Методический подход к оценке экологической эффективности
И экономичности мероприятий
Загрязнение воздуха городов токсичными веществами, выбрасываемыми автотранспортом, обусловливает во многих случаях концентрацию токсичных веществ в воздухе в зоне дыхания, во много раз превышающую безвредную для здоровья человека.
Выбросы токсичных веществ автомобилями зависят как от технического совершенства автомобилей и их двигателей, так и от экологических свойств моторных топлив.
При сгорании моторных топлив в бензиновых и дизельных двигателях при стехиометрическом (a = 1) или сверхстехиометрическом (a > 1) соотношении кислород воздуха – топливо помимо основных продуктов полного окисления – воды и диоксида углерода – образуются и выбрасываются с отработавшими газами в воздух токсичные вещества: оксиды углерода, азота, органические кислородсодержащие соединения, несгоревшие углеводороды, сажа, а при использовании свинцовых антидетонаторов (этилированных бензинов) - свинец (в виде бромидов и хлоридов).
Таблица 1.1
Исходные данные для решения
| Номер вариантаа | Выбросы токсичных веществ автомобилем с бензиновым двигателем, г/км | Выбросы токсичных веществ автомобилем с дизельным двигателем, г/км | |||||||||||||||||||
| CO | NO2 | CmHn | CO | NO2 | CmHn | Сажа | |||||||||||||||
| 0* | 1** | 2*** | |||||||||||||||||||
| 0,70 | 0,07 | 0,49 | 0,07 | 0,03 | 0,04 | 0,08 | 0,008 | 0,05 | 0,47 | 0,09 | 0,33 | 0,25 | 0,25 | 0,19 | 0,05 | 0,01 | 0,03 | 0,025 | 0,013 | 0,015 | |
| 2,72 | 0,30 | 1,90 | 0,47 | 0,19 | 0,33 | 0,50 | 0,01 | 0,33 | 2,72 | 0,30 | 2,31 | 0,47 | 0,47 | 0,30 | 0,50 | 0,10 | 0,33 | 0,14 | 0,07 | 0,08 | |
| 2,20 | 0,20 | 1,40 | 0,25 | 0,05 | 0,18 | 0,50 | 0,05 | 0,33 | 1,00 | 0,10 | 0,70 | 0,46 | 0,46 | 0,29 | 0,23 | 0,02 | 0,15 | 0,08 | 0,04 | 0,04 | |
| 1,50 | 0,20 | 1,00 | 0,14 | 0,03 | 0,10 | 0,17 | 0,02 | 0,11 | 0,60 | 0,06 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,39 | 0,06 | 0,04 | 0,05 | 0,03 | 0,03 | ||
| 2,0 | 0,2 | 1,3 | 0,17 | 0,03 | 0,13 | 0,25 | 0,03 | 0,16 | 0,80 | 0,08 | 0,68 | 0,70 | 0,70 | 0,50 | 0,08 | 0,05 | 0,06 | 0,03 | 0,03 | ||
| 12,41 | 1,24 | 8,69 | 1,90 | 0,76 | 1,40 | 2,11 | 0,21 | 1,37 | 3,10 | 0,30 | 2,60 | 5,60 | 5,60 | 4,20 | 1,10 | 0,10 | 0,72 | 0,18 | 0,09 | 0,09 | |
| 7,00 | 1,40 | 4,90 | 0,21 | 0,08 | 0,16 | 0,26 | 0,05 | 0,17 | 2,30 | 1,90 | 2,50 | 2,50 | 1,88 | 0,90 | 0,59 | 0,20 | 0,10 | 0,10 | |||
| 5,50 | 1,10 | 3,90 | 0,17 | 0,07 | 0,12 | 0,20 | 0,02 | 0,13 | 2,00 | 0,20 | 1,70 | 5,00 | 5,00 | 3,75 | 1,20 | 0,10 | 0,78 | 0,19 | 0,10 | 0,10 | |
| 3,00 | 0,30 | 2,10 | 0,20 | 0,08 | 0,35 | 0,30 | 0,03 | 0,19 | 1,50 | 0,20 | 1,28 | 5,40 | 5,40 | 4,20 | 1,00 | 0,10 | 0,65 | 0,14 | 0,07 | 0,07 | |
| 2,00 | 0,20 | 1,40 | 0,19 | 0,08 | 0,14 | 0,23 | 0,02 | 0,13 | 0,90 | 0,77 | 0,49 | 0,49 | 0,36 | 0,16 | 0,10 | 0,08 | 0,04 | 0,04 | |||
| 1,80 | 0,20 | 1,26 | 0,12 | 0,05 | 0,08 | 0,16 | 0,02 | 0,10 | 0,50 | 0,43 | 0,60 | 0,60 | 0,45 | 0,05 | 0,03 | 0,05 | 0,03 | 0,03 | |||
| 9,00 | 1,00 | 6,30 | 1,50 | 0,60 | 1,11 | 1,80 | 0,18 | 1,10 | 2,40 | 0,20 | 2,00 | 4,20 | 4,20 | 3,27 | 0,70 | 0,07 | 0,46 | 0,15 | 0,07 | 0,08 | |
| 4,00 | 0,40 | 2,80 | 0,70 | 0,28 | 0,51 | 0,90 | 0,09 | 0,59 | 1,30 | 0,10 | 1,00 | 5,20 | 5,20 | 4,06 | 1,40 | 0,14 | 0,90 | 0,21 | 0,11 | 0,11 | |
| 1,60 | 0,20 | 1,20 | 0,15 | 0,06 | 0,11 | 0,19 | 0,03 | 0,12 | 0,70 | 0,60 | 0,70 | 0,70 | 0,55 | 0,07 | 0,05 | 0,07 | 0,05 | 0,05 | |||
| 1,70 | 0,30 | 1,20 | 0,16 | 0,06 | 0,11 | 0,20 | 0,02 | 0,13 | 0,80 | 0,70 | 0,90 | 0,90 | 0,70 | 0,08 | 0,05 | 0,06 | 0,03 | 0,03 | |||
| 1,80 | 0,40 | 1,30 | 0,20 | 0,08 | 0,14 | 0,25 | 0,04 | 0,14 | 0,90 | 0,80 | 0,80 | 0,80 | 0,60 | 0,09 | 0,06 | 0,08 | 0,04 | 0,04 | |||
