Загрязнение атмосферы в городе. Мероприятия по снижению влияния автотранспорта

    Технические мероприятия подразумевают уменьшение  содержания вредных веществ в горючем, переход на сжиженный газ, установка нейтрализаторов  выхлопных газов (катализаторы из монельметалла и платины на глиноземе),внедрение электромобилей, двигателей, работающих на водороде.

    Перевод автотранспорта на дизельные  двигатели. По мнению специалистов, перевод автотранспорта на дизельные двигатели уменьшит выброс в атмосферу вредных веществ. В выхлопе дизеля почти не содержится ядовитой окиси углерода, так как дизельное топливо сжигается в нем практически полностью. К тому же дизельное топливо свободно от тетраэтила свинца, присадки, которая используется для повышения октанового числа бензина, сжигаемого в современных карбюраторных двигателях с высокой степенью сжигания.

    Дизель  экономичнее карбюраторного двигателя  на 20—30%. Более того, для производства 1 л дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства того же количества бензина. Получается, таким образом, как бы двойная экономия энергоресурсов. Именно этим объясняется быстрый рост числа автомобилей, работающих на дизельном топливе.

    Совершенствование двигателей внутреннего  сгорания. Создание автомобилей с учетом требований экологии - одна из серьезных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами.

    Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе  внутреннего сгорания, применение электронной системы зажигания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ.

    Нейтрализаторы. Большое внимание придается разработке устройства снижения токсичности - нейтрализаторов, которыми можно оснастить современные автомобили.

    Способ  каталитического преобразования продуктов  сгорания заключается в том, что  отработавшие газы очищаются, вступая  в контакт с катализатором. Одновременно происходит дожигание продуктов неполного сгорания, содержащихся в выхлопе автомобилей.

    Нейтрализатор крепят к выхлопной трубе, и газы, прошедшие через него, выбрасываются в атмосферу очищенными. Одновременно устройство может выполнять функции глушителя шума. Эффект от использования нейтрализаторов достигается внушительный: при оптимальном режиме выброс в атмосферу оксида углерода уменьшается на 70—80%, а углеводородов—на 50—70%.

    Значительно улучшить состав выхлопных газов  можно с помощью различных добавок к топливу. Ученые разработали присадку, которая снижает содержание сажи в выхлопных газах на 60—90% и канцерогенных веществ—на 40%.

    В последнее время на нефтеперерабатывающих  предприятиях страны широко внедряется процесс каталитического риформинга низкооктановых бензинов. В результате можно выпускать неэтилированные, малотоксичные бензины. Использование их снижает загрязненность атмосферного воздуха, увеличивает срок службы автомобильных двигателей, сокращает расход топлива.

    Газ вместо бензина. Высокооктановое, стабильное по составу газовое топливо хорошо смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, способствуя более полному сгоранию рабочей смеси. Суммарный выброс токсичных веществ у автомобилей, работающих на сжиженном газе, значительно меньше, чем у машин с бензиновыми двигателями. Так, грузовик «ЗИЛ-130», переведенный на газ, имеет показатель по токсичности почти в 4 раза меньше, чем его бензиновый собрат.

    При работе двигателя на газе происходит более полное сгорание смеси. А это ведет к снижению токсичности отработавших газов, уменьшению нагарообразования и расхода масла, увеличению моторесурса. Кроме того, сжиженный газ дешевле бензина.

    Электромобиль. В настоящее время, когда автомобиль с бензиновым двигателем стал одним из существенных факторов, приводящих к загрязнению окружающей среды, специалисты все чаще обращаются к идее создания «чистого» автомобиля. Речь, как правило, идет об электромобиле.

    В настоящее время в нашей стране производятся электромобили пяти марок. Электромобиль Ульяновского  автозавода («УАЗ»-451-МИ) отличается от остальных моделей системой электродвижения на переменном токе и встроенным зарядным устройством. В интересах защиты окружающей среды считается целесообразным перевод автотранспорта на электротягу, особенно в крупных городах.

    2.2.  Расчет количества вредных веществ, выделяемых автотранспортом

    Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова определила коэффициенты, позволяющие получить количество вредных веществ при сжигании 1 кг топлива по формуле:

    М = KG,

    где М - масса выделяющихся вредных веществ, кг, G - количество расходуемого топлива, кг, K - коэффициент, равный:

    - для бензиновых двигателей 0,6 для оксида углерода:

    - 0,1 для углеводородов,

    - 0,04 для диоксида азота;

    - для дизельных двигателей 0,1 для оксида углерода:

    - 0,03 для углеводородов,

    - 0,04 для диоксида азота.

