Курс лекций по "Экологии транспорта"

Механизм воздействия АТ на ОС имеет ряд специфических особенностей по сравнению с другими отраслями промышленности.

К таким особенностям относятся:

1. массовость и быстрорастущие темпы процесса автомобилизации;
2. широкий спектр отрицательных явлений, сопровождающих автомобилизацию;
3. низкие удельные показатели экологической безопасности на единицу работы;
4. сложности значительного улучшения показателей экологической безопасности в ближайшей перспективе;
5. концентрация большого количества транспортных средств на сравнительно ограниченной территории и их массовое проникновение в зоны жилой застройки;
6. хроническое отставание темпов развития дорожной сети от темпов автомобилизации.

Сочетание этих факторов в определённых условиях приводит по отдельным параметрам к доминирующему воздействию АТ на ОС.

1.2. Отрицательные последствия автомобилизации

АТ по объёму перевозок и по транспортной работе занимает ведущее место.

Если в среднем в мире на 1 км² территории приходится 5 автомобилей, то в крупных городах плотность – 200-300 автомобилей. Сейчас в мире ~ 400 млн. шт. к концу ХХ века будет 700-800 млн. автомобилей.

Однако при таком значительном увеличении масштабов и росте  темпов автомобилизации возникает ряд серьёзных проблем:

• потребление ресурсов;
• загрязнение ОС;
• социальные последствия.

Рис. 1. Основные фрагменты классификации взаимосвязей АТ и ОС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сейчас большую актуальность приобретает  задача рационального использования природных ресурсов, особенно энергетических.

Транспорт является мощным потребителем энергии.

На автотранспорте в Европе расходуется ~ 30% нефтепродуктов; в США – 50%.

На АТ самые высокие удельные затраты топлива на единицу транспортной работы среди всех видов транспорта.

Конструкция автомобилей сказывается не только на его эксплуатационных свойствах, но и на количестве материалов, необходимых для их изготовления и изъятых из природы.

На производство автомобилей в  США расходуется 20% стали, 7% меди, 13% никеля, 35% цинка, 50% свинца и каучука.

Степень и опасность воздействия АТ на ОС различны для городов и загородных территорий.

Для городов это воздействие  проявляется в следующем:

• повышенный расход топлива;
• потребность в значительных площадях внутри городской застройки;
• загрязнение АВ токсичными компонентами;
• загрязнение городских водоёмов;
• все виды параметрического загрязнения.

На загородных территориях:

• потребность в значительных площадях для строительства автодорог;
• загрязнение водоёмов и грунтовых дорог;
• нарушение экологического равновесия в зоне автодорог.

На Украине в городах сосредоточено 60-70% транспорта, на 1 тыс. жителей в крупных городах приходится 40-60 автомобилей.

развитие городского транспорта вызывает рост размеров городов и увеличение транспортной подвижности населения. Это ведёт к дальнейшему росту транспортного парка.

В городах транспортные коммуникации занимают 30-40%, а в некоторых случаях и до 50% площади.

Центральные части городов отличаются высокой плотностью улично-дорожной сети, обеспечивающей удобство подъезда к жилью и другим местам тяготения, возможность рассредоточения транспортных и пешеходных потоков, разветвлённую сеть маршрутов пассажирского транспорта. Однако, чем выше плотность улично-дорожной сети, тем чаще пересечение транспортных и пешеходных потоков. Необходимость их рассредоточения  приводит к задержкам транспортных средств, образованию пробок и снижению скоростей движения. Это определяет более высокую экологическую опасность дорожного движения в городах, что приводит в первую очередь к повышенному потреблению энергии, загрязняя атмосферу вредными веществами ОГ, транспортному шуму и т. д.

Неблагоприятное положение усугубляется тем, что загрязнение ОС АТ невозможно локализовать, его воздействию население подвергается даже в зоне жилой застройки. Опросы показывают, что главными недостатками жилых районов городов являются загрязнённость атмосферы и транспортный шум.

 

Лекция №2.

