Тема 5.6. Методы повышения экологичности автомобилей, связанные с их технической эксплуатацией.

Вопросы темы:

1. Комплекс стандартов и правил, регламентирующих токсичность отработавших газов автомобилей

2. Обеспечение нормативных показателей токсичности и экономичности автомобилей

3. Методы и способы очистки воды после мойки

5.6.1. Комплекс стандартов и правил, регламентирующих токсичность отработавших газов автомобилей.

Автомобильный парк России ежегодно потребляет около 50 млн. т моторного топлива. При этом в атмосферу с ОГ автомобилей выбрасывается более 200 различных веществ, часть из которых токсична (табл. 4.2).

По степени воздействия на организм человека токсичные вещества подразделяются на четыре класса: 1 - чрезвычайно опасные, 2 - высокоопасные, 3 - умеренно опасные, 4 - малоопасные.

В число токсичных выбросов автомобилей входят: диоксид серы и соединения свинца - 1-й класс опасности; диоксид азота и альдегиды - 2-й класс; сажа - 3-й класс; оксид углерода и углеводороды - 4-й класс опасности.

Для токсичных веществ установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) (табл. 4.3):

• в рабочей зоне (ПДКр.з);

• среднесуточная в атмосфере населенных мест (ПДКсс);

• максимальная разовая в воздухе населенных мест (ПДКм.р).

Массовые выбросы токсичных веществ в атмосферу от автомобильного парка распределяются следующим образом (Россия/США), %: СО - 74,0/77,5; СхНу -10,4/8,6; NOx , - 13,2/10,5; SO2 - 1,9/1,1; С - 0,5/2,3; Рb - 0,02/0,002.

Поскольку опасность токсичных веществ неодинакова, приоритетность мероприятий, обеспечивающих повышение экологической безопасности АТК, следует определять не только по массовым выбросам (Gmi), но и по приведенным (Спj). Последние определяются следующим образом. По каждому i-му веществу рассчитывается показатель относительной опасности его в воздухе

, (4.1)

а затем его относительная агрессивность

, (4.2)

где - поправка, учитывающая вероятность накопления данного вещества в окружающей среде и пищевых цепях;- поправка, учитывающая действие данного вещества на живые организмы (табл. 4.4).

Взвешенные по агрессивности и приведенные к СО выбросы определяются по формуле:

Gпi = GmiAi (4.3)

где Gmi - массовый выброс i-го вещества.

Если отнести затраты на соответствующее мероприятие Sn к получаемому в результате его реализации сокращению приведенного загрязнения окружающей среды i-м компонентом Gпi, то полученный показатель будет характеризовать эколого-экономическую эффективность и может служить инструментом выбора первоочередных мероприятий, направленных на обеспечение экологической безопасности АТК.

С целью ограничения выбросов вредных веществ в атмосферу уровни токсичности ОГ автомобилей в большинстве стран, в том числе в России, регламентированы специальными стандартами и правилами. Необходимо иметь в виду, что для оценки токсичности новых или подготавливаемых к производству автомобилей применяются одни стандарты, а для оценки токсичности автомобилей в эксплуатации - другие (рис. 4.4).

В первом случае на дорогом и сложном оборудовании заводы-изготовители определяют токсичность ОГ новых автомобилей и двигателей.

Сравнение полученных результатов с нормативными значениями выбросов, указанными в стандартах, позволяет оценить экологичность вновь созданных конструкций.

Контроль токсичности ОГ автомобилей в эксплуатации (на АТП, СТО, постах ГИБДД) упрощен и выполняется с помощью небольших и недорогих газоанализаторов и дымомеров.

В России в соответствии с ГОСТ 17.2.2.03-87, дополнением к нему № 1 (1999 г.) и ГОСТ 17.2.2.02.06-99 г., нормируемыми параметрами токсичности ОГ бензиновых и газобаллонных автомобилей в эксплуатации являются оксид углерода (СО, %) и углеводороды (СхНу, млн.-1). Согласно ГОСТ 21393-75 и дополнению к нему № 2 (1999 г.) нормируемым параметром дымности ОГ дизельных автомобилей является оптическая плотность ОГ. Основным нормируемым параметром является натуральный показатель ослабления светового потока К, вспомогательным - коэффициент ослабления светового потока N.

Рис. 4.4. Комплекс стандартов и правил, регламентирующих токсичность отработавших газов автомобилей ЕЭК - Европейская экономическая комиссия

У бензиновых и газобаллонных автомобилей измерения СО и СхНу проводятся на двух частотах вращения коленчатого вала (nmin и nпов) при прогретом двигателе, работающем в режиме холостого хода. Величина частот и допустимые значения СО и СхНу устанавливаются ТУ завода-изготовителя, и приводятся в инструкции по эксплуатации. Если эти значения не установлены, принимают nmin = 800 ± 50 мин-1 nпов = 3000 ± 100 мин-1. Предельно допустимые значения СО и СхНу для автомобилей, выпущенных после 01.01.99 г., должны быть в пределах, указанных заводом-изготовителем.

