Основные направления деятельности по уменьшению загрязнения воздушного бассейна выбросами транспортных средств
Охрана среды населенных пунктов должна осуществляться комплексом защитных мероприятий планировочного, технологического, санитарно-технического и организационного характера с целью создания благоприятных условий проживания, труда и отдыха населения.
Составляющие приоритетного комплекса мероприятий, которые необходимо предусматривать с целью уменьшения химического загрязнения (Х), шума (Ш) представлены в таблице 2.1.
Таблица 2 – Составляющие приоритетного комплекса мероприятий, которые необходимо предусматривать с целью уменьшения химического загрязнения (Х), шума (Ш).
Таблица 2
| 1. | Технологические мероприятия при изготовлении передвижных источников |
| X | запрещение проектирования, производства и эксплуатации передвижных средств и установок, содержание загрязняющих веществ в отработанных газах, которое превышает нормативы или уровни влияния физических факторов |
| X Ш | разработка принципиально новых транспортных средств, усовершенствования конструкций передвижных средств и установок и условий их эксплуатации |
| X | разработка комплекса мероприятий по снижению и обезвреживанию вредных выбросов передвижных средств и установок |
| X Ш | снижение выбросов двигателей путем модификации конструкции транспортных средств, в т.ч. увеличение коэффициента грузоподъемности, снижения вибраций и шума двигателя и кузова |
| 2. | Технологические мероприятия при эксплуатации передвижных источников |
| X | перевод передвижных средств и установок на менее токсичное топливо, в т.ч. очистка от серы, использования дизельных двигателей, сжатого и сжиженного газа, присадок, 3-10 % сжиженного водорода и тому подобное, запрещение использования в больших городах и курортных центрах этилированного бензина |
| X | внешнее подавление выбросов бензиновых двигателей (термические и каталитические реакторы, подача топлива с обратной связью, подавление испарений из бака и карбюратора) и дизельных двигателей (улавливания аэрозолей, противодымные присадки, фильтры, блочные окисляющие нейтрализаторы), регуляция режима, адсорбция отработанных газов, оборудования катализаторами и нейтрализаторами выхлопных газов |
| X | эффективная транспортировка и хранение топлива |
| 3. | Защитные планировочные градостроительные мероприятия |
| X Ш | соблюдение санитарных и противопожарных разрывов, нормативное определенного расстояния к транспортным путям, оборудованию СЗЗ автодорог |
| X III | функциональное зонирование, оптимизация. рациональное планирование и застройка населенных пунктов, в т.ч. пром-, теплоэнергообъектов и тому подобное, оптимизация геометрии и пути цикла (расстояния между перекрестками), перепланировка и реконструкция дорог |
| X Ш | повышение плотности населения на населенной территории, отдаление источников влияний от мест пребывания населения |
| Ш | размещение предприятий, магистралей, аэродромов и других объектов с источниками шума в соответствии с установленными законодательством санитарно-гигиеническими требованиями, строительными нормами и картами шума |
| X | трассировка городских магистралей в направлении преобладающих ветров, перфорированной застройки, что продувается, в зоне перекрестка улиц |
| X | оптимизация отношения ширины дороги к высоте застройки |
| Х Ш | создание объездных дорог для транзитного транспорта за пределами жилищной застройки, выведение из густонаселенных кварталов за пределы города АТП, в т.о. автобаз, АЗС, авторемонтных мастерских, СТО |
| X, Ш | оборудование площадок для стоянки и отдыха, обустраивание остановок в рекреационных и санаторно-курортных зонах |
| 4. | Защитные градостроительные мероприятия по передвижным источникам |
| X Ш | строительство специализированных магистралей, транспортных развязок в 2-х и больше уровнях, в т. ч. эстакад, тоннелей, мостов, подземных переходов, путепроводов, скотопрогонов, реконструкция бульваров |
| X Ш | использование естественных и искусственных пылегазошумозащитных экранов, сплошные экраны вдоль распределительной полосы между направлениями движения, сплошные временные экраны вдоль проезжей части (ряды рекламных экранов щитов и коммерческих экранов киосков, которые легко демонтируются) в комплексе с фильтрующими насаждениями |
