Реферат за темою випускної роботи

Зміст

1. Аналіз вихлопів автомобільного транспорту та обґрунтування необхідності контролю концентрації суми вуглеводнів

Донецьк – великий адміністративний, промисловий і культурний центр України. Населення міста складає 1007,0 тис. осіб, чисельність працездатного населення досягає 675,7 тис. осіб, щільність населення становить 1770 чоловік на 1 км2. На рисунку 1 зображено забруднення повітря шкідливими викидами підприємств.


Забруднення повітря в промисловому місті

Рисунок 1 – Забруднення повітря в промисловому місті


Забруднення атмосферного повітря є однією з найсерйозніших екологічних проблем багатьох промислових міст. Вплив забруднення повітря на здоров’я людини проявляється через скорочення середньої тривалості життя, збільшення кількості передчасних смертей, зростання захворюваності та негативний вплив на розвиток дітей. Хоча останнім часом в місті спостерігається тенденція зниження валових викидів шкідливих речовин, проте рівень забруднення атмосферного повітря залишається ще порівняно високим.

Аналіз наведених даних показує, що за останні 10 років загальні валові викиди шкідливих речовин зменшилися на 15 %. При цьому викиди від промислових підприємств знизилися на 32 %, а викиди транспорту зросли на 76 %. У разі збереження існуючих тенденцій, кількість викидів шкідливих речовин від пересувних джерел до 2020 року перевищить відповідну кількість викидів від стаціонарних джерел. У цьому випадку валова кількість викидів по місту зросте на 30‑40 % і може скласти від 280 до 300 тис. тон на рік [1]. Аналіз складу викидів в атмосферу свідчить, що в 2007 році в порівнянні з 2000 роком знизилися викиди оксиду вуглецю (на 12 %), діоксиду сірки (на 44 %) і пилу (на 37 %), однак при цьому зросли викиди сполук азоту (на 48 %).

В даний час можна відзначити наявність у процесах забруднення атмосферного повітря міста Донецька наступних тенденцій:

Вище було сказано, що найбільшу небезпеку для атмосферного повітря представляють викиди автомобільного транспорту, так як простежується тенденція зростання частки шкідливих викидів, вироблених автомобільним транспортом. Найбільш токсичними компонентами відпрацьованих газів бензинових двигунів є: оксид вуглецю (СО), оксиди азоту (NОx), вуглеводні (СnHm), а в разі застосування етильованого бензину – свинець. Склад викидів дизельних двигунів відрізняється від бензинових. У дизельному двигуні відбувається більш повне згоряння палива. При цьому утворюється менше окису вуглецю і незгорілих вуглеводнів. Але, разом з цим, за рахунок надлишку повітря в дизелі утворюється більша кількість оксидів азоту. Дизельні двигуни, крім усього іншого, викидають тверді частинки (сажу). Сажа, що міститься у вихлопі, нетоксична, але вона адсорбує на поверхні своїх часток канцерогенні вуглеводні. При згорянні низькоякісного дизельного палива, що містить сірку, утворюється сірчистий ангідрид. Як же ці шкідливі компоненти впливають на людину і навколишнє середовище? У звичайних умовах СО – безбарвний газ без запаху, він легше повітря і тому може легко поширитися в атмосфері. При дії на людину СО викликає головний біль, запаморочення, швидку стомлюваність, дратівливість, сонливість, болі в області серця. Оксид азоту NO – безбарвний газ, діоксид азоту NO2 – газ червоно‑бурого кольору з характерним запахом. Оксиди азоту при попаданні в організм людини з’єднуються з водою. При цьому вони утворюють в дихальних шляхах з’єднання азотної і азотистої кислоти. Оксиди азоту дратівливо діють на слизові оболонки очей, носа, рота. Вплив NO2 сприяє розвитку захворювань легень. Деякі вуглеводні СН є найсильнішими канцерогенними речовинами, переносниками яких можуть бути частинки сажі, що містяться у відпрацьованих газах. У скупчилися над асфальтом хмарах СН і NOx під впливом світла відбуваються хімічні реакції. Розкладання оксидів азоту призводить до утворення озону. Взагалі – озон не стійкий і швидко розпадається, але тільки не в присутності вуглеводнів (СН) – вони сповільнюють процес розпаду озону, і він активно вступає в реакції з частинками вологи та іншими сполуками. Утворюється стійка хмара мутного смогу. Озон роз’їдає очі і легені, а викиди NОх беруть участь у формуванні кислотних дощів. У разі застосування етилованого бензину близько 50 % свинцю осідає у вигляді нагару на деталях двигуна і у вихлопній трубі, залишок йде в атмосферу. Свинець присутній у відпрацьованих газах у вигляді найдрібніших частинок розміром 1‑5 мкм, які довго зберігаються в атмосфері. Концентрація свинцю в атмосфері придорожньої смуги в 2‑20 разів більше, ніж в інших місцях. Присутність свинцю в повітрі викликає серйозні ураження органів травлення, центральної та периферичної нервової системи. Вплив свинцю на кров проявляється в зниженні кількості гемоглобіну і руйнуванні еритроцитів.

