Wpływ spalin samochodowych na środowisko
"Wpływ spalin samochodowych na środowisko"-praca zaliczeniowa z ochrony środowiska,dostałam za nią 4 :)
Spis treści
1.Powietrze atmosferyczne-zanieczyszczenia powietrza i ich źródła………….. 1
1.1.Czym są zanieczyszczenia powietrza?................................................................................................. 1
1.2.Źródła zanieczyszczeń powietrza………………………………………………………………….…… 1
2.Motoryzacja …………………………………………………………………. 3
2.1.Motoryzacja – globalne źródło zanieczyszczeń powietrza…………...3
2.2. Smog samochodowy ……………………………………………… 6
2.3.Kwaśne deszcze……………………………………………………....6
2.4. Wpływ kwaśnych deszczy na środowisko………………………….. 8
3.Spaliny…………………………………………………………………………8
3.1.Analiza spalin…………………………………………………………8
3.2.Składniki spalin……………………………………………………… 9
3.3.Jednostki emisji spalin……………………………………………….12
4.Skutki zanieczyszczeń powietrza…………………………………………….13
4.1.Wpływ zanieczyszczeń powietrza pochodzących ze środków transportu na zdrowie człowieka…………………………………………… 13
4.2. Wpływ transportu i komunikacji na ekosystem…………………….14
5.Sposoby zapobiegania zanieczyszczeniom powietrza……………………………………………………………………….15
5.1.Ograniczanie zanieczyszczeń atmosfery…………………………….16
5.2.Odsiarczanie spalin…………………………………………………..17
6.Bibliografia………………………………………………………………… 24
1.Powietrze atmosferyczne-zanieczyszczenia powietrza i ich źródła
.Powietrze jest to bezbarwna i bezwonna mieszanina gazów z których składa się atmosfera ziemska. Ze względu na skład chemiczny i właściwości fizyczne wyróżniamy w niej składniki stałe i zmienne. Stałymi składnikami są azot (78%), tlen (20,95%), argon, neon, hel, metan, krypton, i wodór (razem ok.1%), natomiast zmienne składniki powietrza to: para wodna, dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, dwutlenek azotu, ozon, składniki mineralne i organiczne (pył, sadza, bakterie). Gęstość powietrza w warunkach normalnych (0o, 760 Tr) wynosi 1,29 ∙ 10-3 g/cm3 . Temperatura topnienia -213oC, natomiast wrzenia -193oC.
1.1.Czym są zanieczyszczenia powietrza?
Zanieczyszczeniami powietrza nazywamy wszelkie substancje (gazy, ciecze, ciała stałe), które znajdują się w powietrzu atmosferycznym, ale nie są jego naturalnymi składnikami. Do zanieczyszczeń powietrza zalicza się również substancje będące jego naturalnymi składnikami, ale występujące w znacznie zwiększonych ilościach.
Zanieczyszczenia powietrza zostały podzielone na cztery grupy:
1. Gazy i pary związków chemicznych, np. tlenki węgla (CO, CO2), siarki (SO2, SO3) i azotu (NOx), fluor (F), ozon (O3), radon (Rn), amoniak (NH3), węglowodory i ich pochodne chlorowe, fenole
2. Drobne kropelki cieczy, np. kropelki zasad, kwasów, rozpuszczalników
3. Drobne ciała stałe, np. popioły, pyły, związki metali ciężkich, sadze, stałe związki organiczne, azbest, pestycydy
4. Mikroorganizmy, których ilość lub rodzaj nie jest charakterystyczny dla naturalnego składu powietrza, makroorganizmy (np. grzyby) wraz z produktami ich metabolizmu
Myślę, że przy omawianiu zanieczyszczeń powietrza należy również uwzględnić zanieczyszczenia akustyczne - hałas. Dotyczy on głównie dużych miast, gdzie jego natężenie wynosi 65 - 75 dB.
1.2.Źródła zanieczyszczeń powietrza
Źródła zanieczyszczeń powietrza możemy podzielić ze względu na pochodzenie na dwie grupy: pochodzenia naturalnego oraz antropogenicznego.
Do momentu gwałtownego rozwoju przemysłowego praktycznie wszystkie zanieczyszczenia powietrza były pochodzenia naturalnego. Powstawały one m.in. w wyniku wybuchów wulkanów, pożarów lasów i stepów, sawann i stepów, wydzielania gazów przez tereny bagniste, parowania słonych wód mórz i oceanów, erozji skał i gleb, burz piaskowych na pustyniach, wytwarzania pyłków przez rośliny zielone, opadania pyłu kosmicznego.
Jednak mniej więcej od połowy XVIII w. (rewolucja przemysłowa) znacznie wzrosło znaczenie zanieczyszczeń antropogenicznych (powstałych na skutek działalności człowieka).
Poniższa tabela przedstawia wartości całkowitej emisji głównych zanieczyszczeń powietrza.
Zanieczyszczenie Wartość emisji w tys. ton (1997)
Dwutlenek siarki (SO2) 2368
Dwutlenek azotu (NO2) 1154
Dwutlenek węgla (CO2) 373200
Niemetanowe lotne związki organiczne 1089
Amoniak (NH4) 364
Pyły 1250
Najwięcej zanieczyszczeń powietrza wytwarza przemysł paliwowo - energetyczny (ponad 50%), przemysł metalurgiczny (ok. 20%) oraz przemysł chemiczny.
Największe ilości substancji zanieczyszczających powietrze powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych (węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny itp.). Skutkiem tego jest wydzielenie do atmosfery olbrzymich ilości gazów spalinowych (tlenki węgla (CO, CO2), tlenki siarki (SO2, SO3), tlenki azotu (NOx) i inne) oraz pyłów, popiołów, sadz.
Zanieczyszczenia powietrza są ubocznym skutkiem wielu przemysłowych procesów technologicznych. Szkodliwe substancje chemiczne są wydzielane do atmosfery przez gałęzie przemysłu chemicznego. Rafinerie i petrochemie wydzielają do powietrza niektóre uboczne produkty przeróbki ropy naftowej. Huty, kopalnie i cementownie wytwarzają duże ilości pyłów i innych drobnych ciał stałych zanieczyszczających powietrze atmosferyczne. Z przemysłem wydobywczym związana jest również emisja metanu - gazu będącym głównym składnikiem gazu ziemnego. Na zanieczyszczanie atmosfery wpływa nawet przemysł rolno - spożywczy. Wraz z wytwarzaniem niektórych produktów (np. mączka rybna, krochmal) emitowane są odory - substancje o bardzo nieprzyjemnym zapachu.
Znaczny udział w zanieczyszczaniu powietrza ma komunikacja, głównie transport kołowy. Obliczono, że wraz ze spalinami samochodowymi wydzielana jest w Ameryce Północnej trzecia część całkowitej emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Ponadto spaliny pojazdów zawierają m.in. tlenki azotu, siarki, związki ołowiu. Transport lotniczy przyczynia się do zanieczyszczania dolnych warstw stratosfery, co niekorzystnie wpływa na stan ozonosfery i może być jedną z przyczyn powstania dziury ozonowej. Nie należy również zapominać o transporcie wodnym, który oprócz powietrza zanieczyszcza również wody.
Na stan powietrza atmosferycznego niekorzystnie wpływa również składowanie i utylizacja ścieków i odpadów. Rozkład substancji organicznych przez mikroorganizmy prowadzi do emisji metanu (jednego z gazów cieplarnianych) oraz gazów będących substancjami zapachowymi, które są uciążliwe dla środowiska.
