тюменцева пособие

61

gx.x– удельное выделение загрязняющих веществ двигателем на холостом ходу, г/мин;

L'(L") – пробег по территории предприятия в день при выезде (возврате), км;

tnp – время прогрева двигателя, мин;

tx.x – время работы двигателя на холостом ходу, мин.

Величина tnp принимается одинаковой для различных типов автомобилей, но несущественно зависит от температуры воздуха

(табл. 20). Примечания:

1.При хранении автомобилей на теплых закрытых стоянках принимаются значения tnp = 1,5 мин.

2.Для маршрутных автобусов, хранящихся на открытых стоянках без средств подогрева при температуре воздуха ниже –10 0С, прини-

мается tпр = 8 мин при условии периодического подогрева двигателя по 15 мин.

3.При хранении грузовых автомобилей и автобусов на открытых

стоянках, оборудованных средствами подогрева, при температуре воздуха ниже -5 0С принимается tnp = 6 мин, при хранении легковых автомобилей tnp = 4 мин.

4.В неучтенных ситуациях tnp может приниматься по фактическим замерам.

5.Продолжительность работы двигателя на холостом ходу при выезде на линию (возврате) в среднем составляет 1 мин.

Таблица 20

Зависимость времени прогрева автомобиля от температуры воздуха

	Время прогрева, мин
Температура	легкового	грузового автомобиля
воздуха, ºС	автомобиля	и автобуса
выше + 5	3	4
+5...-5	4	6
-5...-10	10	12
-10...-15	15	20
-15...-20	15	25
-20...-25	20	30
ниже -25	20	30

62

Опыт № 2. Определение валового выделения (т/год) загрязняющих веществ группой автомобилей

Валовое выделение (т/год) загрязняющих веществ от группы из N штук автомобилей рассчитывается отдельно для каждого периода года – теплого (Т), переходного (П) и холодного (X) – по следующей формуле:

Мт(пх) = α × (М'к + М''к) × N × DT(П,Х) × 10-6,

(9.4)

где α – коэффициент выпуска – отношение количества выезжающих с территории предприятия к количеству имеющихся автомобилей данной группы;

DT(П,Х) – количество рабочих дней в рассчитываемом периоде года (холодном, теплом, переходном).

Общее (годовое) валовое выделение загрязняющих веществ определяется суммированием по формуле:

ML = МТ + МП + МХ.

(9.5)

Опыт № 3. Определение максимально разового выделения (г/с) загрязняющих веществ автомобилями

Максимально разовое выделение (г/с) загрязняющих веществ автомобилей k-й группы рассчитывается для месяца с наиболее низкой среднемесячной температурой по формуле:

G' = Mk × α × N/(60 × tp),

(9.6)

где tp – время разъезда автомобилей, мин.

Пример 1: На открытой стоянке перед административным зданием предприятия, расположенного в Подмосковье, ежедневно паркуется один автомобиль ГАЗ-2410 («Волга») с рабочим объемом двигателя – 2,445 л. Расстояние от центра стоянки до въездных-выездных ворот – 300 м. В среднем автомобиль выезжает (и въезжает) на стоянку по три раза в сутки двенадцать месяцев в году. Специальные меры по предварительному подогреву двигателя в холодный период времени не применяются. Определить валовые выбросы СО, NОх одного автомобиля за год.

Решение. Величины удельных выделений оксидов углерода и азота двигателями легковых автомобилей с рабочим объемом двига-

63

теля свыше 1,8 и до 3,5 л в различные периоды года приведены в

таблице 21.

Для Подмосковья длительность периодов года составляет: теплый период –183 дня, переходный – 92 дня, холодный – 90 дней.

В данном случае (открытая стоянка, отсутствие каких-либо очистных сооружений) величины выбросов загрязняющих веществ в атмосферу равны величинам выделения этих загрязняющих веществ двигателями автомобилей.

Таблица 21

Величины удельных выделений СО и NOх двигателями легковых автомобилей в различные периоды года

	Удельные выделения загрязняющих веществ
		СО				NOх
Режим	в период года				в период года
работы двигателя	теплый	пере-		холод-	теплый	пере-		холод-
	(Т)	ходный		ный	(Т)	ходный		ный
		(П)		(X)		(П)		(X)
Прогрев, г/мин	5,0	8,19		9,1	0,05	0,07		0,07
Пробег (движение
автомобиля), г/км	17,0	19,17		21,3	0,04	0,04		0,04
Холостой ход,		4,5				0,05
г/мин

В теплый период года валовые выделения (г/день) загрязняющих веществ за день определяем по уравнению

при троекратном выезде с территории (9.2):

М'ТNOx = 3 × (gТNOх прогр × tпрогр + gТNOxL ×L' + gNOx x.x × tx.x) =

= 3×(0,05×3 + 0,04×0,3 + 0,05×1) = 0,636;

М'ТCO =3 × (gТCO прогр × tпрогр + gТCO L ×	L' + gCOx.x × tx.x) =
= 3 × (5 × 3 + 17 × 0,3 + 4,5 ×	1) = 73,8;

при троекратном въезде на территорию (9.3):

М''ТNOx= 3 × ( gТNOxL × L" + gNOx x.x × tx.x) = 3 × (0,04×3 + 0,05×1) = 0,186;

М''ТCO =3 × ( gТCOL × L" + gCOx.x × tx.x) = 3 × (17×0,3 + 4,5×1) = 28,8.