| 1,90 | 0,20 | 1,30 | 0,21 | 0,08 | 0,14 | 0,25 | 0,03 | 0,14 | 0,60 | 0,50 | 0,60 | 0,60 | 0,45 | 0,06 | 0,04 | 0,06 | 0,03 | 0,04 | |||
| 2,00 | 0,20 | 1,40 | 0,20 | 0,08 | 0,14 | 0,26 | 0,03 | 0,17 | 2,10 | 0,20 | 1,80 | 5,00 | 5,00 | 0,38 | 0,66 | 0,07 | 0,43 | 0,10 | 0,05 | 0,05 | |
| 2,00 | 0,20 | 1,40 | 0,18 | 0,07 | 0,13 | 0,22 | 0,02 | 0,14 | 1,50 | 0,10 | 1,30 | 3,50 | 3,50 | 2,63 | 0,46 | 0,05 | 0,29 | 0,04 | 0,02 | 0,02 | |
| 2,30 | 0,40 | 1,60 | 0,22 | 0,08 | 0,14 | 0,27 | 0,03 | 0,18 | 4,00 | 0,40 | 3,40 | 7,00 | 7,00 | 5,30 | 1,10 | 0,10 | 0,70 | 0,15 | 0,07 | 0,08 | |
| 0,70 | 0,50 | 0,08 | 0,03 | 0,06 | 0,09 | 0,06 | 0,48 | 0,05 | 0,41 | 0,3 | 0,3 | 0,23 | 0,06 | 0,04 | 0,03 | 0,015 | 0,015 | ||||
| 1,40 | 0,10 | 0,90 | 0,16 | 0,60 | 0,12 | 0,18 | 0,12 | 0,12 | 0,75 | 0,05 | 0,64 | 0,60 | 0,60 | 0,45 | 0,05 | 0,03 | 0,04 | 0,02 | 0,02 |
* Выбросы до проведения природоохранного мероприятия.
** Выбросы после природоохранного мероприятия 1.
| |
Образование токсичных веществ в бензиновых и дизельных двигателях имеет свои особенности и отличия, ввиду этого и состав отработавших газов отличается. Основные токсичные продукты отработавших газов бензиновых двигателей (в современных бензиновых двигателях соотношение воздух–топливо автоматически поддерживается в пределах 1,00÷1,02 относительно стехиометрического) – продукты неполного горения топлива: оксид углерода (CO) и недогоревшие углеводороды (CmHn). Дизельный двигатель работает со значительным избытком воздуха, и микродиффузионный режим сгорания топлива создает условия образования токсичных веществ, значительно отличающиеся от условий в бензиновых двигателях. Поэтому в дизельных двигателях образование оксидов азота значительно выше, чем в бензиновых двигателях, а образование оксида углерода – много меньше. В то же время в дизельных двигателях значительно выше степень полного и неполного окисления углеводородов, и, следовательно, значительно меньше выбросы суммы углеводородов и их оксипроизводных (но доля выбросов альдегидов в 1,5÷4 раза выше), чем в бензиновых двигателях. Кроме того, в выбросах дизельных двигателей всегда содержится сажа ввиду особенностей диффузионного горения.
Для оценки суммарной токсичности отработавших газов необходимо знать ПДК токсичных компонентов выбросов. Обычно при оценке токсичности веществ, выбрасываемых в воздух автотранспортом, исходили из значений максимальной разовой ПДК. Однако в настоящее время города настолько насыщены автомобилями, что правильнее пользоваться среднесуточными ПДК. При этом существует большая неопределенность в величине ПДК для группы токсичных веществ CmHn, т. к. определяется сумма горючих, кроме СО, включающая в себя малотоксичные и чрезвычайно токсичные вещества (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Предельно допустимые концентрации некоторых веществ,
входящих в группу CmHn отработавших газов АТС
| Вещество | Предельно допустимая концентрация, мг/м3 | |
| максимальная разовая | среднесуточная | |
| Бутан | - | |
| Гексан | - | |
| Бутен | ||
| Гексен | 0,4 | 0,085 |
| Бензол | 1,5 | 0,1 |
| Формальдегид | 0,035 | 0,003 |
| Бенз(a)пирен | - | 10-6 |
Поскольку усреднение ПДК в данном случае проблематично, постольку мы принимаем для группы CmHn ПДК равным ПДК NO2 (в нормах ПДВ (предельно допустимых выбросов) стран ЕС до 2000 г. CmHn и NOx, определяемые в виде NO2, лимитировались суммарно). Ниже приведены среднесуточные ПДК основных токсичных компонентов отработавших газов:
Вещество ПДКСС, мг/м3
NO2……………………………0,04
CO……………………………..3,00
CmHn …………………………..0,04
Твердые частицы
(сажа)………………………....0,05