Методическое пособие 808

тавших газов металлический корпус, в котором находятся тончайшие керамические соты. На них наносят слой так называемого катализатора – вещества, ускоряющего химические реакции.

Различают два вида таких нейтрализаторов: окислительные и восстановительные. Схема окислительного нейтрализатора представлена нарисунке.

Рис. Схема окислительного нейтрализатора:

1 – шумо и теплоизоляция; 2 – корпус; 3 – алюмоплатиновый катализатор;4 – распылитель; 5 – проставочное кольцо; 6 – выпускнойфланец;7 – впускнойфланец

Окислительные нейтрализаторы являются двухкомпонентными, то есть их основная функция – окислить продукты неполного сгорания – оксид углерода и углеводорода до безвредных СО2 и Н2О. Они позволяют снизить содержание в отработавших газах двигателей СО и CnHm на 30…95%. Соответственно окислительные нейтрализаторы окисляют до 50…80% углеводородных остатков топлива и масла, приводя также к снижению эмиссии дисперсных частиц с отработавшими газами. Наибольший эффект будет достигнут, если применить комплексную систему нейтрализации отработавших газов с использованием микропроцессорных систем управления рабочим процессом при точном дозировании топлива по цилиндрам и катализатора. Указанный метод является составнойчастью технологии снижения вредных выбросов.

Библиографический список

1.Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Р.В. Малов, В.И. Ерохов, В.А. Щетина идр. – М.:Транспорт, 1982.- 2000.

2.Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. Учебное пособие для высшей школы. 2-е изд., испр. идоп. М.: Академический Проект, 2004. 256 с.

3.Марков В.А., Баширов Р.М., и другие. Токсичность отработавших газов дизелей. Уфа: Издательство БГАУ, 2000. 134 с.

4.МорозовК.А. Токсичностьавтомобильных двигателей. М.: Легион– Автодата, 2000. 189 с.

References

1.V. Malov, V.I.Erokhov, V.A.Bristle, etc. Motor transport and protection of environment. – M.: Тransport, 1982. - 2000.

2.Kulchitsky A.R. Toxicity of automobile and tractor engines. The manual for the higher school. 2nd prod., corrected and additional M: Academic Project, 2004.

3.Markov V.A., Bashirov R. M., and others. Toxicity of the fulfilled gases of diesel engines. Ufa: BGAU publishing house, 2000.

4.Morozov K.A. Toxicity of automobile engines. M: A legion – Avtodata, 2000.

30

В.В. Татаринов, А.Е. Ломовских, В.В. Илларионов, Л.В. Великанова

АНЛИЗ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ И МЕРЫ ПО ИХ СНИЖЕНИЮ НА АЭРОДРОМНОМ КОМПЛЕКСЕ

Актуальной является проблема повышения экологичности воздушных судов и автотранспорта на аэродромном комплексе. В статье проведен анализ выбросов в атмосферу и выделены зоны по различным коэффициентам концентрации. Также приведена модель распространения загрязняющих веществ в атмосфере и предложены пути решения этой проблемы.

Ключевые слова: загрязняющие вещества, экологичность, коэффициент концентрации.

V.V. Tatarinov, A.E. Lomovskiсh, V.V.Illarionov, L.V. Velikanova

AIR POLLUTANT EMISSION ANALISIS AND MESURES

FOR THEIR REDUCTION AT AIRDROME COMPLEXES

The problem of ecological compatibility of air and motor vehicles at airdromes is urgent today. In the article air pollutant emission analysis and areas with variable concentration factors are described. air pollutant propagation model is dwelled on and some ways of problem solving are suggested.

Key words: air pollutants, ecological compatibility, concentration factors.

В связи с оргштатными мероприятиями и слиянием военных ВУЗов, воинских частей происходит сверхштатное переукомплектование этих организаций вооружением и военной техникой (ВВТ), приводящее в основном к увеличению неисправной, списанной или подходящей к списанию военной техники. Таким образом, укомплектованность авиационной базы (г. Воронеж) за 2011 год имеет переизбыток ВВТ около 40 %,что влечет за собой к неизбежному увеличению загрязнения приземного слоя атмосферы на аэродромном комплексе.

Экспериментальные результаты, полученные на аэродромном комплексе показали, что техническая позиция подготовки самолетов (ТППС) представляет собой наиболее интенсивный источник загрязнения окружающей среды.

31

Чтобы произвести расчеты уровня концентрации угарного газа (СО) во всех направлениях и на различном удалении r от ТППС, можно проводить экспериментальные замеры, но для снижения трудоемких действий необходимо построить математическую модель оценки уровня загрязнения, после чего строятся линии равного загрязнения - изолинии, в общем виде представленные на рисунке 1.