Ostatnim źródłem zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego są gospodarstwa domowe. Emitują one do atmosfery gazy powstałe w wyniku spalania węgla służącego do ogrzewania budynków mieszkalnych.
Obecnie zanieczyszczenie powietrza nie jest już niestety tylko problemem lokalnym. Stanowi problem międzynarodowy. W związku z tym podpisywane są umowy międzynarodowe dotyczące ograniczania emisji szkodliwych gazów i pyłów. Dnia 13 listopada 1979 roku 35 krajów (w tym Polska) podpisało Konwencję o Transgranicznym Zanieczyszczeniu Powietrza. Ma ona na celu ograniczanie ilości i zasięgu rozprzestrzeniania zanieczyszczeń powietrza.
2.Motoryzacja
2.1.Motoryzacja – globalne źródło zanieczyszczeń powietrza
Największym zagrożeniem naszego społeczeństwa nie jest dziś bomba atomowa, lecz samochód. Wskutek kardynalnych błędów i wynaturzenia koncepcji użytkowania, zabijając rocznie więcej ludzi niż zginęło w Hiroszimie, niszcząc krajobrazy i naturę betonem parkingów, zatruwając atmosferę, stał się największym molochem naszej cywilizacji” – śmiało mówią naukowcy, dziennikarze, reporterzy.
W XIX wieku wraz z przełomem w intensywności korzystania z zasobów przyrody oraz silnym rozwojem techniki zrodziła się potrzeba sprawnej komunikacji. Wtedy też pojawił się pierwszy samochód. Początkowo miał ułatwić pracę, zastępując siłę ludzka i zwierzęcą, siłą mechaniczną. Samochód był dobrem nieosiągalnym dla przeciętnego obywatela, dlatego liczba pojazdów była ograniczona, a motoryzacja nie miała wyraźnego wpływu na środowisko naturalne.
Kilka dziesięcioleci później sytuacja uległa diametralnej zmianie. Liczba aut rosła z roku na rok. Lata 80 i 90 dwudziestego wieku cechuje masowy rozwój motoryzacji. Dziś trudno wyobrazić sobie życie bez samochodu. Transport samochodowy to ogromne ilości towarów przewożonych na różne odległości, to sposób na przemieszczanie ludzi w aglomeracjach miejskich i poza nimi, to niejednokrotnie źródło pracy oraz baza, na której rozwinęła się turystyka.
Komunikację zapewniają różne środki transportu:
• pojazdy samochodowe,
• kolej,
• samoloty,
• statki i promy.
Pośród wszystkich wyżej wymienionych środków transportu, transport samochodowy w Europie, ma największy udział w zanieczyszczaniu powietrza atmosferycznego, ilości wypadków oraz poziomie hałasu emitowanego podczas pracy silnika. Przemieszczanie się samochodem to najpopularniejszy choć nie najtańszy sposób komunikacji. Tak silny rozwój motoryzacji nie pozostał bez echa dla środowiska przyrodniczego. W świadomości społeczeństwa zagrożenia dla środowiska ze strony motoryzacji są niedostrzegalne lub lekceważone. Wynika to z ogromnej skali zanieczyszczeń przemysłowych, a także braku kompleksowych informacji dostępnych dla ogółu społeczeństwa.
W krajach prowadzących badania wpływu motoryzacji na degradacje środowiska, stwierdzono, iż największe zagrożenia powstają w miastach. Wiąże się to z faktem istnienia dużych natężeń ruchu, częstego zatrzymywania i ruszania pojazdów, małych prędkości. W zabudowie miejskiej występują gorsze warunki rozpraszania spalin niż na drogach szybkiego ruchu. Na jednym z międzynarodowych kongresów drogowych, przedstawiono wyniki badań zanieczyszczenia środowiska w 12 wielkich miastach europejskich. Stwierdzono, że ponad 90% CO, 76% węglowodorów, 38% NOX (tlenki azotu), ponad 70% pyłów i prawie 100% ołowiu pochodzi z motoryzacji.
Kiedy w 1952 r. w Londynie podczas 4 dniowej mgły toksycznej (tzw. smog londyński) zmarło z powodu zatrucia 4 tys. osób a wiele tysięcy poważnie zachorowało to był sygnał iż zanieczyszczenia pochodzące z motoryzacji są bardzo niebezpieczne.
W ostatnim pięćdziesięcioleciu równolegle z ekspansją motoryzacji, prowadzi się liczne badania określające jej wpływ na: zdrowie człowieka, degradacje gleb, rośliny i zwierzęta, zmiany w atmosferze. Okazuje się, że w transporcie pasażerskim niezbędne jest ograniczenie ruchu prywatnymi samochodami na rzecz komunikacji zbiorowej. Należy rozwijać gałęzie bardziej przyjazne dla środowiska: kolej, żeglugę śródlądową. Alternatywa dla przewozów potężnych ładunków są przewozy kombinowane kolejowo-samochodowe, co umożliwia:
• redukcję zanieczyszczeń powietrza do 90%,
• ogranicza hałas,
• obniża koszty.
Zmiany te mają być również wprowadzone w Polsce, lecz na razie wymagają regulacji prawnych. Z pewnością najskuteczniejszym czynnikiem wpływającym na zahamowanie negatywnego wpływu motoryzacji na środowisko będzie wprowadzenie:
• opłat za korzystanie z infrastruktury,
• zróżnicowanie opłat w zależności od wpływu poszczególnych pojazdów na środowisko,
• obciążenie kosztami za emisję CO2 i zużycie nieodnawialnej energii.
Trzeba się liczyć z tym, że w najbliższej przyszłości takie kroki zostaną podjęte przez władze, na co składa się szereg ważkich argumentów.Ze względu na szybkość rozwoju motoryzacji, jej ogólnodostępność i powszechność, skutki oddziaływania są niezliczone. Bezpośrednio wpływają na organizmy żywe, powietrze, wodę, glebę (niszcząc, degradując – powodując nieodwracalne zmiany). Dodatkowo skutki oddziaływania motoryzacji kształtują wiele innych zjawisk, które to tworzą łańcuch skomplikowanych połączeń i zależności.
Eksplozja energetyczna zakłóca pod wieloma względami stan równowagi w skali światowej. Przede wszystkim naraża na niebezpieczeństwo całą planetę. Zagrożenie jest globalne, ponieważ ogrzewanie się Ziemi wynika z nasilenia się efektu cieplarnianego wywołanego wydzielanym przy spalaniu dwutlenkiem węgla. Rodzaje zagrożeń zależą od rodzaju źródła energii. Cywililizacja węgla pociągnęła za sobą cały łańcuch ofiar: tysiące wypadków śmiertelnych, liczne choroby, tysiące czarnych miast. Spalanie węgla jest tym źródłem energii które produkuje najwięcej CO2.
2.2.Smog samochodowy
W drugiej połowie XX wieku rozpowszechniło się i nasiliło zjawisko smogu spowodowanego motoryzacją, zagęszczeniem samochodów i ich spalin, na które zwrócono uwagę po raz pierwszy w latach czterdziestych w Los Angeles.
W Meksyku stężenie smogu wzrosło tak niebezpieczne, że władze miasta zawiesiły zajęcia w szkołach i wydały zakaz ruchu samochodów prywatnych.
Na początku lutego 1993r. podobne zakazy wydano w stolicy Czech, w Pradze, przestrzegając jej mieszkańców, aby unikali wychodzenia na ulicę.
Pod koniec lipca 1994r władze Hesji-jednego z krajów związkowych Niemiec-wprowadziły na autostradach ograniczenie prędkości do 90 km na godzinę .Było to posuniecie wręcz drastyczne, jeśli zauważyć, że poprzednio nie było żadnych ograniczeń, a 17 % kierowców zwykło jeździć z prędkością powyżej 160 km na godzinę!