64

В переходный период года валовые выделения (г/день) загрязняющих веществ за день при температуре от +5 0С до -5 0С (время прогрева легкового автомобиля – 4 мин) рассчитываем по уравнению

(9.2):

при троекратном выезде c территории:

М'ПNOx =3 × (gПNOx прогр × tпрогр + gПNO xL × L' + gNOx x.x × tx.x ) =

=3 × (0,07×4 + 0,04×0,3 + 0,05×1) = 1,026;

М'ПCO =3 × (gПCOпрогр × tпрогр + gПCOL × L' +gCOx.x ×tx.x) =

=3 × (8,19×4 +19,17×0,3 + 4,5×1) = 129,033;

при троекратном въезде на территорию (9.3):

М''ПNOx = 3 ×(gПNOx L ×L" + gNOx x.x ×tx.x) = 3 ×(0,04×3 + 0,05×1) = 0,186;

М''ПCO = 3 ×(gПCOL ×L" + gCO x.x ×tx.x) = 3 ×(19,17×0,3 + 4,5×1) = 30,753.

В холодный период года валовые выделения загрязняющих веществ за день при температуре от -5 0С до -10 0С (время прогрева легкового автомобиля = 10 мин) рассчитываем по уравнению (9.2):

при троекратном выезде с территории:

М'ХNOx = 3 × (gХNOx прогр ×tпрогр + gХNOxL × L' + gNOx x.x × tx.x) =

= 3 ×(0,07×10 + 0,04×0,3 + 0,05×1) = 2,286;

M'ХCO = 3 ×(gХCOпрогр × tпрогр + gХCOL × L' + gCОx.x × tx.x) = = 3 × (9,1×10 + 21,3×0,3 + 4,5×1) = 305,67;

при троекратном въезде на территорию (9.3):

М''ХNOx = 3 × (gХNOxL ×L" + gNOx x.x × tx.x) = 3 ×(0,3 + 0,05×1) = 0,186;

М''ХCO = 3 × (gХCOL × L" + gCO x.x × tx.x) = 3 ×(21,3×0,3 + 4,5×1) = 32,67.

В теплый период года суммарные валовые выделения (т/год) загрязняющих веществ определяем по уравнению (9.4):

MТNOx = ά × (М'ТNOx + М''ТNOx ) × N × DТ × 10-6 =

= 1 × (0,636 + 0,186) × 1 × 183 × 10-6 = 0,1504 × 10-3;

MТCO = ά × (М'ТCO + М''ТCO) × N × DТ × 10-6 =

= 1 × (73,8 + 28,8) × 1 × 183 × 10-6 = 18,7758 × 10-3.

65

В переходный период года суммарные валовые выделения (т/год) загрязняющих веществ определяем по уравнению (9.4):

MПNOx = ά × (М'ПNOx + М''ПNOx)× N × DП × 10-6 =

=1 × (1,026 + 0,186) × 1 × 92 × 10-6 = 0,1115 × 10-3;

MПCO = ά × (М'ПCO + М''ПCO) × N × DП × 10-6 =

=1 × (129,033 + 30,753) × 1 × 92 × 10-6 = 14,7003 × 10-3 т/год.

В холодный период года суммарные валовые выделения (т/год) загрязняющих веществ определяем по уравнению (9.4):

MХNOx = ά × (М'ХNOx + М''ХNOx) × N × DХ × 10-6 =

= 1 × (2,286 + 0,186) × 1 × 90 × 10-6 = 0,2225 × 10-3;

MХCO = ά × (M'ХCO + М''ХCO) × N × DХ × 10-6 =

= 1 × (305,67 + 32,67) × 1 × 90 × 10-6 = 30,4506 × 10-3 т/год.

Общий (годовой) валовый выброс загрязняющих веществ

(т/год) определяем суммированием по уравнению (9.5):

MΣ NOx = MТNOx + MПNOx + MХNOx =

= 0,1504 × 10-3 + 0,1115 × 10-3 + 0,2225 × 10-3 = 0,4844 × 10-3;

MΣ CO = MТCO + MПCO + MХCO =

= 18,7758 × 10-3 + 14,7003 × 10-3 + 30,4506 × 10-3 = 63,9267 × 10-3.

