Главная Пдд Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ автомобилей. Расчет выбросов вредных веществ автомобильным транспортом - файл n1.doc

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ автомобилей. Расчет выбросов вредных веществ автомобильным транспортом - файл n1.doc

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Утверждена

приказом Госкомэкологии России

МЕТОДИКА
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ АВТОТРАНСПОРТА
ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СВОДНЫХ РАСЧЕТОВ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ГОРОДОВ

Москва, 1999

Настоящий документ устанавливает порядок расчета выбросов автотранспорта для их использования при проведении сводных расчетов загрязнения атмосферы городов; может быть применен ко всем категориям авто транспортных средств при эксплуатации в городских условиях. Полученные по настоящему документу результаты используются в качестве исходных данных для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов выбросами промышленности и автотранспорта. При разработке данного документа учтены результаты практической оценки выбросов при проведении расчетов загрязнения атмосферы в Государственных комитетах по охране окружающей среды Пермской и Псковской областях, Санкт - Петербурга и Ленинградской области и комитете по охране окружающей среды г. Воронежа, а также их замечания и предложения по совершенствованию методологии оценки выбросов автотранспорта для применения при сводных расчетах загрязнения атмосферы городов.

I . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 . Настоящая методика предназначена для оценки величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными потоками на городских магистралях. 1.2 . Полученные величины выбросов автотранспортных потоков на городских автомагистралях применяются при проведении сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха города (региона) выбросами промышленности и транспорта. 1.3 . В качестве исходных данных для расчета выбросов автотранспорта в атмосферу используются результаты натурных обследований структуры и интенсивности автотранспортных потоков с подразделением по основным категориям автотранспортных средств. 1.4 . Приведенные в данном документе усредненные удельные значения показателей выбросов отражают основные закономерности их изменения при реальном характере автотранспортного движения в городских условиях, определяемых целесообразным выбором передаточного отношения от двигателя к трансмиссии. При этом учитывается, что в городе автомобиль совершает непрерывно разгоны и торможения, перемещаясь с некоторой средней скоростью на конкретном участке автомагистрали, определяемой дорожными условиями. 1.5 . Расчеты выбросов выполняются для следующих вредных веществ, поступающих в атмосферу с отработавшими газами автомобилей: - оксид углерода (СО); - оксиды азота N О x (в пересчете на диоксид азота); - углеводороды (СН) * ; - сажа; - диоксид серы (SO 2); - соединения свинца ** ; - формальдегид; - бенз (а) пирен. * - расчет выбросов соединений свинца для автомобилей, движущихся по городским автомагистралям, производится в том случае, если в данном городе используется этилированный бензин. Рассчитанные значения выбросов соединений свинца целесообразно уточнить с учетом доли этилированного бензина в общем потреблении бензинов всех марок в данном городе. ** - для автомобилей с бензиновыми двигателями при проведении расчетов загрязнения атмосферы используется ПДКм. р. по бензину (код 2704); для автомобилей с дизельным двигателем - по керосину (код 2732) [ 8]. 1.6 . Используемые при расчете выбросов параметры определяются на основе натурных обследований, проведение которых осуществляется по достаточно простой схеме, не требующей инструментального оснащения и продолжительного обучения. Это позволяет выполнять такие работы практически в любом городе с необходимой периодичностью, что весьма важно для регулярной корректировки информации о выбросах автотранспорта в целях поддержания работы компьютерного банка данных о выбросах промышленности и автотранспорта города в оперативном режиме.

II . РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АВТОТРАНСПОРТОМ

Выброс i - го вредного вещества автотранспортным потоком (MLi) определяется для конкретной автомагистрали, на всей протяженности которой, структура и интенсивность автотранспортных потоков изменяется не более, чем на 20 - 25 %. При изменении автотранспортных характеристик на большую величину, автомагистраль разбивается на участки, которые в дальнейшем рассматриваются как отдельные источники. Такая магистраль (или ее участок) может иметь несколько нерегулируемых перекрестков или (и) регулируемых при интенсивности движения менее 400 - 500 а / час. Для автомагистрали (или ее участка) с повышенной интенсивностью движения (т. е. более 500 а / час) целесообразно дополнительно учитывать выброс автотранспорта (Мп) в районе перекрестка. В районе перекрестка выбрасывается наибольшее количество вредных веществ автомобилем за счет торможения и остановки автомобиля перед запрещающим сигналом светофора и последующим его движением в режиме «разгона» по разрешающему сигналу светофора. Это обуславливает необходимость выделить на выбранной автомагистрали участки перед светофором, на которых образуется очередь автомобилей, работающих на холостом ходу в течение времени действия запрещающего сигнала светофора. Таким образом, для автомагистрали (или ее участка) при наличии регулируемого перекрестка суммарный выброс М будет равен:

Где: , , , - выброс в атмосферу автомобилями, находящимися в зоне перекрестка при запрещающем сигнале светофора; , , , - выброс в атмосферу автомобилями, движущимися по данной автомагистрали в рассматриваемый период времени; n и m - число остановок автотранспортного потока перед перекрестком соответственно на одной и другой улицах его образующих за 20- минутный период времени; индексы 1 и 2 соответствуют каждому из 2- х направлений движения на автомагистрали с большей интенсивностью движения, а 3 и 4 - соответственно для автомагистрали с меньшей интенсивностью движения.

II.1 . Расчет выбросов движущегося автотранспорта.

Выброс i - того загрязняющего вещества (г / с) движущимся автотранспортным потоком на автомагистрали (или ее участке) с фиксированной протяженностью L (км) определяется по формуле:

(II .2)

(г / км) - пробеговый выброс i -г o вредного вещества автомобилями k - й группы для городских условий эксплуатации, определяемый по табл. II .1 ; k - количество групп автомобилей; G k (1/ час) - фактическая наибольшая интенсивность движения, т. е. количество автомобилей каждой из К групп, проходящих через фиксированное сечение выбранного участка автомагистрали в единицу времени в обоих направлениях по всем полосам движения; - поправочный коэффициент, учитывающий среднюю скорость движения транспортного потока ( (км / час) на выбранной автомагистрали (или ее участке), определяемый по табл. II .2); - коэффициент пересчета «час» в «сек» ; L (км) - протяженность автомагистрали (или ее участка) из которого исключена протяженность очереди автомобилей перед запрещающим сигналом светофора и длина соответствующей зоны перекрестка (для перекрестков, на которых проводились дополнительные обследования).

Таблица II .1 .

Значения пробеговых выбросов (г / км) для различных групп автомобилей

	№ группы
	№ группы	NO х (в пересчете на NO 2)	Формальдегид	Соединения свинца	Бенз (а) пирен
Легковые
Легковые дизельные


Автобусы карбюраторные
Грузовые дизельные
Автобусы дизельные

Таблица II .2 .

Значения коэффициентов , учитывающих изменения количества выбрасываемых вредных веществ в зависимости от скорости движения

Скорость движения (V , км / час)

Примечание: для диоксида азота значение принимается постоянным и равным 1 до скорости 80 км/час.

II.2 Расчет выбросов автотранспорта в районе регулируемого перекрестка

При расчетной оценке уровней загрязнения воздуха в зонах перекрестков следует исходить из наибольших значений содержания вредных веществ в отработавших газах, характерных для режимов движения автомобилей в районе пересечения автомагистралей (торможение, холостой ход, разгон). Выброс i - го загрязняющего вещества (З В) в зоне перекрестка при запрещающем сигнале светофора М 4 п 0 определяется по формуле:

г/мин (II.3)

Где Р (мин.) - продолжительность действия запрещающего сигнала светофора (включая желтый цвет); N Ц - количество циклов действия запрещающего сигнала светофора за 20- минутный период времени; N гр - количество групп автомобилей; (г / мин) - удельный выброс i -г o З В автомобилями, k - ой группы, находящихся в «очереди» у запрещающего сигнала светофора; G k , n - количество автомобилей k группы, находящихся в «очереди» в зоне перекрестка в конце n - го цикла запрещающего сигнала светофора. Значения определяются по табл. II .3 , в которой приведены усредненные значения удельных выбросов (г / мин), учитывающие режимы движения автомобилей в районе пересечения перекрестка (торможение, холостой ход, разгон), а значения Р, N Ц, G k - по результатам натурных обследований.

Таблица II .3 .

