Выбросы от автотранспорта в атмосферу. Выбросы от автотранспорта в атмосферу Выбросы вредных веществ в атмосферу автотранспортом

За последние шесть лет количество выбросов от автомобильного транспорта в атмосферу выросло на 14%. Однако прирост за прошлый год не так велик - 2,5%. В Минприроды говорят о стабилизации ситуации и предлагают расширять автопарк на газомоторном топливе. Эксперты отмечают, что в стране всё еще слишком много старых машин, не соответствующих современным экологическим стандартам.

В 2017 году количество выбросов от автотранспорта достигло почти 14,5 млн т, что на 14% больше, чем в 2012-м. Только за последний год прирост составил около 350 тыс. т, или 2,5%. Такие данные приводятся в Единой межведомственной информационно-статистической системе (ЕМИСС) со ссылкой на сведения Росприроднадзора.

Ситуация различается в зависимости от конкретных загрязнителей атмосферы. Например, оксида углерода, диоксида азота, сернистого ангидрида, аммиака и сажи с 2012 года стало больше на 9–16%. В то же время содержание метана сократилось вдвое.

По данным «Автостата», с 2012 года автомобилей в стране стало больше на 13%: на конец 2012 года было 44,7 млн единиц автотранспорта (легковые, грузовые машины и автобусы), а на конец 2017-го - 50,6 млн. Число легковых автомобилей выросло на 15%, а всех остальных - только на 5%.

Автотранспорт остается одним из основных загрязнителей воздуха в крупных городах России, отметили в Минприроды. Динамику объема выбросов в министерстве оценивают положительно.

Несмотря на рост автопарка, меры правительства позволили в последнее десятилетие удержать объем выбросов от автотранспорта на уровне 13–14 млн т, – сообщили «Известиям» в пресс-службе Минприроды.

Речь идет прежде всего о том, что с 1 января 2016-го в Россию разрешено ввозить только автомобили, соответствующие «Евро-5», а с 1 июля того же года стандарт распространяется и на весь производимый в стране бензин.

В Минприроды предлагают переводить автотранспорт на газомоторное топливо.

Россия на рынке природного газа в качестве моторного топлива занимает скромное 14-е место. Российский парк автомобилей, работающих на природном газе, оценивается примерно в 120 тыс. машин. Но, являясь мировым лидером по запасам и производству газа, Россия может лидировать и по объему его использования на транспорте, - отметили в ведомстве.

Еще один путь решения проблемы Минприроды видит в развитии системы общественного и личного транспорта на электричестве и распространении гибридных автомобилей.

Пока общественный электротранспорт переживает кризис. По данным Росстата, перевозки пассажиров трамваями и троллейбусами с 2012 по 2016 год сократились на 38%.

Сдерживающие факторы для широкого внедрения электромобилей - их высокая стоимость и отсутствие зарядных устройств на парковочных местах и автозаправках, пояснили «Известиям» в Минтрансе. В ведомстве отметили, что для нормативно-правового регулирования вопроса в России создается Национальный консорциум развития электротранспорта, а также прорабатываются меры господдержки проектов внедрения электромобилей.

Эксперты говорят, что внедрение стандарта «Евро-5» пока не сыграло весомую роль в экологической ситуации.

Вклад новых авто в загрязнение атмосферы невелик. Беда в том, что у нас эксплуатируется огромное количество старых машин, - пояснил «Известиям» директор Института экономики транспорта и транспортной политики НИУ ВШЭ Михаил Блинкин.

Из всех легковых машин стандартам «Евро-5» и выше соответствуют только 13%, рассказал «Известиям» руководитель пресс-службы «Автостата» Азат Тимерханов. Машины старше 10 лет составляют 54%.

Учет вредных выбросов от автотранспорта сейчас ведется на основании сжигания моторного топлива в двигателях внутреннего сгорания, отметил завкафедрой Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета Юрий Трофименко.

Образующиеся газообразные токсичные вещества, как правило, быстро рассеиваются, не создавая опасных для людей концентраций. Кроме мелкодисперсных частиц размером менее 10 мкм, которые адсорбируют на себе канцерогенные вещества, проникающие в легкие человека. В статистике ЕМИСС они представлены только сажей, но на самом деле в результате эксплуатации авто выбрасывается более 50 наименований таких частиц. Их концентрации в крупных городах мира часто превышают предельно допустимые. Основные источники - шины и дорожное покрытие. По словам эксперта, эту проблему решить трудно, но ученые занимаются исследованиями.

Автомобильный транспорт наиболее агрессивен в сравнении с другими видами транспорта по отношению к окружающей среде. Он является мощным источником ее химического (поставляет в окружающую среду громадное коли­чество ядовитых веществ), шумового и механического загрязнения. Следует подчеркнуть, что с увеличением автомобильного парка уровень вредного воз­действия автотранспорта на окружающую среду интенсивно возрастает. Так, если в начале 70-х годов ученые-гигиенисты определили долю загрязнений, вносимых в атмосферу автомобильным транспортом, в среднем равной 13%, то в настоящее время она достигла уже 50% и продолжает расти. А для горо­дов и промышленных центров доля автотранспорта в общем объеме загрязне­ний значительно выше и доходит до 70% и более, что создает серьезную эко­логическую проблему, сопровождающую урбанизацию.

В автомобилях имеется несколько источников токсичных веществ, основными из которых являются три:

• отработавшие газы
• картерные газы
• топливные испарения

Рис. Источники образования токсичных выбросов

Наибольшая доля химического загрязнения окружающей среды авто­мобильным транспортом приходится на отработавшие газы двигателей внут­реннего сгорания.

Теоретически предполагается, что при полном сгорании топлива в ре­зультате взаимодействия углерода и водорода (входят в состав топлива) с кислородом воздуха образуется углекислый газ и водяной пар. Реакции окис­ления при этом имеют вид:

С+О2=СО2,
2Н2+О2=2Н2.

Практически же вследствие физико-механических процессов в цилинд­рах двигателя действительный состав отработавших газов очень сложный и включает более 200 компонентов, значительная часть которых токсична.

Таблица. Ориентировочный состав отработавших газов автомобильных двигателей

Компоненты	Размерность	Пределы концентраций компонентов Бензиновый, с искр. зажигание Дизельный
		Бензиновые	Дизельные
Кислород, O2
Пары воды, Н2О			0,5…10,0
Двуокид углерода, СО2
Углеводороды, СН (суммарно)
Оксид углерода, СО
Оксид азота, NOx
Альдегиды
Оксиды серы (сумм.)
Бенз(а)пирен
Соединения свинца

Состав отработавших газов двигателей на примере легковых автомобилей без их нейтрализации можно представить в виде диаграммы.

Рис. Составные части отработавших газов без применения нейтрализации

Как видно из таблицы и рисунка, состав отработавших газов рассматриваемых типов двигателей существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания – оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и сажи.

К токсичным компонентам отработавших газов относятся:

• оксид углеро­да
• углеводороды
• оксиды азота
• оксиды серы
• альдегиды
• бенз(а)пирен
• со­единения свинца

Различие в составе отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей объясняется большим коэффициентом избытка воз­духа α (отношение действительного количества воздуха, поступающего в ци­линдры двигателя, к количеству воздуха, теоретически необходимому для сго­рания 1 кг топлива) у дизельных двигателей и лучшим распыливанием топли­ва (впрыск топлива). Кроме того, у бензинового карбюраторного двигателя смесь для раз­личных цилиндров неодинакова: для цилиндров, расположенных ближе к кар­бюратору, – богатая, а для удаленных от него – беднее, что является недо­статком бензиновых карбюраторных двигателей. Часть топливовоздушной смеси у карбю­раторных двигателей поступает в цилиндры не в парообразном состоянии, а в виде пленки, что также увеличивает содержание токсичных веществ вслед­ствие плохого сгорания топлива. Этот недостаток не характерен для бензино­вых двигателей с впрыском топлива, так как подача топлива осуществляется непосредственно к впускным клапанам.

Причиной образования оксида углерода и частично углеводородов явля­ется неполное сгорание углерода (массовая доля которого в бензинах дости­гает 85%) из-за недостаточного количества кислорода. Поэтому концентрации оксида углерода и углеводородов в отработавших газах возрастают при обога­щении смеси (α 1, вероятность указанных превращений во фронте пламени мала и в отработавших газах содержится меньше СО, но в цилиндрах находятся дополнительные источники его появления:

• низкотемпературные участки пламени стадии воспламенения топлива
• капли топлива, поступающие в камеру на поздних стадиях впрыска и сгорающие в диффузионном пламени при недостатке кислорода
• частицы сажи, образовавшейся в период распространения турбулент­ного пламени по гетерогенному заряду, в котором, при общем избытке кисло­рода могут создаваться зоны с его дефицитом и осуществляться реакции типа:

2С+О2 → 2СО.

