4 Забруднення атмосферного повітря вантажним автотранспортом
Внаслідок забруднення довкілля шкідливими вещест-вами відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння зоною екологічного лиха для населення стають цілі регіони, особливо великі міста. Проблема даль-шого зниження шкідливих викидів двигунів все більше загострюється через постійного зростання парку експлуатованих автотранспортних засобів, ущільнення автотранспортних по-струмів, нестабільності показників самих заходів по знижуючи-нию шкідливих речовин в процесі експлуатації. У грошовому обчисленні вели-чину щорічного екологічного збитку (забруднення атмосфери, шум, вплив на клімат) від функціонування автотранспортного комплексу Росій-ської Федерації досягає 2-3% валового національного продук-ту при загальних екологічних втрати 10% і витратах на природоохоронні заходи не більше 1%. Основна частка збитків від автотранспорту (78%) пов'язана з забрудненням атмо-сферного повітря викидами шкідливих речовин (що багато в чому пояснюється низькою якістю вітчизняних палив в порівнянні з європейськими стандартами), 16% збитку припадає на наслідки шумового впливу транспорту на населення.
Бенз (а) пірен мкг / м
Основним токсичним компонентом відпрацьованих газів, що виділяються при роботі бензинових двигунів, є окис вуглецю. Вона утворюється при неповному окисленні углер-да палива через нестачу кисню у всьому обсязі циліндра двигуна або в окремих його частинах.
Основним джерелом токсичних речовин, що виділяються при роботі дизелів, є відпрацьовані гази. Картерів гази дизеля містять значно меншу кількість вуглеводнів в порівнянні з бензиновим двигуном в зв'язку з тим, що в дизелі-ле стискається чисте повітря, а прорвалися в процесі роз-ренію гази містять невелику кількість вуглеводневих со-єднань, які є джерелом забруднень атмосфери.
Бенз (а) пірен мкг / м
Забруднення повітря автомобільним транспортом відбувається в результаті спалювання палива. Хімічний склад викидів залежить від виду і якості палива, технології вироб-ництва, способу спалювання в двигуні і його технічного со-стояння.
Найбільш несприятливими режимами роботи є малі швидкості і «холостий хід» двигуна, коли в атмосферу викидаються забруднюючі речовини в кількостях, значи-тельно перевищують викид на навантажувальних режимах.
Техниче-ське стан двигуна безпосередньо впливає на екологічн-ські показники викидів. Відпрацьовані гази бензинового дві-гатель з неправильно відрегульованими запалюванням і карбюра-тором містять оксид вуглецю в кількості, що перевищує норму в 2-3 рази.
Відпрацьовані гази двигуна внутрішнього згоряння містять близько 200 компонентів. Період їх існування триває від декількох хвилин до 4-5 років. За хімічним складом і властивостями, а також характером впливів-ствия на організм людини їх об'єднують в групи.
Друга група. До цієї групи відносять тільки одна речовина - оксид вуглецю, або чадний газ (СО). Продукт неповного згор-Ранія нафтових видів палива, він не має кольору і запаху, легший за повітря. У кисні і на повітрі оксид вуглецю горить блакитно-ватим полум'ям, виділяючи багато теплоти і перетворюючись на вуглекислий газ.
Оксид вуглецю має виражену отруйною дією. Вона зумовлена його здатністю вступати в реак-цію з гемоглобіном крові, приводячи до утворення карбоксигемоглобіну, який не пов'язує кисень. Внаслідок цього порушується газообмін в організмі, з'являється кисневе голо-ня і порушується функціонування всіх систем організму. Отруєння чадним газом часто схильні до водії авто-транспортних засобів при ночівлі в кабіні з працюючим дві-гатель або при прогріванні двигуна в закритому гаражі.
