Методы и средства обеспечения экологической безопасности при механизации производственных процессов в АПК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Нгуен Чан Хынг

• Нгуен Чан Хынг
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Чан Хынг

Введение

Глава 1. Теоретические аспекты обеспечения экологической безопасности в системе «человек-машина-среда. Цель и задачи исследования

1.1 Состав отработавших газов дизелей и содержание нормируемых компонентов

1.2 Воздействие отработавших газов дизельных двигателей на окружающую среду и живые организмы

1.3 Современное состояние нормирования вредных выбросов мобильных машин

1.4 Существующие технологии обеспечения экологической безопасности при использовании мобильной техники с дизельными двигателями

1.5 Возможности каталитической конверсии отработавших газов дизелей

при использовании высоких технологий

1.6 Основные направления обеспечения экологической безопасности в системе «человек-машина-среда»

1.7 Оценка техногенной нагрузки на окружающую среду

1.8 Методика определения экономической эффективности применения ССВВ

1.9 Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования

Глава 2. Математическая модель техногенной нагрузки, создаваемой вредными выбросами дизеля на окружающую среду

2.1 Постановка задачи. Определение величин параметров и граничных условий

2.2 Результаты прогнозирования техногенной нагрузки на окружающую среду, создаваемой вредными выбросами дизельных двигателей

2.3 Выводы по главе

Глава 3. Методика оценки и выбора материалов для конверсии отработавших газов дизельных двигателей в каталитических нейтрализаторах

3.1 Разработка и обоснование критериев оценки и выбора материалов для каталитической конверсии отработавших газов дизелей

3.2 Алгоритм оценки и выбора каталитических материалов для очистки газов

в СПООГ

3.3 Результаты предварительной оценки и выбора материалов для очистки отработавших газов

3.4 Состав материала для изготовления пористых проницаемых блоков нейтрализаторов СВС-технологией

3.5 Выводы по главе

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований по применению методов и средств обеспечения экологической безопасности

4.1 Программа экспериментальных исследований

4.2 Экспериментальная установка с дизелем Д-245

4.3 Экпериментальная установка с дизелем КамАЗ-740

4.4 Определение уровней вредных выбросов МТА в животноводческом помещении при выполнении технологических операций

4.5 Экспериментальное исследование уровней вредных выбросов дизеля Д-

245

4.6 Методика обработки данных об удельных оценочных выбросах дизелей по испытательным циклам

4.7 Оценка погрешностей измерений и расчетов

4.8 Исследование влияния регулировок угла опережения начала подачи топлива на уровни вредных выбросов

4.9 Результаты испытаний опытных каталитических нейтрализаторов с СВС-блоками с природным шунгитом

4.10 Результаты эколого-экономической оценки результатов

исследований

4.11 Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А Обозначение и единицы измерения параметров,

используемых в алгоритме и программе

Приложение Б Исходные данные для расчета

Приложение В Алгоритм расчета

Приложение Г Патент № 2772337. Шихта для получения пористого

проницаемого каталитического материала

Приложение Д Патент № 2781134. Шихта для получения пористого

проницаемого каталитического материала

Приложение Е Акты внедрения

Приложение Ж Сертификаты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и средства обеспечения экологической безопасности при механизации производственных процессов в АПК»

ВВЕДЕНИЕ

Тракторы и мобильные машины с дизельными двигателями широко используются на различных технологических операциях в растениеводстве, животноводстве, кормопроизводстве и выбрасывают в атмосферный воздух значительное количество вредных веществ, которые отрицательно воздействуют на состояние воздушной среды, приводит к снижению работоспособности, ухудшению состояния здоровья работников АПК, приводят к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства. Анализ результатов проведенных исследований показал, что после проведения энергоемких технологических операций наблюдается превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны операторов МТА в несколько раз. Это не только влияет на состояние здоровья работников, но и приводит к значительным материальным потерям, снижению эффективности растениеводства и животноводства за счет снижения качества и количества производимой продукции.

Актуальность темы настоящего исследования состоит в решении важной экологической проблемы уменьшения вредных выбросов дизелей мобильных машин, используемых на технологических операциях в АПК.

