Расчет выбросов загрязняющих веществ от автомобилей

 

Воздействие транспорта на экосистемы выражается в следующем:

– в загрязнении атмосферы, водных объектов и земель, изменении химического состава почв и микрофлоры, образовании производствен­ных отходов, в том числе токсичных и радиоактивных, шламов, замазученного грунта. Например, в 2007г. около 65 % пришлось на транспортные выбросы от общего объема выбросов загрязняющих веществ, которые поступили в атмосферу Одесской области. Распределение выбросов по видам транспорта следующее: 87 % приходится на автомобильный транспорт, около 8 % – на же­лезнодорожный, чуть более 2 % – на воздушный и 3 % – на речной и морской.

– в потреблении природных ресурсов: атмосферного воздуха, необходимого для протекания рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств; нефтепродуктов и природного газа; воды для систем охлаждения ДВС и мойки транспортных средств, производственных и бытовых нужд предприятий транспорта; земельных ресурсов, отчуждаемых под строительство автомобильных и железных дорог, аэропортов, трубопроводов, речных и морских портов и т.д. Также для процессов технического обслуживания и ремонта подвижного соста­ва необходимы энергетические затраты, связанные с большим водопотреблением, загрязнением атмосферы, гидросферы и образованием отходов, в том числе токсичных.

– в выделении тепла в окружающую среду при работе ДВС и топливосжигающих установок в транспортных производствах;

– в создании высоких уровней шума и вибрации;

– в возможности активизации неблагоприятных природных процессов: водная эрозия, заболачивание местности, оползней, обвалов;

– в травматизме и гибели людей, животных, нанесении большого материального ущерба при авариях и катастрофах;

– в разрушении почвенно–растительного покрова и уменьшении урожайности сельскохозяйственных культур.

Проблема загрязнения атмосферного воздуха выхлопными газами автотранспорта приобретает все большее значение в связи с увеличивающимся количеством автомобилей на улицах городов и автомобильных парков. Выхлопные газы являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Они поступают в нижние слои атмосферы, в связи с этим вредные вещества находятся практически в зоне дыхания человека, поэтому автотранспорт является низким источником выбросов, создает высокие концентрации загрязняющих веществ в районах автомагистралей и близлежащих к ним селитебных зон.

Состав выхлопных газов автомобилей колеблется в значительной степени и зависит от ряда факторов: типа двигателя (карбюраторный (бензиновый) или дизельный), режима его работы (прогрев, холостой ход, движение при постоянной скорости) и нагрузки, технического состояния, качества топлива, квалификации и опытности водителя. Поэтому расчет загрязнения атмосферы выхлопными газами автомобиля по усредненным показателям является ориентировочным. Точные значения могут быть определены при многократных замерах реальных концентраций загрязнителей атмосферы.

Зависимость состава выбросов от типа двигателей приведены в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1. Состав выхлопных газов в зависимости от типа двигателя, %

 

Компонент	Карбюраторный	Дизельный
Азот	74–77	76–78
Кислород	0,3–8,0	2–18
Пары воды	3,0–5,5	0,5–4,0
Диоксид углерода	5,0–12,0	0,5–4,0
Оксид углерода	0,5–12,0	0,01–0,5
Оксиды азота	0,0–0,8	0,0002–0,5
Углеводороды неканцерогенные	0,2–3,0	0,009–0,5
Альдегиды	0,0–0,2	0,001–0,009
Сажа	0,0–0,4*	0,01–1,1*
Бенз[а]пирен	До 10–20×10−6**	До10×10−6**

* Токсичные компоненты ** Канцерогены

 

Из приведенных в табл. 4.1. данных следует, что выбросы основных загрязняющих веществ ниже в дизельных двигателях. Поэтому их принято считать более экологическими. Однако дизельные двигатели отличаются повышенным выбросом сажи, образующейся вследствие перегрузки и плохой регулировки двигателя и системы подачи топлива.

Более 200 компонентов поступают в атмосферу в составе выхлопных газов, топливных испарений, картерных газов от ДВС и топливных систем автомобилей. Автомобильные газы представляют собой чрезвычайно сложную, недостаточно изученную смесь токсичных компонентов. Ниже рассмотрим воздействие некоторых загрязнителей.

Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе заслуживает внимания углекислый газ (СО₂), содержание которого в выхлопных газах в настоящее время не нормируется, однако, вопрос об этом ставится в связи с особой ролью СО₂ в «парниковом эффекте».

Вторая группа. К этой группе относят только одно вещество – оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива, не имеет цвета и запаха, легче воздуха. С кислородом и на воздухе СО превращается в СО₂, выделяя значительное количество теплоты.

Оксид углерода вступая в реакцию с гемоглобином крови приводит к нарушению газообмена в организме, появляется кислородное голодание и возникает нарушение функционирования всех систем организма. Характер отравления СО зависит от его концентрации воздухе, продолжительности воздействия и индивидуального восприятия человека. Легкая степень отравления вызывает пульсацию в голове, потемнение в глазах, повышенное сердцебиение. При тяжелом отравлении сознание затуманивается, возрастает сонливость. При очень боль­ших дозах угарного газа (свыше 1 %) наступают потеря сознания и смерть.

Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом оксид азота (NО) и диоксид азота (ΝО₂). Это газы, образующиеся в камере сгорания ДВС при температуре 2800 ⁰С и давлении около 10 кгс/см. Оксид азота – бесцветный газ, не взаимодействует с водой, и мало растворим в ней. При обычных атмосферных условиях NО легко окисляется кислородом воздуха и превращается в NО₂ – газ бурового цвета с характерным запахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.

Для человеческого организма оксиды азота еще более вредны, чем угарный газ. Общий характер воздействия меняется в зависимости от содержания различных оксидов азота. При контакте NО₂ с влажной поверхностью (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) образуются азотная и азотистая кислоты, раздражающие слизистые оболочки и поражающие легкие. При высоких концентрациях оксидов азота возникают астматические проявления и отек легких. При длительном их воздействии в концентрациях, превышающих норму, люди заболевают хроническим бронхитом, воспалением слизистой желудочно–кишечного тракта, страдают сердечной слабостью, а также нервными расстройствами.

Вторичная реакция на воздействие оксидов азота проявляется в образовании в человеческом организме нитритов и всасывании их в кровь. Это приводит к нарушению сердечной деятельности.

Они оказывают отрицательное воздействие и на растительность, образуя на листовых пластинах растворы азотной и азотистой кислот. Этим же свойством обусловлено их влияние на строительные материалы и металлические конструкции. Кроме того, они участвуют в фотохимической реакции образования смога.

Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды соединений типа С_ХН_У. В выхлопных газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечнососудистую систему человека, также они являются канцерогенными веществами (способны вызвать и развить злокачественные новообразования).

Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бенз[а]пирен (С₂₀Н₁₂), содержащийся в выхлопных газах бензиновых и дизельных двигателей. Он хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, стимулирует образование злокачественных опухолей.

Углеводороды под действием ультрафиолетового излучения Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются фотооксиданты, являющиеся основой «смога». Они биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.

Пятая группа. Ее составляют альдегиды (органические соединения), в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

Формальдегид (НСНО) – бесцветный газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, легко растворимый в воде. Он раздражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему.

Акролеин (СН₂=СН–СН=О) – бес­цветный ядовитый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает воз­действие на слизистые оболочки.

Уксусный альдегид (СНзСНО) – газ с резким запахом, токсично действует на человеческий организм.

Шестая группа. В нее выделяют сажу и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.). Сажа – частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива. Она не представляет непосредственной опасности для здоровья человека, но может раздражать дыхательные пути. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, она ухудшает видимость на дорогах. Сажа насыщена канцерогенными углеводородами и микроэлементами (их выбросы в атмосферу недопустимы). Наибольший вред сажи заключается в адсорбировании на ее поверхности бенз[а]пирена, который оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде.

Седьмая группа. В эту группу входят сернистые соединения (сернистый ангидрид, сероводород), которые образуются в составе выхлопных газов двигателей, используемых топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах.

Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмела, а также к отравлению организма.

Сернистый ангидрид губительно воздействует на растительный мир, строительные материалы, металлические конструкции и участвует в реакции образования смога.

Восьмая группа. Компоненты этой группы – свинец и его соединения – встречаются в выхлопных газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающую октановое число (этиловую жидкость Р–9). Добавление к бензину присадки Р–9 делает его высокотоксичным.

При применении этилированных бензинов в атмосферу выделяются – свинец (тетраэтилсвинец), бром, хлор и их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога.

В придорожном пространстве примерно 50 % выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на прилегающей поверхности. Остальное количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также осаждается на землю вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экоси­стем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию.

 

Рекомендации по уменьшению загрязнения воздуха выхлопными газами автомобилей

 

- увеличить пропускную способность улично–дорожной сети населенных пунктов в 2–2,5 раза;

- выделить в больших городах внеуличные магистрали, которые способны принять на себя основную нагрузка внутригородского пробега автомобилей;

- обеспечить повышение средней скорости движения путем уменьшения количества перекрестков и светофоров;

- развить систему общественного транспорта с использованием более скоростных, емких и комфортных видов подвижного состава;

- сформировать сетку автомобильных стоянок и построек автосервиса с активным использованием подземного пространства;

- снижать нагрузку подвижного состава путем постоянного усовершенствования систем общественного транспорта;

- совершенствовать ДВС, что может уменьшить потребление топлива на 15–20%, а значит и объем выбросов на 15–20%;

- переводить ДВС на более экологическое топливо.

Осуществление указанных мер, их планирование, установление первоочередности проведения в условиях каждого населенного пункта или города целесообразно только после проведения всестороннего изучения доли выбросов автомобильного транспорта в загрязнение воздушного бассейна.