| X Ш | озеленение придорожных территорий в соответствии с нормативами, в т.ч. обустраивание зеленых экранирующих полос, которые соединяются со сплошными экранами, фильтрующего озеленение, "зеленых стен" |
| X Ш | реконструкция проезжей части, в т.ч. покрытия пути, снижение продольного уклона дорог и сопротивления движения за счет строительства капитальных типов дорожной одежды |
| X | реконструкция остановок пассажирских автотранспортных средств |
| Ш В | применения бесстыковых рельсов, вибропоглощающих материалов, виброизоляция верхнего строения пути, увеличения массы и жесткости тоннелей метрополитена, виброзащита домов, оборудование пустотных экранов |
| X, Ш | применение специальных типов жилых домов, в т.ч. с шумозащитными окнами и кондиционерами центрального типа |
| 5. | Организационные мероприятия |
| Ш | организационные мероприятия по отвлечению и снижению производственных, коммунальных, бытовых и транспортных шумов |
| X Ш | оптимизация схем и режимов движения передвижных установок, ведомственных перевозок, приоритетность автобусного пассажирского транспорта |
| X Ш | внедрение АСРДР, в т.ч. организация "зеленой волны", сокращения задержек в узлах, тоннелях и т.п., предупреждения «заторов» |
| X | качественное содержание покрытия путей и улиц, мойка покрытия от пыли |
| X Ш | ограничение и/или увеличение скорости и интенсивности движения, в т.ч. грузового транспорта, введение одностороннего движения на улицах |
| X Ш | ограничения въезда транспортных средств в населенные, курортные, лечебно-оздоровительные, рекреационные и естественно-заповедные зоны, места массового отдыха и туризма, ликвидация остановок автотранспорта возле детских, лечебных и оздоровительных учреждений |
| X | запрещение движения при превышении норм загрязнения воздуха (НМУ) |
| 6. | Охранительные мероприятия |
| X | обеспечение постоянного контроля за качеством топлива на АЗС |
| X Ш | внедрение и совершенствование контрольно-регулировочных и диагностических пунктов, систем экоконтроля передвижных средств и установок, автоматическое детектирование напряженных участков и мест ДТП, контроль выполнения правил дорожного движения |
Все крупные автомобильные компании, особенно в последние годы, заняты поиском решений экологических проблем, связанных с автомобильным двигателем. Они постоянно совершенствуют действующие и предпринимают шаги к созданию новых моторов с наиболее полным сгоранием топлива. Результат этой работы налицо. Современные автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в 10-15 раз меньше вредных веществ, чем автомобили восьмидесятых годов. Этому в значительной степени способствовали такие нововведения, как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы газораспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При пуске холодного двигателя в современных карбюраторах используются автоматы пуска и прогрева. На режимах торможения двигателем применяют экономайзер принудительного холостого хода - клапан, отключающий подачу топлива.
Большое внимание уделяется подбору обедненных регулировок дозирующих систем карбюратора. На двигателях с впрыском топлива появились электронные системы коррекции состава горючей смеси в зависимости от температуры, климатических и других условий. Система термостатирования воздуха, поддерживающая его температуру на входе в двигатель, создает оптимальные условия для приготовления горючей смеси. Система зажигания с высокой энергией разряда свечи повышает надежность воспламенения смеси, особенно на режимах холостого хода.
Для уменьшения выброса оксидов азота используется рециркуляция - перепуск части отработавших газов из выпускного трубопровода во впускной - при этом понижается температура сгорания и их образуется значительно меньше. Рециркуляция применяется не только на двигателях с искровым зажиганием, но и на дизелях. Перспективны в этом плане и системы электронного регулирования, оптимизирующие работу двигателя на всех режимах. Кроме того, автомобильные заводы планомерно ужесточают технологические допуски и повышают точность изготовления приборов питания и зажигания, впускной и выпускной систем, деталей крипошипного механизма и газораспределения.