Рис. 1. Общий вид линий равного загрязнения

Получены два варианта загрязнения атмосферного воздуха ТППС - худший и лучший в зависимости от метеоусловий. В первом варианте присутствуют неблагоприятные метеоусловия (НМУ) - слабый ветер (до 3,5 м/с) и наличие приземной инверсии, во втором - ветер более 3,5 м/с и отсутствие приземной инверсии. Среднеквадратическое отклонение получается очень небольшое и позволяет судить о том, что источник загрязнения (ТППС) имеет более менее равномерные характеристики и является стационарым. Полученный коэффициент концентрации Кк = 6 мг/м3 указывает на то, что концентрация СО в пределах зоны ТППС в 6 раз превышает ПДК, на расстоянии же 50 м концентрации СО уже меньше ПДК. Необходимо выделить градации, в которых находится зона ТППС (рисунок 2).

Рис. 2. Техническая позиция подготовки самолетов

Предложены пути решения проблемы по снижению количества загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. Наиболее эффективным являются исследуемые аппараты для

32

приготовления топливной смеси: статические и динамические аппараты, к которым относится роторно-пульсационный аппарат (РПА) [1], приведенный на рисунке 3.

РПА является аппаратом щелевого типа с приводом от струи жидкости, внутри которого расположены лопатки, а на входе дополнительный кавитатор. РПА предназначен для приготовления стабильной и высокодисперсной топливной смеси, он обеспечивает дополнительное перемешивание на входе в аппарат компонентов смеси с помощью кавитатора.

Рис. 3. Роторно-пульсационный аппарат с приводом от струи жидкости

Принцип действия аппарата основан на физико-механическом воздействии с высокой удельной энергоёмкостью на молекулярные цепи, молекулы и атомы посредством квазиударного, кавитационного и расщепляющего процессов, в результате чего происходит возбуждение молекул и атомов, приводящее к изменению структуры углеводородного топлива, то есть превращение тяжелых фракций углеводородного топлива в более лёгкие, что улучшает их воспламеняемость и повышает полноту сгорания.

РПА путем обработки обычного топлива позволяет существенно улучшить его эксплуатационные свойства, что позволяет получить:

-экономию любого вида топлива (бензина, дизтоплива, авиационного керосина и топочного мазута) до 30%.

-снижение выбросов СО в отработавших газах двигателя от 20% до 50%.

Библиографический список

1. В.В. Татаринов, А.Е. Ломовских. Заявка на изобретение № 2011134397 (050935) от 16.08.2011 г. "Роторно– пульсационный аппарат с приводом от струи жидкости".

References

1. V.V. Tatarinov, A.E. Lomovskiсh. Invention application № 2011134397 (050935) on 16.08.2011. "Rotor-impulse apparatus with fluid jet drive".

33

В.В. Татаринов, А.Е. Ломовских, Н.Н. Скребов, Д.В. Лиховидов

ЭКОЛОГИЧНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА РАЗНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

В статье проведен сравнительный анализ параметров авиационного двигателя в наземных и полетных условиях и автомобильного двигателя на разных эксплуатационных режимах работы. Были выявлены закономерности распространения угарного газа и диоксида азота.

Ключевые слова: угарный газ, диоксид азота, экологичность.

V.V. Tatarinov, A.E. Lomovskiсh, N.N. Skrebov, D.V. Likhovidov

AVIATION AND AUTOMOBILE ENGINES ECOLOGY

UNDER DIFFERENT OPERATING REGIMES

Comparative analysis of aviation engine parameters under land and flying conditions and automobile engine under different operating regimes was carried out in the article. Carbon monoxide and nitrogen dioxide spreading patterns were revealed.

Key words: carbon monoxide, nitrogen dioxide, ecological compatibility.

Каждый день в мире сжигается более 71 млн. баррелей нефти. Ее потребление, по расчетам аналитиков, растет на 2 % в год. Для турбореактивных двигателей (ТРД), двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в качестве топлива применяется керосин, бензин различных марок и дизельное топливо. В связи со вступившим в силу Постановлением Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005 г., касающегося вопросов экологизации авиационного и автомобильного транспорта России, становятся особенно актуальными проблемы качества жидких нефтяных топлив, непосредственно количества вредных веществ, которое они выделяют при сгорании, а также проблема экономии невозобновляемого природного топлива. В таблице 1 перечислен список веществ в отработавших газах ДВС, оказывающих пагубное влияние на состояние экологии окружающей среды [1].