Третя група. В її складі оксиди азоту, головним чином, NO- оксид азоту іNO2 - діоксид азоту. Це гази, що утворюються в камері згоряння двигуна при температурі 2800 ° С і тиску око-ло 1 МПа. Оксид азоту - безбарвний газ, не взаємодіє з водою і мало розчинний в ній, не вступає в реакції з розчину-ми кислот і лугів. Легко окислюється киснем повітря і утворює діоксид азоту. При звичайних атмосферних условіяхNOполностью перетворюється вNO2 - газ бурого кольору з характерним запахом. Він важчий за повітря, тому збирається в поглибленнях, канавах і становить велику небезпеку при технічному об-обслуговуванні транспортних засобів.
Четверта група. В ту ж саму численну по со-ставу групу входять різні вуглеводні, тобто з'єднання типу СХ НУ - етан, метан, бензол, ацетилен і ін. Токсичні віщо-ства. У відпрацьованих газах містяться вуглеводні різних гомологічних рядів: парафінові (алкани), нафтенові (циклани) і ароматичні (бензольні), всього близько 160 компонен-тів. Вони утворюються в результаті неповного згоряння палива в двигуні.
Незгорілі вуглеводні є однією з причин появ-лення білого або голубого диму. Це відбувається при запізнюючись-ванні займання робочої суміші в двигуні або при знижений-них температурах в камері згоряння.
Вуглеводні під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця вступають в реакцію з оксидами азоту, в результаті обра-ся нові токсичні продукти - фотооксидантами, які показують-ся основою «смогу» (від англ, smoke- дим іfog- туман).
Головним токсичним компонентом смогу є озон. До фотооксидантами також відносяться чадний газ, сполуки азоту, перекису і ін. Фотооксидантами біологічно активні, мають шкідливий вплив на живі організми, ведуть до зростання легоч-них і бронхіальних захворювань людей, руйнують гумові вироби, прискорюють корозію металів, погіршують умови видимості.
П'ята група. Її складають альдегіди - органічні сполуки,
містять альдегідну групу С. пов'язану з вуглеводневим
У відпрацьованих газах присутні в основному формальде-гід, акролеїн і оцтовий альдегід. Найбільша кількість аль-дегідов утворюється на режимах холостого ходу і малих навантажень, коли температури згоряння в двигуні невисокі.
Формальдегід НСНО - безбарвний газ з неприємним запа-хом, важчий за повітря, легко розчинний у воді. Він подразнює слизові оболонки людини, дихальні шляхи, вражає цін-тральних нервову систему. Обумовлює запах відпрацьованих газів, особливо у дизелів.
Акролеїн СН2 = СН-СН = О, або альдегід акрилової кислоти, - безбарвний отруйний газ із запахом підгоріли жирів. Ока-показують вплив на слизові оболонки.
Оцтовий альдегід СН3 СНО - газ з різким запахом і ток-Січной дією на людський організм.
Шоста група. У неї входять зважені тверді речовини (сажа та інші дисперсні частинки (продукти зносу двигунів, аерозолі, масла, нагар і ін.)), Які складаються з мелкодісперс-них частинок (діаметром менше 1 мкм), здатні перебувати в підвішеному стані протягом доби . Вони складаються з різних матеріалів, включаючи неорганічну золу, кислі сульфати або нітрати, дим, що містить поліциклічні ароматичні уг-леводороди, тонкодисперсную пил, залишки свинцю і азбесту.
Проблема забруднення повітря міст світу зваженими частинками діаметром менше 10 мкм, звані зазвичай РМ-10, визнана однією з найважливіших.
ВУкаіни увагу цій проблемі починає приділятися толь-ко зараз. На мережі моніторингу забруднення атмосфери вУкаіни вимірюються концентрації лише суми зважених речовин.
Для розвитку мережі станцій, які вимірюють концентрації мелкодіс-палої зважених часток діаметром менше 10 мкм недостатньо-точно фінансових ресурсів.
Поліциклічні ароматичні вуглеводні від-носяться до великої кількості органічних сполук, хімічна структура яких складається з двох і більше бензольних кілець. Найбільш широко відоме з'єднання - бенз (а) пірен.