2.3.Kwaśne deszcze
Historia kwaśnych deszczy
W przeszłości deszcze, padające w Europie, były czyste. Teraz woda deszczowa jest zanieczyszczona przez ogromne ilości spalonego przez nas węgla, oleju opałowego i gazu ziemnego.
Kwaśny deszcz jest popularnym sposobem nazywania całego zakresu efektów - kwaśnych opadów. Kwaśne opady to kwaśne zanieczyszczenia powietrza, które mogą znajdować się w kwaśnym deszczu, ale mogą również występować w postaci kwaśnej mgły lub śniegu.
Głównymi czynnikami powodującymi wzrost kwasowości opadów atmosferycznych są przenikające do atmosfery tlenki siarki (zwłaszcza dwutlenek siarki) i tlenek azotu. Dwutlenek siarki łatwo rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkowy. Tlenki azotu ulegają w atmosferze bardzo złożonym przemianom, szczególnie w przypadku obecności innych zanieczyszczeń powietrza (np. węglowodorów). Zanik tlenków azotu w atmosferze związany jest z ich przemianą do kwasu azotowego. Na świecie około 50% całej ilości dwutlenku siarki i tlenków azotu pochodzi ze źródeł naturalnych (m. in. wulkanów, pyłów, rozkładu materii organicznej).
W warunkach naturalnych kwasowość opadu atmosferycznego jest określana tzw. wskaźnikiem pH o wartości 5,65. Opad, którego wartość pH jest niższa od 5,6 przyjęto określać mianem kwaśnego opadu atmosferycznego (dla porównania woda destylowana wskazuje wartość pH równą 7, w czternastostopniowej skali pH). Średnie roczne wartości pH opadów w Polsce kształtują się od 4,26 na Śnieżce do 4,6 w Suwałkach. Najwyższy poziom zakwaszenia opadów występuje w rejonie sudeckim, gdzie sporadycznie rejestrowano opady o wartości pH poniżej 3,0.
Podczas Międzynarodowej Konferencji w Sprawie Środowiska Człowieka, zorganizowanej przez ONZ w 1972 roku w Sztokholmie, szkody wywołane przez kwaśne deszcze oceniono jako niepokojące. Zjawiska te zagrażają szczególnie północno - wschodnim regionom Stanów Zjednoczonych, południowo - wschodniej Kanadzie i Skandynawii, gdzie uszkodzonych jest 56% powierzchni lasów. Japończycy stwierdzili liczne przypadki podrażnień, wywołanych przez zanieczyszczenia atmosferyczne, a także obawiają się, że mogą stać się one przyczyną wzrostu różnego rodzaju zachorowań. W każdym razie - atak kwasów nie oszczędza ani przyrody, ani zabytków co w tym ostatnim przypadku zagraża światowemu dziedzictwu kulturowemu.
2.4. Wpływ kwaśnych deszczy na środowisko.
a)Ludzie
W rejonach, gdzie środowisko naturalne jest silnie skażone, wdychamy mieszaninę gazów takich jak dwutlenek siarki i tlenki azotu, które szkodzą naszym płucom. Odnosi się to do ludzi żyjących w pobliżu elektrowni opalanej węglem, a także do mieszkańców miast o dużym ruchu ulicznym. Wyżej wymienione gazy w kontakcie z drobinami pyłów mogą wywoływać u ludzi choroby dróg oddechowych, takich jak bronchit czy astma. Ludzie ci także cierpią na kaszel, na bóle w klatce piersiowej oraz duszności. W Norwegii obserwuje się stały wzrost zachorowań na astmę u dzieci, prawdopodobnie związany ze wzrostem ilości samochodów na drogach.
b) Rośliny
Rośliny także mogą chorować na skutek działania dwutlenku siarki lub kwasu siarkowego. Wówczas rosną wolniej i łatwiej ulegają uszkodzeniom. Szczególnie wrażliwe są tu drzewa szpilkowe. Obumieranie tych właśnie drzew w pobliżu okręgów przemysłowych i wielkich miast spowodowane jest przeważnie oddziaływaniem dwutlenku siarki.
Prądy powietrza mogą przenosić chmury dwutlenku siarki nawet na odległość tysięcy kilometrów. Spadają one później na ziemię w postaci tzw. kwaśnych deszczów.
c) Budowle
Wiele budynków i pomników jest zrobionych z kamienia zawierającego wapno, takiego jak piaskowiec, wapień lub marmur. Wapno neutralizuje kwaśny deszcz, ale w końcu zostaje zużyte. Wtedy kamień traci naturalną odporność a budynek lub pomnik zaczyna ulegać zniszczeniu. Posągom kamiennym odpadają nosy, ściany domów pękają i grożą zawaleniem.
Kwaśny deszcz niszczy niektóre spośród naszych największych zabytków historycznych. Starożytne świątynie na Akropolu w Atenach przetrwały tysiące lat; teraz te piękne budowle zaczynają ulegać erozji. To samo dzieje się ze średniowiecznymi budowlami Krakowa w Polsce, z katedrą Lincolna w Anglii i z katedrą Nidarosdomen w Trondheim w Norwegii.
Współczesne budynki, wykonane z innych materiałów (np. z żelbetu), również są niszczone przez kwaśne deszcze, choć w wolniejszym tempie. Beton zaczyna się kruszyć a stalowe pręty zbrojenia rdzewieją. Remontowanie budynków, uszkodzonych w wyniku skażenia środowiska w Europie, kosztują ogromne sumy.
3.Spaliny
3.1.Analiza spalin
.Światowy rozwój motoryzacji przyniósł nie tylko nowe rozwiązanie techniczne, technologiczne, ale również zagrożenia dla naszego środowiska. Analiza spalin silnika ZI umożliwia zatem poznanie składników spalin przedostających się do atmosfery.
Proces spalania mieszanki paliwowo-powietrznej jest procesem, którego efekty końcowe często odbiegają od pożądanych. Analiza spalin pozwala na bezpośrednią ocenę stężenia poszczególnych związków spalin jak i samej sprawności tego procesu. Badania spalin przy pomocy analizatorów potrzebne są do sprawdzania, czy samochód spełnia wyznaczone przez prawo normy emisji. Dostarczają też pełnych informacji diagnostycznych na temat sprawności katalizatorów, systemów regulacji innych tradycyjnych układów silnika.
Ostatnie normy dotyczące ograniczenia emisji spalin w Polsce wprowadzono 01.07.1995 roku. W/w normy zmusiły producentów analizatorów spalin do produkcji przyrządów czteroskładnikowych (CO,HC,CO2,O2) z możliwością pomiaru współczynnika nadmiaru powietrza l (lambda). Takie analizatory jako standardowe pracują na wszystkich Stacjach Kontroli Pojazdów (SKP) i warsztatach diagnostycznych, posiadają Certyfikat Zgodności wydany przez Instytut Transportu Samochodowego w Warszawie.
Obowiązujące normy dotyczące toksyczności w Polsce podane zostały indywidualnie przy omawianiu poszczególnych składników spalin.