Применение мобильных машин с дизелями при проведении технологических операций в АПК дает много преимуществ, однако и вызывает множество рисков, связанных с загрязнением окружающей среды, что может отрицательно сказаться на здоровье работников отрасли, росте растений, урожайности культур, качестве кормов и продуктивности животноводства. Основными загрязнителями, выбрасываемыми дизельными двигателями, являются оксиды азота ^Ох), оксид углерода (СО), углеводороды (СхНу) и твердые частицы (ТЧ). Необходимо применение комплексных мер по снижению выбросов этих загрязнителей в окружающую среду.

Работа выполнена в соответствии с Концепцией развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса до 2025 года

(Министерство сельского хозяйства РФ, приказ от 25 июля 2007 г. № 342), Федеральной научно-технической программой развития сельского хозяйства на 2017-2025 годы, утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации от 25 августа 2017 г, № 966, Государственной программой Алтайского края «Развитие сельского хозяйства Алтайского края на 2020-2025 гг.» (Постановление Правительства Алтайского края от 21.02.2020 г. №78), в рамках научно-исследовательской работы по теме: «Разработка математической модели и направлений в области наук о рисках, повышения устойчивости технических систем и объектов снижения техногенного воздействия на окружающую среду».

Цель работы заключается в повышении экологической безопасности путем снижения техногенной нагрузки на окружающую среду за счет сокращения уровня вредных выбросов применением малотоксичных регулировок и каталитической очистки отработавших газов дизелей мобильных машин, применяемых на технологических операциях в АПК.

В соответствии с поставленной целью были поставлены следующие

задачи:

1. Определить уровни вредных веществ на рабочем месте оператора МТА и в окружающей среде после проведения технологических операций в животноводческом помещении по приготовлению и механизированной раздачи кормов и в полевых условиях на технологических операциях по обработке почвы (вспашке паров) и погрузке зерна.

2. Модернизировать математическую модель оценки экологических показателей дизельных двигателей с учетом техногенной нагрузки на окружающую среду.

3. Разработать методику выбора каталитических материалов и применить ее при создании новых материалов для каталитических нейтрализаторов;

4. Разработать состав шихты для получения СВС- блоков нейтрализаторов без использования благородных и редкоземельных металлов;

5. Провести испытания устройств с каталитическими СВС-блоками с разработанным составом шихты;

6. Оценить эффективность комплексных методов уменьшения техногенной

нагрузки на окружающую среду;

7. Провести эколого-экономическую оценку результатов исследования.

Объект исследования - процесс образования и нейтрализации вредных

веществ в составе отработавших газов дизельного двигателя мобильной машины при выполнении технологических операций в АПК.

Предмет исследования- влияние малотоксичных регулировок топливной аппаратуры и материалов в составе СВС- блока каталитического нейтрализатора на содержание вредных веществ в составе ОГ дизельного двигателя мобильной машины при выполнении технологических операций в АПК.

Научная новизна работы заключается в:

- модернизации математической модели для оценки экологических показателей дизельных двигателей мобильных машин с учетом техногенной нагрузки на окружающую среду;

- разработке и использовании методики выбора материала при проектировании систем очистки отработавших газов;

- разработке составов шихты для каталитических блоков нейтрализаторов без использования благородных и редкоземельных металлов;

- получении результатов испытаний применения малотоксичных регулировок ТА;

- получении результатов испытаний эффективности КН с СВС-блоками с природным шунгитом;

- получении результатов применения комплексных методов уменьшения техногенной нагрузки на окружающую среду.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что реализация ее результатов позволяет:

1. По величине техногенной нагрузки комплексно оценивать мероприятия по обеспечению экологической безопасности.

2. Прогнозировать математическим моделированием величины техногенной нагрузки, создаваемой отработавшими газами дизелей мобильных машин.

3. При создании нейтрализаторов отработавших газов частично или полностью отказаться от использования благородных и редкоземельных элементов.

4. Выявлением структуры техногенной нагрузки, целенаправленно вести работу по сокращению выбросов отдельных компонентов с отработавшими газами.

5. Разработанные методы и средства, включающие в себя проведение малотоксичных регулировок и применение каталитической очистки ОГ в нейтрализаторах позволяют снизить уровень вредных выбросов мобильных машин до требуемых нормативов.

