Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ автомобилей. В россии растет количество выбросов от автотранспорта

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

• отработавшие газы
• картерные газы
• топливные испарения

Рис. Источники образования токсичных выбросов

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

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

С+О2=СО2,
2Н2+О2=2Н2.

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

Таблица. Ориентировочный состав отработавших газов автомобильных двигателей

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

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

Рис. Составные части отработавших газов без применения нейтрализации

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

К токсичным компонентам отработавших газов относятся:

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

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

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

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

2С+О2 → 2СО.

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

СО + ОН → СО2 + Н

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

Углеводороды

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

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

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

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

Сажа

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

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

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

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

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

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

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

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

N2 + ОН → NO + NH
NH + О → NО + ОН.

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

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

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

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

Оксиды серы

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица. Допустимые концентрации токсичных веществ

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

Удельный вес загрязнений автомобилями в крупных городах достигает больших значений.

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

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

Оксид углерода

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

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

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

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

Углеводородные соединения

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

Оксид азота

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

Сажа

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

Сернистый ангидрид SО2

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

Диоксид углерода СО2

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сточные воды

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Шум

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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)

Одним из мощных источников загрязнения городской воздушной среды является автомобильный транспорт, увеличение численности которого привело к насыщению городов легковыми автомобилями и переключению на них большей части пассажирских перевозок. Это резко ухудшает санитарные условия проживания в крупных городах: автомобиль не только загрязняет воздушную среду и создает шум, но, перевозя небольшое число пассажиров и работая на наиболее ценных видах топлива, использует его недостаточно эффективно. В связи с этим возникла необходимость разработки ряда мероприятий, позволяющих предотвратить загрязнение окружающей среды от автотранспорта.

С целью снижения негативного воздействия автотранспорта на атмосферный воздух в рамках представленной классификационной схемы (рис. 3) предусмотрены организационные (архитектурно-планировочные), технологические и специальные инженерно-экологические мероприятия.

Организационные мероприятия включают специальные приемы застройки и озеленение автомагистралей, размещение жилой застройки по принципу зонирования (в первом эшелоне застройки - от магистрали - размешаются здания пониженной этажности, затем - дома повышенной этажности и в глубине застройки - детские и лечебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напряженным движением многорядными древесно-кустарниковыми посадками). Важное значение имеют сооружение транс-портных развязок, кольцевых дорог, использование подземного пространства для размещения гаражей и автостоянок.

Наибольший выброс выхлопных газов имеет место при задержках машин у светофоров, при стоянке с не выключенным двигателем в ожидании зеленого света, при трогании с места и форсировании работы мотора. Поэтому в целях снижения выбросов необходимо устранить препятствия на пути свободного движения потока автомашин. В частности, сооружают специальные автомагистрали, не пересекающиеся на одном уровне с движением машин или пешеходов, специальные переходы для пешеходов на всех пунктах скопления машин, а также эстакады или тоннели для разгрузки перекрывающихся потоков транспорта.

Для снижения загазованности воздушной среды необходимо ограничить количество вредных веществ, выделяемых каждым автомобилем, т.е. установить нормы выброса токсичных веществ с выхлопными газами. Соответствие автомобилей указанным стандартам (в частности, по содержанию оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах) проверяют инспектора ГИБДД.

В качестве технологических мероприятий, которые могут резко снизить токсичность выхлопных газов, можно выделить следующие:

Регулировка двигателей;

Изменение состава топлива;

Использование энергии торможения;

Перевод автомобилей на сжиженный газ;

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания;

Применение альтернативных видов топлива;

Внедрение гибридных двигателей;

Внедрение в эксплуатацию электромобилей, солнечных автомобилей, а также применение электрического транспорта и др.

Изменение состава топлива. Известно, что в целях предотвращения детонации горючего в двигателях автомашин в него добавляют тетраэтилсвинец , который делает выхлопные газы особо токсичными. Поэтому большие усилия были затрачены на замену указанного вещества на менее опасные, а также на получение стойкого к детонации бензина. При введении в топливо т.н. присадок можно существенно уменьшить количество некоторых токсичных веществ: сажи, альдегидов , оксида углерода и других. Так, для карбюраторных, двигателей самым эффективным оказались смеси различных спиртов.

Использование энергии торможения. Заметного сокращения расхода энергии, а значит, количества сжигаемого топлива и уменьшения загрязнения воздушной среды можно достичь, если использовать энергию, затрачиваемую на торможение. Указанная рекуперация была впервые успешно реализована на электрическом транспорте. Ныне были построены и успешно использованы на автобусах маховичный и гидропневматический рекуператоры. При этом экономия топлива составила 27-40%. объем выхлопных газов снизился на 39-49%.

Перевод автомобилей на сжиженный газ приводит к тому, что в выхлопе газобаллонных автомобилей содержится в 3-4 раза меньше оксида углерода, нежели в выхлопе бензиновых двигателей. При загрузке в баллоны 300 л сжиженного газа автобус способен пройти без заправки до 500 км. Если добавить к этому, что газ дешевле бензина, то достоинства газобаллонного автомобиля становятся еще более наглядными.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Например, в США разработан карбюратор с раздельным смесеобразованием. Он позволяет кроме обычной смеси получать обогащенную, которая подается в специальную предкамеру со свечой зажигания. Благодаря этому происходит полное сгорание рабочей смеси, что, в свою очередь, позволяет свести до минимума содержание оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах. Создан карбюратор, благодаря которому возможно использовать низкооктановые сорта бензина без антидетонационных добавок. В этом устройстве, со-стоящем из теплообменника, смесителя и реактора, бензин не только распыляется, но и расщепляется с помощью катализатора на более простые газы, например метан .