Диоксид углерода СО2 является не токсичным, но вредным веществом в связи с фиксируемым повышением его концентрации в атмосфере планеты и его влиянием на изменение климата. Основная доля образовавшихся в ка­мере сгорания СО окисляется до СО2, не выходя за пределы камеры, ибо за­меренная объемная доля диоксида углерода в отработавших газах составля­ет 10-15%, т. е. в 300…450 раз больше, чем в атмосферном воздухе. Наиболь­ший вклад в образование СО2 вносит необратимая реакция:

СО + ОН → СО2 + Н

Окисление СО в СО2 происходит в выпускной трубе, а также в нейтра­лизаторах отработавших газов, которые устанавливаются на современных автомобилях для принудительного окисления СО и несгоревших углеводородов до СО2 в связи с необходимостью выполнения норм ток­сичности.

Углеводороды

Углеводороды – многочисленные соединения различного типа (например, C6H6 или C8H18) состоят из исходных или распав­шихся молекул топлива, и их содержание увеличивается не только при обога­щении, но и при обеднении смеси (а > 1,15), что объясняется повышенным количеством непрореагировавшего (несгоревшего) топлива из-за избытка воздуха и пропусков воспламенения в отдельных цилиндрах. Образование угле­водородов происходит также из-за того, что у стенок камеры сгорания темпе­ратура газов недостаточно высока для сгорания топлива, поэтому здесь пла­мя гасится и полного сгорания не происходит. Наиболее токсичны полициклические ароматические углеводороды.

В дизельных двигателях легкие газообразные углеводороды образуются при термическом распаде топ­лива в зоне срыва пламени, в ядре и в переднем фронте факела, на стенке на стенках камеры сгорания и в результате вторичного впрыскивания (подвпрыскивания).

Твердые частицы включают нерастворимые (твердый углерод, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, асфальты, соединения свин­ца) и растворимые в органическом растворителе (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле) вещества.

Твердые частицы в отработавших газах дизелей с наддувом состоят на 68…75% из нерастворимых веществ, на 25…32% – из растворимых.

Сажа

Сажа (твердый углерод) является основным компонентом нераствори­мых твердых частиц. Образуется при объемном пиролизе (термическом раз­ложении углеводородов в газовой или паровой фазе при недостатке кислоро­да). Механизм образования сажи включает несколько стадий:

• образование зародышей
• рост зародышей до первичных частиц (шестиугольных пластинок гра­фита)
• увеличение размеров частиц (коагуляция) до сложных образований–конгломератов, включающих 100… 150 атомов углерода
• выгорание

Выделение сажи из пламени происходит при α = 0,33…0,70. В от­регулированных двигателях с внешним смесеобразованием и искровым зажи­ганием (бензиновых, газовых) вероятность появления таких зон незначитель­на. У дизелей локальные переобогащенные топливом зоны образуются чаще и в полной мере реализуются перечисленные процессы сажеобразования. Поэтому выбросы сажи с отработавшими газами у дизелей больше, чем, у дви­гателей с искровым зажиганием. Образование сажи зависит от свойств топли­ва: чем больше отношение С/Н в топливе, тем выход сажи выше.

В состав твердых частиц кроме сажи входят соединения серы, свинца. Оксиды азота NOx представляют набор следующих соединений: N2О, NO, N2О3, NО2, N2О4 и N2O5. В отработавших газах автомобильных двигателей преобла­дает NO (99% в бензиновых двигателях и более 90% в дизелях). В камере сгорания N0 может образовываться:

• при высокотемпературном окислении азота воздуха (термический NО)
• в результате низкотемпературного окисления азотсодержащих соеди­нений топлива (топливный NO)
• из-за столкновения углеводородных радикалов с молекулами азота в зоне реакций горения при наличии пульсации температуры (быстрый NO)

В камерах сгорания доминирует термический NO, образующийся из мо­лекулярного азота во время горения бедной топливовоздушной смеси и сме­си, близкой к стехиометрической, за фронтом пламени в зоне продуктов сго­рания. Преимущественно при сгорании бедных и умеренно богатых смесей (α > 0,8) реакции происходят по цепному механизму:

О + N2 → NO + N
N + О2 → NO+О
N+OH → NO+H.

В богатых смесях (а < 0,8) осуществляются также реакции:

N2 + ОН → NO + NH
NH + О → NО + ОН.

В бедных смесях выход NО определяется максимальной температурой цепочно-теплового взрыва (максимальная температура 2800…2900° К), т. е. кинетикой образования. В богатых смесях выход NО перестает зависеть от максимальной температуры взрыва и определяется кинетикой разложения и содержание NО уменьшается. При горении бедных смесей значительно вли­яние на образование NО оказывает неравномерность температурного поля в зоне продуктов сгорания и присутствие паров воды, которая в цепной реак­ции окисления NOx является ингибитором.

Высокая интенсивность процесса нагревания, а затем охлаждения смеси газов в цилиндре ДВС приводит к образованию существенно неравновесных концентраций реагирующих веществ. Происходит замораживание (закалка) образовавшегося NО на уровне максимальной концентрации, кото­рый обнаруживается в отработавших газах из-за резкого замедления скорости разложения NО.

Основными соединениями свинца в отработавших газах автомобилей являются хлориды и бромиды, а также (в меньших количествах) оксиды, суль­фаты, фториды, фосфаты и некоторые их промежуточные соединения, которые при температуре ниже 370°С находятся в виде аэрозолей или твердых частиц. Около 50% свинца остается в виде нагара на деталях двигателя и в выхлопной трубе, остаток уходит в атмосферу с отработавшими газами.

Большое количество соединений свинца выбрасывается в воздух при использовании этого металла в качестве антидетонатора. В настоящее время соединения свинца в качестве антидетонаторов не применяются.

Оксиды серы

Оксиды серы образуются при сгорании серы, содержащейся в топливе по механизму схожему с образованием СО.

Концентрацию токсичных компонентов в отработавших газах оценивают в объемных процентах, миллионных долях по объему – млн -1, (частей на мил­лион, 10000 ррm = 1% по объему) и реже в миллиграммах на 1 л отработавших газов.

Кроме отработавших газов, источниками загрязнения окружающей среды автомобилями с карбюраторными двигателями являются картерные газы (при отсутствии замкнутой вентиляции картера двигателя, а также испарение топлива из топливной системы.

Давление в картере бензинового двигателя, за исключением такта впуска, значительно меньше, чем в цилиндрах, поэтому часть топливовоздушной смеси и отработавших газов прорывается через неплотности цилиндропоршневой группы из камеры сгорания в картер. Здесь они смешиваются с па­рами масла и топлива, смываемого со стенок цилиндра холодного двигателя. Картерные газы разжижают масло, способствуют конденсации воды, старе­нию и загрязнению масла, повышают его кислотность.

В дизельном двигателе во время такта сжатия в картер прорывается чи­стый воздух, а при сгорании и расширении – отработавшие газы с концентрациями токсичных веществ, пропорциональными их концентрациям в цилинд­ре. В картерных газах дизеля основные токсичные компоненты – оксиды азота (45…80%) и альдегиды (до 30%). Максимальная токсичность картерных газов дизелей в 10 раз ниже, чем отработавших газов, поэтому доля картерных газов у дизеля не превышает 0,2…0,3% суммарного выброса токсичных веществ. Учитывая это, в автомобильных дизелях принудительную вентиляцию карте­ра обычно не применяют.

Основные источники топливных испарений – топливный бак и система питания. Более высокие температуры подкапотного пространства, обусловленные более нагруженными режимами работы двигателя и относительной стесненнос­тью моторного отсека автомобиля, вызывают значительные топливные испаре­ния из топливной системы при остановке горячего двигателя. Учитывая большой выброс углеводородный соединений в результате топливных испарений все производители автомобилей в настоящее время применяют специальные системы их улавливания.

Кроме углеводородов, поступающих из системы питания автомобилей, значительное загрязнение атмосферы летучими углеводородами автомобиль­ного топлива происходит при заправке автомобилей (в среднем 1,4 г СН на 1 л заливаемого топлива). Испарения вызывают также физические изменения в самих бензинах: вследствие изменения фракционного состава повышается их плотность, ухудшаются пусковые качества, снижается октановое число бен­зинов термического крекинга и прямой перегонки нефти. У дизельных автомо­билей топливные испарения практически отсутствуют вследствие малой ис­паряемости дизельного топлива и герметичности топливной системы дизеля.