Сажа - частинки твердого вуглецю чорного кольору, утворюють-щіеся при неповному згорянні і термічному розкладанні вугле-відрядив палива. Вона не становить безпосередньої небез-ності для здоров'я людини, але може дратувати дихальні шляхи. Створюючи димний шлейф за транспортним засобом, сажа погіршує видимість на дорогах.
Найбільшої шкоди сажі проявля-ється в адсорбції на її поверхні бенз (а) пірену, який в цьому випадку надає більш сильний негативний вплив на організм людини, ніж в чистому вигляді. Тому зменшення її викидів - вельми актуальне завдання, від вирішення якої залежать як екологічні показники повітряного басейну, так і роз-нення дизельного транспорту в цілому. В даний час для очи-стки відпрацьованих газів дизелів від сажі (твердих) частинок в багатьох країнах знаходять застосування сажові фільтри.
За даними роботи, діаметр первинних часток саж становить 0,02-0,17 мкм. У відпрацьованих газах сажа знаходиться в вигляді утворень неправильної форми розміром 0,3-100 мкм. Найбільша кількість частинок сажі має розміри до 0,5 мкм.
Значно більше сірки присутній в дизельних паливах в порівнянні з іншими видами палив, які використовуються на транс-порте.
Для вітчизняних родовищ нафти (особливо в вос-точних районах) характерний високий відсоток присутності сірки і сірчистих сполук. Тому і отримується з неї дизельне паливо за застарілими технологіями відрізняється більш важким фракційним складом і разом з тим гірше очищено від сірчано-стих і парафінових сполук.
Восьма група. Компоненти цієї групи - свинець і його со-єднання - зустрічаються в відпрацьованих газах карбюраторних автомобілів тільки при використанні етилованого бензину, що має в своєму складі присадку, що підвищує октанове число. Воно визначає здатність двигуна працювати без дитино-нації. Чим вище октанове число, тим більш стійкий бензин проти детонації. Детонаційне згоряння робочої суміші протікає з надзвуковою швидкістю, що в 100 разів швидше нормального. Робота двигуна з детонацією небезпечна тим, що двигун пере-Гревал, потужність його падає, а термін служби різко скорочує-ся. Збільшення октанового числа бензину сприяє зниженню можливості настання детонації.
Як присадки, що підвищує октанове число, використовують антидетонатор - ці-ловую рідина Р-9. Бензин з додаванням етилової рідини стає етілірованним. До складу етилової рідини входять власне антидетонатор - тетраетилсвинець РЬ (С2 Н5) 4, виносітель - бромистий етил (ВгС2 Н5) і амонохлорнафталін, наповни-тель - бензин Б-70, антиокислювач - параоксидіфеніламін і барвник.
При згорянні етилованого бензину виносітель сприяє видаленню свинцю і його оксидів з камери згоряння, перетворюючи їх в пароподібний стан. Вони разом з відпрацьованого-тавшімі газами викидаються в навколишній простір і осідають поблизу доріг.
У придорожньому просторі приблизно 50% викидів свинцю у вигляді мікрочастинок відразу розподіляються на прилеглих-щей поверхні. Інша кількість протягом декількох годин знаходиться в повітрі у вигляді аерозолів, а потім також осажен-дається на землю поблизу доріг.
Таблиця 4.3 - Деякі показники фізико-хімічних властивостей автомобільних бензинів по ГОСТ 2084 - 77 і ОСТ 38.01.9 - 75
У розвинених країнах світу застосування етилованого бен-зина обмежується або вже повністю припинено не тільки через високу токсичність присадки Р-9, а й через через його не-сумісності з каталітичними нейтралізаторами відпрацювавши-ших газів. Досить однієї заправки етилованим бензином, щоб вивести з ладу активний шар дорогого нейтрали-затору і датчика вільного кисню (Х-зонда), тобто позбавити ав-автомобіль інструментів придушення СО, СН, NOX та стехіометричного дозування палива з подальшими непередбачуваними наслідками, аж до загоряння автомобіля.