Удельные значения выбросов для автомобилей , находящихся в зоне перекрестка

Наименование группы автомобилей	№ группы	Выброс, г / мин
Наименование группы автомобилей	№ группы		NO x (в пересчете на NO 2)	Формальдегид	Соединения свинца	Бенз (а) пирен
Легковые
Легковые дизельные
Грузовые карбюраторные с грузоподъемностью до 3 т (в том числе работающие на сжиженном нефтяном газе) и микроавтобусы
Грузовые карбюраторные с грузоподъемностью более 3 т (в том числе работающие на сжиженном нефтяном газе)
Автобусы карбюраторные
Грузовые дизельные
Автобусы дизельные
Грузовые газобалонные, работающие на сжатом природном газе

* - значение выброса за вычетом метана

III . ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ НАТУРНЫХ ОБСЛЕДОВАНИЙ СТРУКТУРЫ И ИНТЕНСИВНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ НА ОСНОВНЫХ АВТОМАГИСТРАЛЯХ

Для определения выбросов автотранспорта на городских автомагистралях и последующего их использования в качестве исходных данных при проведении расчетов загрязнения атмосферы проводится изучение особенностей распределения автотранспортных потоков (их состава и интенсивности) по городу и их изменений во времени (в течение суток, недели и года). Территориальные различия состава и интенсивности транспортных потоков зависят от площади и поперечных размеров города, количества населения, схемы планировки улично - дорожной сети, особенностей расположения промышленных предприятий, автохозяйств, бензозаправочных станций и станций техобслуживания. Временные различия в значительной степени связаны с режимом работы промышленных предприятий и учреждений города и с климатическими особенностями района, в котором расположен город. III .1 . На основе изучения схемы улично - дорожной сети города, а также информации о транспортной нагрузке составляется перечень основных автомагистралей (и их участков) с повышенной интенсивностью движения и перекрестков с высокой транспортной нагрузкой. В качестве таких магистралей (участков) рассматриваются: - для городов с населением до 500 тысяч человек - магистрали (или их участки) с интенсивностью движения в среднем более 200 - 300 автомобилей в час; - для городов с населением более 500 тыс. человек - магистрали (или их участки) с интенсивностью движения в среднем более 400 - 500 автомобилей в час. Выбранные автомагистрали (или их участки) и перекрестки наносятся на карту - схему города (с учетом масштаба карты). На этой карте фиксируются и перекрестки, на которых предполагается проведение дополнительных обследований. III .2 . Для определения характеристик автотранспортных потоков на выбранных участках улично - дорожной сети проводится учет проходящих автотранспортных средств в обоих направлениях с подразделением по следующим группам: I . Л - легковые, из них отдельно легковые и легковые дизельные автомобили; II . ГК < 3 - грузовые карбюраторные грузоподъемностью менее 3 тонн и микроавтобусы (ГАЗ -51-53, УАЗы, «Газель» , РАФ и др.); III . ГК > 3 - грузовые карбюраторные грузоподъемностью более 3 тонн (ЗИЛы, Урал и др.); IV . АК - автобусы карбюраторные (ПАЗ, ЛАЗ, ЛИАЗ); V . ГД - грузовые дизельные (КРАЗ, КАМАЗ); VI . АД - автобусы дизельные (городские и интуристовские «Икарусы»); VII . ГГБ - грузовые газобалонные, работающие на сжатом природном газе. III .3 . Подсчет проходящих по данному участку автомагистрали транспортных средств проводится в течение 20 минут каждого часа. При высокой интенсивности движения (более 2 - 3 тыс. автомашин в час) подсчет проходящих автотранспортных средств проводится синхронно раздельно по каждому направлению движения (а при недостаточности числа наблюдателей - первые 20 минут - в одном направлении; следующие 20 минут - в противоположном направлении). III .4 . Для выявления максимальной транспортной нагрузки наблюдения выполняются в часы «пик» . Для большинства городских автомагистралей отмечается два максимума: утренний и вечерний (соответственно с 7 - 8 часов до 10 до 11 часов и с 16 - 17 часов до 19 - 20 часов), для многих транзитных автомагистралей наибольшая транспортная нагрузка характерна для дневного времени суток. С целью получения исходных данных о выбросах для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы города наблюдения организуются в часы «пик» летнего сезона года. Натурные обследования состава и интенсивности движущегося автотранспортного потока проводятся не менее 4 - 6 раз в часы «пик» на каждой автомагистрали. III .5 . Результаты натурных обследований структуры и интенсивности движущегося автотранспортного потока заносятся в полевой журнал по форме, приведенной в таблице III .1 .

Таблица III .1 .

ПОЛЕВОЙ ЖУРНАЛ
обследования характеристик движущегося автотранспортного потока

Время подсчета, за период 20 минут

Число автомобилей по группам

Скорость движения потока, км / час

Легковые

Легковые дизельные

ГК < 3, МА

Легко вые

Грузовые

Автобусы

III .6 . Для оценки транспортной нагрузки в районе регулируемых перекрестков проводятся дополнительные обследования. III .6.1 . Последовательно (а при возможности одновременно) на каждом направлении движения в период действия запрещающего сигнала светофора (включая и желтый цвет) выполняется подсчет автотранспортных средств (по группам, согласно п. III .2), образующих «очередь» . Одновременно фиксируется длина «очереди» в метрах. Подсчеты проводятся не менее 4 - 6 раз в периоды, указанные в п. III .4 . III .6.2 . Результаты дополнительных обследований заносятся в полевой журнал по форме, приведенной в табл. III .2 .

Таблица III .2

ПОЛЕВОЙ ЖУРНАЛ
обследования автотранспортных потоков на перекрестках

Время работы запрещающего сигнала светофора, мин.	Число автомобилей по группам			Длина очереди автотранспорта (м)
Время работы запрещающего сигнала светофора, мин.	Легковые	Легковые дизельные	ГК < 3 , МА	Длина очереди автотранспорта (м)

III .7 . В ходе проведения натурных обследований дополнительно определяется ряд параметров, необходимых как для расчета выбросов согласно п. II настоящего документа, так и проведения расчетов загрязнения атмосферы. III .7.1 . На каждой автомагистрали (или ее участке) фиксируются следующие параметры: - ширина проезжей части, (в метрах); - количество полос движения в каждом направлении; - протяженность выбранного участка автомагистрали (в км) с указанием названий улиц, ограничивающих данную автомагистраль (или ее участок); - средняя скорость автотранспортного потока с подразделением на три основные категории: легковые, грузовые и автобусы (в км / час) (определяется по показаниям спидометра автомобиля, движущегося в автотранспортном потоке). Определение средней скорости движения основных групп автотранспортного потока выполняется по всей протяженности обследуемой автомагистрали или ее участка, включая зоны нерегулируемых перекрестков и регулируемых перекрестков, выбранных согласно раздела I настоящего документа. III .7.2 . На обследуемом перекрестке фиксируются следующие параметры: - ширина проезжей части (в метрах); - количество полос движения в каждом направлении; - протяженность зоны перекрестка в каждом направлении (в метрах). III .7.3 . К полевым журналам по формам таблиц III .1 и III .2 прилагаются схемы расположения обследуемых автомагистралей и перекрестков с регулируемым движением.

ЛИТЕРАТУРА

1 . Методические рекомендации по инвентаризации и нормированию выбросов автотранспорта в Санкт - Петербурге. С - Пб., 1995. 2 . Ложкин В. Н., Демочка О. И. и др. Экспериментально - расчетная оценка выбросов вредных веществ с отработавшими газами ДВС на эксплуатационных режимах работы. Технический отчет по НИР. С - Пб., НПО ЦНИТА, 1990. 3 . Жегалин О. И., Лупачев П. Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М., Транспорт, 1985. 4 . Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортных предприятий (расчетным методом). М., 1998. 5 . Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. М., 1993. 6 . Методика расчета выбросов загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях. М., 1997. 7 . Сравнительная оценка методик расчета выбросов от автотранспорта и возможностей их использования при проведении комплексных оценок рассеивания загрязняющих веществ. Отчет по теме. Пермский Гос. университет. 1998. 8 . Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. С. Петербург, 1998.

В отличие от промышленных источников загрязнения, привязанных к определенным площадкам и отделенных от жилой застройки санитарно-защитными зонами, автомобиль является движущимся источником загрязнения, который постоянно встречается в жилых районах и местах отдыха. Автотранспорт загрязняет нижние, приземные слои атмосферы и способствует накоплению вредных веществ в воздухе.

Выхлопные газы автотранспорта представляют собой очень сложную смесь веществ (табл.2.1).

Таблица 2.1

Примерный состав выхлопных газов

карбюраторных и дизельных двигателей

Одни вещества, такие как азот, кислород, диоксид углерода, вода, не представляют опасности. Другие, и в первую очередь органические соединения, а также оксид углерода(II) и азота (IV), являются сильными токсикантами и при превышении допустимой дозы могут вызывать тяжелые отравления вплоть до смертельного исхода. Наиболее опасными компонентами автомобильных выбросов являются циклические и полициклические углеводороды, которые образуются при неполном сгорании топлива в условиях дефицита кислорода. Самое известное и опасное вещество из этого ряда – бенз(а)пирен.

Каждый из вредных компонентов выхлопных газов оказывает специфическое воздействие на организм человека в целом и отдельные органы и системы органов.

СО (угарный газ) – постоянный компонент в продуктах сгорания всех видов топлива. Он не имеет цвета и запаха, поэтому в малой концентрации его трудно обнаружить. Оксид углерода (II), попадая в легкие, легко соединяется с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин, не способный переносить кислород. Основные признаки отравления окисью углерода:

ухудшение остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов времени (концентрация СО более 0,4 об. %);

нарушение некоторых психомоторных функций головного мозга (при содержании СО в воздухе в интервале от 2 до 5 об. %);

ощутимые изменения работы сердца и легких (концентрация СО более 5 об. %);

головная боль, сонливость, мышечные спазмы, нарушение дыхания и смерть (при содержании угарного газа 10 ÷ 80 об. %).

Степень воздействия СО на организм зависит не только от его концентрации, но и от времени пребывания человека в условиях повышенного содержания этого газа. Образование карбоксигемоглобина в крови – процесс обратимый: если поступление в легкие СО прекращается, то через 3 – 4 часа его содержание в крови уменьшается в два раза. Однако необходимо знать, что оксид углерода (II) – химически стабильное вещество, и в атмосфере он может находиться в неизменном виде до четырех месяцев.

NO, NO 2 – оксиды азота. Эти газы обладают специфическим запахом, который начитает ощущаться при концентрации в воздухе более 10 мг/м 3 . При контакте оксидов азота с водой образуются азотная (HNO 3 ) и азотистая (HNO 2 ) кислоты, повышенное содержание которых во вдыхаемом воздухе может вызвать отек легких.

