Эколого-экономические проблемы использования отработанного моторного масла автомобилей

Автомобили и необходимые для них эксплуатационные материалы в век глобальной индустриализации становятся одним из главных объектов ресурсосбережения.

Проблема утилизации автотранспортных средств (АТС) является малоизученной [2]. Ранее она сводилась к списанию автомобилей, плановой сдаче металлолома. В свете современных требований к использованию ресурсов проблема утилизации должна рассматриваться шире.

Ресурсы черных и цветных металлов, масла нефтяного происхождения и др. представляют собой стратегическое сырье, сохранение и многократное использование которого становится важной государственной проблемой. Проблема утилизации отходов тесно переплетается с проблемами загрязнения окружающей среды. Процессы утилизации не должны быть экономически менее выгодными и экологически более опасными, чем процессы добычи материалов из ископаемого сырья.

Вопросы экологической безопасности хранения, переработки и использования автомобильных отходов достаточно сложны и для каждого вида отходов имеют свои особенности. Проще всего дело обстоит с металлами, так как сферы использования переплавленного металла остаются практически неизменными: прокат, трубы, арматура и т.п. Таким образом, даже если металл не возвращается в автомобиль, это не означает, что требуется дополнительная добыча металла для покрытия безвозвратных потерь. Кроме того, сами отходы, не сданные на переработку, не представляют значительной экологической опасности, кроме захламления территории [2, 3].

Изношенные покрышки представляют собой более серьезную проблему. Области применения изношенных покрышек постоянно расширяются: часть из них перерабатывается в жидкое топливо, значительная часть идет на изготовление резиновой крошки, которая в свою очередь применяется в самых различных областях народного хозяйства. Часть покрышек используется непосредственно на изготовление колес для гужевого транспорта, создания различных защитных ограждений, а также в виде топлива и т.п., и только некоторое количество регенерируется. Таким образом, существующие технологии использования и переработки покрышек приводят к безвозвратным потерям резины, для покрытия которых требуется производство резины из первичного сырья. Определить вред, наносимый окружающей среде по всей цепи перемещения резиновых отходов весьма сложно. Как и металлические отходы, изношенные покрышки, захламляющие территорию, значительной экологической опасности не представляют.

Наиболее ответственного отношения требуют жидкие отходы эксплуатации АТС (электролит, антифриз, отработанное масло), так как, сливаемые в канализацию или на землю, они представляют собой серьезную угрозу для окружающей среды. Рассмотрим экологический аспект проблемы сбора, переработки и использования отработанного масла на примере г. Ташкента.

Можно считать, что отработанное масло утилизируется двумя способами: 1) в виде топлива, 2) перерабатывается для повторного использования.

Количество отработанного масла за год можно определить по формуле:

                                                                     (1)

где М_м – масса отработанного масла, кг/год, при условии полного заполнения заправочных ёмкостей на борту АТС; n_i – количество АТС каждого вида; m_М – средняя масса заправки масла, кг; p_i – годовой пробег автомобиля, тыс. км/год; N_ср.пр. – средний пробег до замены масла, тыс. км.

Данные для определения количества отработанного масла и результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Объёмы накопления отработанного масла для различных типов АТС

Примечания: * Л – легковые; ГЛ – грузовые легкие; ГС – грузовые средние; ГТ – грузовые тяжелые; АЛ – автобусы легкие; АС – автобусы средние; АТ – автобусы тяжелые.

 ** данные 2018 г.

Для определения перемещений отходов был произведен опрос автовладельцев. Результаты опроса, касающиеся отработанного масла, приведены в табл. 2. На основании данных, приведенных в таблице, можно сделать следующие выводы:

• 59,4% от общего количества отработанного масла так или иначе поступает на переработку или для использования в качестве топлива;
• остальные 40,6% теряются безвозвратно и, кроме того, наносится значительный ущерб водным и земельным ресурсам. 

Таблица 2.

Направления использования отработанного масла

Размер вреда, наносимого атмосферному воздуху при различных способах производства, переработки и использования 1 т отработанного масла, определяется по формулам (2) и (3):

Вр_в.ст=у_возд∙σ∙f∙М_возд+К_СО2·М_{СО2 ,}                                                          (2)

где Вр_в.ст – вред от выбросов при стандартной работе технологического оборудования предприятий; y_возд – нормативная константа, 1,6 у.е./усл.т. [5]; σ – показатель опасности загрязнения атмосферного воздуха над различными территориями, для селитебных зон с преимущественно многоэтажной застройкой, σ =100; f – поправка, учитывающая характер рассеивания примесей в атмосфере, для разнородных источников с неопределенным значением высот и температуры нагрева f =2 [1, 5]; М_СО2 – масса выброса СО₂; К_СО2 – стоимостной показатель парникового газа СО₂, К_СО2 =3,33 у.е./т; М_возд – приведенная (к SO₂) масса выброса загрязняющих веществ, усл. т:

                                                                   (3)

где А_i – показатель относительной опасности i–го вещества, усл. т/т, Асо = 0,09, А_NOx = 3,74, А_SO2=2, А_СхНу = 0,02, А_пыль = 1,37 [1];  – масса выброса i–го вещества в атмосферу, т:

                                                                (4)

где m_отхi– масса отхода (отработанного масла), для расчета принимается равной 1 т; q_i - выбросы ВВ при производстве масла (табл. 3); К_сб – коэффициент сбора отходов.