6. В экспериментальном подтверждении эффективности применения каталитических нейтрализаторов с СВС-блоками с природным шунгитом и малотоксичных регулировок для снижения техногенной нагрузки на окружающую среду при механизации технологических операций в АПК.

Методология и методы исследования. В работе применены теоретические и экспериментальные методы исследования. В теоретических исследованиях использовались методы системного анализа, элементы теории систем, факторный метод, метод математического моделирования процессов.

Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях и на лабораторных стендах с использованием современной измерительной аппаратуры, отраслевых методик, методов планирования и наблюдений. Обработка экспериментальных данных осуществлялась методами статистического анализа, в соответствии с ГОСТ и использованием компьютерных программ Microsoft Office Excel.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность теоретических положений и выводов подтверждена результатами экспериментальных исследований, математическим моделированием техногенной

нагрузки, создаваемой вредными выбросами дизельного двигателя на окружающую среду, стендовыми и полевыми испытаниями разработанных средств снижения вредных выбросов - каталитических нейтрализаторов с СВС-блоками с природным шунгитом и применением комплексных методов обеспечения экологической безопасности - каталитических нейтрализаторов и малотоксичных регулировок.

Реализация и внедрения результатов исследований.

Основные результаты работы используются и приняты к внедрению на объектах агропромышленного комплекса Алтайского края. Методика по определению техногенной нагрузки на окружающую среду рекомендована к применению Министерством сельского хозяйства и Министерством природных ресурсов и экологии Алтайского края в качестве инструмента оценки техногенной нагрузки для обеспечения экологической безопасности в АПК. Оборудование, созданное при выполнении диссертационной работы и методика разработки и выбора материала для блоков каталитического нейтрализатора используется при проектировании средств последующей обработки отработавших газов дизелей (СПООГ), при научных исследованиях и в учебном процессе в ФГБОУ ВО АлтГТУ им. И.И. Ползунова и ФГБОУ ДПО Алтайском институте повышения квалификации руководителей и специалистов АПК.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на всероссийских и международных научных (научно-практических) конференциях: VIII Всероссийской научно-практической конференции «Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы» (Рубцовск, 2018 г), Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (2019, 2020, 2021, 2022 гг.), III, IV Научно-практических конференциях «Проблемы техносферной безопасности», Международной научно-практической конференции «Арктика: современные подходы к производственной и экологической безопасности в нефтегазовом секторе» 2019 , 2022 гг., IV Международной конференции «Передовые

технологии в аэрокосмической отрасли, машиностроении и автоматизации» "MIST: Aerospace - 2021" (Красноярск, 10-11 декабря 2021 г.).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 19 печатных работах, в том числе 12 статей РИНЦ, 4 статьи в журнале рекомендованным перечнем ВАК, 1 Scopus, получено 2 патента РФ.

Структуры и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения по работе. Текст диссертации изложен на 194 страницах машинописного текста, включает 23 рисунка, 37 таблицы, 196 наименований использованной литературы и 7 приложения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментальных исследований состояния воздушной среды в кабине трактора на рабочих местах оператора при проведении сельскохозяйственных работ в животноводческом помещении по приготовлению и механизированной раздачи кормов и в полевых условиях на технологических операциях по вспашке паров и погрузке зерна;

2. Усовершенствованную математическую модель оценки экологических показателей дизеля и результаты моделирования техногенной нагрузки на окружающую среду;

3. Методику выбора материала для разработки систем очистки отработавших газов и результаты ее применения при проектировании каталитических нейтрализаторов.

4. Состав шихты с природным шунгитом для получения каталитических блоков нейтрализаторов методами СВС-технологий;

5. Результаты исследований по применению малотоксичных регулировок;

6. Результаты исследований эффективности каталитических нейтрализаторов с природным шунгитом для мобильной сельскохозяйственных техники.

7. Результаты применения комплексных методов снижения вредных выбросов мобильных машин.

8. Результаты эколого-экономической оценки.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В СИСТЕМЕ «ЧЕЛОВЕК-МАШИНА -СРЕДА». ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Состав отработавших газов дизельных двигателей и содержание

нормируемых компонентов

Обеспечение экологической безопасности автотракторной техники является одной из основных проблем, решаемых в настоящее время мировым сообществом. Это объясняется огромным ростом количества мобильной техники, использующей в качестве окислителя топлив кислород воздуха и загрязняющей отработавшими газами окружающую среду. В свою очередь, загрязнение окружающей среды вызывает целый ряд необратимых последствий, в том числе, связанных с потеплением климата, выпадением кислотных осадков, ухудшением климатических условий и т.д.