Ароматические (циклические и полициклические) углеводороды обладают наркотическим действием и в малых концентрациях (до 15 мг/м 3) снижают активность, вызывают головокружение и легкую головную боль. При длительном, более двух часов, нахождении человека в воздухе с содержанием углеводородов более 200 мг/м 3 развивается кашель, сильная головная боль и далее – удушье. Все ароматические углеводороды обладают более или менее выраженными канцерогенными свойствами, т.е. способностью вызывать и стимулировать рост злокачественных опухолей. Бенз(а)пирен С 20 Н 16 – самый сильный канцероген природного происхождения.

Альдегиды (главным образом, формальдегид СН 2 О ) оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки глаз, дыхательных путей. Запах формальдегида отмечается при концентрации в воздухе около 0,2 мг/м 3 . Длительное пребывание в атмосфере с содержанием формальдегида более 20 мг/м 3 приводит к слабости, головной боли, потере аппетита, бессоннице, сильному раздражению слизистой оболочки глаз.

Об опасности вышеописанных веществ можно судить по величинам их ПДК, приведенным в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны (ПДК р.з.)

для токсичных веществ в составе выхлопных газов автомобилей

Для предупреждения опасности здоровью работающих в гаражах, где хранятся и подвергаются техническому осмотру и текущему ремонту автомобили, необходимо следить за накоплением вредных веществ, попадающих в воздух при выезде или въезде автомобилей, а также при их обслуживании. Один из методов подобного контроля – расчеты концентраций загрязняющих веществ в гараже, учитывающие количество передвигающихся единиц автотранспорта и деятельность по их обслуживающих.

Для оценки уровня загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в помещении одноэтажного гаража пользуются формулой

G = g∙N∙k∙c, (2.4)

где – количество вредного вещества, выделившегося за определенное время работы с учетом всех передвижений транспорта и его обслуживания, г;

– удельное количество вредного вещества, отнесенное к одному выезду из помещения и условной мощности в одну лошадиную силу (л.с.) на один выезд. g определяют по табл. 2.5;

– мощность автомобиля, л.с., (табл. 2.6);

– число выездов автомобилей из помещения в течение одного часа, выезд/ч;

– коэффициент для учета интенсивности движения автомобилей, определяется по табл. 2.7.

Таблица 2.5

Удельные количества вредных веществ,

выделяющихся в составе выхлопных газов

при одном выезде автомобиля из помещения, г/(л.с.∙выезд)

Примечание. В графах 4 и 5 приведены данные для грузовых автомобилей и автобусов: в числителе – с карбюраторными двигателями; в знаменателе – с дизельными двигателями.

Таблица 2.6

Средняя мощность двигателей автомобилей различных типов

Таблица 2.7

Коэффициент, учитывающий интенсивность движения автомобилей

Определив по формуле (2.4) количества вредных веществ, попавших в воздух гаража с выхлопными газами работающих двигателей автомобилей, можно рассчитать концентрации этих веществ и, сравнив их с соответствующими ПДК р.з. , тем самым установить степень опасности загрязнения воздуха для работающих в данном помещении.

Пример.

Оценить состояние воздуха в гараже с точки зрения концентрации в нем основных токсичных компонентов выхлопных газов – СО и NO 2 , через час после начала работы. За этот промежуток времени из помещения выехало восемь грузовых машин (из них 5 – с бензиновым двигателем) и 2 легковых автомобиля. Площадь гаража 1200 м 2 , высота 4 м. Кратность обмена воздуха в гараже в соответствии со СН и П, равна 10 объемов в час (n = 10/ч). Дать экологическую оценку уровня загрязнения воздуха (сравнением с соответствующими значениями ПДК).

Решение:

Вначале, воспользовавшись формулой 2.4, рассчитывают выброс загрязняющих веществ. Для этого по таблицам 2.5, 2.6 и 2.7 определяют соответственно удельные количества каждого вредного вещества, выделяющиеся при одном выезде (g), мощность двигателей автомобилей N и коэффициенты, учитывающие интенсивность движения автомобилей (с).

Для расчета концентрации необходимо знать объем воздуха, участвующего в разбавлении, Эта величина определяется исходя из параметров помещения и условий естественной вентиляции:

Через час от начала рабочего дня концентрации оксида углерода и диоксида азота составят:

Вывод .

Сравнение полученных расчетом величин концентраций СО и NO 2 cо значениями ПДК р.з. для этих веществ показывает, что порог опасности значительно превышен. Для сохранения здоровья работающих гараж должен быть оборудован системой принудительной вентиляции.

Задача 1 .

NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и два микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 2 .

NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два грузовых автомобиля с карбюраторным двигателем и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на посту текущего ремонта, один грузовой автомобиль с бензиновым двигателем – находился на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 3 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1400 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и два автобуса с бензиновым двигателем. Два дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, три (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. . Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 4 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 680 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через четыре часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на текущем ремонте, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 5 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 740 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту технического обслуживания и текущего ремонта. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 6 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1040 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и один микроавтобус. Два грузовых автомобиля находились на посту текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 7 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1260 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через четыре часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два автобуса с карбюраторным двигателем. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 8 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1200 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и три микроавтобуса. Два микроавтобуса находились на посту текущего ремонта и техобслуживания, один автобус с бензиновым двигателем – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 9 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 880 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и один микроавтобус. Один дизельный автобус находился на посту технического обслуживания, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 10 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1120 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два грузовых автомобиля и два микроавтобуса. Три легковых автомобиля находились на посту текущего ремонта, один– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 11 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 840 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и один микроавтобус. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, два (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 12 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1240 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и два микроавтобуса. Два дизельных автобуса находились на посту технического обслуживания, один легковой автомобиль – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 10.

Задача 13 .

NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и один микроавтобус. Четыре дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, два автобуса с бензиновым двигателем – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 14 .

NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на посту текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 10.

Задача 15 .

NО 2 и углерода СО через пять часов после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали семь легковых автомобилей и два микроавтобуса. Три микроавтобуса находились на посту текущего ремонта, один автобус с бензиновым двигателем и один джип– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 16 .

NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два микроавтобуса. Три автобуса с карбюраторным двигателем находились на посту текущего ремонта, один микроавтобус– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 17 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1280 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и три микроавтобуса. Три микроавтобуса были на текущем ремонте, один автобус (с бензиновым двигателем) находился на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 18 .

NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали десять автобусов с бензиновым двигателем и один микроавтобус. Два дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, один легковой автомобиль – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 19 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1600 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на текущем ремонте, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 20 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1280 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и один грузовой. Два микроавтобуса находились на посту текущего ремонта и техобслуживания, один легковой автомобиль– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 21 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 960 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на посту текущего ремонта. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 22 .

NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и один микроавтобус. Два автобуса с карбюраторным двигателем находились на посту текущего ремонта, один микроавтобус– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 23 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1280 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через четыре часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали семь легковых автомобилей и три микроавтобуса. Четыре дизельных автобуса находились на посту технического обслуживания текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, согласно строительным нормам, равна 12.

Задача 24 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 640 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на посту текущего ремонта, два (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 25 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1920 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали шесть легковых автомобилей и четыре микроавтобуса. Два дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, три (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 10.

Задача 26 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1280 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали восемь легковых автомобилей и два микроавтобуса. Два дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, два (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 27 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 960 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и три микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 28 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 800 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через четыре часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два микроавтобуса. Три микроавтобуса находились на посту технического обслуживания и текущего ремонта, один автобус с бензиновым двигателем – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 29 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1600 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали восемь легковых автомобилей и четыре микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, один легковой автомобиль– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 30 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1440 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре автобуса с карбюраторным двигателем и два микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, два микроавтобуса и один легковой автомобиль – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ

Под земельными ресурсами понимаются земли, систематически используемые или пригодные к использованию для конкретных целей.

Загрязнение земель – это привнесение, накопление и возникновение на поверхностном слое земли (почвы) новых, обычно не характерных для нее физических свойств, химических или биологических агентов или превышение указанных природных параметров почвы по сравнению со среднемноголетним уровнем. Оно может быть вызвано попаданием в почву бытовых и производственных отходов, примесей из загрязненного атмосферного воздуха и водных источников. Накопление химических веществ, которые вносятся в почву для повышения урожайности сельскохозяйственных культур (удобрений, средств защиты растений), также приводит к изменению ее природных свойств.

Загрязнение почвы меняет ход почвообразовательного процесса, резко снижает урожаи, вызывает накопление токсичных веществ, таких как тяжелые металлы, пестициды, в растениях. Из них эти токсичные вещества прямо или косвенно (с продуктами растительного или животного происхождения) попадают в организм человека.

Привнесение загрязняющих веществ в почву ослабляет ее способность к самоочищению от болезнетворных и других чуждых ей микроорганизмов, что увеличивает опасность микробиологического загрязнения и распространения болезней. Так, в незагрязненных почвах возбудители дизентерии и тифа сохраняются в течение 2-3 суток, а в загрязненных этот срок увеличивается для дизентерии до четырех-пяти месяцев, а для тифа – до полутора лет.

Защита и восстановление земель осуществляется путем ограничения и запрещения использовать в сельскохозяйственной практике токсичных и биохимически стойких веществ в качестве пестицидов, превращения в компост бытовых отходов без их предварительной сортировки (для удаления опасных компонентов), борьбы с различными типами эрозии почв, рекультивации земель.

Во многих городах мира концентрации вредных веществ в воздухе, создаваемые выбросами автотранспорта, превышают стандарты качества атмосферного воздуха.

Во многих городах нашей страны уровень загрязнения воздуха превышает нормативы предельно допустимых концентраций. В связи с этим проблема снижения негативного воздействия автотранспорта на здоровье людей, воздушный и водный бассейны, растительный и животный мир, почвы весьма актуальна.

