150

Элементарный состав автомобильного топлива - это углерод, водород, в незначительных количествах кислород, азот и сера. Атмосферный воздух, являющийся окислителем топлива, состоит в основном из азота (79 %) и кислорода (около 21 %). При идеальном сгорании смеси углеводородного топлива с воздухом в продуктах сгорания должны присутствовать лишь N2, CO2, H2O. В реальных условиях ОГ содержат также продукты неполного сгорания (окись углерода, углеводороды, альдегиды, твердые частицы углерода, пероксидные соединения, водород и избыточный кислород), продукты термических реакций взаимодействия азота с кислородом (оксиды азота), а также неорганические соединения тех или иных веществ, присутствующих в топливе (сернистый ангидрид, соединения свинца и т. п.).

Всего в ОГ обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм человека вещества, содержащиеся в отработанных и картерных газах, подразделяются на несколько групп. В группу нетоксичных веществ входят азот, кислород, водяной пар, а также углекислый газ. Группу токсических веществ составляют: монооксид углерода СО, оксиды азота NOx, многочисленная группа углеводородов СnНm, включающая парафины, олефины, ароматические соединения и т.п. Далее следуют альдегиды R • CHO, сажа. При сгорании сернистых видов топлива образуются неорганические газы - SO2 и H2S.

Особую группу составляют канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе наиболее активный - бензопирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в ОГ. В случае применения этилированного бензина образуются токсичные соединения свинца. Состав ОГ основных типов двигателей - бензинового двигателя с искровым зажиганием и дизеля с воспламенением от сжатия, существенно различается, прежде всего, по концентрации продуктов неполного сгорания, а именно монооксида углерода, углеводородов и сажи. Основными токсичными компонентами ОГ бензиновых двигателей являются СО, СnНm, NOx и соединения свинца, дизелей - NOx, сажа. Концентрации токсических веществ в ОГ изменяются в больших пределах. Количество токсичных выбросов зависит от конструкции двигателя, в частности от топливного механизма.

Дизель менее токсичен, чем бензиновый двигатель. Наиболее полно проявляются положительные качества дизеля в режиме городского движения с большим процентом малых нагрузок и холостого хода. Нормируемыми компонентами ОГ автомобильных двигателей являются монооксид углерода, оксиды азота и углеводороды, как обладающие наибольшей токсичностью.

11

Нормы и методы измерений СО и СnНm в ОГ автомобилей с бензиновыми двигателями установлены ГОСТ 17.2.03. Эти требования распространены на автомобили с бензиновыми двигателями, изготавливаемые и эксплуатируемые в России. Для анализа СО в ОГ применяются в основном методы инфракрасной спектроскопии (ИКС). При определении содержания NOx наибольшее распространение получили химические методы, основанные на специфических реакциях NO2 с некоторыми реактивами, а также инструментально-аналитические методы (ИК-спектроскопии, хемилюминесцентные).

Для анализа в ОГ суммарных углеводородов широко применяются методы ИКС и пламенно-ионизационное детектирование (ПИД). В ПИД анализаторах используется эффект изменения электрической проводимости водородного пламени при добавлении углеводородов. Содержание СО определяется на газоанализаторе 121 ФА-01, содержание углеводородов на газоанализаторе 123 ФА-01. Определение этих компонентов ведется одновременно. Приборы измеряют объемные доли СО и объемные доли углеводородов в газовой пробе.

Принцип работы газоанализаторов основан на адсорбционном методе анализа с использованием интерференционных фильтров в инфракрасной области спектра. В основу принципа положен оптикоадсорбционный метод: измерение поглощения инфракрасной (ИК) энергии излучения анализируемым компонентом. Степень поглощения ИК энергии излучения зависит от концентрации анализируемого компонента в газовой смеси. Каждый газ поглощает излучение определенной длины волн. Это обусловливает возможность проведения избирательного анализа газов. Поток монохроматического ИК излучения пропускается поочередно через каналы кювет с анализируемой газовой смесью и без нее. На приемнике ИК излучения регистрируется переменный сигнал, дающий информацию о концентрации компонента. Газ из выхлопной трубы автомобиля засасывается в трубопровод, где охлаждается и поступает в фильтр. В результате охлаждения газа образуется конденсат, который также попадает на фильтр. Осушенный газ через фильтр, где задерживаются частицы пыли, поступает в измерительный преобразователь. Здесь концентрация анализируемого компонента преобразуется в электрический сигнал. Оценка результатов измерения проводится визуально но шкале прибора.