Таблица 3.

Выбросы при получении и сжигании масла, г/кг (кг/т)

Вред, наносимый атмосферному воздуху при неконтролируемом сжигании 1 т отработанного масла

                                                                (5)

где Н_i – такса для исчисления размера вреда от загрязнения атмосферного воздуха i-м загрязняющим веществом у.е./усл.т.; M_i – масса i-го загрязняющего вещества, т;

M_i = m_отх·q_i ,                                                                          (6)

где m_отх – масса сжигаемого отхода, m_отх = 1 т; q_i – выбросы вредных веществ (ВВ) при сжигании отходов: q_SO2 = 3,1 у.е./т, q_CO = 2,07 у.е./т, q_NOx = 3,07 у.е./т, q_CxHy = 3,07 у.е./т, q_пыль = 3,2 у.е./т.

Проводя расчет по вышеприведенным формулам, получим величину удельного вреда (приходящегося на 1 тонну масла), наносимого атмосферному воздуху:

• при получении из ископаемого сырья Вр_ат^ст = 206,52 у.е./т;
• при регенерации отработанного масла Вр_ат^ст = 10,46 у.е./т;
• при сжигании Вр_ат^ст = 57,09 у.е./т.

При сжигании 1 т отработанного масла с целью отопления помещений вырабатывается 42700 МДж (11861 кВт∙ч) энергии, что высвобождает равное количество электроэнергии, получаемой на ТЭС. Выбросы загрязняющих веществ при этом процессе приведены в табл. 4. 

Таблица 4.

Выбросы загрязняющих веществ при производстве электроэнергии на ТЭС, работающих на угольном топливе [4]

Вред, наносимый атмосферному воздуху при производстве электроэнергии можно определить по формуле (2): Вр_ат = 151,095 у.е.

При сжигании масло теряется безвозвратно, следовательно, для возобновления сожженного количества требуется произвести его из ископаемого сырья, что сопровождается значительными выбросами вредных веществ в атмосферу. В другой стороны, как уже упоминалось, появляется возможность освободить окружающую среду от выбросов (и вреда) при производстве соответствующего количества электроэнергии на ТЭС (табл. 5).

Таблица 5.

Размеры предотвращаемого вреда при сжигании масла за счет экономии эквивалентного количества электроэнергии

Полученные результаты представлены на графике (рис. 1).

Рисунок 1. Размеры вреда, наносимого атмосферному воздуху при различных соотношениях объемов регенерации и сжигания масла

Таким образом, регенерация масла экологически значительно безопаснее сжигания в качестве топлива.

Оценим размер вреда, наносимого окружающей среде при использовании реально существующих объемов отработанного масла в пределах г. Ташкента.

Всего за 1 год образуется 2995,5 т отработанного масла. Из них 59,4% (1779,3 т) используется для переработки или сжигается. Произведение удельного вреда, приходящегося на 1 т (табл. 5, рис. 1) и количества отработанного масла дают размер вреда, наносимого атмосферному воздуху (указан на графике, рис.1, в скобках) при различных вариантах использования. оставшиеся 40,6% (1216,2 т) теряются безвозвратно и приносят вред окружающей среде. Условимся считать, что весь вред от масла, слитого в канализацию и на землю, наносят вред водной среде, так как вылитое на землю масло с ливневыми стоками попадает в воду. Размер вреда, наносимого водной среде, определяется по формуле:

Вр_вод=b_вод∙М_вод∙К_в ,                                                                         (7)

b_вод – показатель удельного вреда (цены), наносимого условной тонной загрязняющего вещества b_вод =0,786 тыс. у.е./усл. т; К_в – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния водных объектов, К_в =2 [4]; М_вод – приведенная масса загрязняющих веществ, усл. т;

                                                                          (8)

– коэффициент эколого-экономической опасности отработанного масла = 20 [4]; m^вод – масса фактического сброса отхода, т/год.

Расчеты по формулам (7) и (8) дают величину вреда, наносимого водной среде Вр_вод=38237 тыс. у. е./год, что значительно превышает вред, наносимый при регенерации и сжигании масла.

Следовательно, необходимо стремиться к полному использованию отработанного масла, так как даже самый неэкономичный способ использования (в данном случае – сжигание) оказывается безопаснее, чем слив на землю или в канализацию.