Уровень загрязнения воздуха вредными примесями зависит не только от количества выбросов вредных веществ, но и в большей степени от условий рассеивания примесей в атмосфере. При определенных метеорологических условиях концентрации примесей в воздухе увеличиваются и могут достигать опасных значений.

Кратковременное сокращение выбросов в периоды увеличения загрязнения воздуха может существенно улучшить состояние воздушного бассейна. Вопросы регулирования выбросов и прогноза загрязнения атмосферы тесно связаны между собой.

Существующий уровень техники в нашей стране не позволяет обеспечить нужную очистку выбросов, поэтому, естественно, возникает вопрос о возможности уменьшения выбросов хотя бы в сравнительно короткие периоды времени, когда образуется неблагоприятная метеорологическая обстановка, при которой может создаваться опасное загрязнение воздуха. Разработка краткосрочного прогноза загрязнения воздуха в настоящее время является актуальной задачей.

Полное решение проблемы уменьшения загрязнения воздуха автотранспортом зависит, в первую очередь, от технических мероприятий, касающихся повышения экологичности каждого автомобиля и уменьшения токсичности автомобильных выбросов. Это - долгосрочная программа, требующая больших материальных затрат и времени. Определить целесообразность и достаточность тех или иных технических и организационных мероприятий по снижению выбросов автотранспорта позволяет долгосрочный прогноз загрязнения воздуха с учетом информации о существующих уровнях загрязнения воздуха в городах и мероприятий по снижению выбросов автотранспорта .

Современное состояние загрязнения воздуха автотранспортом и мероприятия по снижению выбросов в различных странах.

Прежде чем перейти к вопросам определения неблагоприятных метеорологических условий для выбросов автотранспорта и разработке схем прогноза загрязнения воздуха, целесообразно провести анализ современного состояния загрязнения воздуха автотранспортом в городах России и за рубежом, а также состава автомобильных выбросов. Легковой автомобиль стал одним из необходимых атрибутов повседневной жизни людей в развитых странах. В 90-е годы в мире насчитывалось свыше 600 млн, автомобилей, по прогнозам к 2010 г. их число может достигнуть 1 млрд. Более 1/3 автомобильного парка сосредоточено в Западной Европе и Северной Америке. При росте населения за последние годы в 4-х развитых странах - Германии, Швейцарии, США и Франции в 2 раза парк автомобилей возрос в 4 раза. Доля городских передвижений на общественном транспорте для большинства городов составляет 15 - 20%. В западноевропейских странах на 1000 жителей приходится в среднем 322 легковых автомобиля, в США - 540, Венгрии -168. В 2000 г. японский автомобильный парк насчитывал 58 млн. автомобилей (т.е. 1 автомобиль на 2 человека). В развивающихся странах владение легковыми автомобилями на душу населения значительно отстает от развитых стран (в 1985 г. оно составило 5%). Однако следует отметить в последние годы рост автомобильного парка бывших соц.стран и развивающихся стран за счет импорта устаревших автомобилей с «грязными» двигателями.

Так, автопарк личного транспорта Москвы в 2008 г. составил 850 тыс. единиц. Отмечается также, что ежедневно через Москву проезжает 120 тыс. иногородних автомобилей.

В общем валовом выбросе вредных веществ в атмосферу в странах ЕЭС на долю автотранспорта приходится до 70% выбросов оксида углерода, до 50% выбросов оксидов азота (во Франции и ФРГ до 60 - 70%) и до 45% выбросов углеводородов. Почти 90% выбросов свинца падает на долю автотранспорта в странах ЕЭС. В ФРГ выброс свинца составляет 3 тыс. тонн в год. В ФРГ на долю выбросов автотранспорта приходится 59,2% оксида углерода, 57,3% оксидов азота, 76,8% углеводородов, 10,7% пыли и 3,6% диоксида серы от валовых выбросов в атмосферу всеми видами транспортных средств.

В Италии вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы также преобладает и составляет: по оксидам азота - 61,4%, оксиду углерода - 90т9% углеводородам - 76,9%.

В Российской Федерации по данным ежегодных обзоров в 2005 г. выбросы автотранспорта составили 62% от суммарных выбросов вредных веществ (67% по оксиду углерода, 32% по диоксиду азота, 34% по углеводородам) .

Преобладание выбросов автотранспорта является особенностью крупных городов, где проживает большинство населения. В таблице 1.1 показан вклад выбросов автотранспорта оксида углерода, углеводородов и диоксида азота от суммарных выбросов каждого вещества для некоторых крупных городов мира.

Во многих городах мира концентрации диоксида азота и оксида углерода, основных веществ присутствующих в выбросах автотранспорта, превышают стандарты качества атмосферного воздуха. Для сравнения уровней загрязнения воздуха в городах бывшего СССР и других стран на рис.1.1 и 1.2 приведены средние концентрации оксида углерода и диоксида азота. В-Сантьяго, Париже загрязнение воздуха оксидом углерода было выше, чем в Санкт-Петербурге, Москве, Тбилиси. Наиболее высокие уровни среднегодовых концентраций диоксида азота характерны для Москвы, Одессы, Алматы. Максимальные разовые концентрации, которые отмечались во многих городах мира на крупных автомагистралях в часы "пик" в 10 - 15 раз превышают среднегодовые концентрации.

По данным ежегодных обзоров о выбросах вредных веществ во многих городах России выбросы автотранспорта преобладают над выбросами от промышленных источников причем, в 12 городах выбросы автотранспорта превышают 100 тыс.т./год. Наибольшие выбросы от автотранспорта в 2005 г. были отмечены в городах Москве, Тюмени, Перми, Хабаровске и др. В таблице 1.2 приводятся города с выбросами автотранспорта выше 100 тыс.т./год и вкладом автотранспорта более 50% в валовые выбросы.

Повышенное загрязнение воздуха выбросами автотранспорта характерно для городов, как зарубежных, так и России, причем уровни содержания токсичных веществ в городском воздухе соизмеримы. Основными причинами такой соизмеримости (при значительно меньшем автопарке в нашей стране) являются крайне низкое техническое состояние наших автомобилей и некачественное топливо.

В настоящее время отсутствуют точные количественные оценки ущерба, наносимого выбросами автотранспорта окружающей среде и народному хозяйству, однако значительная доля ущерба (до 80%) связывается с заболеваниями населения. По данным американских ученых, при эпидемиях гриппа количество заболеваний в городах с повышенным уровнем загрязнения диоксидом азота и оксидом углерода в 10 раз больше, чем в городах, где экологическая обстановка благополучная.

Значительный ущерб здоровью людей наносят выбросы свинца и его соединений, содержащихся в автомобильном топливе.

Исследования, проведенные в городах Японии и Каире, показали, что концентрации свинца в крови дорожных полицейских и водителей были в 2 - 2,5 раза выше, чем у сельских жителей. Уровни свинца не коррелируют с возрастом, сроком службы. Говорится о том, что такие уровни свинца в крови у дорожных полицейских могут рассматриваться, как приемлемые для данной профессии.

Выбросы от автотранспорта являются одной из причин повреждения и гибели лесов в некоторых странах Европы. В целом в Альпах вследствие загрязнения воздушного бассейна повреждено более 80% лесов.

Наиболее широкие исследования ведутся по оценке негативного воздействия свинца, обладающего способностью накапливаться в растениях, в том числе и сельскохозяйственных культурах.

Установлено, что уровень содержания свинца в растениях превышает ПДК уже при интенсивности движения транспорта свыше 2500 -3000 машин в сутки. По оценкам немецких специалистов, ежегодный ущерб окружающей среде, обусловленный задержками транспорта на перекрестках {когда происходит наибольшее выделение выхлопных газов) в городах ФРГ составляет около 150 млрд.марок. Для 39 городов США в 2000 г. эти издержки оценены в 41 млн.долларов, в для Лондона в 10 млн. ф.ст. .

Поэтому во всем мире на первый план вынесена проблема снижения негативного воздействия автотранспорта на здоровье людей, воздушный и водный бассейны, растительный и животный мир.

Для этого, прежде всего, необходимо выяснить какие вредные вещества присутствуют в выхлопных газах автомобилей и в каком количестве.

Состав отработавших газов (ОГ) зависит от типа автомобиля и потребляемого топлива. В зависимости от структуры автомобильного парка меняется структура вклада выбросов автотранспорта в загрязнение атмосферы в разных странах. В общем парке транспортных средств Западной Европы и Северной Америки большую часть составляют легковые автомобили. В Восточной Европе преобладает грузовой транспорт. Грузовой автопарк в большинстве стран состоит из дизельных и автомобилей. В странах Восточной Европы (в том числе и нашей) довольно велико количество автомобилей, работающих на бензине, то же можно сказать про США.

Парк легковых автомобилей оснащен в основном двигателями с искровым зажиганием, работающими на бензине. В некоторых странах создано относительно большое количество автомобилей работающих на газе. В России в последнее время наблюдается тенденция перевода легкового и грузового транспорта на газовое топливо. В Западной Европе нашли большое применение легковые автомобили с дизельными двигателями, и их популярность растет.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания карбюраторных и дизельных - различный, поэтому составы отработавших газов также различны.

Для сравнения приведены данные для карбюраторного двигателя с использованием и без использования катализатора. Дизельные двигатели принято считать более экологичными. Однако, дизельные двигатели отличаются повышенными выбросами сажи, образующейся вследствие перегрузки и плохой регулировки двигателей и системы подачи топлива. Сажа насыщена канцерогенными углеводородами и микроэлементами, которые очень вредны для здоровья человека.

К основным загрязняющим компонентам в отработавших газах (ОГ) автомобилей относятся: оксид углерода (СО), углеводороды (СХНУ), оксиды азота (NOX) и сажевый аэрозоль.