Жизненный цикл АТС. Механизмы образования загрязняющих веществ в цикле и их распространение в ОС

Автотранспортные средства загрязняют ОС, прежде всего атмосферный воздух (АВ), не только при выполнении транспортной работы, но и при прогреве двигателей перед выездом, маневрированием по территории стоянок, зон обслуживания и ремонта, при регулировочно-обкаточных работах.

Помимо этого загрязнение ОС газообразными, жидкими и твёрдыми веществами в жизненном цикле АТС происходит при:

1. производстве конструкционных и эксплуатационных материалов;
2. изготовлении деталей, восстановлении, упрочнении их поверхностей;
3. выполнении моечных, разборочно-сборочных, окрасочных, сварочных, заправочных и др. технологических операций изготовления ТО и ремонта АТС;
4. получении вторичных топливно-энергетических ресурсов, необходимых для выполнения приведенных выше технологических процессов.

При реализации жизненного цикла АТС  основными источниками загрязнения ОС являются:

1. Процессы сгорания:
1. топлива (жидкого и газообразного) в ЭУ АТС – двигателях для получения полезной работы;
2. топлива (твёрдого, жидкого, газообразного) в технологических печах и горелочных устройствах для получения вторичных ТЭР: пара, электрической и тепловой энергии, сжатого воздуха.
2. Процессы испарения: топлив при заправке, из бензобаков и систем питания; лакокрасочных материалов при окраске и сушке.
3. Процессы пластической деформации заготовок деталей и деталей: при штамповке, литье, ковке.
4. Процессы электрохимической обработки деталей.
5. Процессы сварки.
6. Процессы дробления, транспортировки.

С целью локализации негативных воздействий этих процессов на ОС используют соответствующие методы защиты: улавливание, фильтрацию, нейтрализацию, восстановление и т. д., в основе которых лежат различные физико-химические процессы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Схема взаимосвязей явлений при загрязнении ОС АТ в жизненном цикле.

Уровень негативного воздействия  АТК на ОС зависит от вида, мощности и интенсивности функционирования источника загрязнения; уровня загрязнения, определяемого условиями распространения вредных веществ в ОС, а также эффекта воздействия на элементы биосферы.

Выделяемые в жизненном цикле  автотранспортной ЭУ (АТЭУ) вредные вещества (далее ВВ), попадая в ОС, распространяются в ней разными путями, которые можно разделить на несколько групп.

I группа – твёрдые частицы, особенно крупных размеров, под воздействием сил гравитации оседают на подстилающие поверхности в пределах ограниченных зон и дальнейшего участия в атмосферных процессах не принимают. К ним можно отнести: золу, пыль, оксиды свинца, сварочный аэрозоль и пр.

II группа – газообразные, действующие на локальных площадях в пределах отдельных регионов – это СО, неметановые углеводороды, NO, NO₂, SO₂, SO₃. Попадая в атмосферу, они претерпевают в ней физико-химические изменения, являются причиной фотохимического смога и кислотных дождей.

III группа – газообразные, действующие на глобальном уровне и оказывающие влияние на климат планеты путём изменения теплового баланса в приземном слое атмосферы, разрушая озоновый слой. К ним относятся: СО₂, СН₄, N₂O; хлорфторуглероды.

В последнее время 3-ей группе и  прежде всего СО₂ уделяется большое внимание. Это связано с массовым использованием окислительных и восстановительных систем нейтрализации отработавших и дымовых газов, фильтрации и применением топлив улучшенного состава. В результате проблемы загрязнения ОС такими  веществами как СО, СН, SO_X, ТЧ теряют былую остроту, ибо их концентрации в ОГ и других отходящих газах снижены до уровней, определяемых нормативами на выбросы.

Иная ситуация на Украине, где использование  нейтрализации ОГ ограничивается только парком зарубежных и реэкспортируемых АТС, отсутствует материально-техническая база контроля выбросов ОГ и нормативно-правовая база.

 

2.1. Автомобильная энергоустановка как источник загрязнения ОС.

Токсичные вещества, образующиеся в АТЭУ и их влияние  на ОС. Преобразование химической энергии топлива в механическую работу, осуществляемое в АТЭУ в результате процессов приготовления ТВС необходимого состава. Горения в КС двигателях, сопровождается образованием и выбросом в атмосферу вредных веществ. Кроме тог, в поршневых ДВС источником загрязнения ОС являются картерные газы и испарения топлива.

