Экологическая оценка выбросов токсичных веществ

Введение

В современных условиях непрерывного роста автомобильного парка наиболее серьезными проблемами, которые предстоит решить человечеству, являются проблемы ухудшения экологии в результате технических воздействий и истощения природных ресурсов нефти и газа.

Обе эти проблемы определяющим образом влияют на развитие автомобильной отрасли промышленности в ближайшие десятилетия.

Развитие автомобиля шло по пути возрастающего приспособления его к требованиям относительно скорости, мощности, экономичности, эргономичности, дизайна и т.д. В настоящее время на первый план выходит требование улучшения приспособленности автомобиля к окружающей среде с экологической точки зрения.

Экологические проблемы эксплуатации

Автомобильного транспорта

В ряду проблем сохранения и улучшения среды обитания человека одной из серьезнейших является снижение выброса в атмосферу токсичных веществ с отработавшими газами автомобилей. Определяется это весьма значительной долей загрязнения воздуха в зоне дыхания человека, создаваемой отработавшими газами автомобильных двигателей, которая во многих городах при современном уровне автомобилизации достигает 80-90 % всех загрязнений, высокой токсичностью веществ, содержащихся в отработавших газах автомобилей. Количество автомобилей в мире превысило 600 млн. единиц и продолжает увеличиваться. Выделение вредных веществ автомобилями имеет существенные отличия от выделения их различными промышленными предприятиями. Эти отличия определяются выбросами отработавших газов непосредственно в зону дыхания человека, многочисленностью и мобильностью источников выделения токсичных веществ, концентрацией автомобилей в городах и т.д. В настоящее время человечество сжигает в год около 1,5 миллиардов тонн моторных топлив. Ввиду специфики двигателей внутреннего сгорания (малое время реакции горения, холодные стенки камеры сгорания и значительно большее, чем для стационарных топочных устройств, отношение поверхности камеры сгорания к ее объему) выбросы токсичных веществ при сжигании топлива автомобилями значительно больше, чем при сжигании его в стационарных топочных устройствах (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Выбросы токсичных веществ при сжигании топлива (кг/т топлива)

Токсичное вещество	Двигатели внутреннего сгорания	Электро- станция	Коммерческо-бытовое использование
Бензиновые	Дизельные
Оксид углерода   Оксиды азота   Органические соединения (углеводороды, альдегиды, фенолы и др.)   Кислородосо- держащие органичекие соединения   Сажа	35,4   2,4	26,1   6,1	0,005       0,5   0,08     1,3	0,025       0,26   0,25

Из табл. 1.1 видно, что выбросы бензиновых и дизельных двигателей значительно отличаются. Дизельный двигатель всегда работает со значительным избытком воздуха, давление в камере сгорания значительно выше, в результате резко снижаются относительно бензинового двигателя выбросы оксида углерода и несгоревших углеводородов при увеличении образования оксидов азота. Кроме того, в выбросах дизельных двигателей всегда содержится сажа, которой нет в отработавших газах бензиновых двигателей (при правильной регулировке двигателя и отсутствии детонационного горения).

Автомобильный транспорт по имеющимся оценкам является источником выброса более 90 % оксида углерода, более 60 % углеводородов и их кислородопроизводных и около 50 % оксидов азота от всех техногенных выбросов. Количество токсичных выбросов автомобилями определяется конструкцией их двигателей и качеством применяемых топлив. Улучшение эксплуатационных и экологических свойств топлив и совершенствование автомобильных двигателей являются задачами первостепенной важности, в нашей стране эти задачи особенно актуальны.

При эксплуатации автотранспортных средств происходит износ резиновых шин и тормозных накладок, что приводит к образованию резиновой и асбестосодержащей пыли. Выход резиновой пыли в зависимости от типа и пробега транспортных средств составляет 1,35–53,2 кг/авт в год(для легковых автомобилей – 1,35; грузовых –17,1; автобусов –53,2), а асбестосодержащей пыли 0,8 – 1,5 кг/авт в год.

Автомобильный транспорт является источником параметрического (энергетического) загрязнения окружающей среды – шума, вибрации оказывающих неблагоприятное воздействие на организм человека.

Процесс эксплуатации автомобильного транспорта связан с использованием инженерных сооружений – дорог, мостов, путепроводов. Автомобильная дорога как инженерное сооружение при своем проложении на местности нарушает природные ландшафты, изменяет режим стока поверхностных и грунтовых вод, оказывает другие негативные воздействия.

Таким образом, на этапе эксплуатации автомобильного транспорта весьма значимым является учет экологических ограничений, особенно на урбанизированных территориях.

Экологическая оценка выбросов токсичных веществ

Количественная оценка выбросов токсичных веществ не характеризует их экологической роли, т. к. отрицательное воздействие разных веществ на человеческий организм изменяется в очень широких пределах. Токсичность вещества оценивается его предельно допустимой концентрацией (ПДК). Применение шкалы ПДК позволяет оценивать роль различных выбросов. При этом существует большая неопределенность в величине ПДК для углеводородов и их оксипроизводных, которые определяются суммарно и имеют ПДК, отличающиеся на три порядка. Так как усреднение в данном случае проблематично, примем для этой группы ПДК равным ПДК диоксида азота ( в нормах предельно-допустимых выбросов (ПДВ) стран ЕС до 2000 г. углеводороды и их оксипроизводные и оксиды азота лимитировались суммарно). Для СО, NO₂, сажи среднесуточные ПДК составляют соответственно 3; 0,04; 0,05 мг/м ³.

Если при сжигании 1 кг топлива выделяется G_A г вещества A, имеющего предельно-допустимую концентрацию ПДК_А , то концентрация его в воздухе будет равна ПДК, если объем загрязненного воздуха равен . Такая же степень загрязнения воздуха веществом В будет при и суммарное загрязнение воздуха различными токсичными веществами можно рассчитать через вес одного вещества, принятого за эталон, определяя , где А – эталон. Примем за эталон оксид углерода. Тогда выбросы легковых автомобилей, соответствующих нормам Евро-4, можно представить в следующем виде (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Выбросы легковыми АТС

массой до 1250 кг по нормам Евро-4 в пересчете на СО, г/км

Допустимые выбросы в виде	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
г/км	%	г/км	%
СО	0,7	5,86	0,47	1,92
NOx	5,25	43,93	18,75	76,63
CH		50,21	3,75	15,32
Твердые частицы	-	-	1,5	6,13
Суммарно	11,95	100,00	24,47	100,00

Из данных табл. 1.2 следует, что в общей токсичности отработавших газов роль оксида углерода невелика - он обуславливает менее 2% суммарной токсичности для дизельных и менее 6% для бензиновых двигателей (фактически вклад оксида углерода в общую токсичность отработавших газов еще меньше, т.к. в табл. 1.2 не учитываются выбросы SO₂). Более 75% токсичности отработавших газов дизельных двигателей обуславливают оксиды азота, для бензиновых двигателей половина токсичности обусловлена углеводородами и их оксипроизводными и более 40% - оксидами азота.