Промышленная экология

Загрязнениебиосферыпродуктамисгоранияавиатопливещеодин аспект воздействия воздушного транспорта на экологическую ситуацию, однакоавиацияимеетрядотличительныхособенностейпо сравнениюдругимивидамитранспорта:

использование, в основном, газотурбинных двигателей обусловливает иной характер протекающих в них процессов и структурувыбросовотработавшихгазов;

применениевкачестветопливакеросинаприводиткизменению компонентовзагрязняющихвеществ;

полетысамолетовнабольшихвысотахисвысокимискоростями приводят к рассеиванию продуктов сгорания в верхних слоях атмосферыинабольшихтерриториях, чтоснижаетстепеньихвлияния наживыеорганизмы.

Наотработавшиегазы авиационныхдвигателейприходится75 % всехвыбросовгражданскойавиации, включающихтакжеатмосферные выбросыспецавтотранспортаистационарныхисточников.

Водныйтранспорт

Снижение объемов грузовых и пассажирских перевозок обусловливаетсокращение расходуемого топлива, следовательно, и выбросовзагрязняющихвеществсудами. Соответствующеесокращение выбросовпроизошлоинабереговыхобъектах.

Приморскихперевозкахпроисходитзагрязнениеморянефтью и перевозимымигрузами, атакжесточнымиводами, мусором. Помимо танкеров, большую потенциальную опасность представляют суда морскоготранспортасатомнымисиловымиустановкамиисудаатомнотехнологического обслуживания. Они могут привести к радиоактивномузагрязнениюокружающейсреды.

Выбросы от стационарных источников морского транспорта в атмосферупредставляютвосновномпродуктысгоранияугля, пыльи твердые частицы, образующиеся при перегрузке сыпучих грузов.

Морские и речные порты создают локальные зоны загрязнения окружающейсреды.

Сточные воды с судов, акватории порта и судоремонтных предприятий содержат хозяйственно-бытовые стоки, фекальные и подсланевые воды. Они характеризуются высоким уровнем бактериальногозагрязнения. Подсланевыеводы представляютсобой конденсатводяныхпаров, образующийсяиз-заперепадатемператур снаружи и внутри машинного отделения в условиях высокой влажности, а также водные растворы, используемые для обмыва судовыхмеханизмовсраствореннымивнихтопливнымифракциями,

181

отслоениями ржавчины и другими включениями. Попадание подсланевыхвод вводоемы приводиткхимическому загрязнению воднойсредыидонныхгрунтов.

Трубопроводныйтранспорт

Трубопроводный транспортпредназначендляперекачки нефти, нефтепродуктов, газасместаихдобычикместам потребления. Он включает в себя комплекс различных сооружений: трубопроводы, компрессорные, насосные, дожимныестанции.

Воздействие трубопроводного транспорта на экологические системы происходит при строительстве его объектов, в процессе эксплуатацииипривозникновенииаварийныхситуаций.

Первым аспектом экологического воздействия являются отчуждениеземельныхресурсовивыводихизсельскохозяйственного оборота. Кроме того, нарушаются природные ландшафты.

Самовосстановлениенарушенногопочвенно-растительногопокровав полосеотводапроисходитвтечениедесятилетий, особеннодлительны сроки восстановления в северных районах. Иногда полного возобновлениярастительностивообщенепроисходит.

Прокладка трубопроводов может осуществляться подземным, полуподземным, наземныминадземнымспособами.

Подземнаяиполуподземнаяпрокладкавеласьнаначальныхэтапах создания трубопроводного транспорта. Но оказалось, что трубопроводы, проложенные этими способами в районах вечной мерзлоты, вызывалиоттаиваниемерзлотныхгрунтовиз-занагреваих продуктамиперекачки. Врезультатепроисходилопроседаниегрунта, и трубы разрывались. Чтобы исключитьэтоперешли наназемныйи надземный способы прокладки. Наземный способ предполагает устройство специальной насыпи под трубопровод, а надземный - возведениеопор. Вчислепрочихотрицательныхмоментовпрокладка трубопроводов на поверхности земли нарушает миграцию диких животных: нитка трубопровода становится для животных непреодолимым препятствием. Дажетрубопровод, проложенныйнад землей на опорах, отпугивает стада оленей. В настоящее время прокладкатрубопроводовведетсяподземнымспособомсприменением надежной теплоизоляции. Транспортировкагазапроизводитсяпосле предварительного сжатия на компрессорной станции, в результате которого температурагазаподнимаетсядо 60 °С, и последующего охлаждения газа до отрицательных температур. Поверхность трубопровода, покоторомуперекачиваетсяохлажденныйгаз, также приобретаетотрицательную температуру. Такоетехническоерешение,

182

исключающеетепловой поток оттрубы в грунт, позволяетучесть экологическиеограниченияприменительнокусловиямСевера.

