Влияние автотранспорта на воздушный бассейн

Проблема загрязнения природной  среды - одна из глобальных проблем  современного мира. В связи с интенсивным  развитием промышленности и транспорта в атмосферу поступает все  большее количество вредных выбросов. На земном шаре практически невозможно найти место, где бы ни присутствовали, в той или иной концентрации, загрязняющие вещества. Одним из основных источников загрязнения окружающей среды  в деревне является транспорт.

Автомобильный транспорт  прочно вошел в повседневную жизнь  людей современного общества. В настоящее  время основная масса пассажирских и грузовых перевозок осуществляется автомобильным транспортом.

Увеличивающийся объем пассажирских и грузовых перевозок выполняемых  автомобильным транспортом приводит к значительному увеличению интенсивности  движения автомобильных потоков. В  свою очередь увеличение интенсивности  движения автомобилей приводит к  снижению их скорости, загрязнению  атмосферного воздуха отработавшими  газами автомобильных двигателей, увеличению уровня транспортного шума и числа  дорожно-транспортных происшествий.

Автотранспорт — подвижный  источник загрязнения, однако наибольшее его негативное воздействие сказывается  в городах. Автомобильные выхлопные  газы представляют смесь примерно 200 веществ. Основными вредными примесями  являются: оксиды углерода, азота, углеводороды, альдегиды, сернистые газы. Из-за неполного  сгорания топлива в двигателе  часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества. Весьма опасной составной частью выхлопных газов автомашин являются соединения, образующиеся при сгорании в двигателе тетраэтилсвинца, который добавляют к бензину. Выбросы угарного газа (СО), как и иных загрязнителей, в Беларуси, России, других странах СНГ во многом обусловлены низкими экологическими параметрами автомобилей.

Для большинства крупных  городов характерно чрезвычайно  сильное и интенсивное загрязнение  атмосферы. По большинству загрязняющих агентов, а их в городе насчитывается  сотни, можно с уверенностью сказать, что они, как правило, превышают  предельно допустимые концентрации. Более того, поскольку в городе наблюдается одновременное воздействие  множества загрязняющих агентов, их совместное действие может оказаться  еще более значительным. Широко распространено мнение о том, что с увеличением размеров города возрастает и концентрация раз-личных загрязняющих веществ в его атмосфере, однако в действительности, если рассчитывать среднюю концентрацию загрязнений на всю территорию города, то в многофункциональных городах с населением более 100 тыс. человек она находится примерно на одном и том же уровне и с увеличением размеров города практически не возрастает. Это объясняется тем, что одновременно с увеличением объемов вы-бросов, возрастающих пропорционально росту численности населения, расширяется и площадь городской застройки, которая и выравнивает средние концентрации за-грязнения в атмосфере.

Существенной особенностью крупных городов с населением более 500 тыс. человек является то, что  с увеличением территории города и численности его жителей  в них неуклонно возрастает дифференциация концентраций загрязнения в различных  районах. Наряду с невысокими уровнями концентрации загрязнения в периферийных районах, она резко увеличивается  в зонах крупных промышленных пред-приятий и, в особенности в центральных районах. В последних, несмотря на отсут-ствие в них крупных промышленных предприятий, как правило, всегда наблюдают-ся повышенные концентрации загрязнителей атмосферы. Это вызывается как тем, что в этих районах наблюдается интенсивное движение автотранспорта, так и тем, что в центральных районах атмосферный воздух обычно на несколько градусов вы-ше, чем в периферийных, – это приводит к появлению над центрами городов восхо-дящих воздушных потоков, засасывающих загрязненный воздух из промышленных районов, расположенных на ближней периферии. При анализе процессов загрязне-ния атмосферы городов весьма существенно различие между загрязнениями, произ-водимыми стационарными и мобильными источниками. Как правило, с увеличением размера города доля мобильных источников загрязнения (в основном автотранспор-та) в общем загрязнении атмосферы возрастает, достигая 60 и даже 70%.

Существующие соотношения  между стационарными и мобильными источни-ками загрязнения атмосферного воздуха в значительной мере определяют его харак-тер.

Стационарные источники  выбрасывают в воздух главным  образом сернистый газ (150 т в  сутки в расчете на каждые 500 тыс. населения во время отопительного  сезона), окислы азота (100 т в сутки  при том же расчете), а также  некоторое количе-ство угарного газа, фенолов, серной кислоты и других загрязняющих веществ в за-висимости  от специфики промышленного производства города и состава исполь-зуемого  в нем топлива. Относительно недавно  стационарные источники выбрасыва-ли в атмосферу значительное количество пыли разнообразного химического состава, но в настоящее время существующие газоочистные установки задерживают  более 95% всех твердых частиц, образующихся при сгорании топлива, но практически  не улавливают газовых составляющих.