Оценка уровня загрязнения атмосферы производится сопоставлением измеренной и предельно допустимой концентрации (ПДК). Значения ПДК устанавливаются для различных токсичных веществ при постоянном, среднесуточном и разовом действиях. В таблице приведены среднесуточные значения ПДК для некоторых токсичных веществ.

Таблица. Допустимые концентрации токсичных веществ

По данным исследований, легковой автомобиль при среднегодовом про­беге 15 тыс. км «вдыхает» 4,35 т кислорода и «выдыхает» 3,25 т углекислого газа, 0,8 т оксида углерода, 0,2 т углеводородов, 0,04 т оксидов азота. В отли­чие от промышленных предприятий, выброс которых концентрируется в опре­деленной зоне, автомобиль рассеивает продукты неполного сгорания топлива практически по всей территории городов, причем непосредственно в призем­ном слое атмосферы.

Удельный вес загрязнений автомобилями в крупных городах достигает больших значений.

Таблица. Доля автомобильного транспорта в общем загрязнении атмосферы в крупнейших городах мира, %

Токсичные компоненты отработавших газов и испарения из топливной системы отрицательно воздействуют на организм человека. Степень воздей­ствия зависит от их концентраций в атмосфере, состояния человека и его ин­дивидуальных особенностей.

Оксид углерода

Оксид углерода (СО) – бесцветный, не имеющий запаха газ. Плот­ность СО меньше, чем воздуха, и поэтому он легко может распространятся в атмосфере. Поступая в организм человека с вдыхаемым воздухом, СО сни­жает функцию кислородного питания, вытесняя кислород из крови. Это объясняет­ся тем, что поглощаемость СО кровью в 240 раз выше поглощаемости кисло­рода. Прямое влияние оказывает СО на тканевые биохимические процессы, влекущие за собой нарушение жирового и углеводного обмена, витаминного баланса и т.д. В результате кислородного голодания токсический эффект СО связан с непосредственным влиянием на клетки центральной нервной системы. Повышение концентрации окиси углерода опасны и тем, что в результате кислородного голодания организма ослабляется внимание, замедля­ется реакция, падает работоспособность водителей, что влияет на безопас­ность дорожного движения.

Характер токсического воздействия СО можно проследить по диаграмме, представленной на рисунок.

Рис. Диаграмма воздействия СО на организм человека:
1 – смертельный исход; 2 – смертельная опасность; 3 – головная боль, тошнота; 4 – начало токсического действия; 5 – начало заметного действия; 6 – незаметное действие; Т,ч - время воздействия

Из диаграммы следует, что даже при незначительной концентрации СО в воздухе (до 0,01%) длительное воздействие его вызывает головную боль и приводит к снижению работоспо­собности. Более высокая концентрация СО (0,02…0,033%) приводит к развитию атеросклероза, возникновению инфаркта миокарда и развитию хронических легочных заболеваний. Причем особенно вредно воздействие СО на людей, страдающих коронарной недос­таточностью. При концентрации СО около 1% наступает потеря сознания уже через несколько вздохов. СО ока­зывает негативное влияние и на нервную систему человека, вызы­вая обмороки, а также изменения цветовой и световой чувстви­тельности глаз. Симптомы отравления СО – головная боль, серд­цебиение, затрудненное дыхание и тошнота. Следует отметить, что при сравнительно небольших концентрациях в атмосфере (до 0,002%), СО связанный с гемоглобином, посте­пенно выделяется и кровь человека очищается от него на 50% каж­дые 3-4 ч.

Углеводородные соединения

Углеводородные соединения по их биологическому действию изуче­ны пока еще недостаточно. Однако экспериментальные исследования пока­зали, что полициклические ароматические соединения вызывали раку живот­ных. При наличие определенных атмосферных условий (безветрие, напряжен­ная солнечная радиация, значительная температурная инверсия) углеводоро­ды служат исходными продуктами для образования чрезвычайно токсичных продуктов – фотооксидантов, обладающих сильными раздражающим и обще­токсичным действием на органы человека, и образуют фотохимический смог. Особенно опасными из группы углеводородов являются канцерогенные веще­ства. Наиболее изученным является многоядерный ароматический углеводо­род бенз(а)пирен, известный еще под названием 3,4 бенз(а)пирен, – вещество, представляющее собой кристаллы желтого цвета. Установлено, что в местах непосредственного контакта канцерогенных веществ с тканью появляются злокачественные опухоли. В случае попадания канцерогенных веществ, осев­ших на пылевидных частицах, через дыхательные пути в легкие они задержи­ваются в организме. Токсичными углеводородами являются также и пары бен­зина, попадающие в атмосферу из топливной системы, и картерные газы, вы­ходящие через вентиляционные устройства и неплотности в соединениях от­дельных узлов и систем двигателя.

Оксид азота

Оксид азота – бесцветный газ, а диоксид азота – газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм чело­века соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях со­единения азотной и азотистой кислот, раздражающе действуя на слизистые оболочки глаз, носа и рта. Оксиды азота участвуют в процессах, ведущих к образованию смога. Опасность их воздействия заключается в том, что от­равление организма проявляется не сразу, а постепенно, причем нет каких-либо нейтрализующих средств.

Сажа

Сажа при попадании в организм человека вызывает негативные послед­ствия в дыхательных органах. Если относительно крупные частицы сажи раз­мером 2…10 мкм легко выводятся из организма, то мелкие размером 0,5…2 мкм задерживаются в легких, дыхательных путях, вызывают аллергию. Как любая аэрозоль, сажа загрязняет воздух, ухудшает видимость на дорогах, но, самое главное, на ней адсорбируются тяжелые ароматические-углеводороды, в том числе бенз(а)пирен.

Сернистый ангидрид SО2

Сернистый ангидрид SО2 – бесцветный газ с острым запахом. Раз­дражающее действие на верхние дыхательные пути объясняется поглощение SO2 влажной поверхностью слизистых оболочек и образованием в них кислот. Он нарушает белковый обмен и ферментативные процессы, вызывает раз­дражение глаз, кашель.

Диоксид углерода СО2

Диоксид углерода СО2 (углекислый газ) – не оказывает токсического действия на ор­ганизм человека. Он хорошо поглощается растениями с выделени­ем кислорода. Но при наличии в атмосфере земли значительного количества углекислого газа, поглощающего солнечные лучи, соз­дается парниковый эффект, приводящий к так называемому «теп­ловому загрязнению». Вследствие этого явления повыша­ется температура воздуха в нижних слоях атмосферы, происходит потепление, наблюдаются различные климатические аномалии. Кроме того, повышение содержания в атмосфере СО2 способствует образованию «озоновых» дыр. При снижении концентрации озона в атмосфере земли повышается от­рицательное воздействие жесткого ультрафиолетового излучения ни организм человека.

Автомобиль является источником загрязнения воздуха также пылью. Во время езды, особенно при торможении, в результате трения покрышек о поверхность дороги образует­ся резиновая пыль, которая постоянно присутствует в воздухе на магистралях с интенсивным движением. Но покрышки не являются единственным источни­ком пыли. Твердые частицы в виде пыли выделяются с отработавшими газами, завозятся в город в виде грязи на кузовах автомобилей, образуются от истира­ния дорожного покрытия, поднимаются в воздух вихревыми потоками, возника­ющими при движении автомобиля, и т.д. Пыль отрицательно сказывается на здоровье человека, губительно действует на растительный мир.

В городских условиях автомобиль является источником согревания ок­ружающего воздуха. Если в городе одновременно движется 100 тыс. автома­шин, то это равно эффекту, производимому 1 млн. л горячей воды. Отработав­шие газы автомобилей, содержащие теплый водяной пар, вносят свой вклад в изменение климата города. Более высокие температуры пара усиливают пе­ренос тепла движущейся средой (термическая конвекция), в результате чего количество осадков над городом возрастает. Влияние города на количество осадков особенно отчетливо видно по их закономерному увеличению, проис­ходящему параллельно с ростом города. За десятилетний период наблюде­ний в Москве, например, выпадало 668 мм осадков в год, в ее окрестностях – 572 мм, в Чикаго – 841 и 500 мм соответственно.