В периодэксплуатациитрубопроводоввозможноуглеводородное загрязнение атмосферы из-за просачивания газа через трещины, неплотностииразрывытрубопроводов, атакжеврезультате«дыхания» резервуаров. Утечкижидкихтранспортируемыхпродуктовприводятк их растеканию и уничтожению флоры и фауны. Они часто сопровождаются пожарами, при которых в атмосферу выделяется большоеколичествотоксичныхпродуктовсгорания.

Авариинатрубопроводахприводяткзалповымвыбросамнефтии газаивызываютзагрязнениебольшихплощадей, экстремальновысокие уровнивредныхвеществвповерхностныхводахипочве. Основными причинамиаварийявляютсянарушениятехнологииизготовлениятруб иоборудования, коррозионныеразрушениятрубопроводов, внешние механические воздействия. Поэтому необходимо периодически проводить диагностику трубопроводов, что позволит избежать аварийных ситуаций и повысить экологическую безопасность трубопроводноготранспорта.

7.4. Природоохранныемероприятия

Ключевымипроблемамиобеспеченияэкологическойбезопасности натранспортеявляютсяснижениезагрязненияатмосферноговоздуха, водныхобъектов, земельныхресурсов, защитаоттранспортногошумаи вибраций, предупреждениеэкологическихпоследствийчрезвычайных ситуаций, обеспечение экологической безопасности населения, снижениеущербаприроднымресурсам, сохранениекачестваприродной среды, обеспечивающеепроцессысаморегулирования.

Дляреализацииполитикиэкологическойбезопасностипроводится комплексприродоохранныхмер, подразделяемыхначетырегруппы: организационно-правовые, архитектурно-планировочные, конструкторско-технические, эксплуатационные. Перечисленные группы мероприятий реализуются независимо друг от друга и позволяютдостичь определенных результатов. Но комплексноеих применениеобеспечитмаксимальныйэффект.

Организационно-правовыемероприятия

Включают создание нормативно-правовой базы экологической безопасности и меры государственного, административного и общественногоконтролязавыполнениемфункцийпоохранеприроды.

183

Онинаправленынаисполнениеприродоохранногозаконодательствана транспорте, разработкуэкологическихстандартов, норминормативов.

Архитектурно-планировочныемероприятия

Дляснижениязагазованностивоздухавгородахбольшоезначение имеют планировочные мероприятия по застройке, реконструкции территорийиорганизациитранспортногосообщения.

Снижение уровня экологической опасности от воздействия транспортавозможнопутем

создания объездных кольцевых железнодорожных и автомобильныхдорог;

строительствапутепроводов, транспортных развязок наразных уровнях, тоннелейипешеходныхпереходов;

расширениямагистралейиразвитияулично-дорожнойсети; внедрения автоматизированных систем управления дорожным

движением, позволяющихиспользоватьпринцип«зеленойволны» и сократитьпростоиавтотранспортапередсветофорами;

организации одностороннего движения на участках городской застройкисузкойпроезжейчастью;

выделениявцентральнойчастигородовтерриторийсзапретомили ограничениемнадвижениебольшегрузногоавтотранспорта.

Проблемыэкологическойбезопасностинаходятсвоеотражениев

эколого-градостроительныхпланахкрупныхгородов.

Архитектурно-планировочные мероприятия по защите водных объектов подразумевают рациональную планировку портов, строительствоканаловишлюзов, проведениедноуглубительныхработ, спрямлениифарватеровисудовыхтрасс.

Конструкторско-техническиемероприятия

Направлены на улучшение экологических показателей транспортныхсредствисокращениевыбросоввредныхвеществот стационарныхисточников.

Конструкторско-технические мероприятия, осуществляемые на подвижномсоставе, группируютсяпонаправлениям:

повышенияэкономичностидвигателей, снижениямассыконструкции, уменьшениясопротивлениядвижению, снижениятоксичностиотработавшихгазов, использованияэкологическиболеечистыхвидовтоплива, применениякомбинированныхисточниковэнергии.

184

Повышениеэкономичностидвигателейдостигаетсясовершенство-

ваниемихконструкцииипозволяетсократитьпотреблениетопливаи, соответственно, снизить выбросы загрязняющих веществ. Одновременно обеспечивается сбережение топливно-энергетических ресурсов, что является еще одной важной экологической задачей. Основой сокращениярасходатопливаи выбросавредных веществ является улучшение процесса сгоранияв двигателях транспортных средств.

