Свойства топлив, используемых в автомобильных двигателях

*Н_н - теплота сгорания низшая (массовая).

Горючие газы, применяемые в настоящее время в качестве топлива, разделяются на два вида: природный газ и нефтя­ные газы. Высокое октановое число и хорошие экологичес­кие характеристики определили их преимущественное ис­пользование в двигателях с принудительным зажиганием.

Одним из наиболее популярных альтернативных видов топлива являются спирты. Это, прежде всего, метиловый (метанол) и этиловый (этанол) спирты. Наиболее перспектив­ным считается метанол, производство которого возможно из любого сырья, содержащего углерод.

Наибольшее коли­чество метанола в России производится из природного газа. Наиболее перспективным из эфиров по экономическим и экологическим показателям являются метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) и диметиловый эфир (ДМЭ). Первый используется как кислородсодержащий компонент, заменя­ющий в бензинах тетраэтилсвинец, повышающий их детона­ционную стойкость и уменьшающий выбросы сажи и моноксида углерода. Диметиловый эфир является простейшим эфиром, имеет формулу СН₃ОСН₃ и вырабатывается, в пер­вую очередь, из природного газа.

Сегодня разработка автомобильных двигателей, работа­ющих на окислении водорода кислородом, считается наиболее перспективным направлением. Однако водород в природе встречается, в основном, в связанном виде. Промышленно водород производится тремя способами: электролизом во­ды, конверсией метана при температуре 900 °С или пропус­канием паров воды над раскаленным углем при температу­ре более 1000 °С - это весьма энергоемкие производства. При современных технологических возможностях производства водорода это топливо экономически неконкурентоспособ­но, в качестве топлива для автомобильных поршневых дви­гателей водород, несмотря на свои экологические достоин­ства, также неперспективен из-за малой плотности.

Существенно уменьшить выбросы отработавших газов автомобилей можно также за счет совершенствования авто­транспортной инфраструктуры. К наиболее значимым ме­роприятиям в этой сфере следует отнести:

• выбор рационального парка автомобилей, их маршрутов и скоростного режима движения;

• совершенствование улично-дорожной сети в городах;

• совершенствование методов управления движением.

Принципиально снизить выбросы автотранспорта может

массовое использование электромобилей. По прогнозам специалистов, к 2030 г. почти половина автотранспорта бу­дет представлена экологически чистыми электромобилями. На сегодня внедрение этого вида транспорта сдерживает его высокая стоимость, причем 70% цены электромобиля при­ходится на его батарею.

Защита гидросферы от стоков. При выборе схемы и тех­нологического оборудования станций очистки необходимо знать расход сточных вод и концентрацию содержащихся в них примесей, а также допустимый состав сточных вод, сбрасываемых в водоемы. Допустимый состав сточных вод рассчитывают с учетом Правил охраны поверхностных вод. Правила устанавливают нормы на ПДК веществ, состав и свойства воды водоемов.

Расчет допустимой концентрации примесей С_о в сточных водах, сбрасываемых в водоемы, проводят в зависимости от преобладающего вида примесей сточных вод и характерис­тик водоема. При преобладающем содержании взвешенных веществ их допустимая концентрация составляет

,

где С_В - концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса в него сточных вод, кг/м³; п - кратность разбавле­ния сточных вод в воде водоема, характеризующая часть рас­хода воды водоема, участвующую в процессе перемешивания и разбавления сточных вод; ПДК - предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в воде водоема, кг/м³.

Условия смешения сточных вод с водой озер и водохра­нилищ существенно отличаются от условий их смешения в реках и каналах. Допустимая концентрация примесей сточ­ных вод в начальной зоне смешения в озерах уменьшается более существенно, и их полное перемешивание происхо­дит на значительно больших расстояниях от места выпуска, чем в реках и каналах.

Способы и методы очистки сточных вод. Для очистки сточ­ных вод применяют механические, химические, физико-хи­мические и биологические методы. Выбор метода зависит от требований к качеству очищенных сточных вод, от места расположения предприятия и т.д.

В сооружениях для механической очистки сточных вод (рис. 3.29) сначала отделяются наиболее крупные загрязне­ния на решетках и ситах, устанавливаемых в голове очист­ных сооружений, а затем в песколовках, где из сточных вод выпадают взвеси с размером фракции, как правило, более 0,15—0,2 мм. Основное количество взвешенных веществ удаляется в отстойниках.

Рис.3.29. Схема механической очистки воды

Решетки устанавливают на очистных сооружениях обычно с прозорами 16-20 мм, хотя в последнее время по­явились решетки с меньшими прозорами, вплоть до 4 мм. Обычно решетки устанавливают под углом 60° к горизонту. К химическим методам очистки сточных вод чаще всего относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Эти методы применяют для удаления растворенных веществ пе­ред подачей воды на биологическую очистку.

Сточные воды, содержащие кислоты или щелочи, нейтра­лизуют путем смешения кислых и щелочных стоков, добавле­нием реагентов, подаваемых в различных агрегатных состоя­ниях. При этом количество добавляемого реагента опреде­ляется доведением рН сточных вод до значения 6,5-8,5.

Для проведения процесса окисления используют озон, что позволяет в ряде случаев успешно очищать сточные во­ды от фенола, нефтепродуктов, мышьяка и других токсич­ных веществ. Достаточно эффективно для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, цианидов использова­ние хлора и веществ, содержащих активный хлор.

Методы физико-химической обработки сточных вод обыч­но включают флотацию, адсорбцию, ионный обмен и др. Схе­ма процесса пневматической флотации показана на рис. 3.30.