К числу побочных проявлений деятельности чело­века относятся и кислотные дожди – растворенные в атмосферной влаге продукты сгорания – оксиды азота и серы. В основном это относится к промышлен­ным предприятиям, выбросы которых отводятся высо­ко над уровнем поверхности и в составе которых мно­го оксидов серы. Вредное воздействие кислотных дож­дей проявляется в уничтожении растительности и ускорении коррозии металлических конструкций. Важным фактором здесь является и то, что кислотные дожди способны вместе с движением атмосферных воздушных масс преодолевать расстояния в сотни и тысячи километров, пересекая границы государств. В периодической печати появляются сообщения о кислотных дождях, выпадающих в разных странах Европы, в США, Канаде и замеченных даже в таких заповедных зонах, как бассейн Амазонки.

Неблагоприятное воздействие на окружающую среду оказывают температурные инверсии – особое состояние атмосферы, при котором температура воздуха с высотой увеличивается, а не уменьшается. Приземные температурные инверсии являются результатом ин­тенсивного излучения тепла поверхностью почвы, вследствие чего охлаждаются и поверхность, и прилега­ющие слои воздуха. Подобное состояние атмосферы препятствует развитию вертикальных движений воздуха, поэтому в нижних слоях накапливаются водяной пар, пыль, газообразные вещества, способствуя образованию слоев дымки и тумана, в том числе – смога.

Широкое применение соли для борьбы с гололедом на автомобильных дорогах ведет к сокращению срока службы автомобилей, вызывает неожиданные изменения в придорожной флоре. Так, в Англии отмечено появле­ние вдоль дорог растений, характерных для морских побережий.

Автомобиль – сильный загрязнитель водоемов, подземных водных ис­точников. Определено, что 1 л нефти может сделать непригодным для питья несколько тысяч литров воды.

Большой вклад в загрязнение окружающей среды вносят процессы техни­ческого обслуживания и ремонта подвижного состава которые требуют энерге­тических затрат и связаны с большим водопотреблением, выбросом загрязняю­щих веществ в атмосферу, образованием отходов, в том числе токсичных.

При выполнении технического обслуживания транспортных средств за­действованы подразделения, зоны периодических и оперативных форм тех­нического обслуживания. Выполнение ремонтных работ ведется на производ­ственных участках. Используемые в процессах ТО и ремонта технологичес­кое оборудование, станки, средства механизации и котельные установки яв­ляются стационарными источниками загрязняющих веществ.

Таблица. Источники выделения и состав вредных веществ в производственных процессах на эксплуатационных и ремонтных предприятиях транспорта

Название зоны, участка, отделения	Производственный процесс	Используемое оборудование	Выделяющиеся вредные вещества
Участок мойки подвижного состава	Омывка наружных поверхностей	Механическая мойка (моечные машины), шланговая мойка	Пыль, щелочи, поверхностно-активные синтетические вещества, нефтепродукты, растворяемые кислоты, фенолы
Зоны технического обслуживания, участок диагностики	Техническое обслуживание	Подъемно-транспортирующие устройства, смотровые канавы, стенды, оборудование для замены смазки, комплектующих, система вытяжной вентиляции	Оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, масляный туман, сажа, пыль
Слесарно-механическое отделение	Слесарные, расточные, сверлильные, строгальные работы	Токарный, вертикально-сверлильный, строгальный, фрезерный, шлифовальный и др. станки	Пыль абразивная, металлическая стружка, масляный туман, эмульсии
Элсктротехничсское отделение	Заточные, изолировочные, обмоточные работы	Заточной станок, электролудильные ванны, оборудование для пайки, стенды испытаний	Абразивная и асбестовая пыль, канифоль, пары кислот, третник
Аккумуляторный участок	Сборочно-разборочные и зарядные работы	Ванны для промывки и очистки, сварочное оборудование, стел- лажи, система вы­тяжной вентиляции	Промывочные растворы, пары кислот, электролит, шламы, промывочные аэрозоли
Отделение топливной аппаратуры	Регулировочные и ремонтные работы по топливной аппаратуре	Проверочные стенды, специальная оснастка, система вентиляции	Бензин, керосин, дизельное топливо. ацетон, бензол, ветошь
Кузнечно-рессорное отделение	Ковка, закалка, отпуск металлических изделий	Кузнечный горн, термические ванны, система вытяжной вентиляции	Угольная пыль, сажа, оксиды углерода, азота, серы, загрязненные сточные воды
Медницко-жестяницкое отделение	Резка, пайка, правка, формовка по шаблонам	Ножницы по металлу, оборудование для пайки, шаблоны, система вентиляции	Пары кислот, третник, наждачная и метал­лическая пыль и отходы
Сварочное отделение	Электродуговая и газовая сварка	Оборудование для дуговой сварки, ацетилена — кисло­родный генератор, система вытяжной вентиляции	Минеральная пыль, сварочный аэрозоль, оксиды марганца, азота, хрома, хлорис­тый водород, фториды
Арматурное отделение	Резка стекол, ремонт дверей, полов, сидений, внутренней отделки	Электрический и ручной инструмент, сварочное оборудование	Пыль, сварочный аэрозоль, древесная и металлическая стружка, металличес­кие и пластмассовые отходы
Обойное отделение	Ремонт и за­мена изношен­ных, повреж­денных сиде­ний, полок, кресел, диванов	Швейные машины, раскройные столы, ножи для кройки и резки поролона	Пыль минеральная и органическая, отходы тканей и синтетических материалов
Участок шиномонтажа и ремонта шин	Разборка и сборка шин, ремонт покры­шек и камер, балансировоч­ные работы	Стенды для разборки и сборки шин, оборудование для вулканизации, станки для динамической и статической балан­сировки	Минеральная и резиновая пыль, сернистый ангидрид, пары бензина
Участок лакокрасочных покрытий	Удаление старой краски, обез­жиривание, нанесение лакокрасочных покрытий	Оборудование для пневматического или безвоздушного распыления, ванны, сушильные камеры, система вентиляции	Пыль минеральная и органическая, пар-растворителей и аэг золи красок, загряз­ненные сточные в^ я
Участок обкатки двигателей (для ремонтных предприятий)	Холодная и горячая обкатка двигателя	Стенд для обкатки, система вытяжной вентиляции	Оксиды углерода, азота, углеводорода, сажа, сернистый ангидрид
Стоянки и места отстоя подвижного состава	Перемещение единиц подвижного состава, ожидание	Оборудованная площадка открытого или закрытого хранения	Тоже

Сточные воды

При эксплуатации автомобилей образуются сточные воды. Состав и количество этих вод различны. Сточные воды возвращаются обратно в окружающую среду, главным образом в объекты гидросферы (река, канал, озеро, водохранилище) и суши (поля, накопители, подземные горизонты и др.). В зависимости от вида производства сточными водами на предприятиях транспорта могут являться:

• сточные воды от мойки автомобилей
• нефтесодержащие стоки от производственных участков (моющие растворы)
• сточные воды, содержащие тяжелые металлы, кислоты, щелочи
• сточные воды, содержащие краску, растворители

Сточные воды от мойки автомобилей составляют от 80 до 85% от объема производственных стоков автотранспортных организаций. Основными загрязнителями являются взвешенные вещества и нефтепродукты. Их содержание зависит от типа автомобиля, характера дорожного покрытия, погодных условий, характера перевозимого груза и др.

Сточные воды от мойки агрегатов, узлов и деталей (отработанные моющие растворы) отличаются наличием в них значительного количества нефтепродуктов, взвешенных веществ, щелочных компонентов и поверхностно-активных веществ.

Сточные воды, содержащие тяжелые металлы (хром, медь, никель, цинк), кислоты и щелочи наиболее характерны для авторемонтных производств, использующих гальванические процессы. Они образуются в процессе приготовления электролитов, подготовки поверхностей (электрохимическое обезжиривание, травление) гальванопокрытий и промывки деталей.

В процессе проведения малярных работ (методом пневматического распыления) 40% лакокрасочных материалов поступает в воздух рабочей зоны. При проведении этих операций в окрасочных камерах, оборудованных гидрофильтрами, 90% этого количества оседает на элементах самих гидрофильтров, 10% уносится с водой. Таким образом, в сточные воды окрасочных участков попадает до 4% израсходованных лакокрасочных материалов.

Основным направлением в области снижения загрязнения водных объектов, грунтовых и подземных вод промышленными стоками, является создание систем оборотного водоснабжения производства.

Ремонтные работы сопровождаются также загрязнением почвы, на­коплением металлических, пластмассовых и резиновых отходов вблизи про­изводственных участков и отделений.

При строительстве и ремонте путей сообщения, а также производственно-бытовых объектов предприятий транспорта происходит изъятие из экосистем воды, грунта, плодородных почв, минеральных ресурсов недр, разрушение природных ландшафтов, вмешательство в животный и растительный мир.