Снижениерасходатопливаимеетбольшоезначениевпервую очередьдля грузовыхавтомобилейскарбюраторнымидвигателямибольшогорабочегообъема. Применениенаэтихдвигателяхвихревогодвижениярабочейсмеси, улучшающего качествосмесеобразованияираспределенияпоцилиндрам, способствуетснижению расходатопливана5-6 %.

Улучшениерабочегопроцессадвигателядостигаетсяприменениемразличных устройстввкарбюраторе, например, экономайзерыпринудительногохолостогохода снижаютрасходтопливана2 %. Почтивсесовременныекарбюраторыоснащены автоматамипускаипрогрева, точноесоблюдениетемпературногорежимаприпуске ипрогреведвигателяспособствуетснижениюрасходатоплива.

Нанекоторыхмоделяхавтомобилей, восновномотечественногопроизводства, используютсядвигателисфоркамерно-факельнымзажиганием. Приэтомспособе зажиганияобедненнаярабочаясмесьвкамересгораниядвигателявоспламеняется отфакелапродуктовнеполногосгорания, выбрасываемыхчерезсопловыеотверстия издополнительнойкамеры (форкамеры) малогообъема. Этопозволяетснизить расход топлива на 8-10 %, содержание оксидов азота и углеводородов в отработавшихгазах.

В современных условиях наилучшим техническим решением остается применениеэлектронныхсистемвпрыскатопливасточнымдозированиемтоплива поотдельнымцилиндрамнавсехрежимахработыдвигателя. Применениетаких системтакжепозволяетснизитьрасходтопливана8-10 %.

Дизельный двигательэкономичнеекарбюраторногона20-30 %, токсичностьотработавшихгазовдизелязначительнониже, поэтомуих широкоприменяютнабольшегрузныхавтомобилях, автобусах. Система питаниядизельногодвигателяобеспечиваетболееточноедозирование топливапосравнениюскарбюраторнымидвигателямиприразличных режимах работы, что наряду с высоким коэффициентом избытка воздуха и высокой степенью сжатия способствует боле полному сгоранию топливавцилиндрахдвигателяи снижению токсичности выбросов(табл. 5).

Высокаятопливнаяэкономичностьможетбытьдостигнутапри использовании и дизельно-газовых двигателей, способных работать попеременно как на дизельном, так и на газовом топливе.

Газодизельныйдвигательнеуступаетпомощностидизелюипозволяет экономитьвэксплуатациидо80 % дизельноготоплива.

185

Таблица5

Структуратоксичныхкомпонентовприсжигании1 кгтоплива

Снижение массы конструкции транспортных средств может осуществляться за счет изменения конструкции агрегатов, совершенствования технологических процессов изготовления автомобилейизамены материаловнаболеелегкие. Важностьэтого направления подтверждается таким примером: на каждую дополнительнуютоннуснаряженноймассыавтомобилярасходуетсяна 100 кмпути2,5 лбензинаили1,6 лдизельноготоплива. Снижение собственноймассы автомобилядаетэкономию энергоресурсовна810 %.

Уменьшениесопротивлениядвижениюявляетсяважнымусловием сокращения расхода топлива. Для автомобилей это направление определяется правильным выбором передаточных чисел главной передачи и коробки передач. С увеличением числа передач, применяемыхнагрузовыхавтомобилях, возрастаюттрудностиввыборе оптимальной передачи при изменении условий движения, поэтому наблюдаетсяперерасходтоплива. Требуетсяразработкаспециальных автоматических приборов, сигнализирующих о необходимости включениянужнойпередачи, чтоповыситэкономичностьавтомобилей.

Придвижениисвысокойскоростью значительнаячастьэнергии затрачиваетсянапреодолениесопротивлениядвижению ввоздушной или водной среде. Эти затраты в воздушной среде прямо пропорциональны квадрату скорости и определяются фактором обтекаемости. Аэродинамическиесвойстваавтомобилейповышаютсяза счетприданияобтекаемойформы, правильногорасположениягруза, установкиспециальныхобтекателей(дефлекторов) накрышекабины грузовогоавтомобиля, чтоприводит, вконечном счете, кснижению расходатоплива.

186

Снижениетоксичностиотработавшихгазовдостигаетсярядом техническихрешений, которыевключаютустановкунейтрализаторов выхлопныхгазов, фильтров, присадокктопливу.