Хімічні сполуки, які надходять в повітря робочої зони, можуть стати причиною гострих, підгострих, хронічних отруєнь, а також різних відхилень у стані здоров’я працюючих, виявляються сучасними методами досліджень, як протягом трудового стажу, так і у віддалені терміни життя теперішнього і наступного поколінь. ГДК в повітрі робочої зони повинні бути встановлені для тих сполук, вміст яких в повітряному середовищі може володіти шкідливим для здоров’я дію.

Залежно від величини ПДКр.з., а також інших показників токсичної дії, всі хімічні сполуки можуть бути розділені на 4 класи небезпеки (табл. 1). Облік класу небезпеки дозволяє диференційовано підходити до обґрунтування необхідності контролю вмісту тих чи інших хімічних сполук в атмосфері.


Таблиця 1 – Класи небезпеки хімічних сполук

Таблиця 1 - Класи небезпеки хімічних сполук

У таблиці 2 наведено склад вихлопних газів автомобільного транспорту [2].


Таблиця 2 – Склад вихлопних газів автомобільного транспорту

Таблиця 2 - склад вихлопних газів автомобільного транспорту

Вуглеводні, що викидаються автомобільними двигунами, під дією сонячного світла вступають в реакцію з оксидами азоту, що викидаються двигунами, котельнями установками та промисловими печами. В результаті протікають фотохімічні реакції з утворенням озону, радикалів і різних перекисів, що викликають подразнення очей, пошкодження рослинності, руйнування гуми.

Професор А. Дж. Хаг‑Сміт, який досліджував фотохімічні реакції в атмосфері у зв’язку з проблемою лос-анджелеських туманів (смогов), а згодом і інші дослідники, пояснюють причину швидкого окислення вуглеводнів в атмосфері і пов’язане з цим зниження видимості і нарощування концентрації кислот і альдегідів впливом NOx (у період смогу концентрація вуглеводнів становила близько 0,0003 %) на освіту атомарного азоту та озону під впливом сонячних променів (рис. 2) [3].


Фотохимімічні реакції у повітрі. (Анімація складається з 6 кадрів із затримкою в 100 мс між кадрами та має 7 повторів. Зроблено в Easy Gif Animator.)

Рисунок 2 – Фотохимімічні реакції у повітрі

(Анімація складається з 6 кадрів із затримкою в 100 мс між кадрами та має 7 повторів. Зроблено в Easy Gif Animator.)