Приборы применяются при температуре окружающей среды: от 0°C до 45°С, относительной влажности до 98 %, атмосферном давлении от

84,0…106,7 кПа (631,6…802, 3 мм рт.ст.).

Диапазоны измерений объемной доли углеводородов в подготовленной газовой пробе, млн.-1: 1 - от 0 до 2000; 2 - от 0 до 5000.

Диапазон измерений СО в подготовленной пробе от 0 до 5% и от 0 до 10%. Время прогрева газоанализатора не более 20 мин.

12

вращения коленчатого вала по Ппов и поработать на этом режиме 15 сек; 7) установить минимальную частоту вращения вала двигателя и не ранее чем через 20 сек измерить содержание СО и СnНm; 8) установить повышенную частоту вращения вала и не ранее чем через 30 сек измерить содержание СО и СnНm.

2.КОНТРОЛЬ ВОЗДУХА ПОМЕЩЕНИЙ

Воздух жилого дома и рабочих помещений содержит гораздо больше опасных загрязнителей, чем атмосферный воздух. Это связано, во-первых, с тем, что все больше материалов и оборудования, используемых в помещениях, выделяют потенциально опасные вещества. Во-вторых, помещения становятся все более герметизированными, следовательно, загрязняющие вещества могут накапливаться там до опасных уровней. В- третьих, действие загрязнителей внутри помещения гораздо длительнее, чем на открытом воздухе.

В среднем 70…80 % своего времени человек проводит в помещении, причем у тех, кто больше всего уязвим для загрязнения - у беременных женщин, маленьких детей, пожилых людей, этот процент еще выше.

Существует множество загрязнителей воздуха в жилых помещениях.

Среди них:

-формальдегид, фенол и другие синтетические органические соединения, которые применяются для склеивания фанеры и ДСП, а также

вкачестве добавок для пористой резины и пластиковых обивочных материалов;

-разнообразные продукты, образующиеся при сжигании органического топлива в печах и каминах (СО, NХOУ, углеводороды и

др.);

-разнообразные химические вещества, применяемые в качестве

моющих средств, клеи, пестициды, освежители воздуха, дезинфицирующие средства, аэрозоли всех видов;

-радон - радиоактивный газ, образующийся при спонтанном расщеплении радиоактивных веществ в недрах земли; он поднимается к поверхности земли и составляет часть естественного воздействующего на всех радиоактивного фона. Когда теплый воздух выходит сквозь крыши домов, создается разрежение и радон поступает через нижние этажи; задерживаясь в помещении, он может достигать опасных концентраций. Природный газ, используемый для приготовления пищи и обогрева, строительные материалы и вода также могут быть источником радона;

14

-асбест - природный материал, состоящий из волокнистых кристаллов. Его широко используют в качестве теплоизоляционного и огнеупорного материала при прокладке труб парового отопления, в перекрытиях зданий, в покрытии гладильных досок, в некоторых красках и кровельных материалах;

-курение: оно несет несравненно больший риск, чем среднее воздействие любого из перечисленных веществ, и может давать синергический эффект вместе с другими загрязнителями внутри помещений; доказано также, что курение повышает риск для тех, кому приходится курить пассивно;

-взвешенные частицы, частицы менее 2,5 мкм содержатся в дыме сигарет, в различных аэрозольных товарах, выделяются также другими внутренними источниками. Бактерии, растительная пыльца, споры грибов и растений и вирусы тоже представляют собой взвешенные частицы. Концентрация их соответствует. Условиям и активности жизни людей в помещениях. Кондиционеры воздуха и испарительные охладители являются аппаратами, в которых патогенные организмы могут концентрироваться и в дальнейшем выделяться как живые аэрозоли.