Пример 2: Ежедневно из гаража (теплой закрытой стоянки) строительной организации на объекты выезжают, затем возвращаются 12 из 15 имеющихся в наличии автомашин КамАЗ-53212 грузоподъемностью 10 т, оснащенных дизельными двигателями. Время разъезда машин – 20 минут. Расстояние от центра стоянки до ворот – 80 м. Стоянка оборудована единой вытяжной вентиляционной системой, не имеющей устройств очистки воздуха от загрязняющих веществ.

Определить:

– валовый и максимальный разовый выбросы сажи в атмосферу из вентиляционной системы гаража;

66

– на сколько и во сколько раз изменится максимальный разовый выброс сажи при увеличении времени равномерного разъезда машин из гаража до 45 минут.

Решение. Величины удельных выделений сажи двигателями грузовых автомобилей грузоподъемностью свыше 8 и до 16 т в теплый период года представлены в таблице 22.

	Таблица 22
Величины удельных выделений сажи
двигателями грузовых автомобилей
Режим работы двигателя	gТС
Прогрев, г/мин	0,04
Пробег (движение автомобиля), г/км	0,3
Холостой ход, г/мин	0,04

Так как стоянка теплая закрытая, то расчеты для всех 365 дней года проводят как для постоянно теплого периода года, принимая время прогрева двигателя (tпр) равным 1,5 мин.

Валовое выделение сажи за день (г/день) при выезде с территории одного автомобиля определяют по уравнению (9.2):

М'С = gТC прогр× tпрогр + gТCL × L' + gCx.x× tx.x =

=0,04 × 1,5 + 0,3 × 0,08 + 0,04 × 1) = 0,124;

апри въезде на территорию – по уравнению (9.3):

М''С =gТCL × L' + gCx.x × tx.x = 0,3 × 0,08 + 0,04 × 1 = 0,064.

Суммарное валовое выделение (т/год) сажи, которое равно об-

щему (годовому) выбросу сажи в атмосферу, рассчитываем по урав-

нению (9.4):

MΣ С = ά × ( М'С + М''С) × N × D × 10-6 =

= (12/15) × (0,124 + 0,064) × 15 × 365 × 10-6 = 0,8234 × 10- 3 .

Максимальный разовый выброс (г/с) сажи в атмосферу вентиля-

ционной системой гаража определяем по уравнению (9.6):

при времени разъезда автомашин, равном 20 минутам:

GС1 = М'С × ά × N/(60 × tp ) = 0,124 × (12/15) × 15/(60 × 20) = 0,00124,

при времени разъезда, равном 45 минутам:

GС2 = 0,124 × (12/15) × 15/(60 × 45) = 0,000551.

67

С увеличением времени разъезда автомашин с 20 до 45 мин максимальный разовый выброс сажи в атмосферу уменьшается на

(0,00124 – 0,000551) = 0,000689 г/с, или в (0,00124/0,000551) = 2,25

раза.

При выполнении расчетов рекомендуется использовать электронные вычислительные машины и стандартные компьютерные программы, облегчающие вычисления, например, программу «Microsoft Excel».

После ознакомления с данной темой студенты научатся рассчитывать выбросы вредных веществ в атмосферу и изучат меры, необходимые для их уменьшения.

Контрольные вопросы

1. Что такое воздух?

2. Перечислите основные загрязняющие вещества, входящие в состав выхлопных газов практически всех двигателей.

3.От каких факторов зависят удельные выбросы загрязняющих веществ двигателей автотранспорта?

4.Как классифицируются вредные и отравляющие вещества по степени опасности?

5.В чем заключается гигиеническая вредность загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателями автотранспорта?

[1, с. 266–270, 274–281, 295–317; 2, с. 259–264; 3, с. 87–91, 97– 106, 136–140, 147–157].

68

УИРС

Опыт № 1. Количественное определение содержания хлоридионов

Материалы, реактивы, оборудование: колбы на 200 мл; пипет-

ки на 10 мл; цилиндры мерные на 100 мл; бюретки для титрования; дистиллированная вода; штатив с пробирками; исследуемая вода; 0,01 н. раствор нитрата серебра AgNO3; 0,01 н. раствор хлорида натрия NaCl; 5 %-ый раствор хромата калия K2CrO4.

Количественное определение хлорид-ионов в воде проводят после качественного их обнаружения (см. тема 2, опыт № 3).

Определение хлоридов ведут по методу Мора.

Принцип этого метода основан на осаждении хлоридов азотнокислым серебром в присутствии хромата калия К2СrO4. При наличии в растворе хлоридов AgNO3 связывается с ними, а затем образует хромат серебра оранжево-красного цвета.

NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3,

2AgNO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4 + 2KNO3.

Сначала устанавливают титр AgNO3. Для этого в коническую колбу на 200 мл вносят 10 мл раствора NaCl и 90 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 капель K2CrO4. Содержимое колбы титруют раствором AgNO3 до перехода лимонно-желтой окраски мутного раствора в оранжево-красную, не исчезающую в течение 15–20 сек.

Поправочный коэффициент к титру AgNO3 рассчитывают по результатам трех титрований:

К			30		,
	V		V	V
	1		2	3

где V1, V2, V3 – объем AgNO3, использованный на каждое из трех титрований, мл.

При содержании хлоридов менее 250 мг/л берут 100 мл фильтрованной исследуемой воды. При большем содержании хлоридов берут 10–15 мл. Воду наливают в две конические колбы, доводят до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 капель раствора K2CrO4. Раствор в одной колбе титруют AgNO3, а вторую колбу используют для контроля.

69

Содержание хлорид-ионов в воде (Х, мг-экв/л) рассчитывают по формуле:

Х	V1	К 0,355 1000		,
		Vв

где X – содержание хлорид-иона в мл;

V1 – количество раствора AgNO3, пошедшего на титрование, мл; К – поправочный коэффициент к титру; 0,355 – эквивалентное количество хлора, соответствующее 1 мл

0,01 н. раствора AgNO3, мг;

Vв – объем исследуемой пробы, мл.

Результаты содержания хлорид-ионов оценивают по таблице П. 1.2.

Опыт № 2. Определение общей жёсткости воды

Для определения общей жёсткости пользуются трилонометрическим методом. Основным рабочим раствором является трилон Б – двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты:

COOH-CH2	CH2-COONa
	N-CH2-CH2-N
COOH-CH2	CH2-COONa

Определение суммарного содержания ионов кальция и магния основано на способности трилона Б образовывать с этими ионами прочные комплексные соединения в щелочной среде, замещая свободные ионы водорода на катионы Са2+ и Mg2+:

Ca2+ + Na2H2R Na2CaR + 2H+,

где R – радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты.

В качестве индикатора используется хромоген черный, дающий с Mg2+ соединение винно-красного цвета, при исчезновении Mg2+ он приобретает голубую окраску.

Реакция идет при рН 10, что достигается добавлением в пробу аммиачного буферного раствора (NH4OH+NH4CI). В первую очередь связываются ионы кальция, а затем магния.

Определению мешают ионы меди (>0,002 мг/л), марганца (>0,05 мг/л), железа (>1,0 мг/л), алюминия (>2,0 мг/л).

70

Материалы, реактивы, оборудование: бюретка; пипетки на

15 мл, 100 мл; колба коническая на 250 мл; капельница; мерный цилиндр на 100 мл; 0,05 н. раствора трилона Б; 0,05 н раствор сульфата магния MgSO4; аммиачный буферный раствор NH4OH + NH4CI; индикатор хромоген черный; исследуемая вода.

Определение нормальности трилона Б производится по стан-

дартному 0,05 н. раствору MgSO4.

В коническую колбу отмеряют пипеткой 15 мл 0,05 н. раствора MgSO4, добавляют 85 мл дистиллированной воды (до 100 мл мерным цилиндром), приливают 5 мл аммиачного буферного раствора и 5 капель индикатора хромогена черного, после чего проводят титрование раствором трилона Б.

Пробу титруют до появления голубой окраски от одной прилитой капли трилона Б, что свидетельствует об исчезновении ионов Mg2+.

Дальнейшее прибавление трилона Б не изменяет голубой окраски раствора, поэтому следует внимательно следить за постепенным изменением окраски от винно-красной через переходные окраски (фиолетовую, грязно-синюю) до голубой.

Титрование проводят дважды. Поправочный коэффициент к нормальности трилона Б рассчитывают по формуле:

КV1 , V2

где V1 – количество трилона Б, израсходованное на титрование, мл; К – поправочный коэффициент к нормальности трилона Б;

V2 – объем пробы, мл.

Определение общей жёсткости пробы. Пипеткой Мора отме-

ряют 100 мл исследуемой воды в коническую колбу, добавляют буферный раствор и индикатор (в том же количестве, что и при определении поправочного коэффициента) и титруют раствором трилона Б. Определение повторяют и берут средний результат.

Вычисление общей жёсткости в мг-экв/л проводят по формуле:

V1		N K 1000		,
Жобщ.
		V2

где V1 – количество трилона Б, израсходованное на титрование, мл; К – поправочный коэффициент к нормальности трилона Б;

V2 – объем пробы, мл;

N – нормальность трилона Б.