Выброс малых составляющих от автомобилей, работающих на бензине, превосходит выброс от автомобилей, работающих на дизельном топливе. Исключение составляет выброс диоксида серы.

Для автомобилей, работающих на этилированных сортах бензина, характерно присутствие в ОГ соединений свинца.

30 мая 1984 г. было юридически закреплено решение ЕЭК ООН, по которому все новые модели автомобилей должны эксплуатироваться с 1986 г. на бензинах без свинца .

Информация об удельных выбросах единичного автомобиля с различными типами двигателей необходима для разработки мероприятий по снижению выбросов, тех либо иных веществ. Если в городе или в районе магистралей наблюдается повышенное содержание сажи в воздухе, мероприятия по снижению выбросов должны, в первую очередь, касаться дизельных автомобилей. Оснащение бензиновых двигателей катализаторами значительно уменьшает пробеговый выброс углеводородов и оксидов азота. Следовательно, в городах с большими уровнями загрязнения воздуха этими веществами, как одну из мер снижения выбросов автотранспорта, можно предложить - оснащение катализаторами карбюраторных автомобилей.

Надо отметить, что в зависимости от режима работы двигателя и температуры окружающей среды концентрации загрязняющих веществ в отработавших газах меняются.

Известно, что в городских условиях двигатель автомобиля не может работать на каком-то одном режиме. Учет количественных различий в содержании токсических компонент в выхлопных газах при различных режимах работы автомобильных двигателей имеет особое значение при эксплуатации автомобилей в городе.

Уменьшению загрязнения воздуха выбросами автотранспорта способствует правильная организация движения транспорта на улицах городов. Например, при безостановочном проезде («зеленая волна», развязка на разных уровнях) выбросы оксида углерода и углеводородов на перекрестках снижаются в несколько раз.

Наибольшее количество выбросов оксида углерода и углеводородов поступает в атмосферу при малых скоростях движения автомобиля. При достижении скорости 40 км/час выбросы углеводородов практически не меняются. Выбросы оксида углерода постепенно понижаются с увеличением скорости движения. Минимальное количество окислов азота автомобиль выбрасывает при скорости 60 - 70 км/час.

Наименьшее количество оксида углерода, углеводородов и окислов азота выбрасывается автомобилями при температуре окружающей среды 20°С. С увеличением температуры усиливаются процессы испарения топлива, что приводит к увеличению концентрации вредных веществ в ОГ автомобиля. При уменьшении температуры окружающей среды увеличивается время прогрева двигателя, что приводит к увеличению концентраций вредных веществ в ОГ автомобиля.

Количество автомобилей год от года растет, следовательно для уменьшения выбросов всего парка автомобилей следует уменьшить выбросы каждого автомобиля. Снижение выбросов от автотранспорта обусловлено, в первую очередь, улучшением конструкции двигателей и ужесточением допустимых норм содержания вредных веществ в ОГ. Появилась тенденция уменьшения пороговых выбросов для парка автомобилей США с 1970 г. и в перспективе до 2020 г.

В западных странах с развитым автомобилестроением накоплен определенный опыт решения проблем, связанных с уменьшением загрязнения атмосферного воздуха, рисунок 1 .

Рисунок 1. Блок-схема модели оценки загрязнения воздушной среды ТП

Все мероприятия можно разделить на 3 основные группы. Мероприятия первой группы касаются технических вопросов развития автомобилестроения в стране:

- совершенствование существующих двигателей (улучшение системы зажигания, в том числе оснащение бесконтактными системами зажигания);
- изменение процессов подачи топлива в цилиндры двигателей, в том числе применение электронного впрыскивания топлива;
- обеспечение рециркуляции отработавших газов, а также установка микропроцессорных систем управления двигателями.

Автотранспорт является мощным источником загрязнения природной среды. Из 35 млн.т вредных выбросов 89% приходится на выбросы предприятий автомобильного транспорта и дорожно-строительного комплекса, 8% - на железнодорожный транспорт, около 2% - на авиатранспорт и около 1% - на водный транспорт.

Расчет проводится для следующих загрязняющих веществ: оксида углерода (СО), углеводородов (СН), оксидов азота (в пересчете на NO 2) и соединений свинца. Для дизельных двигателей дополнительно рассчитываются выбросы сажи (С).

Выброс загрязняющих веществ определяется в момент “выезда-въезда” транспорта с территории гаража (автостоянки, автотранспортного предприятия и т.д.) за территорию предприятия.

Выброс i-го вещества одним автомобилем k-той группы в день при выезде с территории предприятия M’ik и возврате M’’ik рассчитывали по формуле:

M’ik = m прik *t пр +m Lik *L 1 + m xxik *t xx1 ;

M’’ik= m Lik *L 2 +m xxik *t xx2 ,

где m прik - удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя автомобиля k-й группы, г/мин;

m Lik - пробеговый выброс i-го вещества при движении автомобиля по территории с относительно постоянной скоростью, г/км;

m xxik - удельный выброс i-го компонента при работе двигателя на холостом ходу, г/мин;

t пр - время прогрева двигателя, мин;

L 1 , L 2 - пробег по территории предприятия автомобилей в день при въезде (выезде), км;

t xx1 , t xx2 - время работы двигателя на холостом ходу при выезде (возврате) на территорию, мин.

Скорость движения автомобилей по территории предприятия составляет 10-20 км/ч, нагрузка практически отсутствует. Значения m прik , m Lik , m xxik для различных групп автомобилей представлены в табл. 3.1 - 3.5. Эти значения отражают не только типы автомобилей, их грузоподъемность, но и период года.

Периоды года (холодный, переходный, теплый) условно определяются по величине среднемесячной температуры. Месяцы, в которых среднемесячная температура ниже -5 С, относятся к холодному периоду, выше +5 С - к теплому, с температурой от -5 С до +5 С - к переходному. Влияние периода года учитывается только для выезжающих автомобилей.

Пробег автомобиля по территории предприятия при въезде и выезде в данном случае L 1 =L 2 , км.

Время прогрева (t пр) - 4 мин (для закрытой стоянки), а на открытой стоянке - 12 мин в холодный период, 6 мин. в переходный и 4 мин. - в теплый.

Валовой (суммарный) выброс каждого (i-го) вещества расчитывается отдельно для каждого периода года по формуле:

Mi j =  В (M’ ik +M’’ ik)*N k *D j p *10 -3 , кг,

где  В - коэффициент выпуска в смену;

N k - количество автомобилей k-й группы на предприятии;

D j p - количество рабочих дней в расчетном периоде года;

j - период года (теплый (т), холодный (х), переходный (п)).

Количество рабочих дней в расчетном периоде зависит от режима работы предприятия и длительности периодов со средней температурой ниже -5 С, от -5 С до +5 С, выше +5 С.

Для определения годового суммарного выброса массы одноименных веществ по периодам суммируются:

М i = M т i + M х i + M п i , кг.

Максимальный разовый выброс i-го вещества (Gi) расчитывается по формуле:

Gi=((m прik *t пр +m Lik *L+m xx ik *t xx)a В N k) / 60t p , г/сек,

где t p - время разъезда автомобилей, принятое равным 120 мин.

Максимальный разовый выброс расчитывали для месяца с наиболее низкой среднемесячной температурой.

Приведем пример расчета выбросов загрязняющих веществ для грузовых автомобилей грузоподъемностью 3-6 т.

Количество автомашин - 4.(№ 4 не брать)

Угарный газ и оксиды азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по оксиду углерода и 70 % по оксиду азота. Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.

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

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу. По виду применяемого топлива ДВС подразделяют на двигатели, работающие на

бензине, газе и дизельном топливе. По способу воспламенения горючие смеси ДВС бывают с воспламенением от сжатия (дизели) и с воспламенением от искровой свечи зажигания.

Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов нефти с температурами кипения от 200 до 3500С. Дизельное топливо должно иметь определенную вязкость и самовоспламеняемость, быть химически стабильным, при сгорании иметь минимальную дымность и токсичность. Для улучшения этих свойств в топлива вводят присадки, антидымные или многофункциональные.

Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и оксидов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования оксидов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся:

отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат оксид углерода (СО), углеводороды (СХHY), оксиды азота (NOX), бенз(а)пирен, альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей

через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95 % СО, 55 % СХHY и 98 % NOX, картерные газы по – 5 % СХHY, 2 % NOX, а топливные испарения – до 40 % СХHY.

внутреннего сгорания представлено в табл.3.1.

Таблица 3.1

Компоненты	Доля токсичного компонента в ОГ ДВС
	Карбюраторные		Дизельные
		топлива, кг		топлива, кг



Бенз(а)пирен		до 10 мкг/м3
Альдегиды
	до 0,04 г/м3

В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О2, О3, С, СО, СО2, СН4, CnHm, CnHmО, NO, NO2, N, N2, NH3, HNO3, HCN, H, H2, OH, H2O.

Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания

являются сажа, оксид углерода, углеводороды, альдегиды.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым.

СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки,

плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

Во время работы дизеля концентрация СО незначительна (0,1…0,2 %).

У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8 % из-за работы на обогащенных

смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания

число испарившихся молекул.

NOX (оксиды азота) – самый токсичный газ из ОГ.

N2 (азот) – инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует

с кислородом при высоких температурах.

Выброс с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно

увеличивается выброс оксидов азота.

Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания

замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NOx зависит от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NOx.

Кроме того, с уменьшением угла опережения впрыска топлива можно

существенно снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.

Углеводороды (СxНy) – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных углеводородов.

В дизельных двигателях СxНy образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество СxНy, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

Дым – непрозрачный газ. Дым может быть белым, синим, черным.

