Воздействие автотракторного парка на окружающую среду

УДК 62-144

ВОЗДЕЙСТВИЕ АВТОТРАКТОРНОГО ПАРКА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

В.П. Капустин, А.М. Кренави, Е.А. Комарова

Кафедра «Механизация сельского хозяйства», ГОУ ВПО «ТГТУ»

Представлена профессором И.М. Курочкиным и членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым

Ключевые слова и фразы: дымность; загрязнение окружающей среды; отработавшие газы; окись азота; окись углерода; углеводороды.

Аннотация: Рассматриваются виды воздействия автотракторной техники на окружающую среду, способы снижения вредности отработавших газов. Приведена схема классификации способов и средств снижения отрицательного воздействия автотранспортной техники на окружающую среду.

Конец XX века отличился небывалой динамичностью научно-технического прогресса. Научные открытия, современные техника и технологии имеют интернациональный характер и быстро распространяются по всем регионам, однако любому позитивному процессу сопутствуют и негативные явления. Основным из таких последствий стало обострение противоречий, возникающих между необходимостью охраны окружающей среды и интенсивным использованием ее ресурсов. Экспериментально подтверждены необратимые изменения значений параметров окружающей среды, что все чаще приводит к экологическим кризисам и катастрофам на локальном уровне (фотохимический смог, повышенное содержание вредных веществ в воздухе и другие виды загрязнений) и в глобальном масштабе (образование парникового эффекта, разрушение озонового слоя в атмосфере).

Согласно оценкам экспертов Всемирной организации здравоохранения три четверти всех болезней человечества обусловлены неблагополучным состоянием окружающей среды. Рост таких заболеваний, как бронхит, ишемическая болезнь сердца, онкологические заболевания, бронхиальная астма у детей и взрослых пропорционален росту числа автомобилей, особенно в больших городах, где их вклад в загрязнение воздушного бассейна составляет до 90 %. Поэтому основная задача уменьшения токсичных выбросов с отработавшими газами (ОГ) двигателей внутреннего сгорания является весьма актуальной.

Величина ежегодного экологического ущерба от функционирования автотранспортного комплекса Российской Федерации (загрязнение атмосферы, шум, воздействие на климат) достигает 2...3 % валового национально продукта (ВНП) России. Таким образом, этот ущерб оценивается приблизительно в 3,7 млрд долларов. Основная его доля - 78 % связана с загрязнением атмосферного воздуха

вредными выбросами, что во многом объясняется тем, что качество отечественного топлива отстает от европейских стандартов.

Если учесть специфику автотранспорта России, где доля автомобилей со сроком службы более 10 лет составляет: для легковых автомобилей - 47,3 %, для грузовых - 50,6 %, для автобусов - 43,6 %, можно смело сделать вывод о постоянном и возрастающем загрязнении атмосферы автотранспортом [1].

В настоящее время в мире насчитывается около 1,5 млрд единиц автотранспортной техники и ее количество увеличивается на 50 млн единиц в год [2]. Данная техника, работая в контакте с окружающей средой, подвергает ее техногенному воздействию, что в свою очередь ведет к значительному изменению естественных экологических систем: почвы - развитие водной и ветровой эрозии, уплотнение и распыление почвы, загрязнение пестицидами и минеральными удобрениями, снижение гумуса - как следствие - уменьшение урожайности сельскохозяйственных культур; водоемов - изменение водной фауны и флоры, уменьшение рыбных запасов; атмосферы - загрязнение газами 802, К20, СО, С02, запыле-ние, образование кислотных дождей, нарушение слоя озона; биосферу - исчезновение к 2000 году 15.20 % видов животных и растений, главным образом в результате вырубки лесов, попадания химикатов в воздух и воду [1].

Двигатели внутреннего сгорания, работающие на продуктах нефтепереработки, оказывают наибольшее антропогенное воздействие на окружающую среду. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания являются источником таких органических токсикантов, как фенентрен, антрацен, флуорантен, пирен, бенз(а)антрацен, хризен, дибензпирилен и др., обладающие сильной канцерогенной активностью, а также раздражающие кожу и слизистые оболочки дыхательных путей.

В настоящее время наибольшее внимание уделяется снижению выбросов двуокиси углерода С02, доля которого от всех веществ, участвующих в образовании парникового эффекта, достигает 50 % [3].

Не меньший вред приносят соединения свинца и серы. Примерно 50.70 % свинца, находящегося в этилированном бензине, выходит в атмосферу в виде частиц диаметром меньше 1 мкм. Эти частицы проникают в организм человека вместе с воздухом через кожу. Соединения свинца очень ядовиты и не выводятся из организма, накапливаясь в нем. Они негативно воздействуют на центральную нервную систему, вызывая нервные и психические расстройства.

Сера, содержащаяся в дизельном топливе в большем количестве, чем в бензине, выбрасывается в атмосферу в форме диоксида серы (802), который очень вреден для растений и неблагоприятно воздействует на дыхательные пути, а также вызывает раздражение глаз и носоглотки.

Диоксид азота К20 также оказывает негативное воздействие на слизистые оболочки глаз и носа, а также на нервную систему.

Особое значение имеют выбросы бензола, толуола, полициклических ароматических углеводов (ПАУ) и в первую очередь бенз(а)пирена С20И12. ПАУ относятся к канцерогенным веществам, они не выводятся из организма человека, а со временем накапливаются в нем, способствуя образованию злокачественных опухолей.

Сложность контроля канцерогенных и мутагенных соединений в отработавших газах заключается в том, что их выброс в атмосферу различными транспортными средствами не нормирован: установлены только предельно допустимые концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны (5 нг/м3 и 150 нг/м3 соответственно).

