Выброс вредных веществ автомобильным транспортом. Расчет выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта

Промышленно-экономическое развитие сопровождается, как правило, ростом загрязнения окружающей среды. Большинство крупных городов характеризуются значительной концентрацией промышленных объектов на относительно незначительных территориях, что представляет опасность для здоровья людей.

Одним из экологических факторов, оказывающих наиболее выраженное влияние на здоровье человека, является качество воздуха. Особую опасность в настоящее время представляют выбросы в атмосферу загрязняющих веществ. Это обусловлено тем, что токсиканты поступают в человеческий организм в основном через дыхательные пути.

Выбросы в атмосферу: источники

Различают природные и антропогенные источники поступления загрязнителей в воздух. Основными примесями, которые содержат выбросы в атмосферу от естественных источников, являются пыль космического, вулканического и растительного происхождения, газы и дым, образующиеся в результате лесных и степных пожаров, продукты разрушения и выветривания горных пород и почв и пр.

Уровни загрязнения воздушной среды природными источниками носят фоновый характер. Они достаточно мало изменяются со временем. Основными источниками поступления в воздушный бассейн загрязняющих веществ на современном этапе являются антропогенные, а именно − промышленность (различные отрасли), сельское хозяйство и автотранспорт.

Выбросы предприятий в атмосферу

Самыми крупными «поставщиками» различных загрязнителей в воздушный бассейн являются металлургические и энергетические предприятия, химическое производство, стройиндустрия, машиностроение.

В процессе сжигания топлива различных видов энергетическими комплексами в атмосферу выделяются большие количества сернистого ангидрида, оксидов углерода и азота, сажи. Также в выбросах (в меньших количествах) присутствует ряд других веществ, в частности углеводороды.

Основные источники пылегазовых выбросов в металлургическом производстве - плавильные печи, разливочные установки, травильные отделения, агломерационные машины, дробильноразмольное оборудование, разгрузка-погрузка материалов и пр. Наибольшую долю среди общего количества веществ, поступающих в атмосферу, занимают окись углерода, пыль, ангидрид сернистый, оксид азота. В несколько меньших количествах выбрасываются марганец, мышьяк, свинец, фосфор, пары ртути и пр. Также в процессе сталеплавильного производства выбросы в атмосферу содержат парогазовые смеси. В их состав входит фенол, бензол, формальдегид, аммиак и ряд других опасных веществ.

Вредные выбросы в атмосферу от отрасли, несмотря на небольшие объемы, представляют особую опасность для природной среды и человека, поскольку характеризуются высокой токсичностью, концентрированностью и значительным разнообразием. Поступающие в воздух смеси в зависимости от вида выпускаемой продукции могут иметь в своем составе летучие органические соединения, соединения фтора, нитрозные газы, твердые вещества, хлористые соединения, сероводород и пр.

При производстве стройматериалов и цемента выбросы в атмосферу содержат значительные количества различной пыли. Основными технологическими процессами, приводящими к их образованию, являются измельчение, обрабатывание шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов и пр. Вокруг заводов, производящих различные стройматериалы, могут образовываться зоны загрязнения радиусом до 2000 м. Они характеризуются высокой концентрацией в воздухе пыли, содержащей частицы гипса, цемента, кварца, а также ряда других загрязняющих веществ.

Выбросы автотранспорта

В крупных городах огромное количество загрязнителей в атмосферу поступает от автотранспортных средств. По разным оценкам, на их долю приходится от 80 до 95%. состоят из большого количества токсичных соединений, в частности оксидов азота и углерода, альдегидов, углеводородов и пр. (всего около 200 соединений).

Наибольшие объемы выбросов отмечаются в зонах расположения светофоров и перекрестков, где автомобили передвигаются на малой скорости и в режиме холостого хода. Расчет выбросов в атмосферу показывает, что основными составляющими выхлопов в этом случае являются и углеводороды.

При этом следует отметить, что, в отличие от стационарных источников выбросов, работа автотранспорта приводит к загрязнению воздуха на городских улицах на высоте человеческого роста. В результате вредному воздействию загрязнителей подвергаются пешеходы, жители расположенных у дорог домов, а также произрастающая на прилегающих территориях растительность.

Сельское хозяйство

Влияние на человека

Согласно различным источникам, имеется прямая связь между загрязнением воздуха и рядом заболеваний. Так, например, длительность течения респираторных заболеваний у детей, которые живут в относительно загрязненных районах, в 2-2,5 раза больше, нежели у тех, что проживают в других районах.

Кроме того, в городах, характеризующихся неблагоприятной экологической обстановкой, у детей отмечены функциональные отклонения в системе иммунитета и кровообразования, нарушения компенсаторно-адаптационных механизмов к условиям внешней среды. Многими исследованиями выявлена также связь между загрязнением воздуха и смертностью людей.

Основными составляющими выбросов, поступающих в воздух от различных источников, являются взвешенные вещества, оксиды азота, углерода и серы. Выявлено, что зоны с превышением ПДК по NO 2 и CO охватывают до 90% городской территории. Приведенные макрокомпоненты выбросов способны вызвать серьезные заболевания. Накопление этих загрязнений приводит к повреждению слизистых оболочек верхних дыхательных путей, развитию легочных заболеваний. Кроме того, повышенные концентрации SO 2 могут вызвать дистрофические изменения в почках, печени и сердце, а NO 2 - токсикозы, врожденные аномалии, сердечную недостаточность, нервные расстройства и др. Некоторыми исследованиями выявлена взаимосвязь между заболеваемостью раком легких и концентрациями SO 2 и NO 2 в воздухе.

Выводы

Загрязнение окружающей природной среды и, в частности, атмосферы, имеет неблагоприятные последствия для здоровья не только настоящего, но и последующих поколений. Поэтому можно смело утверждать, что разработка мероприятий, направленных на то, чтобы уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу, − одна из самых актуальных на сегодняшний день проблем человечества.

Угарный газ и оксиды азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по оксиду углерода и 70 % по оксиду азота. Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.

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

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу. По виду применяемого топлива ДВС подразделяют на двигатели, работающие на

бензине, газе и дизельном топливе. По способу воспламенения горючие смеси ДВС бывают с воспламенением от сжатия (дизели) и с воспламенением от искровой свечи зажигания.

Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов нефти с температурами кипения от 200 до 3500С. Дизельное топливо должно иметь определенную вязкость и самовоспламеняемость, быть химически стабильным, при сгорании иметь минимальную дымность и токсичность. Для улучшения этих свойств в топлива вводят присадки, антидымные или многофункциональные.

Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и оксидов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования оксидов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся:

отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат оксид углерода (СО), углеводороды (СХHY), оксиды азота (NOX), бенз(а)пирен, альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей

через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95 % СО, 55 % СХHY и 98 % NOX, картерные газы по – 5 % СХHY, 2 % NOX, а топливные испарения – до 40 % СХHY.

внутреннего сгорания представлено в табл.3.1.

Таблица 3.1

Компоненты	Доля токсичного компонента в ОГ ДВС
	Карбюраторные		Дизельные
		топлива, кг		топлива, кг
Бенз(а)пирен		до 10 мкг/м3
Альдегиды
	до 0,04 г/м3

В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О2, О3, С, СО, СО2, СН4, CnHm, CnHmО, NO, NO2, N, N2, NH3, HNO3, HCN, H, H2, OH, H2O.

Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания

являются сажа, оксид углерода, углеводороды, альдегиды.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым.

СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки,

плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

Во время работы дизеля концентрация СО незначительна (0,1…0,2 %).

У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8 % из-за работы на обогащенных

смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания

число испарившихся молекул.

NOX (оксиды азота) – самый токсичный газ из ОГ.

N2 (азот) – инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует

с кислородом при высоких температурах.

Выброс с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно

увеличивается выброс оксидов азота.

Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания

замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NOx зависит от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NOx.

Кроме того, с уменьшением угла опережения впрыска топлива можно

существенно снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.

Углеводороды (СxНy) – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных углеводородов.

В дизельных двигателях СxНy образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество СxНy, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

Дым – непрозрачный газ. Дым может быть белым, синим, черным.

Цвет зависит от состояния ОГ.

Белый и синий дым – это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей

конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны

синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования

смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли).

Кроме того, бывает синий дым от масла.

Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива.

Черный дым состоит из сажи.

Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.

Сажа – представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3...100 мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические

условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом.

Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.

Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания.

Существуют другие факторы образования сажи – зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная

турбулизация смеси.

Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм.

SO2 (оксид серы) – образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания.

SO2,H2S – очень опасны для растительности.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской

Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87 % общей эмиссии свинца по различным

оценкам. РbО (оксиды свинца) – возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин, чтобы увеличить октановое число для уменьшения детонации (это очень быстрое, взрывное сгорание

отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000 м/с, сопровождающееся значительным повышением давления газов). При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5...0,85 кг оксидов

свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль

автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта – отказ от использования этилированных бензинов. По данным

1995г. 9 из 25 нефтеперерабатывающих заводов России перешли на выпуск

неэтилированных бензинов. В 1997 году доля неэтилированного бензина в общем объеме производства составила 68%. Однако, из-за финансовых и организационных трудностей полный отказ от производства этилированных бензинов в стране задерживается.

Альдегиды (RxCHO) – образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра.

При сжигании топлива при высоких температурах альдегиды исчезают.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1) ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65 %); 2) картерные газы (20 %); 3) углеводороды в

результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15 %).

Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу с отработавшими газами около 200 различных компонентов. Самая большая группа соединений –

углеводороды. Эффект падения концентраций атмосферных загрязнений, то есть приближение к нормальному состоянию, связан не только с

разбавлением выхлопных газов воздухом, но и со способностью самоочищения атмосферы. В основе самоочищения лежат различные физические, физико-химические и химические процессы. Выпадение

тяжелых взвешенных частиц (седиментация) быстро освобождает атмосферу только от грубых частиц. Процессы нейтрализации и связывания газов в атмосфере проходят гораздо медленнее. Значительную роль в этом играет

зеленая растительность, поскольку между растениями идет интенсивный газообмен. Скорость газообмена между растительным миром в 25…30 раз превышает скорость газообмена между человеком и ОС в расчете на единицу массы активно функционирующих органов. Количество атмосферных

осадков оказывает сильное влияние на процесс восстановления. Они растворяют газы, соли, адсорбируют и осаждают на земную поверхность пылевидные частицы.

Автомобильные выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям.

Так, твердые частицы размером более 0,1 мм оседают на

подстилающих поверхностях в основном из-за действия гравитационных сил.

Частицы, размер которых менее 0,1 мм, a также газовые примеси в виде CO, СХНУ, NOX, SOX распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии. Они вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы, и их действие проявляется на локальных территориях в пределах определенных регионов.

В этом случае рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения и зависит от многих факторов.

Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами объектов АТК

зависит от возможности переноса рассматриваемых загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности,

метеорологических условий распространения.

Компоненты вредных выбросов с повышенной реакционной способностью, попадая в свободную атмосферу, взаимодействуют между

собой и компонентами атмосферного воздуха. При этом различают физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

Примеры физического реагирования: конденсация паров кислот во влажном воздухе с образованием аэрозоля, уменьшение размеров капель жидкости в результате испарения в сухом теплом воздухе. Жидкие и твердые

частицы могут объединяться, адсорбировать или растворять газообразные вещества.

Реакции синтеза и распада, окисления и восстановления осуществляются между газообразными компонентами загрязняющих веществ

и атмосферным воздухом. Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие – при появлении для этого благоприятных условий – необходимых

реагентов, солнечного излучения, других факторов.

При выполнении транспортной работы существенным является выброс соединений углерода в виде CO и СХНУ.

Моноксид углерода в атмосфере быстро диффундирует и обычно не создает высокой концентрации. Его интенсивно поглощают почвенные микроорганизмы; в атмосфере он может окисляться до СО2 при наличии примесей - сильных окислителей (О,О3), перекисных соединений и свободных радикалов.

Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими атмосферными загрязнениями, прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются перекиси, свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы.

В свободной атмосфере сернистый газ (SО2) через некоторое время окисляется до сернистого ангидрида (SО3) или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности углеводородами. Окисление сернистого ангидрида в серный происходит в свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакциях. В обоих случаях конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде.

