Как изменяется интенсивность загрязняющих выбросов автотранспорта. Понятие выбросов автотранспорта в атмосферу

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

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

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

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

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

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

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

В Минприроды предлагают переводить автотранспорт на газомоторное топливо.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

• отработавшие газы
• картерные газы
• топливные испарения

Рис. Источники образования токсичных выбросов

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

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

С+О2=СО2,
2Н2+О2=2Н2.

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

Таблица. Ориентировочный состав отработавших газов автомобильных двигателей

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

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

Рис. Составные части отработавших газов без применения нейтрализации

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

К токсичным компонентам отработавших газов относятся:

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

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

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

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

2С+О2 → 2СО.

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

СО + ОН → СО2 + Н

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

Углеводороды

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

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

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

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

Сажа

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

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

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

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

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

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

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

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

N2 + ОН → NO + NH
NH + О → NО + ОН.

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

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

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

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

Оксиды серы

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица. Допустимые концентрации токсичных веществ

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

Удельный вес загрязнений автомобилями в крупных городах достигает больших значений.

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

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

Оксид углерода

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

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

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

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

Углеводородные соединения

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

Оксид азота

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

Сажа

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

Сернистый ангидрид SО2

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

Диоксид углерода СО2

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сточные воды

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Шум

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Выбросы в атмосферу.

1. Автомобильный транспорт является крупнейшим загрязнителем окружающей среды и, в первую очередь, атмосферного воздуха. Снижение выбросов загрязняющих атмосферу веществ осуществляется по следующим направлениям:

а) через поэтапную замену автопарка более современными моделями автомобилей, обеспечивающими экологически безопасные нормы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (применение впрыска топлива с электронным управлением; применение каталитических нейтрализаторов);

б) через производство качественных сортов топлива (с низким содержанием серы, бензола, углеводородов);

в) через модернизацию эксплуатируемых автомобилей (установка оборудования для работы двигателей на газовом топливе);

г) через поддержание установленных ГОСТами норм выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в процессе эксплуатации автомобилей.

2. Приведение экологических показателей выпускаемых автомобилей в соответствие с международными нормами на основе Правил ЕЭК ООН (Женевское соглашение 1958 года) и Соглашения с Европейским Союзом (1994 год), планируется произвести:

– с 2006 года – на экологический класс 2;

– с 2008 года – на экологический класс 3;

– с 2010 года – на экологический класс 4;

– с 2014 года – на экологический класс 5.

Данные сроки перехода автомобильной промышленности на экологические стандарты установлены постановлением Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005 года «Об утверждении технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ».

В соответствии с постановлением Правительства РФ 20 января 2012 г. № 2 «О внесении изменений в пункт 13 технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ»» действие одобрений типа транспортного средства и сертификатов соответствия в отношении автомобильной техники экологического класса 4 и сертификатов соответствия в отношении двигателей внутреннего сгорания экологического класса 4 ограничивается сроком до 31 декабря 2015 г. включительно.

3. Справка. Переход Европейского Союза на автотранспорт с нормативными экологическими показателями осуществлялся:

на Евро-3 – с 2000 года;

на Евро-4 – с 2005 года;

на Евро-5 – с 2009 года.

4. Повышенные экологические требования к моторным топливам регламентируются Техническим регламентом «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», утвержденному постановлением Правительства РФ № 118 от 27.02.2008 года.

В соответствии с данным техническим регламентом выпуск в оборот автомобильного бензина и дизельного топлива допускается в отношении:

— класса 2 — до 31 декабря 2012 г.;
— класса 3 — до 31 декабря 2014 г.;
— класса 4 — до 31 декабря 2015 г.;
— класса 5 — срок не ограничен.

5. Установка оборудования для работы двигателей на газовом топливе производится на основании руководящего документа РД 3112199-1094-03 «Руководство по организации эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе» и руководящего документа РД 03112194-1095-03 «Руководство по организации эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих на компримированном природном газе».

Оба документа утверждены Департаментом автотранспорта Министерства транспорта РФ.

6. В процессе эксплуатации автомобилей выбросы загрязняющих веществ регламентированы следующими ГОСТами:

– ГОСТом Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами»;

– ГОСТом Р 17.2.2.06-99 «Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей»;

– ГОСТом Р 52160-2003 «Автотранспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов».

Автотранс-консультант.ру.

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 автотранспортных 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
			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
			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)
		Легковые	Легковые дизельные	ГК < 3 , МА

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.

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.