Рис. 3.30. Схема пневматической флотационной очистки сточных вод:

1 - сточная вода; 2 - пенный продукт; 3 - очищенная вода; 4 - воздух

В последние годы флотация широко используется для очистки вод от ПАВ. Применение пневматических флото-машин наиболее распространено при флотации тонкозер­нистых пульп и оборотных жидкостей. Аэрация жидкостей в этом случае осуществляется путем пропускания воздуха или какого-либо газа через различные пористые элементы, например керамику, пористую резину.

Наряду с флотацией для очистки сточных вод используют адсорбционную технологию с использованием в качестве адсор­бента чаще всего активированных углей. Это позволяет полу­чать остаточные концентрации основных ингредиентов ниже нормативных значений. Например, концентрация нефте­продуктов в очищенной воде после адсорбционной очистки не превышает в большинстве случаев 0,05 мг/л, что соответ­ствует ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения.

Наиболее широко распространенным способом очистки сточных вод является биологический, который известен уже более 100 лет. В биологической очистке использованы осо­бенности микроорганизмов. При такой очистке сточные во­ды, после механической и, возможно, физико-химической очистки, смешивают с активным илом. Смешение осуще­ствляют в специальных сооружениях - аэротенках, представляющих собой открытые емкости достаточно большого объема с расположенными в них аэраторами барботажного, механического, струйного или другого типа. В результате достаточно длительного (в течение 10-36 ч) контактирова­ния микроорганизмов с водой в условиях аэрации воздухом происходит биоразложение органических примесей, не уда­ленных на предыдущих стадиях очистки.

Сооружения биологической очистки в естественных ус­ловиях подразделяют на поля фильтрации и биологические пруды. На полях фильтрации сточная вода проходит через слой почвы, содержащий в большом количестве аэробные бактерии, получающие кислород из воздуха. В процессе фильтрации через слой почвы органические загрязнения сточных вод задерживаются в нем. При этом образуется би­ологическая пленка с большим количеством микроорганиз­мов различных видов. Задержанные на биопленке органи­ческие вещества аэробными микроорганизмами доводятся до минеральных соединений. Эти процессы наиболее ин­тенсивно происходят в почве на глубине приблизительно 0,1-0,4 м. В результате биохимических процессов углерод органических веществ превращается в углекислоту, а азот аммонийных солей превращается в нитраты и нитриты.

В искусственных условиях применяют аэротенки, а также биофильтры. На рис. 3.31 изображен трехкоридорный аэротенк, где очищаемая вода с активным илом «змейкой» дви­жется по коридорам аэротенка со скоростью, которая выбира­ется из расчета времени пребывания сточных вод в аэротенке, т.е. примерно 6-30 ч, в зависимости от требуемой степени очистки.

Очистка поверхностных сточных вод. Для исключения загрязнения почв и грунтов и подземного водоносного го­ризонта на территории промышленных предприятий, в том числе предприятий энергетики (ТЭЦ, ГРЭС и т.д.) и транс­порта (автотранспортные подразделения, мойки автомоби­лей и др.), должны быть в обязательном порядке сооруже­ны локальные очистные установки поверхностных сточных вод. Такие установки, как правило, включают приемную ре­шетку, песколовку, отстойники, флотатор, фильтры доочистки. Эффективность работы локальных очистных соору­жений поверхностных сточных вод во многом зависит от технического уровня устройств, с помощью которых проис­ходит извлечение нефтепродуктов. В настоящее время раз­работан комбинированный флотатор усовершенствованной конструкции, позволяющий извлечь до 95% содержащихся в воде нефтепродуктов. Очищенная сточная вода с содержа­нием нефтепродуктов не более 0,05 мг/л может быть сбро­шена на рельеф или в расположенный рядом водоем.

Рис. 3.31. Схема трехкоридорного аэротенка

Защита земель и почв от загрязнения. Защита почв от за­грязнения имеет специфические особенности, а именно:

• основные источники загрязнения почвы – осаждение выбросов промышленных предприятий и средств транспорта, а также загрязнения от мест ликвидации и захоронения
промышленных и бытовых отходов;

• в почве происходит накопление веществ, поскольку она является малоподвижной средой и миграция загрязнений в почве происходит гораздо медленнее, чем атмосфере
и гидросфере;

• влияние загрязнения почвы на человека проявляется косвенно через качество сельскохозяйственной продукции, а влияние на фауну и флору - непосредственное;

• характер и степень влияния загрязнения почв на человека и биосферу изучены много хуже, чем влияние загряз­нений атмосферы и гидросферы.

Защита почвы достигается за счет снижения процессов седиментации веществ из атмосферы и рационального ис­пользования удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве.

Внесение удобрений компенсирует изъятие растениями из почвы фосфора, калия и других веществ. Однако вместе с удобрениями в почву вносятся тяжелые металлы и соедине­ния, которые содержатся в удобрениях как примеси. К ним от­носятся: кадмий, медь, никель, свинец, хром и др. Выведение этих примесей из удобрений - трудоемкий и дорогой процесс. Особую опасность представляет использование в качестве удобрений осадков промышленных сточных вод, как правило, насыщенных отходами гальванического и других производств.

Для защиты земель используют сбор отходов и их после­дующую утилизацию или организованное захоронение. Пра­вовые основы обращения с отходами определяются Феде­ральным законом от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», который устанавливает две цели:

1) предотвращение вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую природную среду;

2) вовлечение отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья.

Сейчас технически возможно использовать две трети об­разующихся отходов, причем капитальные вложения при переработке вторичного сырья примерно в четыре раза меньше, чем первичного. Эколого-экономический эффект использования вторичного сырья на примере трех видов продукции представлен в табл. 3.7.

Таблица 3.7