B сухом воздухе окисление сернистого газа происходит крайне медленно. В темноте окисления SO2 не наблюдается. При наличии в воздухе оксидов азота скорость окисления сернистого ангидрида увеличивается независимо от влажности воздуха.

Сероводород и сероуглерод при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются в свободной атмосфере медленному окислению до серного ангидрида. Сернистый ангидрид может адсорбироваться на поверхности твердых частиц из оксидов металлов, гидрооксидов или карбонатов и окисляться до сульфата.

Соединения азота, поступающие в атмосферу от объектов АТК, представлены в основном NO и NO2. Выделяемый в атмосферу моноксид азота под воздействием солнечного света интенсивно окисляется атмосферным кислородом до диоксида азота. Кинетика дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать

ультрафиолетовые лучи и диссоциировать на моноксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога.

Фотохимический смог – это комплексная смесь, образующаяся при воздействии солнечного света из двух основных компонентов выбросов автомобильных двигателей – NO и углеводородных соединений. Другие

вещества (SO2), твердые частицы также могут участвовать в смоге, но не являются основными носителями высокого уровня окислительной активности, характерной для смога. Стабильные метеорологические условия благоприятствуют развитию смога:

Городские эмиссии удерживаются в атмосфере в результате инверсии,

Служащей своеобразной крышкой на сосуде с реактивами,

Увеличивая продолжительность контакта и реакции,

Препятствуя рассеиванию (новые эмиссии и реакции добавляются к первоначальным).

Рис.3.1. Фотохимический смог

Формирование смога и образование оксиданта обычно останавливается при прекращении солнечной радиации в темное время суток и дисперсии реагентов и продуктов реакции.

В Москве при обычных условиях концентрация тропосферного озона,

который является предвестником образования фотохимического смога, достаточно низкая. Оценки показывают, что генерация озона из оксидов азота и углеводородных соединений вследствие переноса воздушных масс и повышение его концентрации, и следовательно, неблагоприятное воздействие происходит на расстоянии 300…500 км от Москвы (в районе Нижнего Новгорода).

Помимо метеорологических факторов самоочищения атмосферы

некоторые компоненты вредных выбросов автомобильного транспорта участвуют в процессах взаимодействия с компонентами воздушной среды, результатом которых является возникновение новых вредных веществ (вторичные атмосферные загрязнители). Загрязнители вступают с компонентами атмосферного воздуха в физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

Многообразие продуктов выхлопов автомобильных двигателей может быть классифицировано по группам, сходным по характеру воздействия на организмы или химической структуре и свойствам:

1) нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар и углекислый газ, содержание которых в атмосфере в обычных условиях не достигает уровня, вредного для человека;

2) моноксид углерода, наличие которого характерно для выхлопов бензиновых двигателей;

3) оксиды азота (~98 % NО, ~2 % NO2), которые по мере пребывания в атмосфере соединяются с кислородом;

4) углеводороды (алкаин, алкены, алкадиены, цикланы, ароматические соединения);

5) альдегиды;

7) соединения свинца.

8) серистый ангидрид.

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого

возраста, дети, больные, курильщики, страдающие хроническим бронхитом,

коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми.

Общая схема реакции организма на воздействие загрязнителей ОС по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) представлена на

рис.3.2.

Рис. 3.2. Реакция организма на воздействие загрязнителей воздуха:

1 – смертность; 2 – заболеваемость; 3 – физиологические признаки заболевания; 4 – сдвиги жизнедеятельности организма неизвестного

назначения; 5 – накопление загрязнений в органах и тканях.

Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной. Это можно проследить уже

на примере Москвы. В 1982 г. вклад автотранспортных средств в суммарное загрязнение атмосферы составлял 69 %, в 1990 г. – 74,6 %, в 1993 г. – 79,6 % и т.д.

Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое

место, поскольку воздух – продукт непрерывного потребления организма.

Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней

части дыхательного тракта захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненные воздух и слизь при раздражении дыхательной

Тонкие частицы представляют наибольшую опасность для здоровья человека, так как способны пройти через естественную защитную оболочку в

легкие. Вдыхание озона вызывает кашель, одышку, повреждает легочные ткани и ослабляет иммунную систему.

Влияние загрязнения воздуха на здоровье населения состоит в

следующем.

Взвешенные частицы. Частицы пыли размером от 0,01 до 100 мкм классифицируются следующим образом: более 100 мкм – осаждающиеся,

менее 5 мкм – практически неосаждающиеся.

Частицы первого типа безвредны, поскольку быстро осаждаются либо на поверхности земли, любо в верхних дыхательных путях. Частицы второго типа попадают глубоко в легкие. Установлено присутствие соединений

углерода, углеводорода, парафина, ароматических веществ, мышьяка, ртути и др. в легких вследствие проникновения пыли, a также связь с частотой заболевания раком, хроническим заболеванием дыхательных путей, астмой,

бронхитом, эмфиземой легких. Резкое увеличение частоты хронических бронхитов начинается с концентрации 150 – 200 мг/м3. При попадании в дыхательные пути сажи, возникают хронические заболевания (размеры твердых частиц 0.5…2 мкм), ухудшается видимость, а также сажа абсорбирует на своей поверхности сильнейшие канцерогенные вещества (бенз(а)пирен), что опасно для человеческого организма. Норма сажи в ОГ составляет 0.8 г/м3.

Сернистый ангидрид. Оказывает пагубное влияние на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, вызывает бронхиальную закупорку. Начиная с 500 мг/м3 у больных бронхитом наблюдаются осложнения, 200 мг/м3 вызывает увеличение приступов у астматиков.

Оксиды азота. Диоксид азота и фитохимические производные являются побочными продуктами нефтехимических производств и рабочих процессов дизельных двигателей. Оказывают влияние на легкие и на органы зрения. Начиная с 150 мг/м3, при длительных воздействиях происходит нарушение дыхательных функций Оксиды азота раздражают слизистую оболочку глаз и носа, разрушают легкие. В дыхательных путях оксиды азота реагируют с

влагой, которая находится в этом месте. Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя.

Считается, что токсичность NOx больше в 10 раз, чем СО. N2O

действует как наркотик. Норма NOx в воздухе – 0,1 мг/м3.