Другой особенностью стационарных источников является то, что их сбросы в атмосферу, в отличие от мобильных  источников, происходят, как правило, на боль-шой высоте, что приводит к тому, что производимые ими загрязнения  распростра-няются на большой территории (в зависимости от высоты труб). Эти  зоны, наклады-ваясь друг на друга, образуют области устойчивых загрязнений  в промышленных районах города, распространяющихся на высоту до 150 м и более.

Как уже указывалось, доля стационарных источников загрязнения  атмосферы городов имеет тенденцию  к неуклонному сокращению, и это  объясняется не столько ростом автомобильного парка, сколько тем, что уменьшить  объем выбросов у ста-ционарных  источников значительно проще, чем  у автомобилей. Оно производится одновременным проведением ряда мероприятий: введением центрального отопле-ния, ликвидацией мелких котельных, газификацией промышленного производства и топливно-энергетического комплекса, установкой газоочистных систем. Важно  от-метить, что существующие ныне проекты  сероулавливающих установок позволяют  уже в ближайшее время превратить крупные города в мощные источники  производ-ства серосодержащих соединений и в первую очередь серной кислоты. Так, при утилизации 90% сернистого газа, сбрасываемого ныне в атмосферу, можно получать до 170—180 т серной кислоты в сутки во время отопительного  сезона в расчете на город с 500 тыс. населения.

В настоящее время большие  надежды в области охраны воздушного бассейна связываются с максимальной газификацией промышленности и топливно-энергетического  комплекса, однако эффект газификации  не следует преувеличивать. Дело в  том, что перевод с твердого топлива  на газ, конечно, резко снижает объемы серосодержащих выбросов, но увеличивает  выбросы окислов азота, утилизация ко-торых еще является технически проблематичной. Сходная ситуация складывается и при сокращении выбросов угарного газа, являющегося продуктом неполного  сгора-ния топлива. Совершенствуя  режимы горения, можно свести выбросы  угарного газа до минимума, но одновременно с повышением температуры увеличивается  и окис-ление атмосферного азота, приводящее к росту объемов окислов  азота, сбрасывае-мых в атмосферу. В отличие от стационарных источников загрязнение воздушного бассейна автотранспортом  происходит на небольшой высоте и  практически всегда имеет локальный  характер. Так, концентрации загрязнений, производимых автомо-бильным транспортом, быстро уменьшаются по мере отдаления  от транспортной магистрали, а при  наличии достаточно высоких преград (например, в закрытых дво-рах домов) могут снижаться более чем  в 10 раз.

В целом выбросы автотранспорта значительно более токсичны, чем  выбросы, производимые стационарными  источниками. Наряду с угарным газом, окислами азота и сажей (у дизельных  автомашин) работающий автомобиль выделяет в окру-жающую среду более 200 веществ  и соединений, обладающих токсическим  действием. Среди них следует  выделить соединения тяжелых металлов и некоторые угле-водороды, особенно бензапирен, обладающий выраженным канцерогенным  эффек-том.

Несомненно, что в ближайшем  будущем загрязнение воздушного бассейна го-родов автомобильным  транспортом будет представлять наибольшую опасность. Это объясняется  главным образом тем, что в  настоящее время еще не существует карди-нальных решений данной проблемы, хотя нет недостатка в отдельных  технических проектах и рекомендациях.

Кратко охарактеризуем основные направления решения проблемы уменьшения загрязнения окружающей среды автотранспортом.

Совершенствование двигателя  внутреннего сгорания.

Это технически вполне реальное направление может снизить удельное по-требление топлива на 10—15%, а  также уменьшить объемы выбросов на 15—20%. Бесспорно, что этот путь может  стать весьма эффективным в самое  ближайшее вре-мя, поскольку не требует  серьезных перестроек ни в автомобилестроении, ни в сис-теме обслуживания и эксплуатации автомобиля. Здесь следует лишь учесть то, что реальный экологический эффект этих мероприятий не столь высок, как представля-ется на первый взгляд, поскольку, например, снижение объемов выбросов угарного газа в значительной мере восполняется увеличением выбросов окислов азота.

Одной из важнейших проблем снижения отрицательного воздействия автомобильного транспорта на окружающую природную  среду является снижение загрязнения  атмосферного воздуха отработавшими  газами автомобильных двигателей. О  важности этой проблемы свидетельствует  принятие закона СССР "Об охране атмосферного воздуха" /5/, а также то, что  отработавшие газы автомобильных двигателей выбрасываются непосредственно  в местах пребывания людей.

