Экология (от греческого oikos - дом, жилище и logos - учение) - наука о взаимодействии растительного и животного мира и их сообществ между собой и с окружающей их средой. Это определение было предложено в 1866 году немецким ученым Э.Геккелем.
Экология (от греческого oikos - дом, жилище и logos - учение) - наука о взаимодействии растительного и животного мира и их сообществ между собой и с окружающей их средой. Это определение было предложено в 1866 году немецким ученым Э.Геккелем.
Окружающая природная среда и общество - это совокупность природных условий, среды обитания и производственной деятельности человека.В научном плане под природой следует понимать совокупность четырех оболочек Земли: литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы. Причем последняя органически входит в состав первых трех оболочек.
Экологи используют также термин «биогеоценоз», предложенный советским ботаником В. Н. Сукачевым. Этим термином обозначается совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Биогеоценоз является синонимом экосистемы.
Несмотря на то, что всем хорошо известно о существовании круговорота веществ в природе, позволим себе напомнить о некоторых аспектах этого явления в биосфере в современных условиях глобального загрязнения окружающей среды, глобального потепления климата и надвигающегося экологического кризиса.
Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации, предельных количествах, предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.
Источники загрязнения окружающей природной среды промышленностью классифицируются в зависимости от объекта загрязнения: атмосферы, водного бассейна или литосферы.Источники загрязнения воздушного бассейна.
Важнейшие климатические и экологические особенности Земли в решающей степени определяются наличием и свойствами ее газовой оболочки -атмосферы. Благодаря специфическому газовому составу, способности потощать и отражать солнечную радиацию, озоновому слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятному температурному режиму и присутствию водяного пара атмосферу можно назвать одним из главных источников жизни на Земле.
В начале 70-х годов прошлого столетия американский эколог Б. Коммо-нер сформулировал четыре положения, раскрывающие суть рационального природопользования. Эти положения стали называть «законами», хотя правильнее было бы назвать их «экологическими поговорками» - ведь любая поговорка отражает опыт предшествовавших поколений. Суть этих положений состоит в следующем.
В системе единого народнохозяйственного комплекса транспорт является важной отраслью, предназначенной для перевозки грузов и пассажиров. Значение его исключительно велико. Без мощного развития всех видов транспорта, широко разветвленной сети путей сообщения не могут быть обеспечены возрастающие масштабы общественного производства, расширение сфер промышленного использования природных ресурсов, развитие экономических и культурных связей, требования обороноспособности страны.
В структуре перевозок железнодорожным транспортом преобладают грузовые перевозки. Основная сфера применения этого вида транспорта - перевозки грузов на дальние и средние расстояния. В номенклатуре перевозимых грузов несколько тысяч наименований, при этом на долю восьми групп основных массовых грузов (каменный уголь и кокс, черные металлы, руда, нефтяные, лесные, хлебные грузы, строительные материалы, минеральные удобрения) приходится около 80% грузооборота.
Наряду с той громадной ролью, которую транспорт играет в жизни общества, его прогресс сопровождается и рядом негативных последствий. Транспорт сегодня - это густая сеть путей сообщения, покрывающая земной шар: более 11,5 млн. км магистральных автомобильных дорог с твердым покрытием, 5,3 млн. км воздушных линий, 1,3 млн. км железных дорог, около 1,0 млн. км трубопроводов, 600 тыс. км внутренних водных путей, миллионы километров морских линий. Транспорт располагает огромным парком локомотивов, самоходных судов, автомобилей, самолетов, стационарных энергетических установок. Воздействуя с окружающей средой, они оказывают отрицательное влияние на нее, включая сушу, атмосферу, водный бассейн, вносят серьезные изменения в экологические системы, регуляцию биосферы в целом.
Транспорт является источником загрязнения не только углекислым газом, но и другими веществами, многие из которых токсичны, вредны для окружающей среды. В настоящее время известно более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, основные из них приведены в табл. 4.2.
Автомобильный транспорт с его парком подвижного состава, превышающим 400 млн. автомобилей, является крупным потребителем топливно-энергетических ресурсов. На его долю приходится около 80% производимой в мире энергии. Суммарная мощность автомобильных двигателей превышает в настоящее время мощность всех электростанций в 8 раз. Ежесуточное потребление топлива мировым парком автомобилей составляет примерно 2,5 млн. т.