Озон. Повышение концентрации оксидов азота и углеводородов под

действием солнечной радиации порождает фотохимический смог (озон, ПАН и др.) Фоновая концентрация озона в природе 20…40 мг/м3. При 200 мг/м3 наблюдается заметное негативное воздействие на организм человека.

Моноксид углерода. При сжигании топлива в условиях недостатка

воздуха, CO генерируется в процессе работы автомобильных двигателей. Соединяясь с гемоглобином (Нb), из вдыхаемого воздуха попадает в кровь, препятствуя насыщению крови кислородом, а следовательно, и тканей, мышц, мозга. При концентрации 20…40 мг/м3 в течение 1 часа содержание НbСО в крови повышается на 2…3 %, что вызывает ослабление зрения, ориентации в пространстве, реакций. СО вызывает нарушение нервной системы, головную боль, похудение, рвоту.

Диспансерные исследования Института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН показали, что длительное вдыхание воздуха, содержащего моноксид углерода в концентрациях 3…6

ПДК и диоксид азота 2…3 ПДК, вызывает в детском организме ряд ответных реакций. Установлены удлинение времени латентного периода зрительно –

моторной реакции, хронический тонзиллит, хронический ринит, гипертрофия миндалин, снижение жизненной емкости легких.

Основными представителями альдегидов, поступающих в атмосферный воздух с выбросами автомобилей, являются формальдегид и

акролеин. Действие формальдегида характеризуется раздражающим эффектом по отношению к нервной системе. Он поражает внутренние органы и анактивирует ферменты, нарушает обменные процессы в клетке путем

подавления цитоплазматического и ядерного синтеза. Именно RxCHO

определяют запах ОГ.

Биологическое действие фотооксидантов (смесь озона, диоксида азота и формальдегида) на клеточном уровне подобно действию радиации,

вызывает цепную реакцию клеточных повреждений.

Углеводороды (СxНy) имеют неприятные запахи. СxНy раздражают глаза, нос и очень вредны для флоры и фауны. СxНy от паров бензина также токсичные, допускается 1,5 мг/м3 в день.

Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца. Свинцовое отравление (сатурнизм) занимает первое место среди профессиональных интоксикаций.

от расстояния растения до дороги. Норма Рb в Европе – 10 мг Рb в 1 кг травы.

Современные исследования в области влияния состояния атмосферного воздуха на здоровье населения можно характеризовать табл.3.2.

Влияние кратности превышения ПДК на здоровье людей

Таблица 3.2

Кратность превышения	Ответ состояния здоровья населения
	Нет изменений в состоянии здоровья
	Изменение состояния здоровья по некоторым
	Выраженные функциональные сдвиги
	Рост специфической и неспецифической заболеваемости
	Острые отравления
	Летальные отравления

Значительная масса вредных выбросов, рассеянных в атмосфере,

является результатом работы автомобиле.

Вредные выбросы – это вещества, поступившие в атмосферу из агрегатов и систем автомобиля. В атмосферу поступают вещества из систем двигателя: картерные выбросы из системы смазки и вентиляции картера, топливные испарения из системы питания топливом, отработавшие газы – смесь газов с примесью взвешенных частиц, удаляемых из цилиндров или камер сгорания через систему выпуска, а также топливный бак и агрегаты трансмиссии.

Они характеризуются токсичностью вредных выбросов (ВВ) и дымностью отработавших газов(ОГ).

Токсичность выбросов двигателя – способность выбросов оказывать

вредное воздействие на людей и животный мир. Вредное воздействие оказывают оксид углерода СО, углеводороды СН и оксиды азота NOх.

Дымность отработавших газов двигателя - показатель,

характеризующий степень поглощения светового потока, просвечивающего отработавшие газы. Нормируемым параметром дымности является оптическая плотность отработавших газов количество поглощенного света частицами сажи и другими светопоглощающими дисперсными частицами отработавших газов автотракторных дизелей, определяемое по шкале измерительного прибора.

В США, например, доля выбросов токсичных соединений в атмосферу автомобилей составляет 60 %, а в странах Западной Европы – до 40 %.

Отработавшие газы, смешиваясь с туманом, образуют плотную завесу смога, против которого не найдено еще средств. В дни смога резко

увеличивается число аллергических заболеваний, инсультов, нервных припадков.

Под действием солнечных лучей углеводороды и оксиды азота, содержащиеся в атмосфере, вступают в фотохимическую реакцию, образуя соединения, вызывающие резь в глазах. Особенно велик уровень загазованности в местах скопления автомобилей (тракторов).

Следует отметить, что в настоящее время по дорогам мира движутся более 300 млн автомобилей, которые потребляют около 3,5 млрд кг топлива

на каждые 100 км пробега, а при сгорании 1 кг топлива в двигателе выделяется 446 г СО и около 16 г оксидов азота.

Доля загрязнения воздуха отработавшими газами составляет 65 %,

газами, выделяемыми из картера двигателя, 20 %, из карбюратора 9 % и из топливного бака 6 %.

Проблема защиты окружающей среды от отрицательного воздействия

автомобилей связана прежде всего со снижением выбросов токсичных веществ ДВС.

Предельные концентрации вредных и токсичных веществ в воздухе

устанавливают в качестве гигиенических норм. Однако большой вред здоровью человека наносит длительное воздействие вредных веществ малых концентраций и нескольких токсичных компонентов.

Особенно опасны для здоровья человека оксид углерода и оксиды азота. Воздействие оксидов азота нельзя ослабить никакими нейтрализующими веществами. Не полностью сгоревшие углеводороды – это

несколько сотен химических соединений. Эта смесь является причиной многих хронических заболеваний. Наиболее опасным соединением считается бенз(а)пирен, обладающий также канцерогенными свойствами. Некоторые ароматические углеводороды являются сильными отравляющими

веществами, они воздействуют на системы кровообращения, центральную нервную и мышечную. Диоксид серы также оказывает вредное воздействие на кроветворные органы (костный мозг и селезенку) человека, его слизистую

оболочку, вызывает бессонницу. Сильными токсичными веществами являются свинец и его соединения. Они содержатся в этилированном бензине. Попадая в организм, они вызывают нарушения обмена веществ.