Цвет зависит от состояния ОГ.

Белый и синий дым – это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей

конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны

синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования

смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли).

Кроме того, бывает синий дым от масла.

Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива.

Черный дым состоит из сажи.

Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.

Сажа – представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3...100 мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические

условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом.

Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.

Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания.

Существуют другие факторы образования сажи – зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная

турбулизация смеси.

Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм.

SO2 (оксид серы) – образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания.

SO2,H2S – очень опасны для растительности.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской

Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87 % общей эмиссии свинца по различным

оценкам. РbО (оксиды свинца) – возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин, чтобы увеличить октановое число для уменьшения детонации (это очень быстрое, взрывное сгорание

отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000 м/с, сопровождающееся значительным повышением давления газов). При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5...0,85 кг оксидов

свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль

автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта – отказ от использования этилированных бензинов. По данным

1995г. 9 из 25 нефтеперерабатывающих заводов России перешли на выпуск

неэтилированных бензинов. В 1997 году доля неэтилированного бензина в общем объеме производства составила 68%. Однако, из-за финансовых и организационных трудностей полный отказ от производства этилированных бензинов в стране задерживается.

Альдегиды (RxCHO) – образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра.

При сжигании топлива при высоких температурах альдегиды исчезают.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1) ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65 %); 2) картерные газы (20 %); 3) углеводороды в

результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15 %).

Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу с отработавшими газами около 200 различных компонентов. Самая большая группа соединений –

углеводороды. Эффект падения концентраций атмосферных загрязнений, то есть приближение к нормальному состоянию, связан не только с

разбавлением выхлопных газов воздухом, но и со способностью самоочищения атмосферы. В основе самоочищения лежат различные физические, физико-химические и химические процессы. Выпадение

тяжелых взвешенных частиц (седиментация) быстро освобождает атмосферу только от грубых частиц. Процессы нейтрализации и связывания газов в атмосфере проходят гораздо медленнее. Значительную роль в этом играет

зеленая растительность, поскольку между растениями идет интенсивный газообмен. Скорость газообмена между растительным миром в 25…30 раз превышает скорость газообмена между человеком и ОС в расчете на единицу массы активно функционирующих органов. Количество атмосферных

осадков оказывает сильное влияние на процесс восстановления. Они растворяют газы, соли, адсорбируют и осаждают на земную поверхность пылевидные частицы.

Автомобильные выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям.

Так, твердые частицы размером более 0,1 мм оседают на

подстилающих поверхностях в основном из-за действия гравитационных сил.

Частицы, размер которых менее 0,1 мм, a также газовые примеси в виде CO, СХНУ, NOX, SOX распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии. Они вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы, и их действие проявляется на локальных территориях в пределах определенных регионов.

В этом случае рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения и зависит от многих факторов.

Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами объектов АТК

зависит от возможности переноса рассматриваемых загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности,

метеорологических условий распространения.

Компоненты вредных выбросов с повышенной реакционной способностью, попадая в свободную атмосферу, взаимодействуют между

собой и компонентами атмосферного воздуха. При этом различают физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

Примеры физического реагирования: конденсация паров кислот во влажном воздухе с образованием аэрозоля, уменьшение размеров капель жидкости в результате испарения в сухом теплом воздухе. Жидкие и твердые

частицы могут объединяться, адсорбировать или растворять газообразные вещества.

Реакции синтеза и распада, окисления и восстановления осуществляются между газообразными компонентами загрязняющих веществ

и атмосферным воздухом. Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие – при появлении для этого благоприятных условий – необходимых

реагентов, солнечного излучения, других факторов.

При выполнении транспортной работы существенным является выброс соединений углерода в виде CO и СХНУ.

Моноксид углерода в атмосфере быстро диффундирует и обычно не создает высокой концентрации. Его интенсивно поглощают почвенные микроорганизмы; в атмосфере он может окисляться до СО2 при наличии примесей - сильных окислителей (О,О3), перекисных соединений и свободных радикалов.

Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими атмосферными загрязнениями, прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются перекиси, свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы.

В свободной атмосфере сернистый газ (SО2) через некоторое время окисляется до сернистого ангидрида (SО3) или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности углеводородами. Окисление сернистого ангидрида в серный происходит в свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакциях. В обоих случаях конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде.

B сухом воздухе окисление сернистого газа происходит крайне медленно. В темноте окисления SO2 не наблюдается. При наличии в воздухе оксидов азота скорость окисления сернистого ангидрида увеличивается независимо от влажности воздуха.

Сероводород и сероуглерод при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются в свободной атмосфере медленному окислению до серного ангидрида. Сернистый ангидрид может адсорбироваться на поверхности твердых частиц из оксидов металлов, гидрооксидов или карбонатов и окисляться до сульфата.

Соединения азота, поступающие в атмосферу от объектов АТК, представлены в основном NO и NO2. Выделяемый в атмосферу моноксид азота под воздействием солнечного света интенсивно окисляется атмосферным кислородом до диоксида азота. Кинетика дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать

ультрафиолетовые лучи и диссоциировать на моноксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога.

Фотохимический смог – это комплексная смесь, образующаяся при воздействии солнечного света из двух основных компонентов выбросов автомобильных двигателей – NO и углеводородных соединений. Другие

вещества (SO2), твердые частицы также могут участвовать в смоге, но не являются основными носителями высокого уровня окислительной активности, характерной для смога. Стабильные метеорологические условия благоприятствуют развитию смога:

Городские эмиссии удерживаются в атмосфере в результате инверсии,

Служащей своеобразной крышкой на сосуде с реактивами,

Увеличивая продолжительность контакта и реакции,

Препятствуя рассеиванию (новые эмиссии и реакции добавляются к первоначальным).

Рис.3.1. Фотохимический смог

Формирование смога и образование оксиданта обычно останавливается при прекращении солнечной радиации в темное время суток и дисперсии реагентов и продуктов реакции.

В Москве при обычных условиях концентрация тропосферного озона,

который является предвестником образования фотохимического смога, достаточно низкая. Оценки показывают, что генерация озона из оксидов азота и углеводородных соединений вследствие переноса воздушных масс и повышение его концентрации, и следовательно, неблагоприятное воздействие происходит на расстоянии 300…500 км от Москвы (в районе Нижнего Новгорода).

Помимо метеорологических факторов самоочищения атмосферы

некоторые компоненты вредных выбросов автомобильного транспорта участвуют в процессах взаимодействия с компонентами воздушной среды, результатом которых является возникновение новых вредных веществ (вторичные атмосферные загрязнители). Загрязнители вступают с компонентами атмосферного воздуха в физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

Многообразие продуктов выхлопов автомобильных двигателей может быть классифицировано по группам, сходным по характеру воздействия на организмы или химической структуре и свойствам:

1) нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар и углекислый газ, содержание которых в атмосфере в обычных условиях не достигает уровня, вредного для человека;

2) моноксид углерода, наличие которого характерно для выхлопов бензиновых двигателей;

3) оксиды азота (~98 % NО, ~2 % NO2), которые по мере пребывания в атмосфере соединяются с кислородом;

4) углеводороды (алкаин, алкены, алкадиены, цикланы, ароматические соединения);

5) альдегиды;

7) соединения свинца.

8) серистый ангидрид.

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого

возраста, дети, больные, курильщики, страдающие хроническим бронхитом,

коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми.

Общая схема реакции организма на воздействие загрязнителей ОС по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) представлена на

рис.3.2.

Рис. 3.2. Реакция организма на воздействие загрязнителей воздуха:

1 – смертность; 2 – заболеваемость; 3 – физиологические признаки заболевания; 4 – сдвиги жизнедеятельности организма неизвестного

назначения; 5 – накопление загрязнений в органах и тканях.

Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной. Это можно проследить уже

на примере Москвы. В 1982 г. вклад автотранспортных средств в суммарное загрязнение атмосферы составлял 69 %, в 1990 г. – 74,6 %, в 1993 г. – 79,6 % и т.д.

Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое

место, поскольку воздух – продукт непрерывного потребления организма.

Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней

части дыхательного тракта захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненные воздух и слизь при раздражении дыхательной

Тонкие частицы представляют наибольшую опасность для здоровья человека, так как способны пройти через естественную защитную оболочку в

легкие. Вдыхание озона вызывает кашель, одышку, повреждает легочные ткани и ослабляет иммунную систему.

Влияние загрязнения воздуха на здоровье населения состоит в

следующем.

Взвешенные частицы. Частицы пыли размером от 0,01 до 100 мкм классифицируются следующим образом: более 100 мкм – осаждающиеся,

менее 5 мкм – практически неосаждающиеся.

Частицы первого типа безвредны, поскольку быстро осаждаются либо на поверхности земли, любо в верхних дыхательных путях. Частицы второго типа попадают глубоко в легкие. Установлено присутствие соединений

углерода, углеводорода, парафина, ароматических веществ, мышьяка, ртути и др. в легких вследствие проникновения пыли, a также связь с частотой заболевания раком, хроническим заболеванием дыхательных путей, астмой,

бронхитом, эмфиземой легких. Резкое увеличение частоты хронических бронхитов начинается с концентрации 150 – 200 мг/м3. При попадании в дыхательные пути сажи, возникают хронические заболевания (размеры твердых частиц 0.5…2 мкм), ухудшается видимость, а также сажа абсорбирует на своей поверхности сильнейшие канцерогенные вещества (бенз(а)пирен), что опасно для человеческого организма. Норма сажи в ОГ составляет 0.8 г/м3.