Автомобильный транспорт наиболее агрессивен в сравнении с другими видами транспорта по отношению к окружающей среде. Он является мощным источником ее химического (поставляет в окружающую среду громадное количество ядовитых веществ), шумового и механического загрязнения. Следует подчеркнуть, что с увеличением автомобильного парка уровень вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду интенсивно возрастает. Так, если в начале 70-х годов ученые-гигиенисты определили долю загрязнений, вносимых в атмосферу автомобильным транспортом, в среднем равной 13%, то в настоящее время она достигла уже 50% и продолжает расти. А для городов и промышленных центров доля автотранспорта в общем объеме загрязнений значительно выше и доходит до 60% и более, что создает серьезную экологическую проблему, сопровождающую урбанизацию.
Процессы смесеобразования и сгорания топливной смеси в карбюраторных двигателях предопределяют их топливную экономичность, токсичность отработавших газов, динамические качества автомобилей, а в ряде случаев -и их надежность. Диапазон режимов работы карбюраторного двигателя как по нагрузке, так и по частоте вращения коленчатого вала очень широк и при различных условиях эксплуатации значительно изменяется. Так, при резком открытии дроссельных заслонок (примерно в течение 0,1 с) двигатель должен за минимальное время (обычно 0,2-0,4 с) перейти на полную нагрузку; при разгоне автомобиля на низших передачах частота вращения коленчатого вала за несколько секунд может изменяться от 600-800 до 5000-7000 мин-1. При этом все системы двигателя, и прежде всего система питания, должны обеспечивать заданные его показатели, в том числе максимальные мощностные показатели при полном нажатии на педаль управления дроссельной заслонкой или предельно низкий расход топлива на частичных нагрузках при условии выполнения норм по токсичности отработавших газов.
Дополнительные устройства и карбюраторы.Режим холостого хода.В двигателях, оборудованных карбюраторами с подачей топливовоздушной эмульсии в пространство за дроссельной заслонкой, на холостом ходу, как правило, трудно достичь необходимого качества распыливания топлива и однородного по составу распределения горючей смеси по цилиндрам. У этих двигателей нетяговые режимы (холостой ход и принудительный холостой ход) характеризуются высокой концентрацией в отработавших газах оксида углерода и углеводородов из-за неудовлетворительного перемешивания топлива с воздухом, Воздух проходит через две серповидные щели мемеду кромкой дроссельной заслонки и стенкой смесительной камеры, топливная эмульсия поступает из отверстия в пространство за дроссельной заслонкой в виде струи. До места разветвления впускного трубопровода на патрубки цилиндров горючая смесь остается в значительной степени гетерогенной, часть топлива находится в виде крупных капель и пленки на стенках впускного канала. Это приводит к неравномерности распределения горючей смеси по цилиндрам, в связи с чем требуется чрезмерное обогащение горючей смеси, поступающей в отдельные цилиндры.
Поскольку основным компонентом картерных газов являются углеводороды топлива и масла, мероприятия, которые ведут к снижению токсичности отработавших газов, не могут в той же мере снизить токсичность картерных газов. Единственный эффективный путь борьбы с загрязнением атмосферы вредными компонентами картерных газов состоит в предотвращении проникновения картерных газов в атмосферу, т.е. в создании закрытых систем вентиляции картера. Необходимость этого диктуется тем, что доля картерных газов при общем небольшом их количестве, равном 2-10% отработавших газов в общем балансе загрязнения атмосферы токсичными веществами, составляет около 10% у малоизношенного и возрастает до 20-30% при эксплуатации двигателя с изношенной цилиндро-поршневой группой.
Тенденция развития автомобильного транспорта выражается в непрерывном возрастании максимальной и средней скорости движения, повышении приемистости, грузоподъемности или пассажировместимости при одновременном снижении расхода топлива и токсичности отработавших газов. Наиболее полно этим требованиям реально могут отвечать автомобили с дизельными двигателями. Дизельные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с карбюраторными. Главными из них являются низкая токсичность отработавших газов и лучшая топливная экономичность.
Рабочий цикл двигателя, работающего на газообразном топливе, принципиально не отличается от рабочего цикла двигателя, работающего на бензине, однако токсичность отработавших газов несколько ниже. В качестве двигателя для газобаллонных автомобилей используются обычные двигатели, работающие на бензине. На таком двигателе устанавливается система питания, предназначенная, для работы как на газообразном топливе, так и бензине. Газобаллонные автомобили могут работать на сжатом или сжиженном газе.
Основные преимущества электромобилей заключаются в отсутствии выброса отработавших газов и бесшумности работы. Расходы на их ремонт относительно небольшие. Это объясняется простотой ремонта. Электромобили обладают хорошей маневренностью, динамичностью. Все это предопределило применение их в городских условиях эксплуатации (короткие пробеги, частые остановки, насыщенный транспортный поток). Вот почему электромобили уже сегодня получили довольно широкое распространение при транспортировке в городах мелких партий грузов, продуктов, почты, доставке белья из прачечных, сборе и вывозе мусора, очистке и поливке улиц и т.п.