Системы нейтрализации отработавших газов применяются как дополнительноеоборудование, котороебеззначительныхизмененийв конструкции двигателя легко встраивается в выпускной тракт двигателя. Различают следующие виды нейтрализации токсичных отработавших газов: термический, каталитический, жидкостный и комбинированный. В самостоятельную группу выделяют способы удаленияизгазовтвердыхчастиц(сажи).

Термическая нейтрализация вызывает протекание реакций окисления оксида углерода и углеводородов и превращения их в продукты полного сгорания - углекислый гази пар при высоких температурах.

Каталитическая нейтрализацияпомимо окислительных реакций предполагаетиспользованиеивосстановительныхдлявосстановления оксидовазотависходныевещества: кислородиазот. Вокислительных и восстановительных реакциях могут применяться относительно дешевыеоксидныекатализаторы наосновемеди, марганца, никеля, хрома, ноони обладаютмалой долговечностью и эффективностью. Поэтому распространение получили платино-палладиевые катализаторы.

Жидкостные нейтрализаторы основаны на растворении или химическом связывании токсичных компонентов при пропускании отработавшихгазовчерезактивную жидкость. В качествеактивной жидкостии могутиспользоваться вода и водные растворы разных веществ, в частности 10 %-й водный раствор сульфита натрия, ингибированный гидрохиноном с целью замедления окисления сульфита натрия кислородом воздуха, и 10%-й водный раствор двууглекислойсоды.

В отличиеоттермическогои каталитическогонейтрализаторов жидкостный нетребуетвременидляпереходаврабочеесостояние после пуска холодного двигателя. Недостатком жидкостного нейтрализатора являются большие масса и габариты, а также необходимостьчастойсменырабочегораствора.

Оборудованиесистемывыпускадвигателейвнутреннегосгорания

фильтрамииспециальнымиулавливателямиспособствуетзадержанию твердыхчастицотработавшихгазов.

Применениеприсадокктопливуоказываетзаметноевлияниена процесс сгорания в дизелях и качество отработавших газов. По

187

характерудействияприсадки ктопливуподразделяютнаприсадки, интенсифицирующиегорение, иантидымные.

Интенсификаторы горения повышают цетановое число и уменьшают количество светлого дыма, появляющегосяпри работе холодного двигателя. В качестве присадок могут использоваться метилацетат, ацетонпероксид, этилнитрат, изоамилнитрати др. Их целесообразнодобавлятьктопливуснизкимцетановымчислом.

Антидымныеприсадкиприменяютдляуменьшениятемногодыма (сажи). Наиболееэффективныприсадки, содержащиебарий, метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганца(МЦТМ) итетраэтилсвинец. Эти металлосодержащиеприсадкипрактическиневлияютнавыделение дизельнымидвигателямиоксидауглерода, носущественноснижают выделениеальдегидов, бензпиренаиускоряютвыгораниесажи.

Использование экологически более чистых видов топлива на подвижном составе транспорта является радикальным средством снижения загрязнения атмосферного воздуха. С этой целью для карбюраторных и дизельных двигателей разработаны и успешно применяютсясистемы питания, работающиенагазовом топливе. В качествегазовоготопливадляДВСиспользуютсжиженныйнефтяной газ(СНГ) исжатыйприродныйгаз(СПГ).

Сжиженныйнефтянойгазполучаютприпереработкенефтикак побочный продукт, состоящий в основном из пропан-бутановых фракций. Еговыпусксоставляет2-3 % отвыходаосновнойпродукции приперегонкенефти. Ноэтоговполнедостаточнодляудовлетворения многих потребностей, включая потребности транспортных средств, переведенныхнапитаниенефтянымгазом. Покалорийнойспособности нефтянойгазуступаетнеболеечем на3-4 % бензину, поэтомупри переводекарбюраторногодвигателянагазегомощностьснижается незначительно.

Сжатыйприродныйгазвкачествеосновногокомпонентасодержит метанивнебольшом количествепримесидругихгазов. Сжатыйгаз хранитсяввысокопрочных металлических баллонахподдавлением 200 МПа. Калорийностьприродногогазанижекалорийностибензинана

10-15 %.

Применение СНГ и СПГ позволяет снизить токсичность отработавшихгазовпоконтролируемымвеществам: оксидууглеродав 3-4 раза, оксидамазотав1,2-2,0 раза, углеводородамв1,2-1,4 раза.

Применение электрической энергии и комбинированных источниковэнергиинатранспортныхсредствахпозволяетулучшитьих экологические показатели и способствует сохранению топливноэнергетическихприродныхресурсов.

188

Нажелезнодорожном транспортеуспешноиспользуетсяперевод локомотивногопарканаэлектрическуютягу. Электровозыработаютна постоянном и переменном токе и практически не загрязняют атмосферныйвоздух.