Podział składników spalin silnika ZI :
1.Toksyczne
a)- tlenek węgla (CO)
b)- węglowodory (HC)
c)- tlenki azotu (NOx)
2.Nietoksyczne
a)- dwutlenek węgla (CO2)
b)- tlen (O2)
c)- azot (N2)
d)- para wodna (H2O)
3.2.. Składniki spalin
Toksyczne składniki spalin :
Tlenek węgla (CO)
Jest produktem niedokończonego procesu spalania węgla (C), w komorze spalania silnika przy ograniczonej ilości powietrza. Jest gazem silnie trującym,bezbarwnym i bezwonnym, którego stężenie w spalinach może przekroczyć poziom nawet 10% (objętościowo). Stężenie od 0,10-0,20% tlenku węgla w ciągu 30 minut powoduje śmierć, gdyż tlenek węgla odbiera całą zawartość tlenu z krwi człowieka. Przy stężeniu objętościowym 0,01% tlenku węgla w ciągu dłuższego czasu mogą wystąpić przewlekłe lub ostre zatrucia. Łączy się z hemoglobiną 200-300 razy szybciej niż tlen, powodując zakłócenia procesu oddychania prowadząc do śmierci. Wysokie wartości (CO) wskazują na zbyt bogatą mieszankę paliwowo-powietrzną. W pojazdach posiadających katalizator tlenek węgla (CO) utlenia się przechodząc w dwutlenek węgla (CO2) co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia emisji tlenku węgla w spalinach.
Wymagania dotyczące zawartości tlenku węgla w spalinach w pojazdach z układem wtryskowym, katalizatorem i sondą lambda:
na wolnych obrotach biegu jałowego do 0,5(% vol)
na obrotach 2000-3000 Obr/min do 0,3(% vol)
Węglowodory (HC)
Są to nie spalone lub częściowo spalone cząsteczki paliwa- związki szczególnie trujące o bardzo negatywnym działaniu na organizm człowieka. Najbardziej niebezpieczną grupą są węglowodory aromatyczne jednopierścieniowe, a wśród nich benzen, który w dużych stężeniach powoduje śmierć. Rozpuszczając się w tłuszczach mogą kumulować się tkankach ludzi i zwierząt. Węglowodory (HC) na analizatorach spalin mierzy się w jednostkach ppm (parts per milion)*.Oprócz rury wydechowej źródłem węglowodorów w samochodzie są też skrzynia korbowa silnika i zbiornik paliwa. W pojazdach posiadających katalizator utlenia on zawarte w spalinach węglowodory na dwutlenek węgla (CO2) i parę wodną (H2O).
Wymagania dotyczące zawartości (HC) w spalinach:
-pojazdy z układem zasilania gaźnikowym od 100-300(ppm)
-pojazdy z układem wtryskowym, katalizatorem i sonda lambda na wolnych obrotach biegu jałowego i na obrotach 2000-3000 do 100 (ppm)
Tlenki azotu (NOx)
Wielkość emisji tlenków azotu zależy od ciśnień i szczytowych temperatur (ponad 1800oC) podczas procesu spalania w komorze silnika. W wyżej wymienionym procesie azot wchodzi w reakcję z tlenem tworząc tlenek azotu (NO) oraz niewielkie ilości dwutlenku azotu (NO2) i podtlenku azotu (N2O). Te związki azotu i tlenu wspólnie nazywamy tlenkami azotu i oznaczamy (NOx). Zaliczane są one do najbardziej toksycznych gazów spalinowych. Tlenek azotu (NO) jest gazem bezbarwnym, w organizmie ludzkim szybko reaguje z hemoglobiną, w tkankach utlenia się do (NO2). Dwutlenek azotu w kolorze czerwono-brązowym o ostrym zapachu i trujących właściwościach występuje zawsze w towarzystwie innych nitrogenów.W małych stężeniach wywołuje podrażnienie dróg oddechowych, przy stężeniu w powietrzu powyżej 0,38(mg/dm3) prowadzi do zatrucia śmiertelnego.W pojazdach posiadających katalizator następuje redukcja tlenków azotu zawartych w spalinach- czyli odłączanie tlenu od tlenków azotu i uzyskanie czystego azotu (N2). Zawartość tlenków azotu podaje się w (ppm).
W Polsce nie ma jeszcze przepisów nakazujących sprawdzanie tego składnika.
Wymagania dotyczące zawartości tlenków azotu w spalinach:
-silnik bez katalizatora spalin, pracujący na biegu jałowym- od 100-300 ppm
-silnik z katalizatorem i sondą lambda, pracujący na biegu jałowym od 0-30 ppm
Skład zanieczyszczeń powietrza pochodzących ze środków transportu
skład „inne” : dwutlenek węgla 71%, sadza 27%, ołów 2%
Nietoksyczne składniki spalin
Dwutlenek węgla (CO2)
Jest gazem bezbarwnym nietoksycznym bez zapachu, niepalnym, cięższym 1,5 raza od powietrza. Nadmierny wzrost zawartości tego gazu w atmosferze powoduje tzw. Efekt cieplarniany. Powstaje jako produkt spalania węgla (C) w komorze spalania silnika. Dwutlenek węgla jest wynikiem bardziej efektywnego spalania. Im wyższa procentowo zawartość CO2 w spalinach, tym efektywniej pracuje silnik Największe wartości stężenia osiąga CO2 przy współczynniku nadmiary powietrza l =1, a więc dla mieszanki stechiometrycznej. Zawartość CO2 jest podawana w jednostkach udziału objętości (% vol).
W pojazdach posiadających katalizator, CO2 utlenia pozostałe po procesie spalania tlenki węgla (CO) i węglowodory (HC). Powstaje zatem dwutlenek węgla (CO2) i para wodna (H2O).
Zakłada się, że najwłaściwsza zawartość dwutlenku węgla w spalinach dla pojazdów z układem wtryskowym, katalizatorem i sondą lambda to : 14,5-16,0 (% vol).
Tlen (O2)
Jest gazem bezbarwnym, bez zapachu i smaku. Występuje w atmosferze w stanie wolnym stanowiąc 20,94 % objętości powietrza. Tlen jest bardzo potrzebny w procesie spalania – inicjuje reakcje tam zachodzące. W pojazdach posiadających katalizator tlen utlenia zawarte w spalinach CO i HC. Także sonda lambda reaguje na ilość tlenu w spalinach, przekazuje dalsze informacje do sterownika i układu wtryskowego. Zawartość O2 w spalinach jest podawana w jednostkach udziału objętościowego (% vol). Wymagana (prawidłowa) zawartość tlenu w spalinach dla pojazdów z układem wtryskowym, katalizatorem i sondą lambda to 0,0 – 0,2 (% vol)
Azot (N2)
Jest to gaz bezbarwny, bez zapachu i smaku – główny składnik powietrza (ok. 78%), dostaje się do komory spalania, a następnie do spalin.
Para wodna (H2O)
Jest to końcowy produkt procesu spalania w silniku i utleniania w katalizatorze.
3.3.Jednostki emisji spalin
Wartość emisji składników toksycznych może być podawana w następujących
jednostkach:
% vol (vol oznacza objętościowo) – informuje nas jaki procent objętości gazów spalinowych zajmuje określony składnik toksyczny
ppm (jest to skrót wywodzący się z j.angielskiego i w pełnym brzmieniu oznacza parts per million) – jedna jednostka ppm jest odpowiednikiem jednej milionowej części objętości czyli:
1 ppm = 0,000001 vol
Występują też inne zależności pomiędzy emisją wyrażaną w jednostkach ppm, a wyrażaną w procentowym udziale objętości :
100 ppm = 0,01% vol ; 10000 ppm = 1% vol
Jak widać z powyższych przeliczeń emisja na poziomie jednego ppm-a jest relatywnie niewielką emisją, gdyż dopiero emisja na poziomie 100 ppm oznacza, że emitowany składnik toksyczny zajmuje 0,01 % objętości gazów spalinowych
Skład mieszanki paliwowo-powietrznej
współczynnik nadmiaru powietrza l( (lambda)
parametr AFR
Współczynnik nadmiaru powietrza jest liczbą, wskazującą ile powietrza znajduje się w spalonej mieszance. Wiemy, że dla spalenia 1 kg benzyny potrzeba ok. 14,7 kg powietrza. Jest to więc wagowy stosunek powietrza do paliwa w mieszance paliwowo-powietrznej i oznaczamy go symbolem AFR (z j.angielskiego Air Fuel Ratio). Mieszanka o takim składzie nazywana jest mieszanką stechiometryczną i wówczas l = 1. W rzeczywistych warunkach procesu spalania mieszanka o składzie stechiometrycznym nie spala się całkowicie i pozostaje niewielka ilość składników toksycznych (Tabela 1). Jeżeli l > 1, to mieszanka jest uboga, co oznacza że zmieszaliśmy 1kg paliwa z większą ilością powietrza niż 14,7 kg.