При контрольных проверках дымности автомобилей в условиях эксплуатации, например органами ГИБДД, допускается превышение норм для режима свободного ускорения не более чем на 0,5 м-1.

В соответствии с законом "Об охране окружающей природной среды" ограничиваются выбросы и от производственной деятельности предприятий АТК. Каждому АТП, имеющему ПТБ (стационарные источники загрязнения), органами Госкомприроды и Госкомсанэпиднадзора устанавливаются лимиты предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу, предельно допустимых сбросов загрязнений со сточными водами (ПДС) и лимиты размещения отходов производства.

5.6.2. Обеспечение нормативных показателей токсичности и экономичности автомобилей

Состояние и совершенствование ТЭА на уровне АТП оказывает непосредственное влияние на экологическую безопасность АТК. Именно в АТП и у других владельцев транспортных средств осуществляется хранение, ТО и ТР автомобилей, обеспечивается восстановление их работоспособности и скапливается основная часть производственных отходов. Организация производства, применяемые технологии, качество ТО и ТР в конечном счете определяют техническое состояние, а значит, и величину выбросов вредных веществ при движении автомобилей и от производственной деятельности.

Рассмотрим влияние факторов, обуславливающих экологическую безопасность на уровне АТП.

Согласно имеющимся оценкам на 10-15% неисправных автомобилей приходится до 40% всех загрязнений окружающей среды от автомобильного транспорта. Поэтому правильно выбранные и соблюдаемые периодичности и перечни операций технического обслуживания являются одним из основных механизмов влияния ИТС АТП на уровень работоспособности автомобилей, а также на расход топлива, загрязнение окружающей среды и ресурсы автомобилей и агрегатов.

Например, увеличение в 1,5 раза периодичности замены масла в двигателе "КамАЗ-740" сокращает его ресурс на 15%, а несвоевременное и неполное выполнение операций ТО - еще на 10-15%.

На токсичность автомобилей в движении главное влияние оказывает техническое состояние двигателя и его систем, на которые приходится около 80-85% всех неисправностей, так или иначе влияющих на токсичность и топливную экономичность (оставшиеся 15-20% неисправностей приходятся на трансмиссию и ходовую часть).

Для карбюраторных двигателей характерно следующее распределение неисправностей: свечи зажигания - 38%, карбюратор - 26, прерыватель-распределитель- 21, провода высокого напряжения - 7,5, катушка зажигания - 3,4, цилиндропоршневая группа - 3,3, остальное - 0,8%. Появление этих неисправностей прямо влияет на состав рабочей смеси либо на условия ее сгорания в цилиндрах. В результате концентрация СО, СхНу и NОх в ОГ изменяется в довольно широких пределах. Одновременно в процессе перевозок возрастает удельный расход топлива, г/100 т-км, что, в свою очередь, увеличивает выбросы вредных веществ.

У дизельных двигателей любая неисправность топливной системы (закоксованность сопловых отверстий, неравномерность цикловой подачи, снижение давления впрыска, снижение давления начала открытия иглы форсунки и др.) также резко изменяет токсичность ОГ.

Эксплуатация автомобилей с отклонениями конструктивных регулировочных параметров от нормативных, что достаточно часто имеет место на практике, может увеличить расход топлива на 40 - 50%, а токсичность ОГ в несколько раз. Поэтому поддержание подвижного состава АТП в исправном состоянии - один из важнейших факторов повышения экономичности и экологичности автомобилей в эксплуатации.

Применение рациональной организации ТО и ТР автомобилей. Техническое состояние парка зависит от уровня организации производственного процесса на АТП.

ИТС должна, во-первых, обеспечить наличие в АТП необходимого технологического оборудования и применять в зонах ТО-1, ТО-2, ТР и на производственных участках передовые технологические процессы, что повысит качество ТО и ремонта и обеспечит требуемый уровень технического состояния подвижного состава. Во-вторых, — организовать постоянный контроль токсичности автомобилей и своевременно принимать необходимые меры по восстановлению экологических показателей парка.

В соответствии с рекомендациями Министерства транспорта РФ на крупных и средних АТП контроль токсичности следует осуществлять на специальных контрольно-регулировочных пунктах (КРП). Их размещают на постах диагностирования Д-1 и оборудуют газоанализаторами (СО, СхНу ), дымомерами, тахометрами, набором регулировочного инструмента. Ежедневно при возвращении с линии часть автомобилей проходит через КРП, где определяются и регистрируются выбросы СО и СхНу или дымность ОГ. На следующий день проверяется другая группа автомобилей и т.д. В результате каждый автомобиль один раз в три недели проходит проверку и весь парк находится под постоянным контролем ИТС.