Армированный и неармирован-ный полипропилен используют для деталей системы вентиляции и отопления, крыльчаток вентиляторов, корпусов воздушных фильтров, корпусов аккумуляторных батарей. Полиамиды применяют для изготовления деталей двигателей (шестерней, зубчатых шкивов, направляющих цепей привода распределительного вала, трубопроводов, сепараторов, подшипников и т.д.). Для сильно нагруженных деталей двигателей (шатунов, коленчатых валов, клапанов, пружин, шестерней) начали применять титановые сплавы. В этом направлении широкие исследования проводит фирма «Порше». Несмотря на повышенную стоимость рассмотренных материалов, их применение экономически выгодно, учитывая, что себестоимость нефтепродуктов может в перспективе возрасти в несколько раз. Значительного уменьшения массы автомобиля можно достичь снижением массы отдельных элементов подвески, колес, а также шин.
Термический нейтрализатор представляет собой теплоизолированную емкость со специальной организацией течения отработавших газов, устанавливаемую в выпускной системе двигателя и осуществляющую термическое доо-кисление токсичных компонентов за счет собственного тепла отработавших газов. Термическая нейтрализация не зависит от вида сжигаемого топлива, наличия присадок и позволяет использовать в двигателях этилированный бензин.
Одним из путей экономии жидкого нефтяного топлива и снижения уровня загрязнения окружающей среды является замена (полная или частичная) бензинов и дизельных топлив другими энергоносителями, не нефтяного происхождения. К таким заменителям предъявляются ряд технических требований: они должны обладать физико-химическими свойствами, позволяющими использовать их на транспортных средствах без ухудшения технических параметров или существенного ограничения сферы применения; земные запасы этого топлива или сырья для его получения должны быть достаточно велики; отрицательное воздействие на окружающую среду при добыче, получении, хранении, использовании этих видов топлива должно быть приемлемым по характеру и размерам.
Сжиженный нефтяной газ представляет собой смесь углеводородов, которые при температуре окружающей среды и сравнительно небольшом избыточном давлении(1-2 МПа) переходят из газообразного состояния в жидкое. Основными их компонентами являются пропан, бутан, пенТан и близкие к ним непредельные углеводороды - этилен, пропилен, бутилен. На практике обычно используются пропан - бутановые смеси, суммарное количество остальных составляющих не превышает 5-9%. Получают сжиженные газы при добыче и переработке нефти и попутного газа.
Сжатый природный газ является смесью углеводородов метанового ряда и неуглеродных компонентов: азота, диоксида углерода, сероводорода и др. Получают его путем сжатия природного газа, который в зависимости от способа производства может быть: собственно природным (из буровых скважин газовых месторождений); попутным (нефтяным, получаемым при расходе нефти); газом газоконденсатных месторождений. Содержание различных компонентов в природном газе зависит от месторождения, но основной составляющей всегда является метан.
Синтетические спирты получают в результате синтеза из различного сырья. Наибольшее практическое применение находят метанол-метиловый и этанол-этиловый спирты. В качестве сырья для метанола используют уголь, природный газ, известняк, бытовые отбросы, отходы лесного хозяйства. Этанол получают из сахарного тростника, свеклы, зерновых культур, различных сельскохозяйственных отходов.
Газовые конденсаты представляют собой жидкие углеводороды, конденсирующиеся при нормальных давлении и температуре из природных газов, находящихся в подземных пластах под давлением 4,9-9,8 МПа при температуре до 150 °С. По составу газовые конденсаты разделяются на группы: тяжелые газовые конденсаты относительно узкого фракционного состава и легкие более широкого фракционного состава. Тяжелые конденсаты по своим основным свойствам незначительно отличаются от зимних и арктических дизельных топлив, легкие конденсаты имеют плотность, вязкость, температуру вспышки и застывания меньше, чем у дизельных топлив.
Проблема применения водорода в качестве транспортного топлива уже длительное время привлекает внимание. Объясняется это тем, в частности, что водород имеет наиболее высокую теплоту сгорания, хорошо воспламеняется, быстро и полностью сгорает, продукты сгорания даже при использовании в качестве окислителя атмосферного воздуха могут быть практически безвредными в экологическом отношении. Запасы водорода в природе практически неограниченны.
В последнее время в Европе сильно возрос интерес к использованию в качестве топлива для дизелей масел растительного происхождения. Они получаются путем переработки различных растений: рапса, подсолнечника, арахиса, сои, эвкалипта, хлопка и т.п.