В следствие отрицательного действия токсичных веществ, содержащихся в  отработавших автомобильных газах, на здоровье и деятельность водителей  и их влияния на безопасность дорожного  движения решение проблемы загрязнения  воздуха автомобильными газами предусматривается  комплексной программой 2.57.03. "Повысить уровень организации и безопасности движения на автомобильных дорогах?

Вопросам отрицательного воздействия  токсичных веществ, содержащихся в  отработавших газах автомобильных  двигателей, на здоровье людей и  снижения этого воздействия посвящено  большое количество исследований, выполненных  как в нашей стране, так и  за рубежом. В результате исследований Вигдорчика H.A., Даценко И.И., Забежинского М.А., Келыптейна Л.Я., Лыковой A.C., Ману-саджянца Ж.Г., Парцефа Д.П., Фельдмана Ю.Г., Хейманн Г., Хесиной А.Я., Шабад J1.M., Шульги Т.М., А Ulms Р. Я, Böcher W., Cohen £.!., Everett М.Я., Goldsmith J.R., RockweU Т.Н., Weir F. W. установлено, что отработавшие газы автомобильных двигателей представляют серьезную опасность для здоровья людей, а подверженность водителей высоким концентрациям загрязнения воздуха токсичными веществами может способствовать возникновению дорожно-транспортных происшествий.

В целях охраны здоровья людей разработаны  санитарные нормы, устанавливающие  предельно допустимые концентрации токсичных веществ в воздухе. Однако в условиях высокой интенсивности  движения автомобилей содержание токсичных  веществ, выбрасываемых с отработавшими  газами автомобильных двигателей, в  воздухе мест пребывания людей в  значительной степени превышает  установленные санитарные нормы. Это  вызвало необходимость проведения обширных работ, направленных на борьбу с загрязнением воздуха отработавшими  газами автомобильных двигателей.

Проводятся работы по конструктивному  совершенствованию двигателей для  автомобилей, направленные на снижение выброса ими токсичных веществ. Однако достигнутые результаты в  этой области пока не приносят желаемого  эффекта.

В результате исследований Вебра Э.Ю., Даценко И.И., Кириллова Г.П., Парцефа Д.П., Сидоренко В.Ф., Фельдмана Ю.Г. и других установлены возможные пассивные меры борьбы с загрязнением воздуха жилых территорий отработавшими автомобильными газами методами планировки застройки и озеленением. Однако разработанные рекомендации не приводят к общему снижению загрязнения атмосферного воздуха, так как они не оказывают влияния на источник загрязнения - автомобили.

Исследования Арамяна П.А., Буштуевой К.А., Варшавского И. JI., Гончарова И.В., Кириллова Г.П., Курова Б.А., Игнатовича И.

В., Кутенева В.Ф., Парцефа Д.П., Сидоренко В.Ф., Скорченко В.Ф.,

Треплина В.Г., Чалабова В.Г., Chcxpoux т. Е., Chase ХО. СмаКо F.J., Hughest K.J., Ни mi d. W., Kent J.H., PfeLfer F.,Re5eEe P. показали, что выделение окиси углерода с отработавшими газами автомобильных двигателей в значительной степени определяется дорожными условиями и режимом движения автомобилей.

В то же время вопросы влияния  дорожных условий, особенно условий  движения в населенных пунктах и  городах, на загрязнение атмосферного воздуха отработавшими автомобильными газами изучены еще недостаточно. Исследованию этих вопросов посвящена  настоящая работа.

Целями работы являются разработка метода оценки влияния дорожных условий  движения, в том числе на городских  улицах и дорогах, на массовый выброс окиси углерода автомобилями с бензиновыми  двигателями и на основе этого  метода провести исследования и разработать  практические рекомендации по снижению загрязнения атмосферного воздуха  выбрасываемой автомобилями окисью углерода. Для достижения этих целей  необходимо было решить следующие задачи: исследовать содержание окиси углерода в объеме отработавших газов бензиновых автомобильных двигателей при различных  режимах и условиях движения автомобилей; разработать модель установившегося  движения плотного потока автомобилей, позволяющую учитывать изменение  условий движения при оценке их воздействия  на загрязнение атмосферного воздуха  отработавшими газами автомобильных  двигателей; разработать модель для  определения скорости движения автомобилей, развиваемой ими после остановки  перед регулируемыми перекрестками  в зависимости от расстояния между  перекрестками, позволяющей учитывать  влияние расстояний мевду регулируемыми  перекрестками на загрязнение атмосферного воздуха; разработать модель неустановившегося  движения плотного потока автомобилей, учитывающую дорожные условия и  позволяющую оценивать воздействие  движения автомобилей в неустановившихся режимах на загрязнение атмосферного воздуха.