Загрязнение окружающей среды токсичными веществами отработавших газов приводит к существенным отрицательным последствиям. Грунтовые и поверхностные воды в большой степени подвержены опасности

загрязнения топливом, маслами, смазочными материалами и другими специальными жидкостями. Даже минимальное количество этих веществ может сильно изменить качество воды. Пленка из углеводородов на поверхности воды затрудняет процессы окисления, что отрицательно влияет

на живые организмы. Особенно опасным для лесов и лесопарков является диоксид серы, разрушающий хлорофилл. Установлено, что растения чувствительны даже к очень малым концентрациям SO2 в воздухе.

Точно определить количество выбросов вредных веществ в атмосферу двигателями практически невозможно. Величина этих выбросов зависит от многих факторов: типа двигателя, его конструктивных параметров, процесса

подготовки и сгорания смеси топлива и воздуха, режима работы,

технического состояния и др.

В настоящее время строго регламентируются предельные значения выбросов вредных веществ (ВВ) и дымности отработавших газов (ОГ).

Для их определения проводят испытания. Процедура испытаний

включает 3 различных цикла: ESC и ETC, предназначенные для определения выбросов ВВ, и ELR – для определения дымности отработавших газов (ОГ).

Цикл ESC по принципу построения близок к «старому» 13-и ступенчатому европейскому циклу. При испытаниях по циклу ESC

проверяется содержание NОХ в трех дополнительных «случайных» точках, лежащих в области режимов работы двигателя, заданной по нагрузке и частоте вращения коленчатого вала. Увеличение содержания NОХ в этих

«случайных» точках по сравнению с результатами, полученными при испытаниях в соответствующих близлежащих точках цикла, не должно превосходить 10 %. Это требование введено с целью исключения «обхода»

цикла, когда заданные экологические показатели достигаются только на регламентированных режимах цикла, а на всех остальных режимах остаются вне контроля или устанавливаются заведомо завышенными для обеспечения

наилучших мощностных, экономических и эксплуатационных показателей, что на двигателях с электронными системами управления не представляет никакого труда.

ETC – это цикл с непрерывным (посекундным) изменением нагрузки и частоты вращения двигателя. Цикл состоит из трех фаз, имитирующих движение в условиях города, пригорода и автострады.

ELR – цикл для определения дымности ОГ – представляет собой цикл

динамического нагружения. Испытания проводятся на тех же скоростных режимах, что в цикле ESC, а также на одном дополнительном «случайном» режиме, выбираемом Технической службой, проводящей испытания.

Испытания проводятся следующим образом. Первоначально двигатель paботает на заданном скоростном режиме с нагрузкой 10 %. Затем регулятор подачи топлива быстро выводится в положение, соответствующее

максимальной подаче топлива, закон нагружения при этом обеспечивает поддержание заданной постоянной частоты вращения коленвала двигателя. Дымность двигателя определяется как среднее значение дымности на

заданных скоростных режимах.

Предполагается следующий порядок применения испытательных циклов:

Для испытания «обычных» дизелей, включая двигатели с

электронным управлением топливоподачей, системой рециркуляции ОГ,

окислительными нейтрализаторами, применяются циклы ESC и ELR;

Для испытаний двигателей, оснащенных такими средствами уменьшения выбросов, как, например, восстановительные нейтрализаторы

NОХ и уловители частиц, применяются все указанные циклы - ESC, ELR, ETC;

Газовые двигатели испытываются только по циклу ETC.

Европейские требования по предельным значениям содержания ВВ в ОГ к автомобилям категорий M1 и N1 с бензиновыми, газовыми и дизельными двигателями приведены в табл.3.3.

Таблица 3.3

		масса автомо- биля, кг	углерода (СО), г/км		Углеводо		азота (NOX) г/км		Углеводо роды + ок- сиды азота г/км		тицы г/км

(1) Кроме автомобилей, максимальная масса которых превышает 2500 кг.

(2) Включая автомобили категории М, указанные в примечании 1

Для автотранспортных средств (АТС) категорий М1 полной массой более 3500 кг, М2, М3, N1, N2, N3 c дизельными и газовыми двигателями нормативные требования к вредным выбросам представлены в табл. 3.4 и 3.5.

Таблица 3.4

Предельные величины содержания ВВ и ОГ при выполнении ESC и

углерода Углеводород Азота (NOX) г/кВт.ч Дымность м -1 Евро-3 2000г. Евро-4 2005г. Евро-5 2008г.

(1) – Для двигателей с рабочим объёмом менее 0,75дм3 на цилиндр и номинальной частотой вращения более 3000 мин-1.

(2) – «Форсированные» добровольные требования.

Таблица 3.5

Предельные величины содержания ВВ и ОГ при выполнении

ЕТС цикла

	углерода (СО), г/кВт·ч	Неметановые углеводороды (NMCH) г/кВт·ч	Метан (СН4)(1) г/кВт·ч	азота (NOX) г/кВт·ч	Частицы(2)

(1) – Только для двигателей, работающих на природном газе.

(2) – Не применяется по отношению к двигателям, работающим на газе.

(3) – Для двигателей с рабочим объёмом менее 0,75дм3 на цилиндр и номинальной частотой вращения более 3000 мин-1.

В России к выбросам вредных веществ (ВВ) АТС категорий М1 полной массой более 3500 кг, М2, М3, N1, N2, N3 c дизельными и газовыми двигателями действуют требования Евро-2. К этих же АТС с бензиновыми двигателями применяются требования, представленные в табл.3.6.

Предельные величины содержания ВВ

Таблица 3.6

В отношении АТС категорий M1 и N1 применяются требования, соответствующие уровню Евро-2 для пассажирских автомобилей (М1) и Евро-1 для грузовых (N1). Эти требования представлены в табл.3.7.

Таблица 3.7.

Предельно-допустимые величины содержания ВВ

	Полная масса автомобиля, (m), кг	углерода		Общая масса углеводородов и оксидов азота (СН+NOX) г/км
	13051760

Полный переход (100 % выпускаемых АТС) России на уровень

Европейских требований состоялся: Евро-2 - 2004 год; Евро-3, 4 -2008 год.

Уровень загазованности может быть снижен рядом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, направленных не только на снижение

объема выбросов, но и их токсичности. Среди мероприятий конструктивного характера можно отметить следующие:

применение устройств нейтрализации и очистки выбросов от токсичных компонентов;

применение устройств, оптимизирующих дозирование,

смесеобразование топлива, а также рабочий процесс (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, транзисторные системы

зажигания, форкамерно-факельные дожигатели, рециркуляция выхлопа,

термостатирование воздуха и пр.);

применение нетрадиционных видов топлива (газовое топливо, водород,

синтетический бензин, спирт);

создание новых силовых установок.