Jeżeli l < 1, to mieszanka jest bogata, czyli zmieszaliśmy 1kg paliwa z mniejszą ilością powietrza niż 14,7 kg.
Współczynnik nadmiaru powietrza lambda [l] możemy zapisać jako:
l = L / Lt
L – masa powietrza zassana przez silnik (kg).
Lt – teoretyczna masa powietrza niezbędna do spalenia 1kg paliwa – dla benzyny silnikowej wynosi ona 14,7 kg.
Wymagania dotyczące współczynnika nadmiaru powietrza l to od 0,97 do 1,03 przy obrotach silnika 2000 – 3000 obr/min
Rzetelność wskazań analizatorów spalin zależy w dużym stopniu od spełnienia określonych warunków wstępnych i zachowania prawidłowej procedury sprawdzania. Na początku należy sprawdzić szczelność układu wydechowego (tłumiki, katalizator, rury łączące), jakiekolwiek przedmuchy spalin eliminują celowość pomiaru. Także prawidłowo umocowana sonda poboru spalin – jej częściowe wysunięcie fałszuje wyniki pomiaru.
Najważniejszym jednak elementem uzyskania prawidłowych wyników jest rozgrzanie silnika do właściwej temperatury eksploatacyjnej tj. płyn chłodzący min. 80 oC lub olej w misce olejowej min 70 oC).
Nieprzestrzeganie nagrzania silnika jest niedopuszczalne, powoduje zwiększenie szczególnie toksycznych węglowodorów [HC] i tlenków węgla [CO]. Procedura sprawdzania pojazdów rejestrowanych po 1.07.1995 roku jest następująca:
zaczynamy zawsze pomiar toksyczności spalin od obrotów podwyższonych (2000 – 3000 obr/min) i po zakończeniu badania czekamy ok. 1,5 minuty na stabilizację wyników i dopiero po tym przechodzimy na wolne obroty biegu jałowego i dokonujemy odczytu
4.Skutki zanieczyszczeń powietrza
4.1.Wpływ zanieczyszczeń powietrza pochodzących ze środków transportu na zdrowie człowieka
Określenie ujemnego wpływu zanieczyszczeń powietrza na organizm człowieka jest zagadnieniem bardzo złożonym ,zależy bowiem od wielu czynników, jak: wiek, indywidualna odporność organizmu, warunki klimatyczne, stężenie i czas oddziaływania zanieczyszczeń. zanieczyszczeń celu oceny wpływu zanieczyszczonego powietrza na organizmy prowadzi się badania biologiczne ludzi, zwierząt, roślin oraz badania statystyczne dotyczące występowania chorób.
W wyniku badań i obserwacji stwierdzono, że niektóre choroby lub dolegliwości ludzi mogą być związane z oddziaływaniem zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
Do schorzeń takich należą:
a)choroby układu oddechowego: zapalenie błony śluzowej jamy nosowej, gardła, oskrzeli, nowotwory płuc;
b)zaburzenia centralnego układu nerwowego: bezsenność, bóle głowy, złe samopoczucie;
c)choroby oczu, zapalenie spojówek oka;
d)reakcje alergiczne ustroju;
e)zaburzenia w układzie krążenia
Znany jest także zakres i mechanizm oddziaływania poszczególnych składników zanieczyszczonego powietrza.
Tlenek węgla jest niezwykle groźny, ponieważ powoduje ciężkie zatrucia, a nawet śmierć organizmu. Przy zatruciach (zaczadzeniu) CO jest pochłaniany przez płuca, skąd przenika do krwi i łączy się trwale z hemoglobiną, tworząc karboksyhemoglobinę, niezdolną do przenoszenia tlenu. Ponieważ powinowactwo CO do hemoglobiny jest ok. 300 razy większe niż tlenu, nastepuje gwałtowne obniżenie zawartości oksyhemoglobiny i w konsekwencji niedotlenienie organizmu (w szczególności mózgu i mięśnia sercowego). Objawami zatrucia tlenkami wegla są bóle i zawroty głowy, oszołomienie, duszności, nudności, wymioty, przyspieszony oddech, kołatanie serca, a w końcu utrata przytomności. Po zatruciu możliwe są powikłania, nerwobóle, uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego, zmiany w czynnościach płuc i serca. Toksyczne działanie tlenku węgla na człowieka zależy od stężenia w powietrzu i czasu działania.
Toksyczność tlenków azotu jest różna, np. NO2 jest czterokrotnie bardziej toksyczny niż NO. Toksyczne działanie dwutlenku azotu polega na ograniczaniu dotleniania organizmu; obniża on zdolności obronne ustroju na infekcje bakteryjne. NO2 działa drażniąco na oczy i drogi oddechowe, jest przyczyną zaburzeń w oddychaniu, powoduje choroby alergiczne, m.in. astmę-szczególnie u dzieci mieszkających miastach narażonych na smog. Zarówno NO, jak i NO2 są prekursorami powstających powstających glebie rakotwórczych i mutagennych nitrozoamin.
4.2. Wpływ transportu i komunikacji na ekosystem
Spaliny samochodowe są dużo bardziej szkodliwe dla ludzi niż zanieczyszczenia pochodzące z przemysłu, jako, że rozprzestrzeniają się one w dużych stężeniach na niskich wysokościach w bezpośrednim sąsiedztwie ludzi. Według dr Tadeusza Kopty z Politechniki Krakowskiej, w krajach OECD (Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju, skupiająca wysoko rozwinięte kraje) pojazdy samochodowe są największym źródłem skażenia środowiska, obciążając go ponad 15 tysiącami związków chemicznych.
Według badań, w tunelach, wielopoziomowych parkingach samochodowych, okolicach stacji benzynowych stężenie zanieczyszczeń niekiedy jest od 4 do 40 razy wyższe niż średnia dla całego obszaru miejskiego. Badania przeprowadzone w Londynie pokazały, że stężenie niektórych zanieczyszczeń jest kilkakrotnie wyższe wewnątrz samochodu niż stężenie w otoczeniu. Dlatego też kierowca samochodu po przejechaniu samochodem danego odcinka w mieście ma o wiele większe stężenie tlenku węgla we krwi niż rowerzysta, który pokonał ten sam odcinek. Autobus, który emituje niewiele większą ilość spalin niż samochód osobowy, przewozi tyle osób ile 70 samochodów w mieście i 30 samochodów poza miastem. Tym sposobem transport zbiorowy jest znacznie mniej szkodliwy dla środowiska niż transport indywidualny. Jeszcze lepszy jest rower, choć mniej wygodny - nie emituje żadnych zanieczyszczeń. Większość przejazdów samochodem na terenie miast, odbywa się na odcinku do 5 km - taką odległość może pokonać na rowerze niemal każdy.