Шум

Наряду с другими видами транспорта, промышленным оборудованием, бытовыми приборами автомобиль является источником искусственного шу­мового фона города, как правило, отрицательно воздействующего на челове­ка. Следует отметить, что и без шума, если он не превышает допустимых пре­делов, человек чувствует дискомфорт. Не случайно исследователи Арктики не раз писали о «белом безмолвии», которое угнетающе действует на челове­ка, тогда как «шумовое оформление» природы положительно влияет на психи­ку. Однако шум искусственного происхождения, особенно сильный шум, отри­цательно влияет на нервную систему. Перед населением современных горо­дов возникает серьезная проблема борьбы с шумом, так как сильный шум не только ведет к потере слуха, но и вызывает психические расстройства. Опас­ность шумового воздействия усугубляется свойством человеческого организ­ма накапливать акустические раздражения. Под действием шума определен­ной интенсивности возникают изменения в циркуляции крови, работе сердца и желез внутренней секреции, снижается мышечная выносливость. Статисти­ческие данные свидетельствуют о том, что процент нервно-психических забо­леваний выше среди лиц, работающих в условиях повышенного уровня шума. Реакция на шум зачастую выражается в повышенной возбудимости и раздражительности, охватываю­щих всю сферу чувствительных восприятий. Люди, подвергающиеся постоян­ному воздействию шума, часто становятся трудными в общении.

Шум оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный анали­заторы, снижает устойчивость ясного видения и рефлекторную деятельность. Чувствительность сумеречного зрения ослабевает, снижается чувствительность дневного зрения к оранжево-красным лучам. В этом смысле шум является кос­венным убийцей многих людей на автотранспортных магистралях мира. Это от­носится как к водителям автотранспорта, работающим в условиях интенсивного шума и вибрации, так и к жителям крупных городов с высоким уровнем шума.

Особенно вреден шум в сочетании с вибрацией. Если кратковременная вибрация тонизирует организм, то постоянная вызывает так называемую виб­рационную болезнь, т.е. целый комплекс нарушений в организме. У водителя снижается острота зрения, сужается поле видимости, может изменится вос­приятие цвета или способность оценивать расстояние до встречного автомо­биля. Нарушения эти, конечно, индивидуальны, однако для профессиональ­ного водителя они всегда нежелательны.

Опасным является также инфразвук, т.е. звук с частотой менее 17 Гц. Этот индивидуальный и неслышный враг вызывает реакции, противопоказан­ные человеку за рулем. Воздействие инфразвука на организм вызывает сон­ливость, ухудшение остроты зрения и замедленную реакцию на опасность.

Из источников шума и вибрации в автомобиле (коробка передач, задний мост, карданный вал, кузов, кабина, подвеска, а также колеса, шины) основным является двигатель с его системами впуска и выпуска, охлаждения и питания.

Рис. Анализ источников шума грузового автомобиля:
1 – суммарный шум; 2 – двигатель; 3 – система выпуска отработавших газов; 4 – вентилятор; 5 – впуск воздуха; 6 – остальное

Тем не менее, при скорости движения автомобиля более 50 км/ ч преобладающим является шум создаваемый шинами автомобиля, который увеличивается пропорционально скорости движения.

Рис. Зависимость шума автомобиля от скорости движения:
1 – диапазон рассеивания шума из-за разных сочетаний дорожных покрытий и шин

Совокупное действие всех источников акустического излучения и приво­дит к тем высоким уровням шума, которыми характеризуется современный автомобиль. Эти уровни зависят и от других причин:

• состояния дорожного по­крытия
• скорости и изменения направления движения
• изменения частоты вра­щения коленчатого вала двигателя
• нагрузки
• и т.д.

Методики расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух при проведении различных технологических процессов (Документ)

Охрана окружающей среды (Документ)

Буренин Н.С., Волкодаева М.В., Губанов А.Ф. и др. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (Документ)

Удельные показатели образования вредных веществ, выделяющихся в атмосферу от основных видов технологического оборудования для предприятий радиоэлектронного комплекс (Документ)

Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе (Документ)

Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу и разработка ПДВ в вагонном депо Ростов (Документ)

Загрязнения автомобильным транспортом (Документ)

n1.doc

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет

Путей сообщения

Кафедра ИЗОС

Практическая работа

По экологии

Екатеринбург

В условиях интенсивной антропогенной нагрузки экологическая безо­пасность окружающей среды представляется актуальнейшей проблемой, весьма далёкой от разрешения. Всё отчётливее проявляются последствия ур­банизации, о чём указывается в Экологической доктрине Российской Феде­рации. Существенной особенностью загрязнения воздушной среды городов являются выхлопные газы автотранспорта. В ряде городов России, особенно в крупных административных и промышленных центрах, выхлопные газы автомобильного транспорта составляют 60-80% общих выбросов.

Автомобильные двигатели загрязняют атмосферу вредными вещества­ми, которые представляют собой сложную смесь из более чем двухсот ком­понентов, среди которых немало канцерогенных. Основные виды выбросов загрязняющих веществ от мобильных источников приведены в табл 1.
Таблица 1-Основные виды выбросов загрязняющих веществ от мобильных источников

Тип двигателя	Топливо	Основные виды загрязнений	Примеры
Четырёхтактный двигатель внутреннего сгора­ния	Бензин	Углеводороды, оксид углерода, оксиды азо­та, свинец	Автомобили, автобусы, само­лёты, мотоцик­лы
Двухтактный дви­гатель внутреннего сгорания	Бензин (с добавлени­ем масла)	Углеводороды, оксид углерода, оксид азота, твёрдые вещества (са­жа)	Мотоциклы, вспомогатель­ные моторы
Дизель	Лигроин	Оксиды азота, твёрдые вещества (сажа)	Автобусы, трак­торы, поезда

По своему воздействию на организм человека вещества, содержащиеся в отработанных газах, подразделяются на несколько групп.

В группу нетоксичных веществ входят азот, кислород, водяной пар, а также углекислый газ.

Группу токсичных веществ составляют окись углерода СО, оксиды азота, многочисленная группа углеводородов, включающая парафины, аро­матические соединения и т.д. Окись углерода поражает нервную систему че­ловека, нарушает сердечную деятельность, препятствует кислородному об­мену в крови. Углеводороды способствуют развитию раковых заболеваний.

Следующую группу образуют неорганические газы - оксиды серы и сероводород и сажа. Например, длительное воздействие сажи может прово­цировать болезни органов дыхания, центральной нервной и иммунной сис­тем.

Особую группу составляют полициклические ароматические углеводо­роды (ПАУ), в том числе активный - бенз(а)пирен, являющийся сильным канцерогеном. Именно с бенз(а)пиреном связывают дополнительный риск возникновения онкологических заболеваний.

В случае присутствия этилированного бензина образуются токсичные соединения свинца. Свинец поражает нервную систему человека и костную ткань.

Состав отработанных газов основных типов двигателей - бензинового двигателя с электрическим зажиганием и дизеля - существенно отличается, прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания, а именно ок­сида углерода, углеводородов и сажи. В табл 2 показаны выбросы вред­ных веществ карбюраторного и дизельного двигателей (% к общему объёму выбросов).

Таблица 2-Выбросы вредных веществ карбюраторного и дизельного двигателей

Вещество	Карбюраторный двигатель	Дизельный двигатель
Оксид углерода	0,5-12,0	0,01-0,5
Оксид азота	0,005-0,8	0,002-0,5
Углеводороды	0,2-0,3	0,009-0,5
Бенз(а)пирен	До 20 мкг/куб. м	До 10 мкг/куб.м

Как видно из таблицы выбросы основных загрязняющих веществ зна­чительно ниже в дизельных двигателях. Поэтому принято считать их более экологически чистыми. Наиболее полно положительные качества дизеля проявляются в режиме городского движения с большим процентом малых нагрузок и холостого хода. Однако дизельные двигатели отличаются повы­шенными выбросами сажи, которая насыщена канцерогенными углеводоро­дами и микроэлементами.

Наиболее объёмным компонентом автомобильных выбросов является оксид углерода, на него приходится до 80% выбросов от легковых автомоби­лей и до 87% выбросов от грузового транспорта. Ко вторым по массе загряз­нителям атмосферы от автотранспорта относятся углеводороды (14% от лег­кового и до 8% от грузового транспорта). Оксидами азота в большей степени насыщены выхлопы автобусов и легкового транспорта (до 8%). Оксид угле­рода, оксиды азота и углеводороды, как обладающие наибольшей токсично­стью, являются основными нормирующими компонентами выхлопных газов автомобилей.

