2.2.2. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами автотранспорта (по концентрации со)

Одним из наиболее распространённых источников загрязнения атмосферы является автомобильный транспорт. Транспортные средства – автомобили, дорожные машины и другие средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) – являются мощными источниками загрязнения природной среды. Автомобильные ДВС загрязняют атмосферу вредными веществами, выбрасываемыми с отработавшими газами (ОГ), картерными газами и топливными испарениями. При этом 95–99 % вредных выбросов приходится на ОГ, представляющие собой аэрозоль сложного, зависящего от режима работы двигателя, состава.

Состав ОГ основных типов двигателей – бензинового двигателя с искровым зажиганием и дизеля с воспламенением от сжатия, существенно различается, прежде всего, по концентрации продуктов неполного сгорания (монооксид углерода, углеводороды и сажа). Основными токсичными компонентами ОГ бензиновых двигателей являются монооксид углерода, углеводороды, оксиды азота и соединения свинца, дизелей – оксиды азота, сажа.

Концентрации токсических веществ в ОГ изменяются в больших пределах. Количество токсических выбросов зависит от конструкции двигателя, в частности от топливной аппаратуры. Дизель менее токсичен, чем бензиновый двигатель. Наиболее полно проявляются положительные качества дизеля в условиях городского движения с большим удельным весом режимов малых нагрузок и холостого хода.

Нормируемыми компонентами ОГ автомобильных двигателей являются монооксид углерода, оксиды азота и углеводороды, как обладающие наибольшей токсичностью.

Существенной особенностью загрязнения воздушной сре­ды городов, особенно крупных, являются выхлопные газы автотранспорта, которые в ряде столиц мира, администра­тивных центрах России и стран СНГ, городах-курортах со­ставляют 60-80% от общих выбросов. Многие страны, в том числе и Россия, принимают различные меры по снижению токсичности выбросов путем более лучшей очистки бензина, замены его на более чистые источники энергии (газовое топ­ливо, этанол, электричество), снижение свинца в добавках к бензину, более экономичные двигатели, более полное сгора­ние горючего, создание в городах зон с ограниченным движе­нием автомобилей и др. Несмотря на применяемые меры, из года в год растет количество автомобилей и загрязнение воз­духа не снижается.

Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду более 200 компонентов, среди которых угарный газ, углекислый газ, окислы азота и серы, альдегиды, свинец, кадмий и канцерогенная группа углеводородов (бензопирен и бензоантроцен). Нефтепродукты, сыпучие и пылящие грузы, перевозимые транспортными средствами, продукты износа шин, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты. При этом наибольшее количество токсичных веществ выбрасывается автотранспортом в воздух на малом ходу, на перекрестках, остановках перед светофорами.

Загрязнение атмосферного воздуха ОГ автомобилей удобно оценивать по концентрации окиси углерода. Например, в Киевском и Харьковском автомобильно-дорожных институтах (Бегма и др., 1984; Шаповалов, 1990) для оценки концентрации окиси углерода (К_СО, мг/м³) используется следующая формула:

К_СО= (0,5 + 0,01N · К_Т)· К_A· К_У· К_С· К_В· К_П

где 0,5 – фоновое загрязнение атмосферного воздуха не­транспортного происхождения, мг/м³;

N – суммарная интенсивность движения автомобилей на городской дороге, авт./час;

К_Т – коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух окиси углерода;

К_А – коэффициент, учитывающий аэрацию местности (табл. 2.5);

К_У – коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона (табл. 2.6);

К_С – коэффициент, учитывающий изменения концентрации углерода в зависимости от скорости ветра (табл. 2.7);

К_В – то же относительно влажности воздуха (табл. 2.8);

К_П – коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воз­духа окисью углерода у пересечений (табл. 2.9).

Коэффициент токсичности автомобилей (К_Т) определяется как средневзвешенный для потока автомобилей по формуле:

К_Т = Σ P_iK_Тi

где P_i – состав движения в долях от единицы;

K_Тi – коэффициент токсичности определённого типа автомобилей (табл. 2.4).

Таблица 2.4. Коэффициент токсичности для разных типов автомобилей

Тип автомобиля	Коэффициент KТi
Лёгкий грузовой	2,3
Средний грузовой	2,9
Тяжелый грузовой (дизельный)	0,2
Автобус	3,7
Легковой	1,0

Таблица 2.5. Коэффициент, учитывающий аэрацию местности

Тип местности по степени аэрации	Коэффициент КА
Транспортные тоннели Транспортные галереи Магистральные улицы и дороги с много­этажной застройкой с двух сторон Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и дороги в выемке Городские улицы и дороги с односторонней застройкой, набережные, эстакады, высокие насыпи Пешеходные тоннели	2,7 1,5 1,0 0,6 0,4 0,3

Таблица 2.6. Коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона

Продольный уклон,^0	Коэффициент КУ
0 2 4 6 8	1,00 1,06 1,07 1,18 1,55

Таблица 2.7. Коэффициент, учитывающий изменения концентрации углерода в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с	Коэффициент КС
1 2 3 4 5 6	2,70 2,00 1,50 1,20 1,05 1,00

Таблица 2.8. Коэффициент, учитывающий изменения концентрации углерода в зависимости от влажности воздуха

Относительная влажность воздуха, %	Коэффициент КВ
100 90 80 70 60 50 40	1,45 1,30 1,15 1,00 0,85 0,75 0,60

Таблица 2.9. Коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воз­духа окисью углерода у пересечений

Тип пересечения	Коэффициент КП
Регулируемое пересечение: - светофорами обычное - светофорами управляемое Нерегулируемое пересечение: - со снижением скорости - кольцевое - с обязательной остановкой	1,8 2,1 1,9 2,2 3,0

ПДК для автотранспорта по окиси углерода составляет 5 мг/м³. Снижение уровня выбросов возможно путём проведения следующих мероприятий: 1) запрещение движения автомобилей; 2) ограничение интенсивности движения до 300 авт./час; 3) замена карбюраторных грузовых автомобилей дизель­ными; и другие меры.

Задание 2.6. Оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами автотранспорта (по концентрации СО) на участке магистральной улицы с многоэтажной застройкой по двум сторонам. Исходные данные: интенсивность движения легковых автомобилей 6500 в сутки, средних грузовых – 1800 в сутки; продольный уклон 2⁰; скорость ветра 4 м/с; влажность воздуха 80 %; пересечение улиц регулируемое светофорами обычное. Сравнить полученные данные с ПДК для автотранспорта, при необходимости наметить соответствующие мероприятия.