Polski rząd wykazuje niezwykłą odporność na przejmowanie dobrych rozwiązań sprawdzających się w innych krajach europejskich. Można tu zacytować słowa byłego prezydenta Warszawy, a obecnie prezydenta Polski Lecha Kaczyńskiego. Prezydent zapytany we wrześniu 2001 roku dlaczego Warszawa nie obchodzi Europejskiego Dnia bez Samochodu, podczas gdy ponad 100 miast w europie świętuje, stwierdził, że nie musimy przejmować z Zachodu wszelkich wzorów. Zanim w Polsce zostanie opracowana nowa polityka transportowa i jej zapisy będą realizowane - minie jeszcze wiele czasu. Panuje powszechne przekonanie, że samochód jest najlepszym środkiem transportu, ponieważ można do niego wsiąść w każdej chwili i pojechać do sklepu, uczelni, pracy. Samochód jest jednak bardzo kosztowny - ubezpieczenie, paliwo, naprawy bardzo obciążają budżet każdej rodziny, ponadto kierowcy samochodów spędzają wiele czasu stojąc w korkach i szukając miejsca do parkowania. Na szczęście każdy z nas we własnym zakresie może działać tak, aby zminimalizować ruch samochodowy, możliwie ograniczyć szkodliwy wpływ transportu drogowego na przyrodę, na życie i zdrowie człowieka. Można korzystać z komunikacji zbiorowej, jeździć na rowerze lub poruszać się pieszo. Jednak aby użytkownicy samochodów wybrali korzystanie z komunikacji zbiorowej, musi zostać ustalony dla niej priorytet. Proste rozwiązania, typu sieć szybkich tramwajów, autobusy ekspresowe poruszające się po wydzielonych pasach, metro, kolej podmiejska powinny zapewniać znacznie szybszy i tańszy dojazd do celu podróży. Niestety, jak pokazują niektóre doświadczenia np. z Warszawy, specjaliści jeszcze nie zmienili sposobu myślenia. Nadal uważa się, że budowa nowych dróg, czy poszerzanie już istniejących usprawni ruch samochodowy. Nie dopuszcza się myśli, że wielopasmowe autostrady budowane w Detroit czy Los Angeles szybko się korkują i problem transportu pozostaje, tylko w znacznie większej skali
5.Sposoby zapobiegania zanieczyszczeniom powietrza
Zagadnienia związane z ochroną powietrza reguluje ustawa z dnia 31 stycznia 1980 r. o ochronie i kształtowaniu środowiska. Ustawa ta określa zasady ochrony i racjonalnego kształtowania środowiska, zmierzające do zapewnienia współczesnemu i przyszłym pokoleniom korzystnych warunków życia.
Z pewnością nigdy nie będzie możliwe całkowite zatrzymanie emisji szkodliwych substancji. Aby chronić nasze powietrze, należy więc podejmować działania mające na celu ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery.
Wzrost zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego, związany z rozwojem przemysłu i komunikacji wywołał potrzebę ochrony powietrza oraz zabezpieczenia gospodarki i człowieka przed szkodami powstającymi wskutek emitowania zanieczyszczeń do atmosfery.
5.1.Ograniczanie zanieczyszczeń atmosfery
Ograniczenie zanieczyszczeń atmosfery powodowanych przez niedoskonałe procesy technologiczne i procesy spalania polegają przede wszystkim na:
a) odpylaniu, unieszkodliwianiu gazów odlotowych i eliminowaniu wyziewów przemysłowych przez:
-wprowadzenie urządzeń odpylających i oczyszczających (filtrów, odpylaczy) o wysokiej skuteczności, np. cyklonów, multicyklonów, filtrów tkaninowych, filtrów mokrych, elektrofiltrów,
-hermetyzację procesów produkcji i transportu,
-odsiarczanie paliwa,
-zmiany technologii spalania
b) zmniejszeniu uciążliwości pojazdów przez wprowadzenie:
-benzyny bezołowiowej (wraz z niezbędnymi katalizatorami lub dodatkami do paliw),
-paliwa gazowego (propan-butan), silników elektrycznych,
-standardów europejskich w zakresie jakości wykonania i parametrów eksploatacyjnych w odniesieniu do 40-50% pojazdów krajowych (rysunek poniżej)
W ograniczeniu przepływu zanieczyszczeń powietrza niebagatelną rolę odgrywają pasy zieleni, będące naturalną barierą ochronną. Dla przykładu: powietrze zanieczyszczone H2S i CO2 po przejściu przez 500-metrowy odcinek 20-letniego lasu traci ok. 2/3 zawartości tych gazów w porównaniu do ich stężenia wyjściowego
5.2.Odsiarczanie spalin
Odsiarczanie spalin – proces usuwania tlenków ze spalin aby nie emitować ich do atmosfery.
Metody odsiarczania spalin można podzielić na metody:
• wapniowe
• dwualkaiczne (magnezowe, sodowe, aluminiowe),
• inne (adsorpcyjne, amoniakalne, radiacyjne),
Inna ich klasyfikacja to podział na metody suche, mokre i półsuche oraz na metody:
• proste odpadowe – dodawanie CaCO3, powstaje CaSO3 i CaSO4 w miale węglowym.
• pół odpadowe – w wyniku np. procesów absorpcji otrzymuje się produkt użytecznych właściwościach użytecznych
• bezodpadowe – prowadzą do otrzymywania czystego SO2, S, lub kwasu siarkowego.
Przełomem w odsiarczaniu była instalacja skruberów w Londynie w fabryce Battersea (początki lat 30).
Lata 50/60 intensywne badania nad nowymi metodami odsiarczania z użyciem wapna bądź kamienia wapiennego.
1967 r. – opracowanie metody polegającej na dodawaniu CaCO3 do paleniska na taśmociągu transportującym miał węglowy. W wysokiej temperaturze mieszanina reagowała tworząc CaSO4 i CaSO3
Odsiarczanie spalin w energetyce krajowej.
Od 1967r. Energopomiar prowadził prace badawczo-doświadczalne w zakresie technologii ograniczania emisji dwutlenku siarki z elektrowni cieplnych. Objęto nimi opracowanie:
- ciągłej, suchej metody wapniakowej
- suchej interwencyjnej metody amoniakalnej – SIMA (stosowana okresowo,
podczas przekroczeń dopuszczalnych stężeń SO2),
- ciągłej, mokrej metody wapiennej (MOWAP),
Metoda wapniakowa:
Prace nad tą metodą prowadzono w latach 1968-1973. Metoda polega na wprowadzeniu do komory paleniskowej drobno zmielonego wapienia lub dolomitu. W wyniku rekcji następuje kalcynacja, a uzyskany w jej wyniku tlenek wapnia lub magnezu reaguje z zawartymi w spalinach tlenkami siarki i tlenem dając siarczyny oraz siarczany wapnia i magnezu. Produkty reakcji oraz nieprzereagowany addytyw są usuwane częściowo wraz z popiołami. Wyniki badań wykazały małą skuteczność metody (30-40%).
Sucha interwencyjna metoda amoniakalna:
Metoda ta polega na neutralizacji spalin kotłowych za pomocą amoniaku. Istotą tej metody jest wprowadzenie gazowego amoniaku do spalin kotłowych za wentylatorem spalin. Mieszanina ta jest emitowana kominem do atmosfery. Ze względu na duży koszt amoniaku oraz tworzenie się w wyniku reakcji siarczanu amonu, którego nadmiar mógłby być szkodliwy dla środowiska traktowano tą metodę jako interwencyjną do okresowego stosowania.