Наибольшее количество токсичных веществ выбрасывается автомоби­лями в воздух на малом ходу, на перекрёстках, остановках перед светофора­ми.
В табл 3 приведены значения концентрации основных примесей кар­бюраторного двигателя при различных режимах его работы.
Таблица 3 - Концентрации основных примесей карбюраторного двигателя при различных режимах его работы

Режим работы двигателя	Оксид угле­рода, % по объёму	Углеводороды, Мг/л	Оксиды азо­та, Мг/л
Холостой ход	4-12	2-6	-
Принудительный холостой ход	2-4	8-12	-
Средние нагрузки	0-1	0,8-1,5	2,5-4,0
Полные нагрузки	2	0,7-0,8	4-8

Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомобиля 15 тысяч километров. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг кисло­рода и обогащает её на 3250 кг углекислого газа, 530 кг окиси углерода, 93 кг углеводородов и 7 кг окислов азота.

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранс­порта, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчётов количества выбросов являются:

Количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих по выделенному участку автотрассы за единицу времени. В соот­ветствии с методикой автомобильный транспорт необходимо разделить на пять категорий: автобусы, легковые автомобили,
лёгкие, средние и тяжёлые грузовые автомобили.

Нормы расхода топлива автотранспортом при движении в усло­виях города (средние нормы расхода топлива приведены в табл 4).

Таблица 4 - Средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города

Тип автотранспорта	Средние нормы расхода топлива (л на 100 км)	Удельный расход топлива Уi (л на 1 км)
Легковой автомобиль	11-13	0,11-0,13
Грузовой автомобиль	29-33	0,29-0,33
Автобус	41-44	0,41-0,44
Дизельный грузовой автомобиль	31-34	0,31-0,34

Значения эмпирического коэффициента, определяющего выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приве­дены в таблице 5. Коэффициент К численно равен количеству выбросов со­ответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомобиля топлива (в литрах) необходимого для проезда 1 км (т.е. равного удельному расходу).
Таблица 5 - Выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего

Вид топлива	Значение коэффициента К
	Оксид углерода	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

Практическая работа № 1
Тема: Определение загруженности улиц автотранспортом и некоторых параметров окружающей среды, усугубляющих загрязнение

Цель: Данная практическая работа даёт возможность оценить загруженность участка улицы автотранспортом в зависимости от его видов, изучить и срав­нить разные улицы по нагрузке на окружающую среду, обусловленную ви­дами автотранспорта и его интенсивностью. Собранные параметры необхо­димы для расчётов уровней загрязнения воздушной среды.
Ход работы
Для более полной и достоверной оценки загруженности улиц авто­транспортом подсчёты автомобилей необходимо производить одним из двух возможных вариантов.

Вариант: подсчёт автомобилей производится на одной улице, но в течение двух временных отрезков. Например, в утренние часы (с 9 до 10 утра) и в дневные часы (с 17 до 18 часов).

Вариант: подсчёт автомобилей производится на различных улицах (например, улица в центре города и на окраине или в спальном районе), но в течение одного временного отрезка.

Наша группа студентов будет работать по первому варианту.
Обработка результатов:
Все собранные материалы запишем в таблицы 6 и 7.

Таблица 6 - Характеристика улицы

Таблица 7.1 - Интенсивность движения автомобилей на улице Черепанова, от улицы Готвальда до улицы Машинистов с 12:2 до 12:40

Тип автомобиля	Количество автомобилей
	5 минут	5 минут	5 минут
Легкий грузовой	7	5	8	6,7	80
Средний грузовой	2	1	0	1	12
Тяжелый грузовой	1	0	0	1/3	4
Легковой	47	58	39	48	576
Автобус	4	4	4	4	48
Общее количество автомобилей	61	68	51	60	720

Таблица 7.2 - Интенсивность движения автомобилей на улице Черепанова, от улицы Готвальда до улицы Машинистов с 18:30 до 18:45

Тип автомобиля	Количество автомобилей			Среднее количество автомобилей за 5 минут	Количество автомобилей за час
	5 минут	5 минут	5 минут
Легкий грузовой	8	0	5	7,5	90
Средний грузовой	1	2	1	1,3	15,6
Тяжелый грузовой	0	0	0	0	0
Легковой	63	71	59	64,3	772
Автобус	5	4	6	5	60
Общее количество автомобилей	77	77	71	78,1	937,6

Суммарная интенсивность движения автомобилей за сутки. В ходе работы мы нашли среднее количество за два часа утром и вечером. Найдем среднее количество автомобилей за час, и умножим полученное количество автомобилей на 24.

загруженность улиц автотранспортом согласно ГОСТ Р 52033-2003.
низкая интенсивность движения -4-9 тысяч автомобилей в сутки;
средняя -10-19 тысяч
высокая - 20-32 тысячи.

Как видно из госта на данном участке дороге высокая интенсивность движения

Построим диаграммы загруженности улиц автомобильным транспортом
днем


вечером

1- легкий грузовой

2- средний грузовой

3- тяжелый грузовой

4- легковой

5- автобус
По таблицам 7.1 и 7.2 видно, что большинство автомобилей – легковые,. Вечером интенсивность движения больше на 23 %. потому что днем практически все автолюбители находились на работе. Вечером они возвращались с работы.

Общий путь, пройденный каждым видом автотранспорта за 1 час (L, км), по формуле:

N – количество автомобилей каждого типа за час;

L - длина участка, км.

6. Количество топлива:

Полученные результаты занесем в таблицу 8.
Таблица 8 - Расход топлива в зависимости от вида автомобилей

Тип автомобиля	Количество автомобилей N i	Q i , в том числе
		Бензин	Дизельное топливо
Легковые автомобили	674	20,75	-
Грузовые автомобили (на бензине)	98,8	8,29	-
Автобусы	54	6,35	-
Грузовые дизельные автомобили	2	-	0,18
	Всего?Q	35,39	0,18

7. Рассчитаем по каждому виду топлива количество выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по формуле:

Значения К возьмем из табл 5.

Результаты расчетов занесем в итоговую табл 9.

Таблица 9 - Количество вредных веществ в зависимости от вида топлива

Вид топлива	?Q	Количество вредных веществ
		СО	Углеводороды		NO 2
Бензин	35,39	21,23	3,54	1,4
Дизельное топливо	0,18	0,018	0,005	0,007
	Всего	21,25	3,55	1,407

Практическая работа № 2
Тема: Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газа­ми автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации СО)

Цель: оценить по концентрации окиси углерода - СО, мг/куб.м.
Формула оценки концентрации окиси углерода:

0,5 - фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного происхо­ждения, мг/куб.м;

N - суммарная интенсивность движения автомобилей на городской дороге, автомобиль/час;

К t - коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух окиси углерода;

К а - коэффициент, учитывающий аэрацию местности;

К у - коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода в зависимости от продольного уклона;

К с - коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра;

К b - то же в зависимости от относительной влажности воздуха;

К р - коэффициент увеличения загрязнения воздуха окисью углерода у пере­сечения улиц.

Коэффициент токсичности автомобилей определяется как средневзвешен­ный для потока автомобилей по формуле:

Pi - состав движения в долях единиц. Значение К ti определяется по таблице 1

Таблица 1 - Коэффициент токсичности автомобилей

Значение коэффициента К а учитывающего аэрацию местности, определяют по таблице 2.
Таблица 2 - Коэффициент аэрации местности

Тип местности по степени аэрации	Коэффициент К а
Транспортные тоннели	2,7
Транспортные галереи	1,5
Магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с двух сто­рон	1,0
Жилые улицы с одноэтажной за­стройкой, улицы и дороги в выемке	0,6
Городские улицы и дороги с одно­сторонней застройкой, набережные, эстакады, виадуки, высокие насыпи	0,4
Пешеходные тоннели	0,3
Городские улицы с низкоэтажной застройкой	0,8

Значение коэффициента К у, учитывающего изменение загрязнения воздуха оксидом углерода в зависимости от величины продольного уклона, определяют по табл 3.
Таблица 3 - Коэффициент, учитывающий загрязнение воздуха окисью углерода в зависимости от продольного уклона улицы

Продольный уклон (в градусах)	Коэффициент К у
0	1,00
2	1,06
4	1,07
6	1,18
8	1,55

Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра К с определяется по табл 4.
Таблица 4 - Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с	Коэффициент К с
1	2,70
2	2,00
3	1,50
4	1,20
5	1,05
6	1,00

Значения коэффициента К ь, определяющего концентрацию окиси углерода в зависимости от относительной влажности воздуха, приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от влажности воздуха

Относительная влажность, %	Коэффициент К ь
100	1,45
90	1,30
80	1,15
70	1,00
60	0,85
50	0,75

Коэффициент увеличения загрязнения воздуха окисью углерода К р пересе­чения улиц приведен в таблице 6.