В соответствии со Стратегией научно-технического развития Российской Федерации, одним из приоритетных направлений на ближайшие 10-15 лет является переход к высокопродуктивному экологически чистому агрохозяйству [136].

В связи с широтой и актуальностью проблемы, разработка и совершенствование нормативных требований к выбросам поршневых двигателей, ведется как по национальным, так и международным программам ООН.

С продуктами сгорания дизельного топлива в Росии ежегодно выбрасывается около 1,5 млн т углеводородов, 1-1,5 млн т твердых частиц и 500 тыс. т оксида серы (IV), что наносит серьезный вред окружающей среде [93]. Обеспечению экологической безопасности и улучшению условий труда в сельскохозяйственном производстве посвящен ряд работ - В.Д. Аксененкова, И.Я. Аксенова, Е.В. Бондаренко, Р.О. Гарского, А.Г. Головатенко, В.В. Горбунова,

О.И. Демочки, Г.С. Дугина, О.И. Жегалина, Л.Л. Зотова, В.Н. Иванова, Н.И. Чепелева, А.В. Колчина, А.Р. Кульчицкого, П.Д. Лупачева, В.А. Михайлова, А.Л. Новоселова, Е.А. Скачковой, Д.О. Олейника, И.Б. Тришкина, Н.П. Стражева, О.В. Ударцевой, А.А. Мельберт, Т.Р. Филипосянца, В.И. Ципцына и др.

Проблемам повышения экологического качества поршневых двигателей посвящены работы Луканина В.Н., Кутенева В.Ф., Звонова В.А., Иващенко Н.А., Новикова Л.А., Онищенко Д.О., Патрахальцева Н.Н., Фомина В.Ф., Кузнецова И.В., Малова Р.В., Корнилова Г.С., Панчишного В.И, Каменева В.Ф., Taylor K.C., Heywood J.B., DumesicJ.A., Topsoe N.Y., Koltakis G.C., Pontikakis G.N., Chatterjee D.L. и других российских и зарубежных ученых [97,108, 81,136, 92, 140, 186].

Системой выпуска отработавших газов (СВОГ), а в настоящее время система последующей обработки отработавших газов (СПООГ) претерпела существенные изменения за последние 10-15 лет. Ужесточение норм, необходимость применения все более высокотехнологичных систем при сохранении экономичности приводят к трудностям при разработке СПООГ [95].

Основным компонентом в топливе для дизельных двигателей является углерод и водород, как и в большинстве других видов топлива. Когда достигается идеальный термодинамический баланс, полное сгорание дизельного топлива будет генерировать только CO2 и H2O в камерах сгорания двигателя [192, 194]. Однако многие причины (соотношение воздух-топливо, время зажигания, турбулентность в камере сгорания, форма сгорания, концентрация воздуха-топлива, температура сгорания и т. д.) делают это невозможным, и в процессе сгорания образуется ряд вредных продуктов.

Степень воздействия дизелей мобильных машин связана с режимами эксплуатации, видом применяемого топлива, регулировками топливной аппаратуры, конструкцией двигателя, рельефом местности, метеорологическими условиями и т. д. Поэтому, рассматривая проблему сокращения вредных выбросов необходимо связывать все эти условия с процессами образования оксидов азота (NOх), оксида углерода (СО), углеводородов (СхНу), твердых частиц

(ТЧ), альдегидов, бенз-а - пирена (БАП) и установлением соответствия уровней их выбросов нормам ПДК и ПДВ [35].

Содержание токсичных компонентов в ОГ дизеля зависит от режима его работы и, в первую очередь, от нагрузки. На всех режимах работы дизеля основным вредным компонентом ОГ дизелей являются оксиды азота КОх. Содержание N0 в ОГ значительно увеличивается с ростом нагрузки, и сокращается незначительно в области высоких нагрузок и перегрузок. На режиме холостого хода, при высоких нагрузках и пуске холодного двигателя возрастает выброс с ОГ продуктов неполного сгорания - СО, СхНу. При высоких нагрузках, перегрузках и пуске дизеля резко возрастает выброс твердых частиц [57,62, 64,73,112].