Наряду с совершенствованием транспортных средств, созданием их экономичных конструкций проблема уменьшения расхода топлива, снижения токсичности отработавших газов на автомобильном транспорте решается путем улучшения эксплуатационных факторов. При этом, как показывают расчеты, относительное снижение расхода топлива в сфере производства при современном уровне автомобилизации может достигнуть лишь 45%, в то время как относительные материальные затраты для данного варианта составляют 80% общих затрат. В сфере же эксплуатации относительное уменьшение расхода топлива может достигать 55% при существенно меньших относительных удельных затратах (около 20%).
Как известно, производительность автомобиля повышается с увеличением его грузоподъемности. Повышение грузоподъемности автомобиля приводит к некоторому увеличению расхода топлива на 100 км пробега, но в связи с ростом производительности при этом значительно снижается расход топлива на единицу транспортной работы (рис. 8.1).
Эффективность использования подвижного состава на автомобильном транспорте оценивается по различным направлениям: по времени, пробегу, грузоподъемности, скорости. Для оценки применяется целая система показателей. Из названных направлений уровень использования автомобилей по пробегу, грузоподъемности, скорости непосредственно влияет на расход топлива.
Движение по автомобильным дорогам характеризуется скоростью, интенсивностью (определяемой количеством транспортных средств, проходящих через поперечное сечение дороги в обоих направлениях в единицу времени), составом транспортного потока, его плотностью, неравномерностью. Эти характеристики дорожного движения оказывают сильное влияние на расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом.
В процессе эксплуатации из-за износов узлов и деталей, нарушения регулировочных параметров происходит изменение технического состояния автомобиля, которое приводит не только к ухудшению мощностных и экономических показателей, но и к повышению его отрицательного воздействия на окружающую среду. Установлено, что эксплуатационные отказы по основным агрегатам и системам автомобиля, влияющие на расход топлива и выброс токсичных веществ с отработавшими газами, распределяются следующим образом: система питания - 30%, двигатель - 28%, система зажигания - 26% и трансмиссия -16%. Из приведенных данных видно, что система питания оказывает наибольшее влияние на загрязнение окружающей среды отработавшими газами. Исследования показывают, что являющиеся самым ва>кным элементом системы питания карбюраторы, эксплуатируемые в обычных условиях, имеют значительные отклонения от параметров, установленных заводом-изготовителем.
Основной системой, оказывающей наибольшее влияние на изменение экономических и токсических показателей работы двигателя, является система питания. Техническое состояние системы питания, а также работа двигателя на переменных режимах изменяют коэффициент избытка воздуха а, от которого значительно зависит содержание токсичных компонентов, в очень широких пределах (рис. 8.7).
В странах СНГ принята планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта автомобилей, принципиальные основы которой установлены действующим «Положением о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта». Система определяет виды обслуживания и ремонта автомобилей, периодичность их проведения, объем и трудоемкость выполнения технических воздействий.
Концентрация углеводородов определяется измерением тока ионизации, который изменяется при сгорании веществ. При сгорании чистого водорода его пламя не образует тока ионизации. Если в этом пламени сгорают другие вещества, то образуется ионизационный ток, сила которого пропорциональна массе сгоревших компонентов. В ионизационную камеру (рис. 8.32) подаются под давлением водород и воздух. С помощью устройства 8 водород воспламеняется. При введении в пламя водорода анализируемой пробы образуется ток ионизации, который подается на усилитель и регистрируется самописцем или регистрирующим прибором. Детектор чувствителен только к веществам органического происхождения. При этом обеспечивается линейная зависимость между концентрацией в анализируемой пробе органических веществ и выходными сигналами.
Эффективность топливоиспользования на автомобильном транспорте в большой мере зависит от уровня нормирования расхода топлива. Под нормированием расхода топлива на транспорте следует понимать установление максимально допустимой нормы его потребления при выполнении единицы транспортной работы (пробега) с учетом достижений научно-технического прогресса в отраслях, занимающихся производством и эксплуатацией транспортных средств, топлива, смазочных материалов. Целью нормирования является осуществление режима экономии, рационального распределения и наиболее эффективного использования топлива. Совершенствование нормирования позволяет увеличивать масштабы перевозок при имеющихся ресурсах.
Значительная экономия топлива на автомобильном транспорте может быть получена за счет сокращения его потерь при транспортировке, хранении, раздаче, совершенствования учета и контроля за расходом.Автомобильное топливо перевозят чаще всего в автомобилях-цистер-нах вместимостью от 4 до 10 тыс. л, а при использовании полуприцепов-цис-терн - до 25 тыс. л. В крышке горловины цистерны устанавливаются приемный штуцер, дыхательный клапан для автоматического регулирования давления в цистерне и контрольный щуп для определения в ней уровня топлива. Заполнение цистерны топливом из резервуара, расположенного ниже уровня цистерны, производится с помощью центробежного насоса с приводом от коробки отбора мощности.