Таблица 6 - Коэффициент увеличения загрязнения воздуха окисью углерода в местах пересечения улиц

Подставим значения коэффициентов в формулу и подсчитаем концентрацию окиси углерода:

Вечером

Вывод
Полученные концентрации окиси углерода сравнили с ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равной 5 мг/куб.м. днем выбросы превышают ПДК в 4,5раза вечером в 12,5 раз (стих ветер и увеличилось число машин)

Для снижения загрязнённости атмосферы автомобильным транспортом:

Установка на бензиновые двигатели катализаторов.

Перевод бензиновых двигателей на метан

Использовать топливо соответствующее нормам Евро-3.

Посадить тополя вдоль проезжей части

ТК дизель более экологичен, по возможности, использовать большие дизельные автобусы вместо ГАЗелей

Экологические требования к современному автомобилю являются в настоящее время приоритетными. Экологическая безопасность - это свойство автомобиля снижать негативные последствия влияния эксплуатации автомобиля на участников движения и окружающую среду. Она направлена на снижение токсичности отработанных газов, уменьшение шума, снижение радиопомех при движении автомобиля. Несмотря на многочисленные попытки заменить двигатель внутреннего сгорания каким-либо другим, не выделяющим токсичные вещества, альтернативы ему пока нет. А если принципиально новый двигатель и появится, то переналадка производства для его крупносерийного выпуска потребует грандиозных капиталовложений и произойдет далеко не сразу. Вместе с тем уже сейчас человечество подошло к той черте, когда без экологически чистого автомобиля просто не обойтись. И выход пока видится один - надо если не полностью исключить, то во всяком случае свести к минимуму вредные выбросы ДВС.

Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные испарения.

Как образуются доставляющие всем столько хлопот вредные вещества в отработавших газах? Известно, что топливо сгорает в камере при взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла, которое и преобразуется в работу. Теоретически для сгорания 1 кг бензина требуется 14,7 кг воздуха, однако на практике этого количества оказывается недостаточно. Дело в том, что воспламенение и сгорание бензино-воздушной смеси (ее еще называют горючей) длится тысячные доли секунды, и к такому быстрому процессу она недостаточно хорошо подготовлена. В смеси остаются газы от предыдущего цикла, препятствующие доступу кислорода к частицам топлива; кроме того, не удается добиться ее идеального перемешивания по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах. В результате не все топливо окисляется до конечных продуктов, и для нормального протекания процесса сгорания его приходится добавлять. Если в горючей смеси количество топлива больше расчетного, смесь называется богатой, если меньше - бедной. При средних нагрузках главное внимание обращается на экономичность, поэтому в камеру сгорания подается несколько обедненная смесь. При небольшом обогащении смеси скорость ее сгорания увеличивается, в камере развиваются более высокие температура и давление. Для максимальных нагрузок или резкого перехода с малой нагрузки на большую требуется богатая смесь. Большое количество топлива подается в цилиндры и при пуске холодного двигателя, когда горючую смесь образуют только самые легкие фракции топлива. В этих случаях из-за недостатка кислорода топливо сгорает не полностью. Двигатель хотя и развивает большую мощность, но работает не экономично и выбрасывает в атмосферу токсичные продукты неполного сгорания.

Наиболее токсичными компонентами отработавших газов бензиновых двигателей являются: оксид углерода (СО), оксиды азота (NОx), углеводороды (СnHm), а в случае применения этилированного бензина - свинец. Состав выбросов дизельных двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота. Дизельные двигатели, кроме всего прочего, выбрасывают твердые частицы (сажу). Сажа, содержащаяся в выхлопе, нетоксична, но она адсорбирует на поверхности своих частиц канцерогенные углеводороды. При сгорании низкокачественного дизельного топлива, содержащего серу, образуется сернистый ангидрид.

Как же эти вредные компоненты воздействуют на человека и окружающую среду? В обычных условиях СО - бесцветный газ без запаха, он легче воздуха и поэтому может легко распространятся в атмосфере. При действии на человека СО вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, раздражительность, сонливость, боли в области сердца. Оксид азота NO - бесцветный газ, диоксид азота NO2- газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO2 способствует развитию заболеваний легких. Некоторые углеводороды СН являются сильнейшими канцерогенными веществами (например,бенз(а)пирен), переносчиками которых могут быть частички сажи, содержащиеся в отработавших газах.

В скопившихся над асфальтом облаках СН и NOx под воздействием света происходят химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона. Вообще-то озон не стоек и быстро распадается, но только не в присутствии углеводородов (СН) - они замедляют процесс распада озона, и он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями. Образуется стойкое облако мутного смога. Озон разъедает глаза и легкие, а выбросы NОх участвуют в формировании кислотных дождей. Автотранспорт является одним из крупнейших загрязнителей атмосферного воздуха. В России на его долю в середине 90-х годов приходилось 80% выбросов свинца, 59% - оксида углерода, 32% - оксидов азота. К числу приоритетных загрязнителей атмосферы, поступающих в городскую атмосферу с отработавшими газами автомобилей, относятся свинец, бенз(а)пирен, летучие углеводороды. На долю первого из них приходится более 50% экономического ущерба от загрязнения атмосферы автотранспортом. Содержание бенз(а)пирена, одного из сильнейших канцерогенов, в атмосфере 17-ти (из 23 перечисленных в таблице 1 городов превышает предельно-допустимые нормы. Города с превалирующим вкладом выбросов автотранспорта в валовые выбросы более 50% при величине выбросов от автотранспорта не менее 50 тыс. тонн в год и загрязнение атмосферы. Таблица 1

На балансе практически любого юридического лица или индивидуального предпринимателя, независимо от осуществляемого ими вида экономической деятельности, имеется автотранспорт. При этом в соответствии с п. 1 ст. 17, п. 2 ст. 30 Федерального закона от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (в ред. от 23.07.2013; далее - Федеральный закон № 96-ФЗ), ст. 45 Федерального закона от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (в ред. от 28.12.2013) запрещается производство и эксплуатация транспортных и иных передвижных средств, содержание вредных (загрязняющих) веществ в выбросах которых превышает установленные технические нормативы выбросов. Но что является в данном случае выбросом вредных загрязняющих веществ, каковы их нормативные значения и, главное, кем и когда они должны контролироваться? Именно на эти вопросы и ряд других сопутствующих вопросов мы постараемся дать ответы в нашей статье.

Прежде всего, необходимо отметить, что нормативные требования к содержанию выбросов вредных (загрязняющих) веществ в отработавших газах от автотранспорта (далее - выбросы) содержатся в п. 4.1 Требований к выпускаемым в обращение единичным транспортным средствам (Приложение № 5 к техническому регламенту о безопасности колесных транспортных средств, утвержденному Постановлением Правительства РФ от 10.09.2009 № 720; в ред. от 22.12.2012, с изм. от 15.07.2013).

К СВЕДЕНИЮ

1 января 2015 г. должен вступить в силу новый технический регламент Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств», утвержденный Решением Комиссии Таможенного союза от 09.12.2011 № 87 (в ред. от 30.01.2013).

В соответствии с упомянутым п. 4.1 транспортные средства должны соответствовать требованиям специального технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техники, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», утвержденного Постановлением Правительства РФ от 12.10.2005 № 609 (в ред. от 20.01.2012) (далее - Технический регламент).

Именно в п. 3 Технического регламента содержится определение понятия «выбросы»: выбросы - это выбросы вредных (загрязняющих) веществ, которыми являются отработанные газы двигателей внутреннего сгорания и испарения топлива автомобильной техники, содержащие вредные (загрязняющие) вещества (оксид углерода (СО ), углеводороды С m Н n , оксиды азота (NO x ) и дисперсные частицы). В зависимости от уровня выбросов автомобильной технике и двигателю внутреннего сгорания присваивается соответствующий экологический класс - классификационный код. При этом согласно п. 14 Технического регламента введение в действие технических нормативов выбросов в отношении автомобильной техники, выпускаемой в обращении на территории Российской Федерации, и двигателей внутреннего сгорания осуществляется в следующие сроки:

• экологического класса 2 - с 21.04.2006 (т.е. с даты вступления в силу Технического регламента);
• экологического класса 3 - с 01.01.2008;
• экологического класса 4 - с 01.01.2010;
• экологического класса 5 - с 01.01.2014.