Компоненты в составе ОГ дизельного двигателя приведены в таблице 1 [148, 167].

Таблица 1. Компоненты в составе ОГ дизельного двигателя

Типичный диапазон Концентрация

концентрации компонентов в

Составная часть компонентов в отработавших газах (% по объему) естественном сухом окружающем воздухе (% по объему)

Азот (N2) 75 - 77 78,08

Кислород (О2) 11,5 - 15,5 20,95

Углекислый газ 4 - 6.5 0,038

(СО2)

Вода (Н2О) 4 - 6

Аргон (Аг) 0,8 0,934

полностью > 99,7

Дополнительные компоненты, обнаруженные в отработавших газах дизельного двигателя и типичный диапазон их концентраций приведены в таблице 2 [151,158 ].

Состав отработавших газов различных типов дизельных двигателей имеет существенные различия. Это объясняется различием условий смесеобразования, избытка воздуха, сгорания и целым рядом конструктивных особенностей.

В составе газов обнаружено до 1200 компонентов различной степени вредности и присутствующих в незначительных количествах [19, 55, 77, 79, 105, 108, 138,141].

Таблица 2. Состав вредных веществ в отработавших газах дизельного двигателя

Составная часть Типичный диапазон концентрации компонентов в отработавших газах (по объему- ч/млн - об)

Оксиды азота NOx 1000 - 1500

Оксиды серы SOx 30 - 900

Монооксид углерода CO 20 - 150

Всего углеводородов CxHy 20 - 100

Летучие органические соединения VOC (как CH4) 20 - 100

Твердые частицы ТЧ 20 - 100 мг / м3, в сухом состоянии, 15% O2: состав топлива связан

Дымность Связано с низкой нагрузкой (<50% нагрузки), запуском и быстрым увеличением нагрузки

ч/млн - об: концентрация, частей на миллион, объем

Содержание основных токсичных компонентов в отработавших газах дизелей приведено в табл. 3 по по данным В.И. Смайлиса (ЦНИДИ) и по данным фирмы "BOSCH".

Таблица 3. Содержание основных нормируемых компонентов в отработавших

газах дизелей

Компонент отработавших газов дизелей Концентрация в отработавших газах в объемной массе, г/м3 Удельные выбросы, г/(кВтч)

По В.И. Смайлису По данным фирмы «BOSCH» По В.И. Смайлису По данным фирмы «BOSCH»

min n xx Режим полной мощности

СО 0,25...2,50 0,125.0,562 0,44.2,50 1,5.12,0 2,2.10,0

NOx 2,00...8,00 0,10.0,51 1,23.5,125 10,0.30,0 6,15.20,5

CxHy 0.25.2.00 0,19.1,91 до 0,57 1,5.8,0 до 2,28

ТЧ 0,05.0,50 0,02 до 0,2 0,25.2,0 до 0,8

Состав отработавших газов и удельные выбросы дизелей на режимах полной мощности приведены в табл.4.

Таблица 4. Состав отработавших газов и удельные выбросы дизелей на режимах

полной мощности

Компоненты ОГ дизелей Концентрация Удельные выбросы с ОГ, г/(кВт-ч)

% объема В объемной массе, г/м2

Оксид углерода 1-10 0,25-2,50 1,5-12,0

Диоксид серы 0,003-0,05 0,10-0,70 0,4-2,50

Альдегиды (к акролеину) 0,001-0,50 0,01-0,04 0,06-0,2

Углеводороды 0,009-0,50 0,25-2,00 1,5-8,00

Бенз-а-пирен — 0,5-10-6-0,2-10-6 110-6-210-6

Оксиды азота 2-10-4-0,50 2,00-8,00 10-30

Твердые частицы 0,01-1,60 0,05-0,50 0,25-2,00

Таблица 5. Уровни вредных выбросов двигателей различных типов, г/(кВт-ч)

Компоненты ОГ Дизели Бензиновые ДВС

4-тактные без ГТН 4-тактные с ГТН 2-тактные Газодизели Карбюраторные С многоточечным впрыском С форкамерно-факельным процессом

