Учет влияния параметрического загрязнения на окружающую среду Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 127

серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов

УДК 629. 735.015

УЧЁТ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Ю.В.СМИРНОВА

Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.

Статья посвящена учёту физического воздействия, выбрасываемых в атмосферу веществ путём разделения на группу «непарниковых» и «парниковых» газов, перечень которых приведён в Киотском протоколе из расчёта объёмов транспортной работы.

Для оценки воздействия процесса авиатранспортной работы (ПАТР) на биосферу использовался метод материальных балансов. Этот математический метод основан на оценке входящих и выходящих потоков веществ и энергии на различных этапах ПАТР. Данный метод является оптимальным среди известных методов определения масштабов воздействия на биосферу любого товара (услуги), необходимого обществу, и позволяет дать оценку как всему производству в целом, так и отдельным его этапам.

Метод оценки процесса транспортной работы [1] был применён для комплексной оценки негативного воздействия, оказываемого как наземными источниками, так и в процессе выполнения крейсерского полёта воздушного судна в единообразных единицах с использованием показателя качества негативного и парникового воздействия, который рассчитывается следующим образом:

НПВ ГА = X НВ р ^ тт, (1)

где - НПВ ГА - показатель качества негативного и парникового воздействия (загрязнения биосферы) гражданской авиации;

НВ - негативное воздействие; р - вид негативного воздействия.

Показатель качества предложено измерять в относительных единицах - единицах негативного и парникового воздействия (ЕНПВ). За одну ЕНПВ принята величина ущерба, равная ущербу, наносимому окружающей среде одной тонной монооксида углерода (СО), выброшенного в атмосферу. Оценка воздействия проводится с использованием ряда показателей и коэффициентов из законодательно установленных норм и правил [ 2, 3, 4 ], предъявляемых к обеспечению экологической эффективности природоохранной деятельности эксплуатационных предприятий по предлагаемой зависимости:

НПГ ПГ вод отх

НВ хим - физ = НВ + НВ + НВ + НВ (2)

То есть ингредиентное (химическое) и параметрическое (физическое) воздействие на биосферу складывается из :

НВ нпг - негативное воздействие на атмосферу, вызванное непарниковыми газами;

НВ пг - негативное воздействие на атмосферу, вызванное парниковыми газами;

НВ вод - негативное воздействие на гидросферу, вызванное сбросом загрязнённых сточных вод в природные водоёмы;

НВ отх - негативное воздействие на литосферу, вызванное размещением твёрдых и концентрированных жидких отходов на территории аэропортового узла.

В связи с ратификацией Россией Киотского протокола наиболее актуальным вопросом стал учёт выбросов в окружающую среду не только всех известных загрязняющих веществ, но и парниковых газов.

Для дополнительного учёта парникового воздействия выбрасываемые в атмосферу вещества делят на группу «непарниковых» и «парниковых» газов, перечень которых приведён в Киотском протоколе. Поскольку в действующих законодательно установленных нормах и правилах природоохранной деятельности пока нет данных, определяющих показатели негативности «парниковых» газов относительно иных загрязняющих веществ, разработана новая методика на основе требования нормативных документов и справочной литературы. Согласно этой методике значения показателей некоторых ингредиентов относительной негативности в ЕНПВ/т опираются на значения, приведённые ниже:

• выбрасываемые в атмосферу непарниковые газы:

оксид азота - 86,7; ацетон - 10,33;

оксид серы - 66,7; водород фтористый - 683,33;

железа оксид - 86,66; сажа - 133,3;

углеводороды - 8,33; свинец - 2010.

• выбрасываемые в атмосферу парниковые газы:

диоксид углерода - 3,97; оксид азота (II) - 1230,16;

метан - 83,33 гексафторид серы - 94883,0.

При выполнении авиатранспортной работы объёмом один миллиард пассажиро-

километров выбрасываются наземными источниками и на высотах более 900 метров следую-

щие парниковые газы, объёмы которых приведёны в табл. 1.