Загрязнение воздуха производственных помещений отличается еще большим разнообразием и более высокой концентрацией химических веществ. Действие вредных веществ в условиях производства усугубляется различными сопутствующими факторами внешней среды (высокой температурой воздуха, шумом, вибрацией, излучением и т. д.).

В понятие метеорологические условия или микроклимат помещений входят те физические факторы производственной среды, которые влияют на тепловое состояние организма. Это температура, влажность, движение воздуха и тепловое излучение. Имеющиеся по этим показателям нормы учитывают время года и категорию производимых работ.

Организация исследования в каждом отдельном случае имеет некоторые особенности, однако, во всех случаях необходимо соблюдать ряд общих правил.

1.Производить замеры в нескольких точках помещения на уровне 1,25- 1,5 м от пола.

2.Повторять замеры в разное время дня и в разное время года.

3.Одновременно с измерениями внутри помещения производить измерение на открытом воздухе.

4.Отмечать все особенности производственного процесса, состояние работы вентиляции и т. п. в момент измерения.

Во время инструментальных измерений необходимо соблюдать следующие правила:

1.Tepмoмeтpы, психрометры необходимо устанавливать на специальном штативе или другом приспособлении; не следует размещать

15

их вблизи холодных или нагретых объектов во избежание передачи тепла через соприкосновение или излучение.

2.Приборы с механизмом (аспирационные психрометры, анемометры), работающим в вертикальном положении, не следует класть до полной остановки движущихся частей.

3.При подвешивании приборов необходимо следить, что бы они со всех сторон омывались воздухом.

Лабораторная работа 3. Определение запыленности воздуха помещений

Для улавливания из воздуха аэрозолей применяют различные фильтрующие материалы, чаще всего аэрозольные фильтры типа АФА. Гигиеническая оценка пыли включает ее количественную и качественную характеристику. Количественно производственная пыль может быть оценена по ее массе или по числу пылинок в единице объема воздуха. Качественную характеристику пыли дают на основе учета ряда ее свойств, среди которых особое значение имеет химический состав и дисперсность (соотношение частиц разного размера). В некоторых случаях бывает необходимо учесть также морфологические особенности (строение и форму) пылинок, плотность, растворимость, электрозаряженность и другие свойства.

Пробы воздуха берут на рабочем месте на уровне зоны дыхания. Если в помещении имеются условия, благоприятствующие распространению пыли, то пробы отбирают также на некотором расстоянии (1…3…5 м и более) от места ее образования.

Наиболее распространен весовой метод, т.к. при постоянстве химического состава первостепенное значение имеет масса задержанной в организме пыли.

Оборудование, материалы:

1)улавливающее устройство: аспиратор для отбора проб, фильтродержатель, фильтр из ткани ФПП;

2)аналитические весы;

3)эксикатор;

4)пинцет с пластмассовыми наконечниками;

5)термометр;

6)барометр.

Материал - воздух производственного помещения.

16

Ход работы

Взвешивают на аналитических весах фильтры из расчета 3 фильтра на одну точку отбора, пронумеровывают их. Номер фильтра записывают на выступе защитного кольца. Пробы отбирают в зоне дыхания. Время отбора одной пробы 15 мин. Скорость отбора подбирается в зависимости от степени запыленности воздуха. После отбора фильтр складывают вчетверо пыльной стороной внутрь и помещают в пакет. На месте отбора фиксируют температуру воздуха, давление, отмечают работу вентиляции. В лаборатории фильтры держат в эксикаторе при комнатной температуре 40 мин. Затем извлекают, взвешивают на аналитических весах.

Концентрацию пыли в воздухе С (мг/м3 ) определяют по формуле

C m 1000 ,

Vo

где m - масса пыли на фильтре, мг;

V0 - объем аспирированного воздуха, приведенный к нормальным условиям, л.