Благодаря этим усовершенствованиям загрязнение атмосферного воздуха заметно уменьшается. И все же полностью удалить токсичные вещества из отработавших газов не удается.
Больше двадцати лет назад возникла идея ликвидировать вредные вещества, выходящие из цилиндров двигателя, уже в выпускной системе автомобиля, то есть до выброса их в атмосферу. На пути отработавших газов стали устанавливать каталитические нейтрализаторы - специальные устройства, в несколько раз уменьшающие токсичность выхлопных газов. Проходя через нейтрализатор, несгоревшие углеводороды окисляются до нетоксичных окислов, а оксиды азота восстанавливаются до азота и кислорода. Трудности использования этих устройств связаны с тем, что отработавшие газы проходят по выпускной системе с большой скоростью и температура их изменяется в широких пределах, а сами нейтрализаторы подвергаются значительным внешним механическим и термическим нагрузкам, поскольку устанавливаются в выпускной системе, расположенной под автомобилем.
Чтобы химические реакции в нейтрализаторе протекали быстро, применяют катализаторы, они значительно увеличивают скорость реакции, но сами в ней не участвуют. Используются катализаторы на основе благородных металлов: платины, палладия и родия.
В любом катализаторе есть так называемый активный слой, нанесенный на инертное тело - носитель. Распространение получили, в основном, моноблочные носители из нержавеющей стали, как правило, из гофрированной фольги, и керамические. В керамических носителях на 1 см2 приходится до 300 параллельных сквозных каналов, а в металлических - до 800. Эти каналы, дополнительно покрытые неровным промежуточным слоем - подложкой, и создают большую активную поверхность, на которой во много раз быстрее протекают химические реакции. Монолитный блок носителя с подложкой и катализатором называют реактором. Его размещают в металлическом корпусе из нержавеющей стали с входной и выходной горловинами. Для уменьшения шума, потерь тепла и перегрева наружных стенок корпус делают с двойными стенками и слоем термоизоляции.
Существуют еще гранулированные носители. Их применяют в нейтрализаторах для грузовых автомобилей. В последнее время используют в основном нейтрализаторы на моноблочном носителе, которые имеют меньшие габариты, вес, аэродинамическое сопротивление и быстрее прогреваются до выхода на рабочий режим.
Каталитические нейтрализаторы бывают двух видов: окислительные и трехкомпонентные (их еще называют бифункциональными). Первые уменьшают выбросы оксидов углерода и углеводородов на 80-90%, вторые снижают количество оксидов углерода, углеводородов и оксидов азота на 70-80%.
Окислительные нейтрализаторы на автомобилях с бензиновыми двигателями действуют как дожигатели продуктов неполного сгорания и снабжаются устройствами подачи дополнительного воздуха для поддержания реакции окисления. Это могут быть нагнетатели, пульсары или эжекторы.
В трехкомпонентном нейтрализаторе происходит, с одной стороны, восстановление оксидов азота до азота и кислорода и с другой - окисление оксидов углерода и углеводородов. Чтобы эти процессы протекали эффективно, нужно поддерживать состав горючей смеси в чрезвычайно узких пределах. Состав смеси регулируется с помощью датчика содержания кислорода, называемого l-зонд. Этот датчик фиксирует изменение концентрации кислорода в отработавших газах и подает сигнал в электронный блок управления подачей топлива, и уже электроника корректирует подачу топлива и восстанавливает оптимальный с точки зрения процессов нейтрализации состав смеси.
В выхлопных газах дизельных двигателей концентрация оксидов углерода и углеводородов значительно ниже, чем у двигателей с искровым зажиганием, однако они в больших количествах выбрасывают оксиды азота и твердые частицы, в основном сажу. Поэтому на дизелях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры и системы рециркуляции.
Сажевый фильтр представляет собой монолитный блок с большим числом заглушенных с одного конца параллельных каналов с пористыми стенками. Отработавшие газы проходят через пористые стенки из одного канала в другой и выходят с противоположной стороны через его незаглушенный конец. Фильтры делают из пенокерамики и пенометалла, поскольку поры этих материалов соизмеримы с размерами частиц дизельной сажи и задерживают их.