Негативний вплив на екосистеми надають не тільки розглянуті компоненти відпрацьованих газів двигунів, ви-ділені в вісім груп, а й самі вуглеводневі палива, масла і мастила. Володіючи великою здатністю до випаровування, особливо при підвищенні температури, пари палив і олив рас-ється в повітрі і негативно впливають на атмосферне повітря.
Необхідною умовою успішного розвитку однієї з найважливіших складових матеріально-технічної бази будь-якого суспільства є автодорожній комплекс. У всьому світі автомобільний транспорт набуває все більш інтенсивний розвиток: за обсягом перевезень він в чотири рази перевершує всі інші види транспорту, разом узяті. Однак, поряд з очевидними перевагами, процес розвитку автодорожнього комплексу супроводжується зростаючим негативним впливом на навколишнє середовище.
Специфіка джерел забруднення (автомобілів) проявляється:
- в високих темпах зростання чисельності автомобілів;
- в їх просторової розосередження (автомобілі розподіляються по території і створюють загальний підвищений фон забруднення);
- в безпосередній близькості до житлових районів (автомобіл-ли заповнюють всі місцеві проїзди і двори житлової забудови);
- в більш високу токсичність викидів автотранспорту;
- в складності технічної реалізації засобів захисту від забруднень на рухомих джерелах;
- в низькому розташуванні джерела забруднення від земної поверхні, в результаті чого відпрацьовані гази автомобілів скупчуються в зоні дихання людей (приземному шарі) і слабкіше розсіюються природним чином (навіть при вітрі) по порівняй-нію з промисловими викидами, які, як правило, здійснюва-ються через димові і вентиляційні труби значною ви-стільники.
Перераховані особливості рухливих джерел приво-дять до того, що автотранспорт створює в містах великі зони зі стійким перевищенням санітарно-гігієнічних нормативів забруднення повітря.
Забруднення атмосфери рухомими джерелами авто-транспорту відбувається в більшій мірі відпрацьованими газами через випускну систему двигуна автомобіля, а також, в мен-ший ступеня, картерів газами через систему вентиляції картера двигуна і вуглеводневими випаровуваннями бензину з системи живлення двигуна (бака, карбюратора, фільтрів, трубо-проводів) при заправці і в процесі експлуатації.
Відпрацьовані гази автомобілів з карбюраторними двига-ками в числі найбільш токсичних компонентів містять оксид вуглецю, оксиди азоту і вуглеводні, а гази дизелів - оксиди азоту, вуглеводні, сажу і сірчисті з'єднання. Один авто-мобіль щорічно поглинає з атмосфери в середньому більше 4 т кисню, викидаючи при цьому з відпрацьованими газами при-мірно 800 кг чадного газу, 40 кг оксидів азоту і майже 200 кг різних вуглеводнів. Зниженню токсичності і нейтрализа-ції відпрацьованих газів приділяється основна увага, і в цьому напрямку ведеться постійний пошук ефективних техниче-ських рішень.
Картерів гази вносять свою частку в забруднення атмосфер-ного повітря. Їх кількість в двигуні зростає з увеличени третьому зносу. Крім того, воно залежить від умов руху і режи-мов роботи двигуна. На холостому ходу система вентиляції картерних газів, якою оснащені практично всі современ-ні двигуни, працює менш ефективно, що погіршує еколо-ня показники автомобілів.
Випари бензину мають місце при роботі двигуна і в неробочому стані. Внутрішня порожнина бензобака автомобіля завжди повідомляється з атмосферою для підтримки тиску всередині бака на рівні атмосферного в міру вироблення бензину, що є необхідною умовою нормальної роботи всієї систе-ми харчування двигуна, але в той же час створює умови для ис-ширяння легких фракцій бензину і забруднення ними повітря.