Краткая теория

В условиях интенсивной антропогенной нагрузки экологическая безопасность окружающей среды представляется актуальнейшей проблемой, весьма далекой от разрешения. Всё отчетливее проявляются последствия урбанизации, о чём указывается в Экологической доктрине Российской Федерации. Существенной особенностью загрязнения воздушной среды городов являются отработанные газы автотранспорта. В ряде городов России, особенно в крупных административных и промышленных центрах, выхлопные газы автомобильного транспорта составляют 60-80% общих выбросов. Многие страны принимают различные меры по снижению токсичности выбросов, путем лучшей обработки бензина, замены его на более чистые источники энергии (газовое топливо, этанол, электричество), снижение свинца и добавках к бензину.

Автомобильные двигатели загрязняют атмосферу вредными веществами, которые представляют собой сложную смесь из более чем двухсот компонентов, среди которых немало канцерогенных. Основные виды выбросов загрязняющих веществ от мобильных источников приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные виды выбросов загрязняющих веществ от мобильных источников

Тип двигателя	Топливо	Основные виды загрязнений	Примеры
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания	Бензин	Углеводороды, оксид углерода, оксиды азота, свинец	Автомобили, автобусы, самолеты, мотоциклы
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания	Бензин (с добавлением масла)	Углеводороды, оксид углерода, оксиды азота, твердые вещества (сажа)	Мотоциклы, вспомогательные моторы
Дизель	Лигроин	Оксиды азота, твердые вещества (сажа)	Автобусы, тракторы, поезда

Проектируются более экономичные двигатели с более полным сгоранием горючего, создание в городах зон с ограниченным движением автомобилей и др. Несмотря на принимаемые меры, из года в год растет число автомобилей и загрязнение воздуха не снижается.

Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду 280 компонентов. По своему воздействию на организм человека вещества, содержащиеся в отработанных газах, подразделяются на несколько групп.

В группу нетоксичных веществ входят азот, кислород, водяной пар, а также углекислый газ.

Группу токсичных веществ составляют окись углерода СО, оксиды азота, многочисленная группа углеводородов, включающая парафины, ароматические соединения и т.д. Окись углерода поражает нервную систему человека, нарушает сердечную деятельность, препятствует кислородному обмену в крови. Углеводороды способствуют развитию раковых заболеваний.

Следующую группу образуют неорганические газы – оксиды серы, сероводород и сажа. Например, длительное воздействие сажи может провоцировать болезни органов дыхания, центральной нервной и иммунной систем.

Особую группу составляют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе активный – бенз(а)пирен, являющийся сильным канцерогеном. Именно с бенз(а)пиреном связывают дополнительный риск возникновения онкологических заболеваний.

В случае присутствия этилированного бензина образуются токсичные соединения свинца. Свинец поражает нервную систему человека и костную ткань.

Состав отработанных газов основных типов двигателей – бензинового двигателя с электрическим зажиганием и дизеля – существенно отличается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания, а именно оксида углерода, углеводородов и сажи. В таблице 2 показаны выбросы вредных веществ карбюраторного и дизельного двигателей (% к общему объему выбросов).

Таблица 2 – Выбросы вредных веществ карбюраторного и дизельного двигателей

Вещество	Карбюраторный двигатель	Дизельный двигатель
Оксид углерода	0,5-12,0	0,01-0,5
Оксид азота	0,005-0,8	0,002-0,5
Углеводороды	0,2-0,3	0,009-0,5
Бенз(а)пирен	до 20 мкг/м3	до 10 мкг/ м3

Как видно из таблицы, выбросы основных загрязняющих веществ значительно ниже в дизельных двигателях. Поэтому принято считать их более экологически чистыми. Наиболее полно положительные качества дизеля проявляются в режиме городского движения с большим процентом малых нагрузок холостого хода. Однако дизельные двигатели отличаются повышенными выбросами сажи, которая насыщена канцерогенными углеводородами и микроэлементами.

Наиболее объемным компонентом автомобильных выбросов является оксид углерода, на него приходится до 80% выбросов от легковых автомобилей и до 87% выбросов от грузового транспорта. Ко вторым по массе загрязнителям атмосферы от автотранспорта относятся углеводороды (14% от легкового и до 8% от грузового транспорта). Оксидами азота в большей степени насыщены выхлопы автобусов и легкового транспорта (до 8%). Оксид углерода, оксиды азота и углеводороды, как обладающие наибольшей токсичностью, являются основными нормирующими компонентами выхлопных газов автомобилей.

Наибольшее количество токсичных веществ выбрасывается автомобилями в воздух на малом ходу, на перекрестках, остановках перед светофорами. В таблице 3 приведены значения концентрации основных примесей карбюраторного двигателя при различных режимах его работы.

Таблица 3 – Концентрация основных примесей карбюраторного двигателя при различных режимах его работы

Режим работы двигателя	Оксид углерода, % по объему	Углеводороды, мг/л	Оксиды азота, мг/л
Холостой ход	4-12	2-6	–
Принудительный холостой ход	2-4	8-12	–
Средние нагрузки	0-1	0,8-1,5	2,5-4,0
Полные нагрузки	2	0,7-0,8	4-8

Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомобиля равен 15 тысяч километров. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг кислорода и обогащает ее на 3250 кг углекислого газа, 530 кг окиси углерода, 93 кг углеводородов и 7 кг окиси азота.

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта, может быть оценено расчетным методом. Исходными данными для расчетов количества выбросов являются:

– количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих по выделенному участку автотрассы за единицу времени. В соответствии с методикой автомобильный транспорт необходимо разделить на пять категорий: автобусы, легковые автомобили, легкие, средние и тяжелые грузовые автомобили;

– нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города (средние нормы расхода топлива приведены в таблице 4).

Таблица 4 – Средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города

Тип автотранспорта	Средние нормы расхода топлива, л на 100 км	Удельный расход топлива Уi, л/км
Легковой автомобиль	11-13	0,11-0,13
Грузовой автомобиль	29-33	0,29-0,33
Автобус	41-44	0,41-0,44
Дизельный грузовой автомобиль	31-34	0,31-0,34

Значения эмпирического коэффициента, определяющего выброс вредных веществ от автотранспорта, в зависимости от вида горючего, приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего

Вид топлива	Значения коэффициента К
	Оксид углерода	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

Коэффициент К численно равен количеству выбросов соответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомобиля топлива (в литрах), необходимого для проезда 1 км (т.е. равного удельному расходу).

ЗАДАНИЕ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРУЖЕННОСТИ УЛИЦ АВТОТРАНСПОРТОМ И НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, УСУГУБЛЯЮЩИХ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Данная практическая работа дает возможность оценить загруженность участка улицы автотранспортом в зависимости от его видов, изучить и сравнить различные улицы по нагрузке на окружающую среду, обусловленную видами автотранспорта и его интенсивностью. Собранные параметры необходимы для расчетов уровней загрязнения воздушной среды.

Ход работы

Подсчет автомобилей производится на одной улице, но в течение двух временных отрезков. Выбрана улица Готвальда, протяженность – 500 м, длина шага – 0,7 м.

Обработка результатов