Лабораторная работа 4. Определение свинца в смывах со стен и оборудования

Свинец - токсичный материал, широко применяемый в промышленности. Интенсивное техногенное поступление свинца в среду обитания привело к увеличению его содержания в ней на 4 порядка. К числу наиболее важных техногенных источников свинца относятся выбросы продуктов, образующихся при высокотемпературных технологических процессах, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, сточные воды, добыча и переработка металла. Так, свинец выделяется в воздух рабочего помещения в процессах пайки, распространенных в любом сварочно-монтажном производстве, при котором используются сплавы ПОС-40, ПОС-61 (припой оловяносвинцовый с содержанием свинца 40-61 %). При конденсации пары свинца сорбируются на стенах помещения и на оборудовании. Свинец способен накапливаться в организме человека, вызывая нарушение работы сердечно-сосудистой системы, нервной, эндокринной, желудочнокишечной и других систем.

Метод определения основан на измерении степени помутнения раствора, образующегося при взаимодействии иона свинца с хроматом калия. Чувствительность определения - 5 мкг свинца в анализируемом объеме раствора. Предельно допустимая концентрация свинца в смывах не установлена.

Оборудование, реактивы:

1) флакончики с резиновыми крышками;

17

2)колбы мерные;

3)пипетки;

4)цилиндры емкостью 10, 50, 100, 500 мл;

5)пробирки;

6)свинец азотнокислый, х. ч.;

7)уксусная кислота, х. ч.;

8)калий хромовокислый, ч. д. а;

9)стандартный раствор №1 с содержанием свинца 1 мг/мл готовят растворением 0, 1598 г нитрата свинца в 100 мл дистиллированной воды. Раствор устойчив в течение года.

Стандартный раствор №2, содержащий 100 мкг/мл свинца, готовят разбавлением стандартного раствора №1 в 10 раз 2 %-ной уксусной кислотой.

Материал - смыв со стен и оборудования.

Ход работы

Ватным тампоном, смоченным 2 %-ным раствором уксусной кислоты, по приложенному шаблону производят смыв с поверхности площадью 100 см2. Тампон помещают во флакончик, заливают 10 мл 2%- ной уксусной кислоты, закрывают резиновой крышкой и хорошо встряхивают. Оставляют стоять на 1…1,5 часа. Для анализа берется весь раствор или его часть.

Пробу фильтруют через бумажный фильтр. К фильтрату в количестве 5 мл приливают 0,1 мл 5 %-ного раствора хромата калия, перемешивают.

Через 15-20 мин сравнивают визуально степень помутнения пробы со шкалой (на черном фоне). Шкалу стандартов строят в соответствии с табл. 2.

Концентрация свинца в мг/дм2 вычисляется по формуле

18

где X - содержание свинца в смыве, мг/дм2;

а - количество свинца, найденное в анализируемом объеме пробы,

мкг;

В - объем жидкости во всей пробе, мл; С - объем жидкости, взятой для анализа, мл;

1000 - коэффициент для перевода мкг в мг.

Библиографический список

1.Гидроэкология: Учебно-лабораторный практикум / В.И.Косов, Н.В.Иванов, Р.В.Сухарукова. – Тверь: Тверской гос. техн. Университет, 2000. – 344с.

2.Еремеева В.Г. ,Пирогова Т.И., Лабораторный практикум по экологии.

3.Еремеева В.Г., Дашьянц Л.Л. Тетрадь для групповых занятий по экологическим основам. – Омск: ОТИИ, 2002. – 60 с.

4.Еремеева В.Г., Сергеев В.В., Барсукова З.Д. Военная экология. Вып. 10. Учебн.

Пособие, - Омск: ОТИИ, 2002, - 60 с.

5.Женихов Ю.Н., Новиков А.В. Оценка воздействия на окуружающую среду и экологическая экспертиза: Учебн. Пособие. Ч.1. Изд-е 1-е. Тверь: ТГТУ, 2005. - 88 с. 6.Меньшиков В.В., Савельева Т.В. Методы оценки загрязнения окружающей среды: Учеб. пособие к лекц. курсу. – М.: МНЭПУ, 2000, - 60 с.

7.Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003. – 288с.

19