    Следовательно, дизельные двигатели выбрасывают  меньше вредных веществ, чем бензиновые на единицу сжигаемого топлива, но надо учитывать, что дизельные двигатели, устанавливаемые на грузовых автомобилях, как правило имеют значительно большую мощность и затрачивают на единицу пути значительно топлива, чем в среднем автомобили с бензиновыми двигателями. Кроме того, в выхлопных газах дизельных двигателей содержатся канцерогенные вещества (бенз(а)пирен). Автотомагистрали с интенсивным движением следует рассматривать как линейный наземный источник выделения вредных веществ.Обозначим:

    L - длина заданного участка магистрали, м;

    n - число машин, прошедших через контрольный пункт на этой части магистрали в обе стороны за 1 мин;

    v - средняя скорость автомобилей, км/ч;

    t - средний интервал по времени между машинами, с;

    I- расстояние между «центрами» машин, м;

    N - число автомашин, находящихся в данный момент на заданной части магистрали;

    g - среднее количество топлива, сжигаемого одной машиной в 1 с, г/с.

    N = L/1,

    l = tv,

    t = 60/n.

      Из всех этих соотношений можно  получить:

    N = Ln/(60v).

    Считая, что в среднем легковые и грузовые автомобили с бензиновыми двигателями тратят 100 г топлива на 1 км пути, найдем расход горючего одной машины за 1 с:

    g= 100v/1000 = 0,lv,

    откуда  расход топлива всеми машинами, находящимися на участке длиной L,

    G = nL/600.

    Зная  общее количество сжигаемого всеми  машинами топлива на заданном участке автомагистрали, можно легко определить суммарный выброс вредных веществ, пользуясь коэффициентами K.

    С учетом возможной неравномерности  потока автомашин можно рекомендовать  считать максимально расход топлива  в 2-3 раза больше среднего, определяемого по расчёту. 

    3.Средства защиты атмосферы

    Контроль  загрязнения атмосферы на территории России осуществляется почти в 350 городах. Система наблюдения включает 1200 станций  и охватывает почти все города с населением более 100 тыс. жителей и города с крупными промышленными предприятиями.

    Средства  защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в  воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях  должно соблюдаться условие:

    С+с_ф £ ПДК      (1)

    по  каждому вредному веществу (с_ф – фоновая концентрация).

    Соблюдение  этого требования достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения  или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы.

    На  практике реализуются следующие  варианты защиты атмосферного воздуха:

    – вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

    – локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;

    – локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;

    – очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;

    – очистка отработавших газов энергоустановок, например, двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения и т. п.)

    Для соблюдения ПДК вредных веществ  в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок.

    Аппараты  очистки вентиляционных и технологических  выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются активность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

    Эффективность очистки

    h=(с_вх – с_вых)/с_вх     (2)

    где с_вх и с_вых – массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

    Широкое применение для очистки газов  от частиц получили сухие пылеуловители – циклоны различных типов.

    Электрическая очистка (электрофильтры) – один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.

    Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки. В этом случае очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки.

    Такие решения находят применение при высокоэффективной очистке газов от твердых примесей; при одновременной очистке от твердых и газообразных примесей; при очистке от твердых примесей и капельной жидкости и т. п. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последующим возвратом в помещение.

    3.1.Способы очистки газовых выбросов в атмосферу

    Абсорбционный способ очистки газов, осуществляемый в установках-абсорберах, наиболее прост и дает высокую степень очистки, однако требует громоздкого оборудования и очистки поглощающей жидкости. Основан на химических реакциях между газом, например, сернистым ангидридом, и поглощающей суспензией (щелочной раствор: известняк, аммиак, известь). При этом способе на поверхность твердого пористого тела (адсорбента) осаждаются газообразные вредные примеси. Последние могут быть извлечены с помощью десорбции при нагревании водяным паром.

    Способ  окисления горючих углеродистых вредных веществ в воздухе заключается в сжигании в пламени и образовании СО₂ и воды, способ термического окисления – в подогреве и подаче в огневую горелку.

    Каталитическое  окисление с использованием твердых катализаторов заключается в том, что сернистый ангидрид проходит через катализатор в виде марганцевых составов или серной кислоты.

    Для очистки газов методом катализа с использованием реакций восстановления и разложения применяют восстановители (водород, аммиак, углеводороды, монооксид углерода). Нейтрализация оксидов азота NO_x достигается применением метана с последующим использованием оксида алюминия для нейтрализации на втором этапе образующегося монооксида углерода.