Кроме того, нормы и методы контроля выбросов содержатся в ряде национальных стандартов Российской Федерации. Рассмотрим подробнее некоторые из них.

1. ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния» (далее - ГОСТ Р 52033-2003).

ГОСТ распространяется на находящиеся в эксплуатации автотранспортные средства (далее - автомобили) с бензиновыми двигателями категорий М 1 , М 2 , М 3 , N 1 , N 2 , N 3 , оснащенные или не оснащенные системами нейтрализации отработавших газов (исключение составляют автомобили, чья полная масса составляет менее 400 кг или максимальная скорость не превышает 50 км/ч).

Стандарт устанавливает нормативные значения содержания в отработавших газах автомобилей оксида углерода и углеводородов, нормативное значение коэффициента избытка воздуха и методы контроля при оценке технического состояния систем автомобиля и двигателя.

Проверки автомобилей на соответствие требованиям данного стандарта могут проводиться в следующих случаях:

• на предприятиях, изготавливающих двигатели и автомобили, при приемочных, периодических и контрольных испытаниях серийной продукции;
• при сертификационных испытаниях;
• при контроле технического состояния находящихся в эксплуатации автомобилей в установленном порядке специально уполномоченными органами;
• на предприятиях, эксплуатирующих и обслуживающих автомобили, при техническом обслуживании, ремонте и регулировке агрегатов, узлов и систем, влияющих на изменение содержания нормируемых компонентов в отработавших газах;
• на предприятиях, осуществляющих капитальный ремонт автомобилей.

Кроме того, в Изменении № 1 от 01.07.2012 к стандарту содержится рекомендуемая форма журнала записи результатов проверок автомобилей на содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах и состав рабочей смеси двигателя (см. Пример).

2. ГОСТ Р 52160-2003 «Автотранспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

ГОСТ устанавливает нормы и методы измерения видимых загрязняющих веществ отработавших газов (дымности) в режиме свободного ускорения для автомобилей категорий М 1 , М 2 , М 3 , N 1 , N 2 , N 3 , находящихся в эксплуатации, которые оснащены двигателями с воспламенением от сжатия.

3. ГОСТ Р 41.24-2003 «Единообразные предписания, касающиеся: I. Сертификации двигателей с воспламенением от сжатия в отношении дымности; II. Сертификации автотранспортных средств в отношении установки на них двигателей с воспламенением от сжатия, сертифицированных по типу конструкции; III. Сертификации автотранспортных средств с двигателями с воспламенением от сжатия в отношении дымности; IV. Измерения мощности двигателей» (далее - ГОСТ Р 41.24-2003).

Стандарт устанавливает следующие требования:

• часть I - к выбросу видимых загрязняющих веществ двигателями с воспламенением от сжатия (далее - дизели), предназначенными для установки на автотранспортных средствах;
• часть II - к установке на автотранспортных средствах дизелей, сертифицированных по типу конструкции в соответствии с ч. I данного стандарта;
• часть III - к выбросу видимых загрязняющих веществ автотранспортными средствами, дизели которых не имеют отдельного сертификата по типу конструкции в соответствии с ч. I данного стандарта.

4. ГОСТ Р 54942-2012 «Газобаллонные автомобили с искровыми двигателями. Выбросы вредных (загрязняющих) веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния» (далее - ГОСТ Р 54942-2012).

ГОСТ распространяется на находящиеся в эксплуатации на территории Российской Федерации транспортные средства категорий M и N с искровыми двигателями:

• монотопливные, работающие на сжиженном нефтяном газе (СНГ), компримированном природном газе (КПГ) или сжиженном природном газе (СПГ);
• многотопливные, работающие на СНГ, КПГ или СПГ, а также допускающие работу на бензине.

Стандарт устанавливает нормативные значения содержания загрязняющих веществ в отработавших газах автомобилей (оксида углерода и углеводородов), коэффициента избытка воздуха, требования к техническому состоянию систем двигателя, а также методы контроля при оценке технического состояния.

Необходимо отметить, что начиная с 30.06.2003, т.е. с даты вступления в силу Федерального закона от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании», национальные стандарты носят рекомендательный характер и применяются на добровольной основе, а в соответствии с п. 4 ст. 17 Федерального закона № 96-ФЗ транспортные и иные передвижные средства, выбросы которых оказывают вредное воздействие на атмосферный воздух, подлежат регулярной проверке на соответствие таких выбросов техническим нормативам выбросов в порядке, определенном уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти.

Для реализации данного пункта Правительством Российской Федерации было принято соответствующее Постановление от 06.02.2002 № 83 «О проведении регулярных проверок транспортных и иных передвижных средств на соответствие техническим нормативам выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух», которое действует и в настоящее время, правда, в редакции от 05.12.2011. В частности, согласно подп. «а» п. 2 данного Постановления проверки автотранспортных средств должны осуществляться во время их государственного технического осмотра .

Так, например, в соответствии с п. 32 Приложения № 1 к Правилам проведения технического осмотра транспортных средств, утвержденным Постановлением Правительства РФ от 05.12.2011 № 1008 (в ред. от 13.11.2013), при проведении технического осмотра к двигателю и его системе предъявляется требование о том, что содержание загрязняющих веществ в отработавших газах транспортных средств должно соответствовать следующим требованиям:

• для транспортных средств с бензиновыми двигателями - ГОСТ Р 52033-2003;
• для газобаллонных транспортных средств - ГОСТ Р 17.2.2.06-99 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей» (заменен на ГОСТ Р 54942-2012 );
• для транспортных средств с дизелями уровень дымности отработавших газов в режиме свободного ускорения не должен превышать значение коэффициента поглощения света, указанного в документах, удостоверяющих соответствие транспортного средства Правилам ЕЭК ООН № 24-03 (соответствуют ГОСТ Р 41.24-2003 ), или на знаке официального утверждения, нанесенном на двигатель или транспортное средство, или установленных изготовителем, а при отсутствии выше указанных сведений не должен превышать 2,5 м –1 - для двигателей без наддува, 3 м –1 - для двигателей с наддувом.

Итоги технического осмотра фиксируются в диагностической карте.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что у природопользователя нет обязанности по осуществлению самостоятельного или с привлечением специализированной аккредитованной лаборатории экологического контроля за содержанием выбросов автотранспорта . На законодательном уровне его проведение предусмотрено во время осуществления технического осмотра транспортных средств. Данный вывод подтверждается рядом примеров из судебной практики (например, Решением Липецкого областного суда от 14.09.2011 по делу № 21-67-2011, Постановлением Одиннадцатого арбитражного апелляционного суда от 23.01.2008 № 11АП-7965/2007 и др.).

Однако стоит учитывать, что в случае обнаружения при осуществлении государственного экологического контроля в отношении природопользователя превышения указанных нормативов у выпущенного на линию автотранспорта на должностное лицо, ответственное за выпуск, могут быть наложены штрафные санкции в соответствии со ст. 8.22 Кодекса Российской Федерации об административных правонарушениях:

Извлечение
из Кодекса Российской Федерации
об административных правонарушениях

Статья 8.22. Выпуск в эксплуатацию механических транспортных средств с превышением нормативов содержания загрязняющих веществ в выбросах либо нормативов уровня шума

Допуск к полету воздушного судна, выпуск в плавание морского судна, судна внутреннего водного плавания или маломерного судна либо выпуск в рейс автомобиля или другого механического транспортного средства, у которых содержание загрязняющих веществ в выбросах либо уровень шума, производимого ими при работе, превышает нормативы, установленные государственными стандартами Российской Федерации, влечет наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от пятисот до одной тысячи рублей.

В случае если природопользователь, с учетом своих финансовых возможностей, все же решит включить в программу экологического контроля мероприятия по контролю за выбросами загрязняющих веществ автотранспортом, для выбора количества транспортных средств (далее - ТС), подвергаемых контролю, рекомендуем ему воспользоваться нормативами (раздельно по видам топлива), указанными в п. 2.7 приложения 1 к Инструктивно-методическим указаниям по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды, утвержденным Минприроды России от 26.01.1993 (в ред. от 15.02.2000, с изм. от 12.07.2011):

• 100 % - для предприятий с числом ТС до 20 единиц;
• 50 % - для предприятий с числом ТС до 50 единиц;
• 30 % - для предприятий с числом ТС до 100 единиц;
• 20 % - для предприятий с числом ТС до 500 единиц;
• 10 % - для предприятий с числом ТС свыше 500 единиц.

О.Н. Лаврухина, специалист по экологии и охране труда