Значительное уменьшение выброса СО может быть достигнуто равномерным распределением смеси путем непосредственного впрыска топлива или улучшения условий испарения топлива в карбюраторе и во впускном трубопроводе; обеспечение состава и качества образуемой смеси нагрузке и частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Для снижения выброса углеводородов СnНm, двигатель внутреннего сгорания переводят на работу на бедных смесях, стремясь достичь большей однородности смеси и равномерности ее распределения по цилиндрам. Кроме того, стараются уменьшить долю остаточных газов в смеси при работе двигателя на частичных нагрузках правильным выбором формы и размеров камеры сгорания. Значительно сократить выбросы СО и СnНm с отработавшими газами можно использованием для питания двигателя водорода или газообразного топлива, а также послойным смесеобразованием.

Уменьшение выброса NOх у карбюраторных двигателей достигается снижением максимальной температуры цикла, обогащением смеси или сокращением продолжительности реакций, при которых происходит образование соединений азота. На практике наряду с обогащением смеси и уменьшением угла опережения зажигания понижают степень сжатия, увеличивают частоту вращения коленчатого вала двигателя, впрыскивают воду во впускной трубопровод или осуществляют частичную рециркуляцию отработавших газов.

Все применяемые в настоящее время способы уменьшения токсичности выбросов по всем основным компонентам (СО, СnНm, NOх) основаны на комбинации рассмотренных выше способов. Чаще всего это достигается следующим образом:

уменьшением выброса СО и СnНm, обеднением смеси и изменением угла опережения зажигания. Эти параметры подбирают для каждого режима работы двигателя. Устойчивая работа на обедненных смесях достигается улучшением качества смесеобразования и увеличением энергии искры на электродах свечи, для чего применяют непосредственное впрыскивание топлива и тиристорное зажигание. Для уменьшения выброса NOх используют частичную рециркуляцию отработавших газов. При использовании системы непосредственного впрыскивания топлива с электронным управлением, отрегулированной на экономичный состав смеси (в зависимости от разрежения во впускном трубопроводе, частоты вращения вала и теплового режима двигателя), удается снизить концентрацию токсичных веществ и уменьшить расход топлива на 8...10 %;

переводом двигателя на газообразное топливо с одновременной его регулировкой для работы на обедненных смесях. При этом достигается значительное уменьшение выброса продуктов неполного сгорания, т. е. СО и СnНm. Одновременно для уменьшения выброса NOx применяют, например, частичную рециркуляцию отработавших газов.

В карбюраторных двигателях во всех случаях используют специальные устройства для подачи дополнительного воздуха во впускной трубопровод на режимах разгона и торможения колесной машины. Широко применяют устройства, предотвращающие выброс в атмосферу паров углеводородов из картера двигателя и топливной системы.

Рециркуляцию газов для уменьшения выброса оксидов азота осуществляют все шире как в двигателях с искровым зажиганием, так и в дизелях. При этом понижают температуру процесса сгорания в результате уменьшения количества топлива, поступающего в цилиндры, и большей теплоемкости продуктов сгорания по сравнению с теплоемкостью воздуха. При рециркуляции 5 % отработавших газов концентрация NOх уменьшается примерно на 47 %, а при рециркуляции 15 % газов – на 84 %. Одновременно наблюдаются небольшое уменьшение выброса СnНm и некоторое увеличение выброса СО, а в дизелях – увеличение дымности. При рециркуляции газов более 10 % происходит заметное падение мощности двигателя,

увеличивается расход топлива и ухудшаются динамические характеристики автомобиля (трактора).

Такие компоненты отработавших газов, как оксид углерода и углеводороды, могут быть нейтрализованы в выпускной системе двигателя. Для этого в поток горячих отработавших газов непосредственно за

выпускным клапаном подают воздух под давлением 0,05...0,06 МПа. Количество подаваемого воздуха зависит от коэффициента избытка воздуха. По мере обеднения смеси подачу воздуха прекращают.

Чем выше температура смеси отработавших газов с воздухом, тем

эффективнее процесс окисления в выпускной системе. Увеличивают температуру уменьшением угла опережения зажигания, использованием тепловой изоляции выпускного трубопровода, снижением потерь теплоты в камере сгорания, установкой в системе выпуска специальных реакционных камер. Однако при этом несколько снижается мощность двигателя (увеличивается сопротивление на выпуске) и повышается удельный расход топлива.

Каталитические нейтрализаторы служат для сжигания продуктов неполного сгорания (СО и СnHm) и разложения оксидов азота NOх. Их действие основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с катализатором (например, платины). Скорость сгорания зависит от температуры носителя (достигает 800 °С).

Каталитические нейтрализаторы используются для очистки отработавших газов двигателей с искровым зажиганием и дизелей. Все нейтрализаторы, монтируемые в выпускной системе, увеличивают сопротивление прохождению газов и приводят к снижению мощности двигателя на 10...20 %. Основным их недостатком является неэффективная работа в диапазоне низких температур отработавших газов. В связи с этим разработаны устройства, состоящие из плазменного и каталитического нейтрализаторов. В плазменном газы разогреваются, а в каталитическом происходит основной процесс окисления. Такие устройства эффективно работают на всех режимах независимо от нагрузки и частоты вращения вала двигателя. Их недостатком являются относительная сложность конструкции и повышенный расход топлива.

Дальнейшее усовершенствование ДВС для уменьшения выброса токсичных компонентов без увеличения расхода топлива практически невозможно. В этом отношении заслуживают внимания силовые агрегаты,

например с газотурбинными двигателями и двигателями Стирлинга.

Значительное уменьшение выброса токсичных компонентов с уменьшением расхода топлива может быть достигнуто созданием

автомобилей с гибридными силовыми установками.

В отличие от промышленных источников загрязнения, привязанных к определенным площадкам и отделенных от жилой застройки санитарно-защитными зонами, автомобиль является движущимся источником загрязнения, который постоянно встречается в жилых районах и местах отдыха. Автотранспорт загрязняет нижние, приземные слои атмосферы и способствует накоплению вредных веществ в воздухе.