Если на КРП не удается привести токсичность ОГ в соответствие с требованиями действующих стандартов, информация об этом передается диспетчеру отдела управления производством, который направляет автомобиль на участок диагностирования Д-2. Если в ходе углубленного диагностирования неисправности, вызвавшие повышенную токсичность ОГ, устраняются, автомобиль выпускается на линию, а если нет - направляется в зону ТР для проведения необходимых ремонтных воздействий.

Участок Д-2 должен быть оснащен тяговым стендом, мотор-тестером, газоанализатором и дымомером, компрессометрами, пневмотестером, а также приборами для проверки топливных насосов, форсунок, свечей зажигания, бесконтактных систем зажигания и топливных систем впрыска бензина.

Наличие на участке тягового стенда позволяет провести расширенные по сравнению с требованиями ГОСТ 17.2.2.03-87 испытания по определению токсичности ОГ бензиновых автомобилей. Для этого концентрации СО и СхНу измеряются не только в режиме холостого хода, но и под нагрузкой. Это позволяет выявить неисправности (работа экономайзера, вакуумного регулятора опережения зажигания, пропускная способность топливных и воздушных жиклеров, отказ отдельных свечей зажигания, нарушение зазоров в клапанном механизме и плотности посадки клапанов и др.), которые на режимах холостого хода четко не проявляются.

На малых АТП и у владельцев упрощенная проверка токсичности ОГ бензиновых автомобилей может осуществляться при наличии однокомпонентного газоанализатора (СО) и мотортестера. Сначала с помощью мотортестера проверяют систему зажигания, а затем с помощью простейшего оборудования — уровень топлива в поплавковой камере и работу бензонасоса. Выявленные неисправности устраняют и осуществляют ряд последовательных проверок содержания СО.

Если при проверках П-1 и П-2 концентрация СО соответствует требованиям стандарта, а при П-3 наблюдается резкое увеличение СО, то воздушный фильтр, система холостого хода, главная дозирующая система и ускорительный насос исправны.

При отсутствии на малых АТП возможности выполнить такие проверки их следует проводить на крупных АТП или на специализированных предприятиях. Таким же образом необходимо осуществлять проверку и регулировку дымности дизельных автомобилей малых АТП.

Таблица 4.7- Виды и последовательность проверок содержания СО

	Проверка		Признак нормального технического состояния
Номер	Вид	Назначение
П-1	Содержание СО на минимальной частоте вращения nmin	Правильность регулирования системы холостого хода карбюратора	Содержание СО соответствует нормам ГОСТ 17.2.2.03-87 (не более 3,5%)
П-2	Содержание СО при n = 0,6nном,	Состояние переходной и главной дозирующих систем карбюратора	СО  2,0%
П-3	Содержание СО при резком открытии дроссельной заслонки	Работоспособность ускорительного насоса	Увеличение содержания СО до 6% и более
П-4	Содержание СО при nmin и п = 0,6пном при снятом воздушном фильтре	Степень загрязнения воздушного фильтра	Незначительное изменение содержания СО в сравнении с П-1 и П-2

Нормирование и учет расхода топлив и смазочных материалов. Сравнение нормативного и фактического расходов позволяет оценить топливную экономичность каждого автомобиля за смену и выявить автомобили, допускающие перерасход.

Повышение эффективности использования подвижного состава. Чем выше значения коэффициентов использования пробега  и использования грузоподъемности , тем выше производительность и меньше удельный расход топлива на единицу транспортной работы и, как следствие, численность участвующих в перевозках автомобилей и загрязнение окружающей среды.

Управление возрастной структурой парка. Управление возрастной структурой парка, определяющее сроки списания старых и поставки новых автомобилей и обеспечивающее повышение эффективности использования ПС, снижает величину выбросов вредных веществ парком АТП.

Совершенствование безгаражного хранения и пуска автомобилей при низких температурах. Сравнительно небольшое понижение температуры охлаждающей жидкости в двигателе (например, с 85 до 40 °С) резко увеличивает токсичность ОГ. У бензиновых автомобилей выбросы СО возрастают на 15-35%, СхНу - в 1,2-2,8 раза и расход топлива - на 25-40%, а у дизельных - на 20-30% увеличивается дымность. Существенно увеличиваются выбросы во время пуска в условиях безгаражного хранения автомобиля при низких температурах. Поэтому для снижения загрязнения атмосферы в эксплуатации важно поддерживать оптимальный тепловой режим двигателей и агрегатов автомобилей и применять методы облегчения пуска при низких температурах.