Сернистый ангидрид 0,95 0,90 1,00 0,60 0,30 0,30 0,30

Оксид углерода 4,15,4 4,1-4,8 11,012,0 2,6-2,7 50-130 23-70 25-85

Оксиды азота 1219 15-16 19 13-15 26-27 28-30 23-24

Углеводороды 2-4,1 3,4 8,2 1,4-3 10-100 10-40 —

Альдегиды (% по объему) 0,006 0,0030,6 0,0091,2 0,0010,6 до 0,2 0,2-0,4 до 0,003 0,1-02 10-70

Твердые частицы 1,42,0 1,4 1,8 0,8 — — 0,20,25

Бенз-а-пирен, мкг/(кВт-ч) 1,42,0 1,3-1,4 1,341,96 1,101,14 10-20 8-10 6-8

Данные по уровням вредных выбросов различных типов поршневых двигателей приведены в табл. 5.

Из приведенных данных табл. 5 можно сделать вывод, что наименьшие уровни выбросов по СО, Б02, твердым частицам и бенз-а-пирену имеют газодизели.

Дизельная сажа составляет основу твердых частиц (ТЧ) и является носителем полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Основными канцерогенными ПАУ являются ВЕР, ВАР, БВАН, БВА (табл. 6).

Таблица 6. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), входящие

в состав отработавших газов дизелей

Углеводороды Сокращенно е обозначение Молекулярна я масса, г/моль Точка кипения , К Канцерогенност ь

Флуорантен FLU 202 648 —

Пирен PYR 202 666 —

Бенз(Ь)нафто(2,1 -ё)тиофен ENT 226 — —

Бенз(Ь,Ь)флуорантен BGF 226 705 ++

Бенз(а)антрацен BAA 228 711 +

Трифенилин TF 228 698 —

Циклопентено(сё)пире н CPP 226 712 +

Хризен CHR 228 721 +

Бенз(Ь)флуорантен BBF 252 754 ++

Бенз(])флуорантен BJF 252 754 ++

Бенз(к)флуорантен BKF 252 754 ++

Бенз(е)пирен BEP 252 754 +++

Бенз(а)пирен BAP 252 760 +++

Перилен PER 252 769 ++

Дибенз(а, ^)антрацен DBAH 278 770 +++

Индено(7,2,3-с^)пирен IND 278 780 +

Дибенз(а, ^)антрацен DBA 278 780 +++

Бенз(£,^)перилен BGP 278 787 +

Антактрен ANT 276 790 +

Коронен COR 276 797 +

Токсичные компоненты в составе отработавших газов дизельных двигателей, приведены в таблицах 7 и 8 [105, 167].

Таблица 7. Средние выбросы некоторых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и нитро-ПАУ соединений

№ п/п Соединение Выбросы, (мг / кВтч)

1 Нафталин 0.0982 ± 0.0423

2 аценафтилен 0.0005 ± 0.0005

3 аценафтен 0.0004 ± 0.0001

4 флуорен 0.0015 ± 0.0009

5 Фенантрен 0.0077 ± 0.0025

6 антрацен 0.0003000 ± 0.0001000

7 Флюорантен 0.0006 ± 0.0006

8 пирен 0.0005 ± 0.0004

9 Бенз[а]антрацен < 0.0000001

10 Хризен < 0.0000001

11 Бенз[б] флуорантен < 0.0000001

12 Бенз[к] флуорантен < 0.0000001

13 Бенз[е]пирен < 0.0000001

14 Бенз[а]пирен < 0.0000001

15 Перилен < 0.0000001

16 Индено[1,2,3^]пирен < 0.0000001

17 Дибенз[а,Цантрацен < 0.0000001

18 бенз[^ИД]перилен < 0.0000001

19 2-нитрофлуорен 0.0000036 ± 0.0000041

20 9-нитроантрацен 0.0000148 ± 0.0000213

21 2-нитроантрацен 0.0000004 ± 0.0000009

22 9-нитрофенантрен 0.0000211 ± 0.0000209

23 4-нитропирен < 0.0000001

24 1-нитропирен 0.0000197 ± 0.0000243

25 7- нитробенз[а]антрацен 0.0000002 ± 0.0000002

26 6-нитрохризен < 0.00000001

27 6-нитробенз[а]пирен < 0.00000001

Таблица 8. Средние выбросы различных веществ в составе отработавших газов

дизельного двигателя

№ п/п Соединение Выбросы, (мг / кВтч)