Выхлопные газы автотранспорта представляют собой очень сложную смесь веществ (табл.2.1).

Таблица 2.1

Примерный состав выхлопных газов

карбюраторных и дизельных двигателей

Одни вещества, такие как азот, кислород, диоксид углерода, вода, не представляют опасности. Другие, и в первую очередь органические соединения, а также оксид углерода(II) и азота (IV), являются сильными токсикантами и при превышении допустимой дозы могут вызывать тяжелые отравления вплоть до смертельного исхода. Наиболее опасными компонентами автомобильных выбросов являются циклические и полициклические углеводороды, которые образуются при неполном сгорании топлива в условиях дефицита кислорода. Самое известное и опасное вещество из этого ряда – бенз(а)пирен.

Каждый из вредных компонентов выхлопных газов оказывает специфическое воздействие на организм человека в целом и отдельные органы и системы органов.

СО (угарный газ) – постоянный компонент в продуктах сгорания всех видов топлива. Он не имеет цвета и запаха, поэтому в малой концентрации его трудно обнаружить. Оксид углерода (II), попадая в легкие, легко соединяется с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин, не способный переносить кислород. Основные признаки отравления окисью углерода:

ухудшение остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов времени (концентрация СО более 0,4 об. %);

нарушение некоторых психомоторных функций головного мозга (при содержании СО в воздухе в интервале от 2 до 5 об. %);

ощутимые изменения работы сердца и легких (концентрация СО более 5 об. %);

головная боль, сонливость, мышечные спазмы, нарушение дыхания и смерть (при содержании угарного газа 10 ÷ 80 об. %).

Степень воздействия СО на организм зависит не только от его концентрации, но и от времени пребывания человека в условиях повышенного содержания этого газа. Образование карбоксигемоглобина в крови – процесс обратимый: если поступление в легкие СО прекращается, то через 3 – 4 часа его содержание в крови уменьшается в два раза. Однако необходимо знать, что оксид углерода (II) – химически стабильное вещество, и в атмосфере он может находиться в неизменном виде до четырех месяцев.

NO, NO 2 – оксиды азота. Эти газы обладают специфическим запахом, который начитает ощущаться при концентрации в воздухе более 10 мг/м 3 . При контакте оксидов азота с водой образуются азотная (HNO 3 ) и азотистая (HNO 2 ) кислоты, повышенное содержание которых во вдыхаемом воздухе может вызвать отек легких.

Ароматические (циклические и полициклические) углеводороды обладают наркотическим действием и в малых концентрациях (до 15 мг/м 3) снижают активность, вызывают головокружение и легкую головную боль. При длительном, более двух часов, нахождении человека в воздухе с содержанием углеводородов более 200 мг/м 3 развивается кашель, сильная головная боль и далее – удушье. Все ароматические углеводороды обладают более или менее выраженными канцерогенными свойствами, т.е. способностью вызывать и стимулировать рост злокачественных опухолей. Бенз(а)пирен С 20 Н 16 – самый сильный канцероген природного происхождения.

Альдегиды (главным образом, формальдегид СН 2 О ) оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки глаз, дыхательных путей. Запах формальдегида отмечается при концентрации в воздухе около 0,2 мг/м 3 . Длительное пребывание в атмосфере с содержанием формальдегида более 20 мг/м 3 приводит к слабости, головной боли, потере аппетита, бессоннице, сильному раздражению слизистой оболочки глаз.

Об опасности вышеописанных веществ можно судить по величинам их ПДК, приведенным в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны (ПДК р.з.)

для токсичных веществ в составе выхлопных газов автомобилей

Для предупреждения опасности здоровью работающих в гаражах, где хранятся и подвергаются техническому осмотру и текущему ремонту автомобили, необходимо следить за накоплением вредных веществ, попадающих в воздух при выезде или въезде автомобилей, а также при их обслуживании. Один из методов подобного контроля – расчеты концентраций загрязняющих веществ в гараже, учитывающие количество передвигающихся единиц автотранспорта и деятельность по их обслуживающих.

Для оценки уровня загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в помещении одноэтажного гаража пользуются формулой

G = g∙N∙k∙c, (2.4)

где – количество вредного вещества, выделившегося за определенное время работы с учетом всех передвижений транспорта и его обслуживания, г;

– удельное количество вредного вещества, отнесенное к одному выезду из помещения и условной мощности в одну лошадиную силу (л.с.) на один выезд. g определяют по табл. 2.5;

– мощность автомобиля, л.с., (табл. 2.6);

– число выездов автомобилей из помещения в течение одного часа, выезд/ч;

– коэффициент для учета интенсивности движения автомобилей, определяется по табл. 2.7.

Таблица 2.5

Удельные количества вредных веществ,

выделяющихся в составе выхлопных газов

при одном выезде автомобиля из помещения, г/(л.с.∙выезд)

Примечание. В графах 4 и 5 приведены данные для грузовых автомобилей и автобусов: в числителе – с карбюраторными двигателями; в знаменателе – с дизельными двигателями.

Таблица 2.6

Средняя мощность двигателей автомобилей различных типов

Таблица 2.7

Коэффициент, учитывающий интенсивность движения автомобилей

Определив по формуле (2.4) количества вредных веществ, попавших в воздух гаража с выхлопными газами работающих двигателей автомобилей, можно рассчитать концентрации этих веществ и, сравнив их с соответствующими ПДК р.з. , тем самым установить степень опасности загрязнения воздуха для работающих в данном помещении.

Пример.

Оценить состояние воздуха в гараже с точки зрения концентрации в нем основных токсичных компонентов выхлопных газов – СО и NO 2 , через час после начала работы. За этот промежуток времени из помещения выехало восемь грузовых машин (из них 5 – с бензиновым двигателем) и 2 легковых автомобиля. Площадь гаража 1200 м 2 , высота 4 м. Кратность обмена воздуха в гараже в соответствии со СН и П, равна 10 объемов в час (n = 10/ч). Дать экологическую оценку уровня загрязнения воздуха (сравнением с соответствующими значениями ПДК).