34

Таблица

Токсичные вещества, содержащиеся в выхлопных газах ДВС

По экспериментальным данным [2] проведено сравнение параметров авиационного двигателя в наземных и полетных условиях на разных эксплуатационных режимах работы и построены графические зависимости (рисунки 1,2).

Рис. 1. Распределение угарного газа на разных режимах работы авиадвигателя

Рис. 2. Распределение диоксида азота на разных режимах работы авиадвигателя

Из получены графических зависимостей на рисунке 1 видно, что выбросов угарного газа в наземных условиях (ряд 1) больше, чем в полетных условиях (ряд 2) на четырех эксплуатационных режимах работы авиадвигателя: 1 - номинальном, 2 - максимально-критическом, 3 - 0,7 номинального, 4 - 0,6 номинального и только на пятом режиме - 0,4 номинального – меньше. Причем, на малых оборотах авиадвигателя количество выбросов угарного газа наибольшее, с уве-

35

личением числа оборотов авиадвигателя количество выбросов угарного газа снижается до незначительного. Выбросы диоксида азота (рисунок 2), наоборот, с увеличением числа оборотов авиадвигателя – увеличиваются, причем также в наземных условиях (ряд 1) выбросов больше, чем в полетных условиях (ряд 2) на всех пяти эксплуатационных режимах работы ТРД. В связи с этим, актуальными являются исследования выбросов загрязняющих веществ в наземных условиях на разных эксплуатационных режимах работы авиадвигателя.

Также получены зависимости (рисунки 3 и 4) по результатам замеров выбросов угарного газа и диоксида азота в автопарке аэродрома Балтимор (г. Воронеж) на четырех режимах работы (1 - холостой ход, 2 - разгон, 3 - движение с постоянной скоростью, 4 - торможение) автомобильных двигателей: бензинового (ряд 1) и дизельного (ряд 2).

Рис. 3. Распределение угарного газа на разных режимах работы автодвигателя

Рис. 4. Распределение диоксида азота на разных режимах работы автодвигателя

Библиографический список

1. Лау C.K. Использование водно-топливных эмульсии для двигателей внутреннего сгорания. Изд. Том. 17.1977.

2.Кулагин Ю. Н. Нормирование и снижение выбросов загрязняющих веществ в сфере авиационно-космической деятельности // Москва, 2004.

References

1.Law, C. K. A model for the combustion of oil/water emulsion droplets. Combustion Science Technology, Vol. 17. 1977

2.Kulagin Y.N. Pollutions Standardization and Reduction in the Aviation and Space Activities Sphere // Moscow, 2004.

36

Т.В. Щукина, С.В. Посохова, Ю.А. Переславцева

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БИОГАЗА

Анализируется состав биогаза, производимого из отходов сельского хозяйства и сточных вод поселений городского типа. Несмотря на необходимость очистки получаемого газа, анаэробное сбраживание органической массы существенно снижает загрязнение окружающей среды. Интенсификация процессов разложения отходов приводит к сокращению капитальных затрат на очистные сооружения, что создает условия для их широкого применения, в том числе и по экологическим показателям.

Ключевые слова: отходы сельского хозяйства, сточные воды, производство биогаза.

T.V. Shchukina, S.V. Posohova, J.A. Pereslavtseva

ECOLOGICAL SAFETY BY BIOGAS MANUFACTURE

The structure of the biogas made from a waste of agriculture and sewage of settlements of city type is analyzed. Despite necessity of clearing of received gas, such decomposition of organic weight essentially reduces environmental contamination. The intensification of processes of decomposition of a waste leads to reduction of capital expenses for treatment facilities that creates conditions for their wide application including on ecological indicators.

Keywords: an agriculture waste, sewage, biogas manufacture.

Отходы от животноводческих комплексов и предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции являются достаточно калорийным сырьем для получения биогаза. Выделяемый при анаэробном сбраживании органической массы газ может быть направлен как на предприятия, поставляющие для утилизации сырье, так и на бытовые нужды населения, тем самым частично или полностью снимая проблему снабжения топливом сооружений. Такой вид альтернативного энергообеспечения позволяет не только компенсировать нагрузку зданий, но и значительно улучшить экологическую обстановку, так как отходы животноводства и сельского хозяйства в отсутствии организованной переработки постепенно разлагаются в воздушной среде на различные компоненты, загрязняющие окружающую среду. Так, например, в первые месяцы открытого хранения навоза выделятся метан, интенсивность образования которого вызывает парниковый эффект в 21 раз превышающий последствия от воздействия углекислого газа [1].

Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья: навоз, птичий помет, зерновая и меласная после спиртовая барда, свекольный, фруктовый, ягодный и овощной жом, травяной силос, отходы рыбных и забойных цехов. Качество сырья для проведения анаэробного сбраживания характеризуется влажностью и вы-

37

ходом биогаза с возможно большим содержанием в нем метана. В среднем из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 м3 биогаза, имеющего в своем составе 60 % метана. Из различных видов энергетических растений выход топлива в зависимости от вида культур может доходить до 150-500 м3 с 70 % содержанием метана. Максимальное количество биогаза 1300 м3 можно получить из 1 т животного жира, при этом в своем составе он будет иметь до 87 % метана [1, 2].

Биогазовые установки, перерабатывающие навоз, являются самыми простыми по конструктивному исполнению. Микроорганизмы, участвующие в процессе брожения, попадают в навоз из кишечника животных и их не нужно добавлять к отходам для ускорения процесса разложения, как в случае с некоторыми видами растительного сырья. Также нет необходимости оснащать установку реактором гидролиза, который предусматривается для птичьего помета.

Из-за сложного состава сырья [3] затруднительно представить последовательность процессов кислотогенной стадии их конверсии в виде уравнений химических реакций, но в общем виде разложение основных компонентов субстрата происходит по следующим схемам

В анаэробных условиях бактерии разлагают органическое сырье, выделяя биогаз как промежуточный продукт их обмена веществ. Процесс брожения можно разделить на 4 этапа [1, 2], в каждом из которых участие принимают разные группы бактерий (табл. 1).

На первом этапе аэробные бактерии перестраивают высокомолекулярные органические субстанции (белок, углеводы, жиры, целлюлозу) с помощью энзимов на низкомолекулярные соединения, такие как моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты и воду [3]. Энзимы, выделяемые гидролизными бактериями, расщепляют органические составляющие сырья на малые водорастворимые молекулы. В процессе гидролиза полимеры превращаются в мономеры, то есть распадаются на отдельные молекулы.

Далее расщеплением занимаются кислотообразующие бактерии. Отдельные молекулы проникают в клетки микроорганизмов, где происходит их дальнейшее преобразование. В этом процессе частично принимают участие бактерии, употребляющие остатки кислорода и образующие тем самым необходимые для метановых бактерий анаэробные условия.

На этом этапе вырабатываются:

∙кислоты: уксусная, муравьиная, масляная, пропионовая, капроновая и молочная;

∙спирты и кетоны: метанол, этанол, пропанол, бутанол, глицерин и ацетон;

∙газы: двуокись углерода, углерод, сероводород и аммиак.

Схема конверсии кислотообразующими бактериями моносахара на примере глюкозы может быть представлена следующим образом

38

В ацетатогенной стадии кислотообразующие бактерии создают из органических кислот исходные продукты для получения метана, а именно: уксусную кислоту, двуокись углерода и водород. Для жизнедеятельности указанных бактерий, поглощающих водород, очень важно соблюдение стабильного температурного режима.

Ацетатогенная стадия превращения летучих жирных кислот, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту осуществляется двумя видами бактерий. Первая группа образуюет ацетаты с выделением водорода из продуктов предшествующих стадий по схеме

Вторая также образует ацетаты, но в результате использования водорода для восстановления диоксида углерода

На последнем, четвертом этапе выделяются метан, двуокись углерода и вода. Эта завершающая фаза конверсии обеспечивает выработку 90% всего метана, 70% из которых происходит в результате расщепления ацетата

Таким образом, образование уксусной кислоты, то есть третий этап расщепления, является фактором, определяющим скорость получения метана. Данный процесс осуществляется медленно растущими бактериями, являющимися строгими анаэробами, весьма чувствительными к изменениям условий среды, особенно к снижению рН менее 7-7,5 и температуры.

В большинстве случаев такие процессы происходят одновременно, то есть отсутствует раздел по месту и продолжительности протекания, что относит их к технологиям одностадийным. Для сбраживания быстро разлагаемых видов сырья в чистом виде требуется особая двух стадийная технология. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном метантенке. Для переработки такого сырья устанавливается дополнительный реактор гидролиза, который повышает выход метана контролированием уровня кислотности, не позволяющем погибнуть бактериям из-за повышенного содержания кислот или щелочей.

Получаемый при брожении отходов сельского хозяйства и животноводства биогаз в основном состоит из 50-80% метана и 50-20 % углекислого газа (табл. 2). По своим характеристикам он близок к природному, и его теплотворная способность составляет 6000-9500 ккал/м3, при средней калорийности природного газа 7900 ккал/м3.

Таблица 2 Состав биогаза, получаемого из отходов сельского хозяйства и животноводства

Очистка биогаза от сероводорода может быть осуществлена при направлении его в скрубберы, заполненные смесью древесных стружек и окиси железа

39