Mokra metoda wapienna odsiarczana spalin – MOWAP:
Metoda ta polega na absorpcji dwutlenku siarki w wodnej zawiesinie mączki wapiennej. W wyniku reakcji powstają nierozpuszczalne produkty procesu, które po zagęszczeniu są składowane lub kierowane do zagospodarowania.
Główną reakcję procesu można przedstawić następująco:
dla SO2: CaCO3 + SO2 – CaSO3 + CO2
dla SO3: CaCO3 + SO3 – CaSO4 + CO2
W instalacji MOWAP są przeprowadzone następujące operacje:
- mielenie kamienia wapiennego,
- przygotowanie wodnej zawiesiny mączki wapiennej,
- chłodzenie spalin przed absorpcją,
- absorpcja SO2 ze spalin w zawiesinie mączki wapiennej,
- podgrzewanie spalin przed skierowaniem do komina,
- zagęszczenie i oddzielenie produktów procesu od wody,
- składowanie produktów i recyrkulacja oddzielonej wody,
Zebrane doświadczenia pozwoliły ustalić, że osiągalna skuteczność odsiarczania wynosi 80%, a ponadto uzyskuje się dodatkowe odpylanie spalin od frakcji nie wychwytywanych przez elektrofiltry, ze skutecznością ponad 90%.
W elektrowniach z mokrą instalacją odsiarczania spali powstają oddzielnie trzy rodzaje odpadów:
- odpady paleniskowe (popiół i żużel),
- odpady z IOS (związki wapnia i siarki),
- zużyty sorbent jako ściek z IOS silnie zanieczyszczony,
Odpady z mokrej instalacji odsiarczania spalin powstają w absorberze jako osad, który jest głównie mieszaniną siarczynów i siarczanów wapnia. Materiał ten silnie uwodniony (pulpa gipsowa) jest trudny do odwodnienia i praktycznie w tej postaci niemożliwy do składowania. Z tego powodu jest on poddawany intensywnemu natlenianiu w celu zamiany siarczynów na siarczany wapnia, które po odwodnieniu do wilgotności poniżej 10 % przyjmują postać gipsu dwuwodnego. Może on być użyty jako surowiec do produkcji spoiwa gipsowego (gipsu budowlanego). Odpowiednikiem gipsu z IOS, otrzymanego sztucznie jest naturalny kamień gipsowy, którego złoża występują w Polsce w dużych ilościach.
Sucha metoda odsiarczania spalin:
Metoda ta polega na wdmuchiwaniu do spalin drobno zmielonego kamienia wapiennego lub mączki wapiennej. Kamień wapienny rozkłada się na CaO i CO2 w wysokiej temperaturze panującej w komorze paleniskowej kotła. Tlenek wapnia wiąże dwutlenek i trójtlenek siarki na siarczyn i siarczan wapnia.
CaO + SO2 = CaSO3
CaO + SO3 = CaSO4
Siarczyn i siarczan wapnia wraz z zanieczyszczeniami kamienia wapiennego lub mączki wapiennej są usuwane z odpylacza spalin razem z popiołem lotnym. Skuteczność procesu odsiarczania w tej metodzie jest zależna od stopnia rozdrobnienia addytywu, sposobu i miejsca jego wprowadzania do komory paleniskowej, czasu trwania reakcji oraz stosunku Ca/S tj. od nadmiaru wapnia wprowadzanego do spalin w stosunku do jego ilości niezbędnej do związania siarki zawartej w spalinach. Najprostszym sposobem jest dodawanie kamienia wapiennego do młynów węglowych, gdzie jest on mielony wraz z węglem i dostarczany do kotła. Skuteczność suchego odsiarczania wynosi: 20, 30, 40% przy stosunku Ca/S odpowiednio: 1,5; 2,5; 3,5.
Półsucha metoda odsiarczania spalin FOOG:
Stosowana w Elektrociepłowni Chorzów. Metoda przewiduje realizację w jednym reaktorze fluidalnym procesu odsiarczania, odpylania i granulacji stąd nazwa FOOG = Fluidyzacja + Odsiarczanie + Odpylanie + Granulacja.
W wyniku spryskiwania ziaren reagentem wapniowym w warstwie fluidalnej następuje wiązanie się SO2, powstają siarczany i siarczyny, tworzą one na ziarnach warstwę „lepiku”, który zatrzymuje pył niesiony przez spaliny – następuje odpylanie i granulacja pyłu. Ostateczne odpylanie spalin, jak również wychwytywanie drobnoziarnistych produktów odsiarczania i niezbędnego wapna, następuje w odpylaczu końcowym za reaktorem fluidalnym.
Uzyskiwana skuteczność odsiarczania wynosi 40-80%.
W elektrowniach z półsuchą IOS powstaje z zasadzie tylko jeden rodzaj odpadu jako mieszanina popiołu i produktów odsiarczania spalin. Odpady te występują w postaci odpadów paleniskowych (żużel spod kotła i popiół z elektrofiltrów) oraz suchy odpad z absorbera, stanowiący głównie mieszaninę popiołu, siarczanu i siarczynu wapnia.
Usuwanie SO2 i NOx ze spalin metodą radiacyjną:
Zastosowane w Elektrociepłowni Kawęczyn. Proces ten oparty jest na zjawisku reakcji chemicznych zachodzących w mieszaninie gazów pod wpływem oddziaływania na nie wiązki rozpędzonych elektronów. W wilgotnym gazie, w obecności gazowego amoniaku lub rozpylonego wodorotlenku wapnia, następuje wytworzenie się stałych produktów reakcji, które są zatrzymywane w filtrze tkaninowym. Powstające w wyniku reakcji produkty stanowią mieszaninę siarczanu amonowego i azotanu amonowego. Mieszanina ta może mieć wartość handlową jako nawóz mineralny, a zatem może to być metoda bezodpadowa. W przypadku zastosowania jako reagenta mleka wapiennego, powstałaby mieszanina siarczanu i siarczynu wapnia z azotanem wapnia. Jest to odpad nie posiadający żadnej wartości handlowej.
Osiągana skuteczność odsiarczania wynosi nawet 95%. Metoda ta ma przewagę nad innymi gdyż umożliwia równoczesne usuwanie obu tych zanieczyszczeń. Jednakże ewentualne jej zastosowanie na większą skalę wymagałoby znacznego zwiększenia produkcji amoniaku. Ponadto metoda ta wymaga dalszego doskonalenia, ze względu na dużą energochłonność instalacji prototypowej.
Zagraniczne instalacje do odsiarczania spalin:
1.Metoda Bergabau-Forschung – absorpcja SO2 ze spalin następuje na specjalnym koksie aktywnym otrzymywanym z węgla kamiennego. W koksie zachodzi utlenianie SO2 do SO3 tlenem zawartym w spalinach. Następnie z parą wodną również zawartą w spalinach tworzy się kwas siarkowy, który gromadzi się w porach węgla aktywnego. Uzyskuje się skuteczność odsiarczania do 90% pod warunkiem, że uprzednio nastąpiło odpylenie spalin ze skutecznością ok. 95%. Odpadem są pył koksowy i piasek.
2.Metoda LIFAC – opracowana w Finlandii. Ma na celu polepszenie skuteczności odpylania spalin metodą suchą poprzez rozpylenie w reaktorze wody, tworzącej z tlenkiem wapnia wodorotlenek wapnia
3.Metoda amoniakalna – proces Walthera. Dwutlenek i trójtlenek siarki są wiązane przez wodny roztwór siarczynu amonu, wodorotlenku amonu i kwaśny siarczyn amonu na siarczan amonu (nawóz sztuczny). Spaliny przed wlotem do absorbera muszą być odpylone i ochłodzone, po wylocie zaś podgrzane. Skuteczność odsiarczania w tym procesie sięga 90-95%.