Решение:

Вначале, воспользовавшись формулой 2.4, рассчитывают выброс загрязняющих веществ. Для этого по таблицам 2.5, 2.6 и 2.7 определяют соответственно удельные количества каждого вредного вещества, выделяющиеся при одном выезде (g), мощность двигателей автомобилей N и коэффициенты, учитывающие интенсивность движения автомобилей (с).

Для расчета концентрации необходимо знать объем воздуха, участвующего в разбавлении, Эта величина определяется исходя из параметров помещения и условий естественной вентиляции:

Через час от начала рабочего дня концентрации оксида углерода и диоксида азота составят:

Вывод .

Сравнение полученных расчетом величин концентраций СО и NO 2 cо значениями ПДК р.з. для этих веществ показывает, что порог опасности значительно превышен. Для сохранения здоровья работающих гараж должен быть оборудован системой принудительной вентиляции.

Задача 1 .

NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и два микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 2 .

NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два грузовых автомобиля с карбюраторным двигателем и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на посту текущего ремонта, один грузовой автомобиль с бензиновым двигателем – находился на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 3 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1400 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и два автобуса с бензиновым двигателем. Два дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, три (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. . Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 4 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 680 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через четыре часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на текущем ремонте, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 5 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 740 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту технического обслуживания и текущего ремонта. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 6 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1040 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и один микроавтобус. Два грузовых автомобиля находились на посту текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 7 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1260 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через четыре часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два автобуса с карбюраторным двигателем. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 8 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1200 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и три микроавтобуса. Два микроавтобуса находились на посту текущего ремонта и техобслуживания, один автобус с бензиновым двигателем – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 9 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 880 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и один микроавтобус. Один дизельный автобус находился на посту технического обслуживания, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 10 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1120 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два грузовых автомобиля и два микроавтобуса. Три легковых автомобиля находились на посту текущего ремонта, один– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 11 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 840 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и один микроавтобус. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, два (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 12 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1240 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и два микроавтобуса. Два дизельных автобуса находились на посту технического обслуживания, один легковой автомобиль – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 10.

Задача 13 .

NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали два легковых автомобиля и один микроавтобус. Четыре дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, два автобуса с бензиновым двигателем – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 14 .

NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на посту текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 10.

Задача 15 .

NО 2 и углерода СО через пять часов после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали семь легковых автомобилей и два микроавтобуса. Три микроавтобуса находились на посту текущего ремонта, один автобус с бензиновым двигателем и один джип– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 16 .

NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два микроавтобуса. Три автобуса с карбюраторным двигателем находились на посту текущего ремонта, один микроавтобус– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 17 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1280 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и три микроавтобуса. Три микроавтобуса были на текущем ремонте, один автобус (с бензиновым двигателем) находился на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 18 .

NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали десять автобусов с бензиновым двигателем и один микроавтобус. Два дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, один легковой автомобиль – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 19 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1600 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на текущем ремонте, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 20 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1280 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и один грузовой. Два микроавтобуса находились на посту текущего ремонта и техобслуживания, один легковой автомобиль– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 21 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 960 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и три микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на посту текущего ремонта. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 22 .

NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и один микроавтобус. Два автобуса с карбюраторным двигателем находились на посту текущего ремонта, один микроавтобус– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 23 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1280 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через четыре часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали семь легковых автомобилей и три микроавтобуса. Четыре дизельных автобуса находились на посту технического обслуживания текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, согласно строительным нормам, равна 12.

Задача 24 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 640 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через один час после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два микроавтобуса. Один дизельный автобус находился на посту текущего ремонта, два (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 25 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1920 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали шесть легковых автомобилей и четыре микроавтобуса. Два дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, три (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 10.

Задача 26 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1280 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали восемь легковых автомобилей и два микроавтобуса. Два дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, два (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 27 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 960 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через два часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре легковых автомобиля и три микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, один (с бензиновым двигателем) – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 28 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 800 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через четыре часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали три легковых автомобиля и два микроавтобуса. Три микроавтобуса находились на посту технического обслуживания и текущего ремонта, один автобус с бензиновым двигателем – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 29 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1600 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали восемь легковых автомобилей и четыре микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, один легковой автомобиль– на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

Задача 30 .

Дать экологическую оценку загрязнения воздуха гаража площадью 1440 м 3 и высотой 4 м оксидами азота NО 2 и углерода СО через три часа после начала рабочего дня. За это время из гаража выехали четыре автобуса с карбюраторным двигателем и два микроавтобуса. Три дизельных автобуса находились на посту текущего ремонта, два микроавтобуса и один легковой автомобиль – на посту мойки и уборки. Кратность обмена воздуха в помещении, в соответствии со строительными нормами, равна 12.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ

Под земельными ресурсами понимаются земли, систематически используемые или пригодные к использованию для конкретных целей.

Загрязнение земель – это привнесение, накопление и возникновение на поверхностном слое земли (почвы) новых, обычно не характерных для нее физических свойств, химических или биологических агентов или превышение указанных природных параметров почвы по сравнению со среднемноголетним уровнем. Оно может быть вызвано попаданием в почву бытовых и производственных отходов, примесей из загрязненного атмосферного воздуха и водных источников. Накопление химических веществ, которые вносятся в почву для повышения урожайности сельскохозяйственных культур (удобрений, средств защиты растений), также приводит к изменению ее природных свойств.

Загрязнение почвы меняет ход почвообразовательного процесса, резко снижает урожаи, вызывает накопление токсичных веществ, таких как тяжелые металлы, пестициды, в растениях. Из них эти токсичные вещества прямо или косвенно (с продуктами растительного или животного происхождения) попадают в организм человека.

Привнесение загрязняющих веществ в почву ослабляет ее способность к самоочищению от болезнетворных и других чуждых ей микроорганизмов, что увеличивает опасность микробиологического загрязнения и распространения болезней. Так, в незагрязненных почвах возбудители дизентерии и тифа сохраняются в течение 2-3 суток, а в загрязненных этот срок увеличивается для дизентерии до четырех-пяти месяцев, а для тифа – до полутора лет.

Защита и восстановление земель осуществляется путем ограничения и запрещения использовать в сельскохозяйственной практике токсичных и биохимически стойких веществ в качестве пестицидов, превращения в компост бытовых отходов без их предварительной сортировки (для удаления опасных компонентов), борьбы с различными типами эрозии почв, рекультивации земель.

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.

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.