Во многих странах мира разрабатываются новые, более совершенные двигатели, которые можно устанавливать на серийных автомобилях. В частности, указывают на перспективность роторно-поршневого двигателя Ванкеля, который компактнее поршневых двигателей: объем в среднем на 30%, а масса на 11 % меньше.

Альтернативное топливо. Весьма перспективным заменителем традиционного топлива для автомобилей является водород. Двигатель, работающий на жидком водороде , не дает никаких запахов, не выделяет таких токсичных веществ, как свинец, оксиды азота, углерода. Жидкий водород почти в десять раз легче бензина. На одном из международных автомобильных конкурсов первое место занял «Фольксваген», для которого топливом служил водород. Интересно, что его отработанные газы были чище городского воздуха, который засасывался в карбюратор.

Признаётся перспективным автомобиль с размещенным на его шасси химическим реактором, в котором вырабатывается водород из углеводородов. Расчеты показали, что иметь такой реактор на машине экономичнее, нежели возить это топливо в специальных баллонах.

Преградами на пути широкого внедрения водорода в качестве топлива для автомобильных двигателей является сложность получения его в достаточно больших количествах и необходимость обеспечения высокого уровня безопасности при осуществлении процесса горения водорода.

К другим видам альтернативного топлива можно отнести этиловый и метиловый спирты и их смеси. В США создан двигатель, в котором вместо бензина используется жидкий азот. Бак с охлажденным до жидкого состояния азотом соединен с испарителем, окруженным «рубашкой», в которой циркулирует воздух. Жидкий азот , попадая в испаритель, превращается вследствие быстрого повышения температуры в газ, который выходит под большим давлением из испарителя и приводит в действие электрогенератор. Вырабатываемый последним ток после выпрямления подается для питания электродвигателей, установленных на колесах. Выхлопные газы такого автомобиля состоят из чистого азота, который, естественно, не загрязняет атмосферу.

Перспективно широкое внедрение так называемых гибридных двигателей: в городе при относительно небольших скоростях должен использоваться только электромотор, питающийся от небольших батарей и обеспечивающий запас хода на 40-50 км, а при выезде за город должен включаться обычный двигатель. Одновременно электромотор может быть использован как генератор для подзарядки аккумулятора.

Электромобили. Весьма перспективным является проект массового перехода от автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями на электромобили, которые действуют от батарей - аккумуляторов, подзаряжаемых на станциях.

Электромобили бездымны, бесшумны, их выделения нетоксичны, они просты в управлений, а эксплуатация значительно экономичнее, особенно в городах. Этому способствует относительно небольшой среднесуточный пробег автомобилей в городе, ограничение скорости и возможность организации сети зарядных станций для батарей - аккумуляторов. Сейчас в мире эксплуатируется сотни тысяч электромобилей различного назначения, и парк их непрерывно растет.

Дальнейшие успехи в разработке электромобилей в основном, будут зависеть от решения ряда технических проблем (создания компактных, недорогих и легких аккумуляторов, разработка быстродействующих зарядных устройств). Укажем также на необходимость резкого уве-личения резервных мощностей электростанций, поскольку они недостаточны, если потребуется в перспективе ежедневная подза-рядка многих миллионов электромобилей.

Солнечный автомобиль использует солнечную (или световую) энергию, которая улавливается при помощи специальных солнечных батарей . Электромобиль на спиральных гидридно-никелевых батареях прошел несколько лет назад без подзарядки 601 км.

Как же побыстрее и подешевле создать массовый экологически чистый автомобиль? Прежде всего, считают специалисты, необходимо усовершенствовать существующие конструкции: постараться уменьшить расход топлива, само топливо сделать, более приемлемым с точки зрения чистоты выхлопов, добиться снижения сопротивления воздуха, так как оно при больших скоростях современных автомобилей отбирает большую долю энергии. Можно ис-пользовать новые, например, керамические материалы для двигателей, чтобы повысить их КПД (из-за достижения более высоких температур), что приведет к снижению потребления топлива и, соответственно, к уменьшению загрязнения атмосферного воздуха. Начиная с 1998 г. компании «Дженерал моторе», «Форд» и «Крайслер» начали реализовывать программу выпуска экологичных автомобилей.

Улучшению качества атмосферного воздуха в сочетании со снижением шума способствует применение электрического транспорта (трамвая, троллейбуса).

Специальными инженерно-техническими мероприятиями, снижающими выбросы токсичных веществ от автотранспорта как основного передвижного источника, дающего наибольший вклад в загрязнение атмосферы, является применение нейтрализаторов, катализаторов.

Нейтрализаторы выхлопных газов. К настоящему времени выпускаются нейтрализаторы следующих видов: каталитические (используются твердые катализаторы), пламенные (дожигание примесей в открытом пламени), термические (метод беспламенного окисления) и жидкостные (с помощью химического связывания примесей жидкими реагентами). При этом широкое распространение получили каталитические нейтрализаторы, которые превращают токсичный оксид углерода в малоопасный диоксид.