Из литературных источников известно, что в настоящее время существует несколько способов снижения токсичности отработавших газов [4-6]: совершенствование конструкции двигателя, направленное на воздействие на рабочий процесс двигателя; совершенствование моторных топлив, в том числе и использование альтернативных - синтетических энергоносителей; очистка отработавших газов в выпускной системе.

Анализ механизмов химических реакций, проходящих внутри двигателя при сгорании топлива показал, что основной причиной образования органических токсикантов является неполное сгорание топлива, а именно:

- в процессе сгорания топлива металлы, из которых состоит сплав двигателя, являются катализаторами многих химических процессов, приводящих к образованию конденсирующих ароматических соединений и их производных;

- образование сажи при неполном сгорании топлива способствует ароматизации углеводородов;

- химический состав бензина существенно определяет концентрацию образующихся конденсированных соединений.

Кроме названных причин следует отметить также причину соблюдения режимных параметров автотракторной техники при работе и ее техническое состояние.

Установлено, что в условиях рядовой эксплуатации наибольшее число отказов (50. 80 % от их общего количества) приходится на двигатель, из которых на долю топливной аппаратуры - 25.60 % в зависимости от марки дизеля [6].

Вместе с тем, в литературных источниках отсутствуют сведения о влиянии на состав ОГ технического состояния узлов и механизмов автотранспортной техники: трансмиссии, ходовой части, механизма управления и вспомогательного оборудования; систем охлаждения, смазки, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Кроме того, анализ скоростных и тяговых характеристик тракторов и автомобилей показывает, что оптимальный расход топлива также соответствует оптимальным режимам работы двигателей. Соблюдение последних позволит снизить уровень токсичности ОГ.

На основании анализа литературных источников и опыта использования автотракторных средств нами разработана схема классификации способов и средств снижения отравляющих веществ в ОГ (рис. 1).

Двигатели внутреннего сгорания (автомобилей, тракторов) выделяют в окружающую среду тепло, отработанные газы, жидкие выделения (топливно-смазывающие материалы и охлаждающую жидкость при ремонте и технических обслуживаниях), неудобства доставляют также шум, вибрация, уплотнение и распыление почвы (при работе тракторов и автомобилей в поле - подвоз семян и удобрений, перевозка урожая).

Все выделения при работе автотракторной техники воздействуют непосредственно на человека, животных и растения, почву, воду, воздух или косвенно -через употребление в пищу продукции животноводства и т. д.

Способами снижения вредного воздействия ОГ, которые приносят наибольший вред окружающей среде, являются: изменение конструкции двигателя (рядность двигателя, турбонаддув и др.); совершенствование впрыска топлива (разделенная система топливоподачи дизеля); изменение свойств топлива (применение антидымных присадок, биотоплива); очистка отработавших газов (сажевые фильтры и нейтрализаторы); поддержание техники в исправном состоянии и работа двигателей на оптимальных режимах (все механизмы, узлы, системы и детали двигателей ходовой системы и шасси должны быть исправными). Кроме того, проводятся работы по использованию в двигателях новых видов топлива и выявлению альтернативных источников энергии (солнечная энергия).

Рис. 1. Схема классификации способов воздействия автотракторной техники на окружающую среду

Список литературы

1. Баранников, В. Д. Экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции / В. Д. Баранников, Н.К. Кириллов. - М. : Колос С, 2006. - 392 с.

2. Техника и технология защиты воздушной среды : учеб. пособие для вузов / В.В. Юшин, В.М. Попов, П.П. Кукин [и др.] - М. : Высшая школа. - 2005. -391 с.

3. Калыгин, В.Г. Промышленная экология : учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений / В.Г. Калыгин. - М. : Академия, 2004. - 432 с.

4. Истомин, С.В. Снижение вредных выбросов при эксплуатации дизелей путем воздействия на рабочий процесс двигателя и совершенствование средств очистки отработавших газов : афтореф. дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.03 / Истомин Сергей Викторович. - Саратов, 2005. - 48 с.

5. Шапошников, Ю.А. Методология повышения экологической безопасности двигателей автотранспортных средств в условиях эксплуатации : афтореф. дис. ... д-ра техн. наук : 05.22.10 / Шапошников Юрий Андреевич. - СПб., 2006. - 46 с.

6. Голубихин, Ю. А. Методика диагностирования эколого-технических показателей дизельных двигателей транспортных средств по составу отработавших газов : афтореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.10 / Голубихин Юрий Алексеевич. - СПб., 2005. - 22 с.

Effect of Automotive-Тractor Park on the Environment

V.P. Kapustin, A.M. Krenavi, E.A. Komarova

Department «Mechanization of Agriculture» TSTU

Key words and phrases: carbon oxide; exhaust gas; hydrocarbons; nitrogen oxide; pollution; smoke.

Abstract: The kinds of automotive-tractor machines effect on the environment as well as the ways of reducing the harmful effect of exhaust gas are considered. The scheme of classifying the ways and means of reducing harmful effect of automo-tive-tractors on the environment is given.

Einwirkung des Autotraktorenparks auf die Umwelt

Zusammenfassung: Es werden die Arten der Einwirkung der Autotraktoren-technik auf die Umwelt, die Weisen der Senkung der Schadlichkeit der durcharbeiten-den Gase betrachtet. Es ist das Schema der Klassifikation der Weisen und der Mittel der Senkung der negativen Einwirkung der Kraftverkehrtechnik auf die Umwelt angefuhrt.

Action du pare d’automobiles et de tracteurs sur l’environnement

Resume: Sont examines les types d’action de la technique d’automobiles et de tracteurs sur l’environnement, les moyens de la reduction de la nuisance des gaz d’echapement. Est donne le schema de la classification des manieres et des moyens de la reduction de l’action nuisible de la technique d’automobiles et de tracteurs sur l’environnement.