Таблица 1

Основные характеристики парниковых газов

Выбросы за работу объёмом 1 млрд. пасс. км N20 СО2 Я С Фреоны Итого

тонн/млрд. пасс-км 1,348 133496,0 8,816 1,384 133507,55

процент вклада тонн/ млрд. пасс-км 0,0014 99,99 0,007 0,0016 100

ЕНПВ/ млрд. пасс-км 1658,11 529965,4 84,86 60156,7 591865,07

процент вклада ЕНПВ/ млрд. пасс-км 0,28 89,5 0,12 10,1 100

среднее время пребывания в атмосфере ~ 120 ~ 100 9 - 15 2 600 -50 000 -

потенциал глобального потепления 310 1 21 ~ 7680 -

При сопоставлении вклада парниковых газов за всю авиатранспортную работу в традиционных единицах валового загрязнения доминантами являются диоксид углерода (СО2) и пары воды (Н2О) [ 1 ], это приводит к значительному локальному изменению, а именно - увеличению облачности в зоне аэропорта, что снижает видимость при выполнении полётов в зоне аэропорта, а также увеличение непрогнозируемых осадков (в среднем на 11%), что приводит к ухудшению полётных условий. В ЕНПВ приоритеты меняются, так как возрастает роль фреонов, это опасно тем, что у хлорфторуглеродов значителен срок жизни в атмосфере в сотни раз больше по сравнению с другими парниковыми газами.

Использование метода расчёта показателя качества позволило при анализе негативного воздействия на биосферу жизненного цикла процесса авиатранспортной работы объёмом 1 млрд. пассажиро-километров (на примере авиатрассы Москва - Петропавловск-Камчатский) выявить экологическую значимость нескольких новых первоначально также неочевидных для ГА на-

правлений природоохранной деятельности авиакомпании, в том числе и прежде всего необходимость повышения топливной эффективности эксплуатируемых транспортных средств. Новый метод также позволил установить, что помимо традиционных источников загрязнения, более 15% химического и «парникового» воздействия приходится на объекты радиотехнического обеспечения полётов и авиационной электросвязи по соответствующей трассе перелёта, не учитывающиеся ранее. Следовательно, разработанный метод и предложенный показатель качества позволяют экологическим службам предприятий и организаций проводить оценку вклада различных ингредиентов загрязнения с учётом их относительной негативности для равновесия биосферы в единообразных единицах.

По статистическим данным в среднем 5% авиационных происшествий возникает из-за плохих погодных условий. Используя теорию состояния влажного воздуха и, исходя из концентраций СО2 в отработавших газах авиационных двигателей в зоне рассматриваемого аэропорта, интенсивности полётов, влажности, температуры окружающей среды, по термодинамическим уравнениям было рассчитано изменение облачности в зоне аэропорта (уравнения 3-6). Установлено, что при выполнении работы объёмом 268 рейсов (взлётно-посадочных циклов в зоне аэропорта) в сутки количество пасмурных дней возрастает в среднем на 11%, что приводит к ухудшению условий полёта на таких ответственных этапах, как взлёт и посадка [ 5, 6 ]:

1 + т •

(3)

ру •Т

где р - давление, Па;

V - удельный объём газа, м3/моль;

- универсальная газовая постоянная сухого воздуха (Яа=8314,41), Дж/(моль-К);

Т - температура, К;

т - масса сконденсированного пара, кг;

Мл - молекулярная масса сухого воздуха (Ма=28,9645), кг/моль;

М„ - молекулярная масса влажного воздуха (Мте=18,0152), кг/моль.

(р=Рр аіда * ^0% , (4)

где ф - относительная влажность, %.

Ра

В. - • М

^ _ аё а да______________________

і аё аі да я т^ ^ V /

где р вл еозд - плотность влажного воздуха, г/м3.

г = (6)

/ ш да ^ г~т ^ V /

где р возд- плотность сухого воздуха, г/м3.

По формуле ( 5 ) определяем плотность влажного воздуха с учётом концентрации СО2. Для ПАТР объёмом 1 млрд. пасс. км (то есть при выполнении 268 взлёт-посадок - реальные условия) эта концентрация составляет в среднем порядка 11%. При выполнении 50 взлёт-посадок концентрация составляет 1%, при 104 - 5 %, при 520 - 20%. В зависимости от интенсивности полётов М„ меняется от 21,39 кг/моль (при 268 взлёт-посадках), до 23,21 кг/моль (при 520), до 19,31 кг/моль (при 104), до 18,52 кг/моль (при 50). Далее по формуле (4) рассчитываем изменение влажности за год при выполнении работы разной интенсивности полётов. Затем определяем увеличение количества пасмурных дней (табл. 2).