Сернистый ангидрид. Оказывает пагубное влияние на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, вызывает бронхиальную закупорку. Начиная с 500 мг/м3 у больных бронхитом наблюдаются осложнения, 200 мг/м3 вызывает увеличение приступов у астматиков.

Оксиды азота. Диоксид азота и фитохимические производные являются побочными продуктами нефтехимических производств и рабочих процессов дизельных двигателей. Оказывают влияние на легкие и на органы зрения. Начиная с 150 мг/м3, при длительных воздействиях происходит нарушение дыхательных функций Оксиды азота раздражают слизистую оболочку глаз и носа, разрушают легкие. В дыхательных путях оксиды азота реагируют с

влагой, которая находится в этом месте. Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя.

Считается, что токсичность NOx больше в 10 раз, чем СО. N2O

действует как наркотик. Норма NOx в воздухе – 0,1 мг/м3.

Озон. Повышение концентрации оксидов азота и углеводородов под

действием солнечной радиации порождает фотохимический смог (озон, ПАН и др.) Фоновая концентрация озона в природе 20…40 мг/м3. При 200 мг/м3 наблюдается заметное негативное воздействие на организм человека.

Моноксид углерода. При сжигании топлива в условиях недостатка

воздуха, CO генерируется в процессе работы автомобильных двигателей. Соединяясь с гемоглобином (Нb), из вдыхаемого воздуха попадает в кровь, препятствуя насыщению крови кислородом, а следовательно, и тканей, мышц, мозга. При концентрации 20…40 мг/м3 в течение 1 часа содержание НbСО в крови повышается на 2…3 %, что вызывает ослабление зрения, ориентации в пространстве, реакций. СО вызывает нарушение нервной системы, головную боль, похудение, рвоту.

Диспансерные исследования Института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН показали, что длительное вдыхание воздуха, содержащего моноксид углерода в концентрациях 3…6

ПДК и диоксид азота 2…3 ПДК, вызывает в детском организме ряд ответных реакций. Установлены удлинение времени латентного периода зрительно –

моторной реакции, хронический тонзиллит, хронический ринит, гипертрофия миндалин, снижение жизненной емкости легких.

Основными представителями альдегидов, поступающих в атмосферный воздух с выбросами автомобилей, являются формальдегид и

акролеин. Действие формальдегида характеризуется раздражающим эффектом по отношению к нервной системе. Он поражает внутренние органы и анактивирует ферменты, нарушает обменные процессы в клетке путем

подавления цитоплазматического и ядерного синтеза. Именно RxCHO

определяют запах ОГ.

Биологическое действие фотооксидантов (смесь озона, диоксида азота и формальдегида) на клеточном уровне подобно действию радиации,

вызывает цепную реакцию клеточных повреждений.

Углеводороды (СxНy) имеют неприятные запахи. СxНy раздражают глаза, нос и очень вредны для флоры и фауны. СxНy от паров бензина также токсичные, допускается 1,5 мг/м3 в день.

Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца. Свинцовое отравление (сатурнизм) занимает первое место среди профессиональных интоксикаций.

от расстояния растения до дороги. Норма Рb в Европе – 10 мг Рb в 1 кг травы.

Современные исследования в области влияния состояния атмосферного воздуха на здоровье населения можно характеризовать табл.3.2.

Влияние кратности превышения ПДК на здоровье людей

Таблица 3.2

Кратность превышения	Ответ состояния здоровья населения
	Нет изменений в состоянии здоровья
	Изменение состояния здоровья по некоторым
	Выраженные функциональные сдвиги
	Рост специфической и неспецифической заболеваемости
	Острые отравления
	Летальные отравления

Значительная масса вредных выбросов, рассеянных в атмосфере,

является результатом работы автомобиле.

Вредные выбросы – это вещества, поступившие в атмосферу из агрегатов и систем автомобиля. В атмосферу поступают вещества из систем двигателя: картерные выбросы из системы смазки и вентиляции картера, топливные испарения из системы питания топливом, отработавшие газы – смесь газов с примесью взвешенных частиц, удаляемых из цилиндров или камер сгорания через систему выпуска, а также топливный бак и агрегаты трансмиссии.

Они характеризуются токсичностью вредных выбросов (ВВ) и дымностью отработавших газов(ОГ).

Токсичность выбросов двигателя – способность выбросов оказывать

вредное воздействие на людей и животный мир. Вредное воздействие оказывают оксид углерода СО, углеводороды СН и оксиды азота NOх.

Дымность отработавших газов двигателя - показатель,

характеризующий степень поглощения светового потока, просвечивающего отработавшие газы. Нормируемым параметром дымности является оптическая плотность отработавших газов количество поглощенного света частицами сажи и другими светопоглощающими дисперсными частицами отработавших газов автотракторных дизелей, определяемое по шкале измерительного прибора.

В США, например, доля выбросов токсичных соединений в атмосферу автомобилей составляет 60 %, а в странах Западной Европы – до 40 %.

Отработавшие газы, смешиваясь с туманом, образуют плотную завесу смога, против которого не найдено еще средств. В дни смога резко

увеличивается число аллергических заболеваний, инсультов, нервных припадков.

Под действием солнечных лучей углеводороды и оксиды азота, содержащиеся в атмосфере, вступают в фотохимическую реакцию, образуя соединения, вызывающие резь в глазах. Особенно велик уровень загазованности в местах скопления автомобилей (тракторов).

Следует отметить, что в настоящее время по дорогам мира движутся более 300 млн автомобилей, которые потребляют около 3,5 млрд кг топлива

на каждые 100 км пробега, а при сгорании 1 кг топлива в двигателе выделяется 446 г СО и около 16 г оксидов азота.

Доля загрязнения воздуха отработавшими газами составляет 65 %,

газами, выделяемыми из картера двигателя, 20 %, из карбюратора 9 % и из топливного бака 6 %.

Проблема защиты окружающей среды от отрицательного воздействия

автомобилей связана прежде всего со снижением выбросов токсичных веществ ДВС.

Предельные концентрации вредных и токсичных веществ в воздухе

устанавливают в качестве гигиенических норм. Однако большой вред здоровью человека наносит длительное воздействие вредных веществ малых концентраций и нескольких токсичных компонентов.

Особенно опасны для здоровья человека оксид углерода и оксиды азота. Воздействие оксидов азота нельзя ослабить никакими нейтрализующими веществами. Не полностью сгоревшие углеводороды – это

несколько сотен химических соединений. Эта смесь является причиной многих хронических заболеваний. Наиболее опасным соединением считается бенз(а)пирен, обладающий также канцерогенными свойствами. Некоторые ароматические углеводороды являются сильными отравляющими

веществами, они воздействуют на системы кровообращения, центральную нервную и мышечную. Диоксид серы также оказывает вредное воздействие на кроветворные органы (костный мозг и селезенку) человека, его слизистую

оболочку, вызывает бессонницу. Сильными токсичными веществами являются свинец и его соединения. Они содержатся в этилированном бензине. Попадая в организм, они вызывают нарушения обмена веществ.

Загрязнение окружающей среды токсичными веществами отработавших газов приводит к существенным отрицательным последствиям. Грунтовые и поверхностные воды в большой степени подвержены опасности

загрязнения топливом, маслами, смазочными материалами и другими специальными жидкостями. Даже минимальное количество этих веществ может сильно изменить качество воды. Пленка из углеводородов на поверхности воды затрудняет процессы окисления, что отрицательно влияет

на живые организмы. Особенно опасным для лесов и лесопарков является диоксид серы, разрушающий хлорофилл. Установлено, что растения чувствительны даже к очень малым концентрациям SO2 в воздухе.

Точно определить количество выбросов вредных веществ в атмосферу двигателями практически невозможно. Величина этих выбросов зависит от многих факторов: типа двигателя, его конструктивных параметров, процесса

подготовки и сгорания смеси топлива и воздуха, режима работы,

технического состояния и др.

В настоящее время строго регламентируются предельные значения выбросов вредных веществ (ВВ) и дымности отработавших газов (ОГ).

Для их определения проводят испытания. Процедура испытаний

включает 3 различных цикла: ESC и ETC, предназначенные для определения выбросов ВВ, и ELR – для определения дымности отработавших газов (ОГ).

Цикл ESC по принципу построения близок к «старому» 13-и ступенчатому европейскому циклу. При испытаниях по циклу ESC

проверяется содержание NОХ в трех дополнительных «случайных» точках, лежащих в области режимов работы двигателя, заданной по нагрузке и частоте вращения коленчатого вала. Увеличение содержания NОХ в этих

«случайных» точках по сравнению с результатами, полученными при испытаниях в соответствующих близлежащих точках цикла, не должно превосходить 10 %. Это требование введено с целью исключения «обхода»

цикла, когда заданные экологические показатели достигаются только на регламентированных режимах цикла, а на всех остальных режимах остаются вне контроля или устанавливаются заведомо завышенными для обеспечения

наилучших мощностных, экономических и эксплуатационных показателей, что на двигателях с электронными системами управления не представляет никакого труда.

ETC – это цикл с непрерывным (посекундным) изменением нагрузки и частоты вращения двигателя. Цикл состоит из трех фаз, имитирующих движение в условиях города, пригорода и автострады.

ELR – цикл для определения дымности ОГ – представляет собой цикл

динамического нагружения. Испытания проводятся на тех же скоростных режимах, что в цикле ESC, а также на одном дополнительном «случайном» режиме, выбираемом Технической службой, проводящей испытания.

Испытания проводятся следующим образом. Первоначально двигатель paботает на заданном скоростном режиме с нагрузкой 10 %. Затем регулятор подачи топлива быстро выводится в положение, соответствующее

максимальной подаче топлива, закон нагружения при этом обеспечивает поддержание заданной постоянной частоты вращения коленвала двигателя. Дымность двигателя определяется как среднее значение дымности на

заданных скоростных режимах.