Современные автомобильные двигатели  используют углеводородные топлива: бензин, дизельное, газообразное (сжатый ПГ, сжиженный пропан-бутан)

Теоретически при стехиометрическом  сгорании таких топлив в выбросах должны быть только СО₂, Н₂О.

Однако в действительности из-за неполноты сгорания, побочных реакций, протекающих в цилиндрах двигателей при высоких температурах, ОГ содержат различные ВВ. Состав и количество этих веществ в значительной мере зависит от следующих основных факторов:

• типа двигателя и топлива;
• технического состояния и режимов работы;
• особенностей конструкции двигателя и его систем, в первую очередь системы питания.

Удельное выделение ВВ зависит  также от мастерства водителя, характеристики дороги, организации дорожного движения и т. д.

Однако определяющими факторами  являются тип двигателя и применяемое топливо.

На АТ применяют два типа двигателей:

• двигатель с внешним смесеобразованием и воспламенением горючей смеси от искры (двигатели с искровым зажиганием)
• двигатель с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия ( дизельный двигатель).

Для первого типа ДВС топливом служат: бензин, сжатый ПГ, сжиженный пропан-бутановый газ.

В ДВС второго типа используются дизельное топливо или смесь  дизельного топлива и сжатого ПГ.

Распределение ДВС I и II типа между видами транспорта, т. е. использованием на отдельных видах транспорта следующее:

1. ДВС с воспламенением от искры ( 4^х и 2^х тактные ):

• автомобильный транспорт, мотоциклы;

• вспомогательная малая техника;
• поршневая авиация.

2. ДВС с воспламенением от сжатия:

• автотранспорт до 200 кВт;
• железнодорожный транспорт до 6000 ...8000 кВт;
• морской и речной транспорт до 20 ... 25 тыс. кВт.

Из всего объема компонентов, которых  более 200, входящих в состав ОГ, следует  выделить основные, представляющие наибольшую опасность для О.С. и человека:

• оксиды углерода, азота, серы;
• углеводороды различного класса ( несгоревшие, преобразованные);
• альдегиды;
• ПАУ;
• ТЧ;
• оксиды свинца.

В количественном отношении выброс их с ОГ в зависимости от типа двигателя, или вида применяемого топлива следующий (табл.2.1).

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1.

Компоненты ОГ	Тип двигателя ( вид топлива )
	ДВС с искровым зажиганием (бензиновые)	ДВС с воспламенением от сжатия (дизельные)
азот	74 ... 77 % об	76 ... 78 %
кислород	0,2 ... 8 %	2 ... 18 %
Н2О ( пары )	3 ... 13 %	0,5 ...10 %
СО2	5 ... 12 %	1 ... 10 %
СО	0,1 ... 10 %	0,01 ... 0,5 %
NOX	0,001 ... 0,5 %	0,05 ... 1,8 %
SCH	0,2 ... 3,0 мг/м3	0,01 ... 0,5 мг/м3
сажа, ТЧ	0,0 ... 100 мг/м3	0 ... 20000 мг/м3
ПАУ	0 ... 25 мкг/м3	0 ... 10 мкг/м3
РbОХ	0 ... 60	-
альдегиды	0 ... 0,2 мг/м3	0 ... 0,05 мг/м3
Sox	0 ... 0,003 мг/м3	0 ... 0,015 мг/м3

 

Таблица 2.2. Удельные выбросы ВВ с ОГ ДВС, г/кг топлива.

Компонент ОГ	Вид топлива
	бензин	Дизельное
СО	369	22,6
NOX	21	40,9
СН	30	10,5
ТЧ	1,5	7,6
SOX	1,5	5,6

Таблица 2.3. Распределение основных ТВ по источникам, %

Тип двигателя	ОГ			Картерные газы			Топл. испарения
	CO	CH	NOX	CO	CH	NOX	CO	CH	NOX
бензиновый.	95	55	98	5	5	2	0	40	0
дизельный	98	90	98	2	2	2	0	8	0