким нефтяным топливом.