Таблица 2

Зависимость облачности от интенсивности полётов в Шереметьево в 2006 г.

Интенсивность полётов, взлёт-посадок/сутки Количество облачных дней за год при относительной влажности

до 80%, от 81 до 99%, около 100%,

шт. % шт. % шт. %

50 311 85 54 15 0 0

104 281 77 79 22 5 1

268 266 73 59 16 40 11

520 249 68 47 13 69 19

Для расчета степени ухудшения условий полёта и как следствие затрат аэропорта на компенсацию тяжёлых условий труда при снижении видимости на таких сложных этапах полёта, как взлёт и посадка рекомендуется использовать расчетную схему, приведенную на рис. 1.

н

Л

Я

с

а

я

я

о

о

ч

я

п

о

л

Л:

Ч

О

я

л

Л:

Ч

Рис. 1. Изменение облачности с увеличением интенсивности полёта

Таким образом, применение предложенной методики позволило определить компенсационные выплаты при ухудшении условий полёта персоналу и службам, обеспечивающим движение воздушного судна, что составляет в среднем 5% от прибыли за такой рейс, то есть при выполнении авиатранспортной работы объёмом 1 млрд. пасс. км затраты при ухудшении погодных условий составляют 0,55 млн. рублей при выполнении 268 взлёт-посадок в сутки (рис. 2).

Предложенный метод позволяет снизить затраты предприятия в процессе деятельности за счёт учёта реального количества выброшенных веществ, а не на основе установленных нормативов платежей авиакомпанией и аэропортом за негативное воздействие на биосферу. В результате изменения облачности от интенсивности полётов воздушных судов в сутки и влажности в приземных слоях атмосферы авиапредприятие, прогнозируя это, может рассчитывать выплаты персоналу, так как степень тяжести труда повышается, что связано с ухудшением полётных условий при взлёте и посадке. Такие выплаты составляют в среднем 5% от чистой прибыли авиакомпании (рис. 3).

Рис. 2. Зависимость облачности и дополнительных затрат ЭП ГА от интенсивности полётов в районе МАШ по дням в январе 2006 г.

1550 3224 8308 16120

интенсивность полётов в месяц, рейсов

Рис. 3. Зависимость затрат авиакомпании от изменения погодных условий полёта

Таким образом, применение предложенной методики позволило определить приоритетные направления в повышении экологической безопасности процесса авиатранспортной работы. После топливной эффективности отечественных воздушных судов вторая роль в загрязнении окружающей принадлежит проблемам, связанным с утилизацией и обезвреживанием отходов, а третья - расходу электроэнергии. До настоящего времени в природоохранной деятельности ГА этим проблемам не уделялось должного внимания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карпин Б.Н., Смирнова Ю.В. Комплексная экологическая оценка процесса авиатранспортной работы // Безопасность в техносфере, №3, 2006.

2. Нормы лётной годности двигателей воздушных судов. Авиационные правила. Часть 33. МАК, 1994.

3. О концепции развития воздушно-транспортной системы города Москвы до 2005 года. Постановление Правительства Москвы от 02.04.02 № 246-ПП. Вестник мэра и Правительства Москвы, 2002, № 30 (1519).

4. Об охране окружающей среды. Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ // Российская газета № 6 (2874) 12 января 2002 г.

5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии. Изд. 8-е, пер. и доп. - Л.: Химия, 1976.

6. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие/ Пер. с англ. Под ред. Б.И. Соколова. 3-е изд., пер. и доп. - Л.: Химия, 1982; Нью-Йорк, 1977.

THE ACCOUNT OF INFLUENCE OF PARAMETRIC POLLUTION ON AN ENVIRONMENT

Smirnova U.V.

The paper is devoted to the account of physical effect, ejectable in an atmosphere of substances by separation on group of gases, which list is reduced in Kioto the protocol from account of volumes of transport operation.

Сведения об авторе

Смирнова Юлия Владимировна, окончила МГТУ ГА (2003), адъюнкт РАЕН, ассистент кафедры безопасности полётов и жизнедеятельности МГТУ ГА, автор более 20 научных работ, область научных интересов - экологическая безопасность гражданской авиации.