Наморскихсудахприменяютэнергоустановки, работающиеот нескольких дизель-генераторов и обеспечивающие электропривод главногосудовоговинта.

В течение многих лет создаются и испытываются экспериментальныеобразцыиопытныепартииэлектромобилей, однако не созданы конструкции для серийного производства. Основным препятствиемнапутиширокоговнедренияэлектромобилейявляется несовершенство источника энергии - аккумуляторных батарей.

Представляетпрактическийинтерескомбинированнаяэнергоустановка дляавтомобилейсочетаниебуферногонакопителяэлектроэнергиии мотор-генератора.

Конструкторско-технические мероприятия по защите водных объектовнаправлены напредотвращениеиуменьшениепоследствий загрязненияводоемов, морейприфункционированиитранспорта. При разработке водоохранных мероприятий учитывается способность водных объектов к самоочищению, которое происходит в виде естественногопроцессараспадаорганическихвеществврезультате деятельности микроорганизмов. Процесс биохимического самоочищения нарушается токсичными веществами, например металлами, нефтепродуктами, чтоприводитккислородномудисбалансу водоема. Поэтомутехническиемероприятияпоборьбесзагрязнением воды должны прежде всего способствовать очисткеот токсичных примесейизвестнымиметодами.

Эксплуатационные мероприятия осуществляются в процессе эксплуатациитранспортныхсредствинаправленынаподдержаниеих техническогосостояниянауровнезаданныхэкологическихнормативов.

Важнаярольотводитсяобеспыливаниюдорогиаэродромов. Такая необходимость возникает на дорогах и аэродромах с гравийным, щебеночным, грунтовым покрытиями. Наиболее эффективным способомобеспыливанияявляетсянанесениенапокрытияорганических вяжущихматериалов: вязкихижидкихбитумов, дегтяисмол, нефти, масел, эмульсий и других. В этом случаенаповерхности дороги образуетсяэластичнаяповерхностнаяпленка.

Проводитсяработапозащитеземельвполосеотводатранспортных магистралей. На землях полосы отвода железных и автодорог осуществляютсялесонасаждение, рекультивацияземельсподсыпкой плодородногослояпочвы.

189

На трубопроводном транспорте разрабатываются и осуществляются меры по ликвидации последствий утечек нефти и нефтепродуктовизтрубопроводовирезервуаров. Этожеотноситсяик утечкамгаза, которыйсоздаетвзрывоопасныесмесисвоздухом.

На стационарных источниках сокращение вредных выбросов достигаетсявнедрениемочистныхсооружений.

Снижениетранспортногошумаивибраций

Накомплексноерешениепроблемышуманаправленосоставление карты шумовогозагрязнениягорода, кудананосятсястационарныеи передвижные источники шума. Такая карта может стать основой градостроительных мер по защите жилой застройки от шума. К градостроительным факторам относятся этажность и композиция жилой застройки, рельеф местности, озеленение, ширинаулицы в линияхзастройки. Транспортно-планировочнымифакторамиявляются ширинапроезжейчасти, ширинатротуара, газонов, разделительных полос, инженерныесооруженияпозащитеокружающейсреды.

Шумныепромышленныепроизводстваитранспортныеобъекты следуетвыноситьзапределы городаназначительноеудаление. Вих числе аэропорты, крупные сортировочные и грузовые станции, авиаремонтные заводы. Вокругних создаютсясанитарно-защитные зоныизоныограничениязастройки.

Акустическое воздействие автотранспортных потоков, железнодорожных составов, самолетов гражданской авиации очень велико, поэтомупостоянноведутсяпоиски техническихрешений и конструкторскиеработыпоснижениюшума.

На автомобильном транспорте улучшение акустических показателей достигается за счет сокращения шума от основных источников его образования: двигателя, систем впуска воздуха и выпуска отработавших газов, агрегатов трансмиссии, шин и др.

Уменьшение шума двигателя достигается применением в его конструкции нетрадиционныхрешений, широким использованием в узлахидеталяхпластмассы, резины, керамики, алюминияидругих композиционныхматериалов. Системывпускавоздухаоборудуютодно- и многоступенчатыми воздушными фильтрами, которые вместе с эффективнойочисткойвоздухаосуществляютфункциюглушенияшума впуска. Системы выпуска отработавших газов ДВС снабжают глушителямивыпуска. Впоследнеевремяназарубежныхавтомобилях устанавливают глушители-нейтрализаторы отработавших газов, обеспечивающие эффективное глушение шума и каталитическую нейтрализациювыбросов.

190