4.Metoda magnezowa – polega na wiązaniu dwutlenku i trójtlenku siarki przez wodny roztwór tlenku magnezu i wodorotlenku magnezu na siarczan magnezu. Skuteczność odsiarczania spalin osiąga 90-95%.
Problemy związane z usuwaniem SO2:
- wysoka temperatura gazów po procesie odpylania
- duże rozcieńczenie SO2 w gazach spalinowych (2 – 4 g/m3 spalin)
- ogromne ilości spalin ok. 2 mln m3/h
Dotychczas nie ma najlepszej metody odsiarczania spalin. Jest już kilka dobrych metod, wdrożonych na dużą skalę, ale wybór metody powinien być poprzedzony szczegółową analizą techniczno-ekonomiczną uwzględniającą konkretne warunki. Należałoby również uwzględnić problem ograniczenia emisji tlenków azotu, gdyż w niektórych metodach odsiarczania istnieje również możliwość usunięcia części tych groźnych zanieczyszczeń.
W przypadku procesu mokrego, gazy spalinowe są w bezpośrednim kontakcie z roztworem wodnym czynnika wiążącego. Zaletą tego procesu jest wysoka wydajność. Wadą jest obniżenie temperatury gazów, które muszą być ponownie podgrzane. Oznacza to dodatkowy koszt inwestycyjny.
W przypadku procesu suchego, temperatura gazów nie spada poniżej temperatury skraplania pary. Stosunkowo wysoka temperatura jest zaletą, ponieważ nie ma potrzeby podgrzewania spalin, aby mogły być wyrzucone do atmosfery. Wadą tego procesu jest mniejsza skuteczność, konieczność instalowania dodatkowych urządzeń (np. elektrofiltry) oraz konieczność utylizacji odpadów stałych.
5.3.Ochrona naturalnego środowiska człowieka
w warunkach eksploatacji silników o zapłonie samoczynnym
Kiedy pierwszy samochód Benza poruszał się po drogach, nie stwarzał problemu zanieczyszczenia środowiska i odpadów, mimo że na kilometr wykapywało z jego mechanizmów co najmniej 0,1 litra oleju, a dym z jego rury wylotowej był trujący, pełen sadzy i niedopalonych węglowodorów.
Problem samochodu jako źródło zanieczyszczeń środowiska nie pojawił się w czasie, gdy wypierał on transport konny – ponieważ smród samochodów zastąpił smród końskich odchodów, a sam samochód oszczędził niebywałe ilości pracy niezbędne do zbierania i wywożenia tych odchodów z ulic.
Dopiero motoryzacja lat 60 – tych spowodowała problemy, ponieważ ilość spalin, odpadów i paliwa stała się istotna dla obszarów eksploatacji samochodów. Problemy pojawiły się wtedy:
• gdy naturalne metody „oczyszczania” tych obszarów ze spalin – wiatr – okazywały się niewystarczające, co wiązało się z powstawaniem duszącego dymienia (przede wszystkim tam, gdzie eksploatowano dużo silników dwusuwowych i smogu),
• gdy stwierdzono nadmierną ilość ołowiu w warzywach i mleku; ołów jest szkodliwy ze względu na to, że kumuluje się w organizmach ludzi powodując nieuleczalne zatrucie (ołowica),
• gdy okazało się, że wylewane i rozlewane byle gdzie płyny eksploatacyjne z silników samochodowych przenikają do wód gruntowych i unicestwiają ich przydatność do użytkowania oraz spożycia zarówno prze ludzi jak i zwierzęta,
• gdy stwierdzono, że dym powstały ze spalania zużytych olejów silnikowych zawiera dużą ilość ciężkich metali, które kumulując się w organizmach ludzi powodują nieuleczalne choroby,
• gdy zbadano, że zawarte w spalinach silników ZS niedopalone węglowodany są rakotwórcze.
W zaistniałej sytuacji zaczęto wprowadzać ograniczenia dotyczące składowania spalin oraz obrotu materiałami eksploatacyjnymi i utylizowaniem silników wycofanych z eksploatacji. Podstawowymi materiałami odpadowymi powstającymi podczas eksploatacji silników spalinowych są:
• olej smarujący,
• filtry oleju,
• filtry paliwa,
• płyn chłodniczy,
• wkłady filtra powietrza,
• katalizatory,
• uszczelnienia.
Jeszcze do niedawna pozbywanie się tych materiałów należało do każdego, kto miał z nimi do czynienia. Oleje często wylewano do dołów lub spalano w kotłach, filtry oleju wyrzucano na śmietniska, a płyny chłodnicze wylewano do kanalizacji. Obecnie wszystkie te działania są zakazane a w szczególności:
• jest zakazane spalanie zużytego oleju w kotłach, musi być oddany do przedsiębiorstw przerabiających je w cyklu zamkniętym na nowe wyroby;
• jest zakazane wyrzucanie zużytych filtrów na śmietniska, musza być utylizowane przez uprawnione przedsiębiorstwa;
• jest zakazane wylewanie płynów chłodniczych do kanalizacji, muszą być zdawane do upoważnionych przedsiębiorstw utylizacyjnych;
• zakłady wymieniające filtry, płyny i katalizatory w samochodach musza sporządzać dokumentacje pozyskiwanych i oddawanych do utylizowania zużytych płynów i filtrów;
• zużyte filtry oleju i paliwa muszą być przechowywane w specjalnych pojemnikach zabezpieczonych przed wylewaniem się oleju, a podłoże musi być wybetonowane ze specjalnym spływem deszczówki
Silniki spalinowe jako odpady wyrzucane na złomowisko są szkodliwe ze względu na to, że są wypełnione wypływającymi z nich olejami i płynem chłodzącym, co zanieczyszcza otoczenie, przede wszystkim wody gruntowe. Sam materiał, z którego jest wykonany silnik nie jest zanieczyszczeniem, jest dobrym surowcem wtórnym. Obecne przepisy:
• zakazują wyrzucania na złomowiska silników wypełnionych olejem, przed złomowaniem silnik musi być osuszony;
• nakazują, aby miejsca składowania złomowanych silników były wybetonowane i wyposażone w specjalną kanalizację.
Zagadnienie to jest obecnie rozwiązywane zarówno przez konstruktorów silników, którzy przy konstruowaniu myślą o sposobach demontażu, jak
i przedsiębiorców, finansujących opracowanie tanich technologii rozbiórki, by sprzedaż materiałów wtórnych dawała zysk.
Mając na uwadze, że silniki spalinowe przez szereg lat będą dominującym źródłem napędu pojazdów samochodowych konieczne są dalsze badania prowadzące do zmniejszenia toksyczności spalin oddziaływania na środowisko.
Wiele reform jest potrzebnych i wiele pracy trzeba w nie włożyć aby eliminować źródła zanieczyszczeń powietrza, ale czymże jest ta praca w porównaniu do tego co możemy zyskać?
6.Bibliografia :
Z. Blaschke , 1997r. – „Technologie Odsiarczania Węgla” – „Szkoła Gospodarki Odpadami”
Ewa Pyłka- Gutowska ,1996r – „Ekologia Kudowski ochroną środowiska”, Wydawnictwo Oświata
J. Kucowski., D.Klaudyn, M.Przekwas, 1997r. - „ Energetyka a Ochrona Środowiska
J.Ch. Krebs .: Ekologia. PWN, Warszawa 1997
Tomasz Miński,1995r. – „Ekologia Środowisko Przyroda” Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne
Jan A. Wajand „Silniki o zapłonie samoczynnym”