Предполагается следующий порядок применения испытательных циклов:

Для испытания «обычных» дизелей, включая двигатели с

электронным управлением топливоподачей, системой рециркуляции ОГ,

окислительными нейтрализаторами, применяются циклы ESC и ELR;

Для испытаний двигателей, оснащенных такими средствами уменьшения выбросов, как, например, восстановительные нейтрализаторы

NОХ и уловители частиц, применяются все указанные циклы - ESC, ELR, ETC;

Газовые двигатели испытываются только по циклу ETC.

Европейские требования по предельным значениям содержания ВВ в ОГ к автомобилям категорий M1 и N1 с бензиновыми, газовыми и дизельными двигателями приведены в табл.3.3.

Таблица 3.3

масса автомо- биля, кг	углерода (СО), г/км	Углеводо	азота (NOX) г/км	Углеводо роды + ок- сиды азота г/км	тицы г/км

(1) Кроме автомобилей, максимальная масса которых превышает 2500 кг.

(2) Включая автомобили категории М, указанные в примечании 1

Для автотранспортных средств (АТС) категорий М1 полной массой более 3500 кг, М2, М3, N1, N2, N3 c дизельными и газовыми двигателями нормативные требования к вредным выбросам представлены в табл. 3.4 и 3.5.

Таблица 3.4

Предельные величины содержания ВВ и ОГ при выполнении ESC и

	углерода	Углеводород	Азота (NOX) г/кВт.ч	Дымность м -1
Евро-3 2000г.
Евро-4 2005г.
Евро-5 2008г.

(1) – Для двигателей с рабочим объёмом менее 0,75дм3 на цилиндр и номинальной частотой вращения более 3000 мин-1.

(2) – «Форсированные» добровольные требования.

Таблица 3.5

Предельные величины содержания ВВ и ОГ при выполнении

ЕТС цикла

углерода (СО), г/кВт·ч	Неметановые углеводороды (NMCH) г/кВт·ч	Метан (СН4)(1) г/кВт·ч	азота (NOX) г/кВт·ч	Частицы(2)

(1) – Только для двигателей, работающих на природном газе.

(2) – Не применяется по отношению к двигателям, работающим на газе.

(3) – Для двигателей с рабочим объёмом менее 0,75дм3 на цилиндр и номинальной частотой вращения более 3000 мин-1.

В России к выбросам вредных веществ (ВВ) АТС категорий М1 полной массой более 3500 кг, М2, М3, N1, N2, N3 c дизельными и газовыми двигателями действуют требования Евро-2. К этих же АТС с бензиновыми двигателями применяются требования, представленные в табл.3.6.

Предельные величины содержания ВВ

Таблица 3.6

В отношении АТС категорий M1 и N1 применяются требования, соответствующие уровню Евро-2 для пассажирских автомобилей (М1) и Евро-1 для грузовых (N1). Эти требования представлены в табл.3.7.

Таблица 3.7.

Предельно-допустимые величины содержания ВВ

Полная масса

автомобиля, (m), кг

углерода

Общая масса

углеводородов и оксидов

азота (СН+NOX) г/км

13051760

Полный переход (100 % выпускаемых АТС) России на уровень

Европейских требований состоялся: Евро-2 - 2004 год; Евро-3, 4 -2008 год.

Уровень загазованности может быть снижен рядом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, направленных не только на снижение

объема выбросов, но и их токсичности. Среди мероприятий конструктивного характера можно отметить следующие:

применение устройств нейтрализации и очистки выбросов от токсичных компонентов;

применение устройств, оптимизирующих дозирование,

смесеобразование топлива, а также рабочий процесс (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, транзисторные системы

зажигания, форкамерно-факельные дожигатели, рециркуляция выхлопа,

термостатирование воздуха и пр.);

применение нетрадиционных видов топлива (газовое топливо, водород,

синтетический бензин, спирт);

создание новых силовых установок.

Значительное уменьшение выброса СО может быть достигнуто равномерным распределением смеси путем непосредственного впрыска топлива или улучшения условий испарения топлива в карбюраторе и во впускном трубопроводе; обеспечение состава и качества образуемой смеси нагрузке и частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Для снижения выброса углеводородов СnНm, двигатель внутреннего сгорания переводят на работу на бедных смесях, стремясь достичь большей однородности смеси и равномерности ее распределения по цилиндрам. Кроме того, стараются уменьшить долю остаточных газов в смеси при работе двигателя на частичных нагрузках правильным выбором формы и размеров камеры сгорания. Значительно сократить выбросы СО и СnНm с отработавшими газами можно использованием для питания двигателя водорода или газообразного топлива, а также послойным смесеобразованием.

Уменьшение выброса NOх у карбюраторных двигателей достигается снижением максимальной температуры цикла, обогащением смеси или сокращением продолжительности реакций, при которых происходит образование соединений азота. На практике наряду с обогащением смеси и уменьшением угла опережения зажигания понижают степень сжатия, увеличивают частоту вращения коленчатого вала двигателя, впрыскивают воду во впускной трубопровод или осуществляют частичную рециркуляцию отработавших газов.

Все применяемые в настоящее время способы уменьшения токсичности выбросов по всем основным компонентам (СО, СnНm, NOх) основаны на комбинации рассмотренных выше способов. Чаще всего это достигается следующим образом:

уменьшением выброса СО и СnНm, обеднением смеси и изменением угла опережения зажигания. Эти параметры подбирают для каждого режима работы двигателя. Устойчивая работа на обедненных смесях достигается улучшением качества смесеобразования и увеличением энергии искры на электродах свечи, для чего применяют непосредственное впрыскивание топлива и тиристорное зажигание. Для уменьшения выброса NOх используют частичную рециркуляцию отработавших газов. При использовании системы непосредственного впрыскивания топлива с электронным управлением, отрегулированной на экономичный состав смеси (в зависимости от разрежения во впускном трубопроводе, частоты вращения вала и теплового режима двигателя), удается снизить концентрацию токсичных веществ и уменьшить расход топлива на 8...10 %;

переводом двигателя на газообразное топливо с одновременной его регулировкой для работы на обедненных смесях. При этом достигается значительное уменьшение выброса продуктов неполного сгорания, т. е. СО и СnНm. Одновременно для уменьшения выброса NOx применяют, например, частичную рециркуляцию отработавших газов.

В карбюраторных двигателях во всех случаях используют специальные устройства для подачи дополнительного воздуха во впускной трубопровод на режимах разгона и торможения колесной машины. Широко применяют устройства, предотвращающие выброс в атмосферу паров углеводородов из картера двигателя и топливной системы.

Рециркуляцию газов для уменьшения выброса оксидов азота осуществляют все шире как в двигателях с искровым зажиганием, так и в дизелях. При этом понижают температуру процесса сгорания в результате уменьшения количества топлива, поступающего в цилиндры, и большей теплоемкости продуктов сгорания по сравнению с теплоемкостью воздуха. При рециркуляции 5 % отработавших газов концентрация NOх уменьшается примерно на 47 %, а при рециркуляции 15 % газов – на 84 %. Одновременно наблюдаются небольшое уменьшение выброса СnНm и некоторое увеличение выброса СО, а в дизелях – увеличение дымности. При рециркуляции газов более 10 % происходит заметное падение мощности двигателя,

увеличивается расход топлива и ухудшаются динамические характеристики автомобиля (трактора).

Такие компоненты отработавших газов, как оксид углерода и углеводороды, могут быть нейтрализованы в выпускной системе двигателя. Для этого в поток горячих отработавших газов непосредственно за

выпускным клапаном подают воздух под давлением 0,05...0,06 МПа. Количество подаваемого воздуха зависит от коэффициента избытка воздуха. По мере обеднения смеси подачу воздуха прекращают.

Чем выше температура смеси отработавших газов с воздухом, тем

эффективнее процесс окисления в выпускной системе. Увеличивают температуру уменьшением угла опережения зажигания, использованием тепловой изоляции выпускного трубопровода, снижением потерь теплоты в камере сгорания, установкой в системе выпуска специальных реакционных камер. Однако при этом несколько снижается мощность двигателя (увеличивается сопротивление на выпуске) и повышается удельный расход топлива.

Каталитические нейтрализаторы служат для сжигания продуктов неполного сгорания (СО и СnHm) и разложения оксидов азота NOх. Их действие основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с катализатором (например, платины). Скорость сгорания зависит от температуры носителя (достигает 800 °С).

Каталитические нейтрализаторы используются для очистки отработавших газов двигателей с искровым зажиганием и дизелей. Все нейтрализаторы, монтируемые в выпускной системе, увеличивают сопротивление прохождению газов и приводят к снижению мощности двигателя на 10...20 %. Основным их недостатком является неэффективная работа в диапазоне низких температур отработавших газов. В связи с этим разработаны устройства, состоящие из плазменного и каталитического нейтрализаторов. В плазменном газы разогреваются, а в каталитическом происходит основной процесс окисления. Такие устройства эффективно работают на всех режимах независимо от нагрузки и частоты вращения вала двигателя. Их недостатком являются относительная сложность конструкции и повышенный расход топлива.

Дальнейшее усовершенствование ДВС для уменьшения выброса токсичных компонентов без увеличения расхода топлива практически невозможно. В этом отношении заслуживают внимания силовые агрегаты,

например с газотурбинными двигателями и двигателями Стирлинга.

Значительное уменьшение выброса токсичных компонентов с уменьшением расхода топлива может быть достигнуто созданием

автомобилей с гибридными силовыми установками.