Вуглеводні СxНy – це чисельна група сполук, що представляють наступні гомологічні ряди: парафіни, олефіни, нафтени, ароматичні вуглеводні (в тому числі – поліциклічні ароматичні вуглеводні – ПАУ). Найбільш значущими з них є легкі газоподібні вуглеводні (метан СН4, етан С2Н6, пропан С3Н8, етилен С2Н4, ацетилен C2Н2 і ряд інших) і ПАУ. На частку метану припадає лише 2‑6 %. Інші легкі вуглеводні присутні у відпрацьованих газах дизелів і котлів в значно менших кількостях [4]. Найбільш представницькими з них є неканцерогенними пірен, флуоррантен і слаботоксичний хризен, а найбільш небезпечним – фенантрен С14Н10 і особливо, бензапірен С20Н12.

2. Аналітичний огляд методів вимірювання концентрації вуглеводнів у вихлопах автомобільного транспорту

Полум’яно‑іонізаційний метод. Провідність газу‑носія, що є електрополярізатором, істотно зростає завдяки іонів, що утворюються при горінні органічних сполук у водневому полум’я. Відгук ПІД пропорційний числу атомів вуглецю в молекулі, змінюється при переході від одного класу органічного з’єднання до іншого незначно. На рисунку 3 зображено полум’яно‑іонізаційний газоаналізатор.


Полум’яно‑іонізаційний газоаналізатор

Рисунок 3 – Полум’яно‑іонізаційний газоаналізатор


Переваги: простота в обігу, швидкий відгук, широкий лінійний динамічний діапазон, універсальність.

Недоліки: при проведенні аналізу певного з’єднання в складній матриці потрібно більш селективний детектор для зменшення числа піків компонентів, що заважають. ПІД дає слабкий відгук на речовини з малим вмістом вуглецю. Основний недолік полум’яно‑іонізаційних газоаналізаторів полягає в їх низької вибірковості до окремих органічних компонентів при їх спільній присутності. За допомогою полум’яно‑іонізаційного газоаналізатора визначають або їх суму, або концентрацію компонентів з превалирующими іонізаційними ефективностями.

Оптико‑абсорбційный метод (рис. 4) вигідно відрізняється від інших методів такими особливостями:


Оптико-абсорбційный газоаналізатор

Рисунок 4 – Оптико‑абсорбційный газоаналізатор


Основними недоліками газоаналізаторів є: чутливість до вібрацій і акустичних перешкод, а також залежність чутливості ОА‑детектора від тиску і типу досліджуваного газу. Вибірковість залежить від накладення смуг поглинання, невизначуваних і визначуваних компонентів, зміни спектра поглинання компонента що визначається при зміні змісту навіть не поглинаючих ІЧ‑випромінювання компонентів (наприклад, водню або гелію). До числа принципових особливостей газоаналізаторів слід віднести необхідність його калібрування для вимірювань абсолютних значень показників поглинання (а значить, і концентрацій) газів.

Оптико-акустичний метод. В основу ОАМ аналізу газів (рис. 5) покладено ефект теплового розширення газу при поглинанні їм зондуючого випромінювання. При модуляції з акустичною частотою (від декількох Гц до десятків кГц) потужності випромінювання в поглинаючої газовому середовищі будуть поширюватися з тією ж частотою у вигляді хвиль зони підвищеного тиску. Ці акустичні коливання в газі реєструються мембранними датчиками.


Оптико-акустичний газоаналізатор

Рисунок 5 – Оптико-акустичний газоаналізатор


У оптико-акустичному газоаналізаторі Недоліком є великі додаткові похибки, що виникають внаслідок впливу атмосферного тиску і температури; підвищена чутливість до промислових вібрацій.

3. Аналітичний огляд сучасних засобів вимірювання в умовах об’єкта контролю

У наш час без газу складно уявити життя людини. Газ найрізноманітнішого складу знаходиться навколо нас в різних пристроях, даючи можливість їм функціонувати. Сьогодні для різних цілей застосовуються так звані газові суміші. І автомобіль є однією з областей їх використання. Іноді важливо провести аналіз газової суміші (рис. 6).