5.6.3. Методы и способы очистки воды после мойки

Технология очистки воды на АТП определяется характером образующихся загрязнений, а также конечной целью очистки (использование воды в замкнутом цикле, сброса канализацию, сброс в водоем). Так как более 90% производственного стока АТП образуется в результате мойки автомобилей в процессе ЕО, то очистке моечных стоков уделяется основное внимание при выборе технологии очистки сточных вод АТП.

Существующие процессы очистки сточных вод на АТП подразделяются на несколько этапов: -извлечение песка и крупной взвеси;

-извлечение свободных нефтепродуктов;

-грубая очистка стоков от мелкой взвеси и эмульгированных нефтепродуктов до требований, предъявляемых при мойке автомобилей в случае многократного использования воды;

- глубокая очистка стоков до требуемых значений предельных концентраций загрязняющих веществ (ПДК) при сбросе их в канализацию или водоем;

-обезвоживание, складирование и утилизация выделенных загрязнений.

Одним из современных направлений в области очистки моечных стоков, образующихся на АТП, является флотация. Метод флотации относится к физико-химическим методам очистки и заключается в насыщении сточных вод воздухом под давлением и дальнейшем «вскипании» жидкости вследствие выделения воздуха при атмосферном давлении. При этом частицы загрязнения, соединяются на молекулярном уровне с пузырьками воздуха и извлекаются из воды переводом в пенный слой, который затем удаляется. Флотация позволяет извлечь из сточной воды мелкодисперсные взвешенные частицы и нефтепродукты, а также ПАВ. В то же время этот метод не обеспечивает надежного качества очистки воды, так как не позволяет полностью извлечь из воды эмульгированные вещества, поэтому требуется дополнительная доочистка.

Доочистка стока при сбрасывании в канализацию или водоем производится с применением методов электрокоагулирования, электрофлотокоагулирования и фильтрования. Указанные методы также незаменимы при использовании синтетических моющих средств (CMC) для мойки автомобилей. При контакте CMC с маслом, бензином и другими дисперсиями, содержащимися в сточных водах, образуются стойкие эмульсии, которые препятствуют хлопьеобразованию частиц загрязнений и их удалению из стока.

Типы очистных сооружений

Для фильтрования моечных стоков на АТП используются очистные сооружения, принцип действия которых основан на методах отстаивания, очистке в циклонах, флотации и фильтровании.

Мосводканалниипроектом был разработан проект очистных сооружений, основанных на методе напорной флотации, производительностью 18 м3/ч (рис. 2). В состав сооружения вошли приемный резервуар, гидронасосы, флотатор, пеносборник, фильтры доочистки, резервуар очищенной воды, водо-воздушный насос, сатуратор, сборник нефтепродуктов.

Из приемного резервуара грязной воды 1 сток подается на флотатор 3, который представляет собой емкость, разделенную на четыре последовательно расположенные камеры. Флотация в этих камерах осуществляется благодаря подводу в зону смешивания рециркуляционного потока, представляющего собой смесь воды с воздухом. Насыщение воды воздухом происходит в сатураторе 9. Часть воды, очищенной в сатураторе (до 30%), подается на рециркуляцию, остальная направляется в камеры доочистки. Доочистка воды производится на фильтрах с сипроновой загрузкой высотой 0,4 м.

Рис. 2 Схема очистной установки с флотатором

1 - приемный резервуар; 2 - насос подачи грязной воды; 3 - флотатор; 4 - пеносборник; 5 - фильтр доочистки; 6 - резервуар очищенной вода; 7 - насос чистой воды; 8 - водовоздушный насос; 9 - сатуратор; 10 - сборник нефтепродуктов.

К недостаткам приведенной технологии можно отнести следующее: неэффективную работу фильтра при большой концентрации взвешенных веществ и нефтепродуктов, большое количество насосов, трудоемкость регенерации сипроновой загрузки, сложность технологии и сооружений.

Контрольные вопросы темы:

1. На какие классы по степени воздействия на организм человека подразделяются токсичные вещества?

2. К каким классам по токсичности относятся: диоксид серы, соединения свинца, диоксид азота, альдегиды, сажа, оксид углерода, углеводороды?

3. Приведите состав и концентрацию компонентов ОГ бензинового двигателя.

4. Приведите состав и концентрацию компонентов ОГ дизельного двигателя.

5.Какие предельно- допустимые концентрации токсичных веществ в рабочей зоне установлены, мг/м³ ?

6. Как проверяется содержание выбросов в выхлопных газах?

7. Какие стандарты и документы регламентируют токсичность отработавших газов в России?

8. Какие факторы т как влияют на обеспечение нормативных показателей токсичности и экономичности?

9. Как влияют токсическое состояние двигателя и автомобиля на расход топлива и токсичность ОГ?

10. Какие мероприятия по снижению токсичности отработавших газов могут быть реализованы?

11. На какие этапы делится процесс очистки сточных вод на АТП?

12. Объясните метод флотации?

13. На каких принципах работают очистные сооружения на АТП?