1 Ацетальдегид 0.61 ± 0.27

2 акролеин < 0.01

Продолжение табл.8

3 анилин 0.000150 ± 0.000075

4 Соединения сурьмы < 0.001

5 мышьяк < 0.0002

6 Бензол < 0.01

7 Бериллиевые соединения < 0.0003

8 дифенил 0.013780 ± 0.001716

9 Бенз(этилгексил)фталат НС

10 1,3-Бутадиен < 0.01

11 Кадмий < 0.00003

12 Хлор (хлорид) < 0.007

13 Хлорбензол и его производные НС

14 Соединения хрома 0.0007 ± 0.0003

15 Соединения кобальта < 0.0001

16 Изомеры крезола 0.02727 ± 0.01233

17 Цианидные соединения < 0.05

18 DL-н-бутилфталат НС

19 Диоксины и дибензофураны 0.00000066 ± 0.000000055

20 Этилбензол 0.05 ± 0.04

21 формальдегид 1.90 ± 1.01

22 гексан < 0.01

23 Неорганический свинец < 0.0001

24 марганца < 0.00022

25 Меркурий < 0.00016

26 метанол 0.07 ± 0.13

27 Метилэтилкетон < 0.01

28 Нафталин 0.0982 ± 0.0423

29 никель 0.0002 ± 0.0001

30 4-нитробифенил < 0.00000001

31 Фенол 0.00905 ± 0.00414

32 фосфор 0.0130 ± 0.0064

33 ПОМ, включая ПАУ и производные См. табл. 7

34 Пропиональдегид 0.01

35 Селен < 0.0001

36 Стирол < 0.01

37 Толуол 0.26 ± 0.28

38 Изомеры и смеси ксилола 0.35 ± 0.10

39 орто-ксилол 0.13 ± 0.07

40 мета-и пара-ксилолы 0.20 ± 0.08

НС: не сообщается

ПАУ: полициклические ароматические углеводороды; ПОВ: полициклическое органическое вещество

Дизельные двигатели, хотя и имеют много преимуществ, - низкие эксплуатационные расходы, энергоэффективность, долговечность, надежность, оказывают значительное влияние на процесс загрязнения окружающей среды. В частности, отработавшие газы дизельных двигателей содержат высокие концентрации твердых частиц и газообразных NOx, которые приводят к экологическим проблемам и отрицательно влияют на здоровье человека [7,14,27, 29, 31, 50, 51, 55, 75, 78, 103, 108, 112, 123, 152, 158].

1.2 Воздействие отработавших газов дизельных двигателей на окружающую

среду и живые организмы

В настоящей работе дизельный двигатель рассматривается как источник вредных выбросов в окружающую среду и при их анализе не рассматриваются энергетические загрязнения (шум, вибрация, электромагнитные поля, выбросы теплоты).

При эксплуатации мобильных машин с дизельными двигателями в сельскохозяйственном производстве происходит значительное загрязнение их вредными выбросами полей, животноводческих ферм, складов. Вредные выбросы двигателей сельскохозяйственных машин сокращают на 25 % урожайность и качество продукции.

Дизельные двигатели, как и другие тепловые двигатели постоянно расходуют значительное количество кислорода, являющегося ценнейшим ресурсом планеты. К числу токсичных обычно не относят СО2. Однако только в России в атмосферу ежегодно поступает примерно 1200 млн т СО2,что уже может влиять на климат в региональном и глобальном масштабах. Есть мнения, что в ближайшие три-четыре десятилетия вследствие прогрессирующего накопления в атмосфере СО2, интенсивно поглощающего солнечную радиацию, можно ожидать потепления климата. Изменение отражательной способности атмосферы только на 0,01 изменяет среднегодовую температуру на 2-3 °С.

Диоксид серы легко преобразуется в серную кислоту и попадает на Землю в виде кислотных осадков, вызывающих закисление почв, водоемов, снижающих продуктивность сельского хозяйства, разрушающих металлические и каменные конструкции.

Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя планеты. Уже четвертое десятилетие ставится вопрос об ограничении выбросов в окружающую среду высокоактивных многоядерных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), вызывающих раковые заболевания.