Викиди автомобільного транспорту

Рисунок 6 – Викиди автомобільного транспорту


Суміші газів аналізують з метою виявлення якісного і кількісного складу. Така процедура носить назву газового аналізу. Автомобільні газоаналізатори – це прилади, за допомогою яких і виконується газовий аналіз. За типом дії прилади поділяються на ручні та автоматичні. Якщо говорити про газоаналізатори ручного принципу дії, то не можна не згадати про хімічні абсорбовані. Їх принцип дії заснований на тому, що різні складові суміші газу реагують з різними реагентами.

Змінити будь‑яку фізичну характеристику суміші газу ви зможете, застосувавши автоматичний газоаналізатор. Вони то і є в наш час найпоширенішими. Автоматичні автомобільні газоаналізатори мають різний принцип дії, за яким вони діляться на три групи. Про ці групи розповімо докладніше.

До першої групи відносяться прилади, які в своїй роботі ґрунтуються на фізичних методах аналізу з використанням допоміжних хімічних реакцій. Завдяки хімічним реакціям окремих компонентів суміші можна визначити зміну її обсягу або тиску.

До другої групи відносяться прилади, які в своїй основі мають фізичні методи аналізу та додаткові фізико-хімічні процеси. До останніх можна віднести термохімічні, електрохімічні та багато інших. Суть протікання термохімічного процесу ґрунтується на вимірюванні теплового ефекту, який є результатом горіння газу. Електрохімічні процеси дають можливість виявити відсоток концентрації газу в суміші. На це вказує електрична провідність електроліту, що змінюється після того, як поглинув газ.

До третьої групи відносяться прилади, дія яких базується виключно на фізичних методах аналізу. Найпоширеніші з них – це оптичні та термомагнітні. Газоаналізатори, в основі яких полягає оптичний метод аналізу, вимірюють спектри поглинання і випускання суміші газу, а також оптичну щільність [5]. Термомагнітний метод аналізу використовується для того, щоб визначити концентрацію кисню, який має велику магнітну сприйнятливість.

Яким би автомобільний газоаналізатор ви не обрали, в ньому неодмінно знайдеться велика кількість як переваг, так і недоліків. Говорити про них можна годинами. Сьогоднішні виробники даних пристроїв не віддають свої переваги якомусь одному типу. Вони намагаються рівною мірою здійснювати і підтримувати випуск газоаналізаторів, які працюють на різних методах аналізу газу. Однак не все залежить від виробника. І якщо є пропозиція, не факт, що буде попит. Звичайно, слово завжди буде за споживачем. І кращим доказом цього є той факт, що найпоширенішим серед всіх автомобільних газоаналізаторів, є електрохімічні. Запорукою їх успіху є три фактори: дешевизна, універсальність і простота. Оскільки цей пристрій найпоширеніше, не зайвим буде назвати його негативні сторони. До головної з них відноситься невисока точність вимірювання. Також варто відзначити, що оскільки газоаналізатор працює в середовищі агресивних сумішей, це негативно позначається на його чутливих елементах. Термін їх служби невеликий.

Прилади, які здійснюються газовий аналіз, можуть класифікуватися за п’ятьма ознаками: функціональна можливість, конструктивне виконання, кількість вимірюваних компонентів, кількість каналів вимірювання та згідно з призначенням.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення – грудень 2014 року.

Список використаних джерел

  1. Сигал, И. А. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива / И. Я. Сигал. – Л.: Недра, Ленинградское отделение, 1985.
  2. Беспамятнов, Г. П. Предельно допустимые концентрации веществ в воздухе и воде / Г. П. Беспамятнов. – Л.: Химия, Ленинградское отделение, 1975.
  3. Немец, В. М. Спектральный анализ неорганических газов / В. М. Немец. – Л.: Химия, 1988.
  4. Берлянд, М. Е. Современные проблемы атмосферной диффузии загрязнения атмосферы / М. Е. Берлянд. – Л.: Гидрометеоиздат, 1975.
  5. Бреслер, П. И. Оптико-акустическое явление в видимой и ультрафиолетовой областях спектра и его связь с фотохимическим процессами в газах. Оптика и спектроскопия. / П. И. Бреслер, Б. Н. Рузин, 1960.