Вредному воздействию вредных выбросов в большей степени подвержены живые организмы и растения [7,14,27, 29, 31, 50, 51, 55, 75, 78, 103, 108, 112, 123].

Воздействие на жизненную силу растений выражается в гибели отдельных видов деревьев и культур. Воздействие, например, диоксида серы приводит к повреждению паренхимы листьев растений. От воздействия углеводородов ухудшается рост растений, нарушается цветение и плодоношение.

При использовании дизелей на технологических операциях в сельскохозяйственном производстве выбросы с отработавшими газами тракторов, самоходных шасси приводит к изменению состава воздуха производственной среды, ведет к осаждению частиц сажи на остекление, ухудшает здоровье работников, снижает урожайность культур [105].

Особенностью работы дизелей целого ряда сельскохозяйственных машин, в частности, тракторов, является то, что они эксплуатируются по внешней скоростной характеристике и выбрасывают большое количество оксидов азота и твердых частиц, включая сажу. Выбросы твердых частиц для дизелей в ряде случаев достигают 1 % по массе сожженного топлива [31, 105]. Дизельная сажа склонна к образованию конгломератов, содержащих от сотен до тысяч частиц, отличающихся незначительной прочностью [8, 9, 10]. Исследователями Великобритании отмечено, что в зависимости от условий окружающей среды, среднее пребывание частиц сажи в атмосфере составляет 24...48 часов. Твердые частицы в составе ОГ дизельного двигателя (ТЧ) - это сложная смесь твердого и

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Чан Хынг, 2023 год

акты

Наименование документов, подтверждающих использование передачи.

Эффективность использования результатов НИР

1. Эколого-экономический эффект - снижение загрязнения окружающей среды вредными выбросами двигателей мобильных сельскохозяйственных машин

2. Улучшение условий труда операторов мобильных машин

3. Улучшение состояния воздушной среды в животноводческих помещениях.

4. Создание учебно-методических разработок для высших учебных заведений и для слушателей ДПО.

Согласно технико-экономическому обоснованию (ТЭО), разработанному результатам НИР в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова, одобренным Министерством сельского хозяйства Алтайского края и Министерством природных ресурсов и экологии Алтайского края, предотвращенный экологический ущерб составил тыс- РУ6' а приведенный экономический эффект от применения предложенных комплексных методов снижения вредных выбросов в расчете на одну тонну товарной продукции составил 5514,34 руб.

по

Научный руководитель работы д.т.н., профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности» ФГБОУ ВО Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова: МельбертА.А.

Исполнитель аспирант Нгуен Чан Хынг

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова (

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В АПК

Приложение Ж

СЕРТИФИКАТЫ

iЙЛЖЯвШ A JA 4.V,v A'

ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

награждается

Нгуен Чан Хынг

аспирант группы ОПэБио-81 научный руководитель: Мельберт A.A.

занявший(ая) III МЕСТО

в XVII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь»

в секции «Актуальные вопросы жизнедеятельности в техносфере»

А.Е. Свистула

ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

СЕРТИФИКАТ

участника конференции

Настоящий сертификат подтверждает, что

Нгуен Хынг Чан

принимал (а) участие в XVIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь

в секции «Актуальные вопросы жизнедеятельности в техносфере»

Проректор по НИР 20 апреля 2021 года

А.А. Беушев

ю

ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

в секции «Актуальные вопросы жизнедеятельности в техносфере»

А.А. Беушев

СЕРТИФИКАТ

участника конференции

Настоящий сертификат подтверждает, что

Нгуен Хынг Чан

принимал (а) участие в XIX Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь»

Проректор по НИР 19 апреля 2022 года

и)

Мишаерото науки и асш^о обраювгиия Российски Федерации • | |Г~)|\/ОГС |1~\ /

ФедеральноегосудараеФное&одктоеобраз^ельное^реадаиевьш^

СЕРТИФИКАТ

подтверждает, что

НГУЕН

ЧАН

ХЫНГ

представлял доклад 'Методы и средства снижения техногенной нагрузки на окружающую среду" на IV Международной научно-практической конференции "АРКТИКА: современные подходы к производственной и экологической безопасности в нефтегазовом секторе"

0000514157-121

28.11.2022 Тюмень