Основные способы уменьшения загазованности на улицах городов подразделяются на технические, организационно-правовые и градостроительные. К техническим способам относятся: • применение энергоносителей не нефтяного происхождения; • разработка и производство эффективных антитоксических устройств, в том числе окислительных и компонентных систем нейтрализации отработанных газов, совершенствование двигателей с целью уменьшения их токсичности; • создание двигателей с малотоксичными рабочими процессами; • создание новых видов транспорта; • контроль за техническим состоянием автотранспортных средств; • оптимизация системы управления дорожным движением, улучшение состояния дорожного покрытия. В качестве применения энергоносителей не нефтяного происхождения. Можно отметить увеличение применения метанола и газа в виде сжиженного, природного и синтез-газа. Эти альтернативные виды топлива используются преимущественно для ДВС с искровым зажиганием. Их применение для дизельных двигателей также способствует существенному уменьшению выброса вредных веществ. Так, при применении природного газа можно ожидать примерно на 10 % меньший выброс окислов азота и на 90 % меньший выброс углеводородов по сравнению с работой двигателя на дизельном топливе при непосредственном впрыскивании. Метанольный двигатель выбрасывает значительно меньшее количество сажи (фактически без выброса сажи) и меньшее количество (примерно на 30 выбросов азота. Сравнительная характеристика различных видов топлива по выбросам токсичных компонентов приведена в табл. 5.32. Для снижения токсичности отработанных газов в выпускной системе дизелей устанавливают устройства, обеспечивающие их физико-химическую очистку. Наиболее часто используются термические, каталитические и жидкостные нейтрализаторы. Таблица 5.32 Выбросы вредных веществ при использовании различных видов топлива Виды топлива Выбросы вредных веществ при испытании по циклу ОСТ, г/испытание
СО с„н, NOx Бензин АИ-93 42,0 8.5 9,1 Метанол + бензин 32,0 5,4 7,6 Метанол 28.0 4.6 4,4 Сжиженный нефтяной газ 19,0 4,8 8,7 Сжатый природный газ 8,5 4,5 8,5 Водород — — 2,5 Водород + бензин . 3,0 2,8 4,6 Термические нейтрализаторы — окислительные устройства, в которых за счет избытка кислорода, имеющегося в отходящих газах двигателей, осуществляется дожигание продуктов неполного сгорания СО, СхНу до конечных безвредных соединений НгО и СОг- Термическая нейтрализация газов осуществляется в реакционной камере при температуре 650^850 °С. Причем объем реактора определяет продолжительность реакции: чем больше объем камеры, тем эффективнее процесс окисления. Термические дожигатели снижают токсичность отходящих газов на 90 %. Термические реакторы отличаются большим сроком службы, и эффективность их работы по мере увеличения пробега автомобиля не снижается. Еще одно немаловажное достоинство термических нейтрализаторов заключается в том, что они невосприимчивы к отходящим газам двигателя, работающего на этилированном бензине. Недостатки — необходимость применения специальных жаропрочных материалов для изготовления реакционной камеры, некоторое уменьшение мощности двигателя и увеличение (до 16 %)удельного расхода топлива вследствие возрастания сопротивления выпуска. Кроме того, установка термического нейтрализатора требует довольно много места в моторном отсеке в связи с необходимостью его расположения рядом с головкой блока цилиндров двигателя. Каталитические нейтрализаторы — устройства, в которых отходящие газы проходят через слой катализатора (платина), на поверхности которого при температуре 250-300 °С происходит беспламенное каталитическое окисление СО и СхНу. Сущность процессов каталитической нейтрализации заключается во взаимодействии токсичных компонентов отходящих газов между собой или с избыточным кислородом в присутствии катализатора, ускоряющего реакции окисления СО и СхНу до СОг и восстановления NOx до NO2. Эффективность каталитических нейтрализаторов составляет 70-100 % [3]. Наиболее универсальными являются катализаторы на основе благородных металлов (рутений, родий, палладий, платина) и некоторых окислов металлов (оксиды меди, хрома, никеля). Жидкостные нейтрализаторы представляют устройства (рис. 5.18) для поглощения сажи и бенз(а)пирена до 50-100 %, но не улавливающие окись углерода и углеводороды. Принцип работы жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом связывании токсичных компонентов при пропускании отходящих газов через жидкость соответствующего состава. Отходящие газы из выпускной трубы 1 поступают в коллектор 8 и через отверстия в нем выходят в нейтральную жидкость, в которой происходит очистка газов от токсичных компонентов. Затем газы через фильтрующий слой (из брикетированной металлической стружки 6) и сепаратор 5, в которых задерживается влага, захваченная газом при проходе через жидкость, поступает в атмосферу. Раствор в рабочий бак 7 заливается из дополнительного бака.
Рис. 5.18. Схема жидкостного нейтрализатора НТЖ-2: 1 — выпускная труба; 2 — перепускной кран; 3 — дополнительный бак; 4 — заливная горловина; J — сепаратор; 6 — металлическая стружка; 7 — рабочий бак; 8 — коллектор; 9 — пробка сливного отверстия; 10 — перегородки Различия в механизме образования и нейтрализации основных токсических веществ, содержащихся в отходящих газах двигателей, приводят в большинстве случаев к тому, что воздействие на рабочий процесс и конструкцию двигателей и применение определенных систем нейтрализации вызывают уменьшение одних и увеличение других токсичных компонентов отходящих газов. Поэтому для существенного уменьшения выбросов по всем основным токсичным компонентам применяют комбинации различных систем нейтрализации. При этом могут сочетаться не только различные типы систем нейтрализации, но и устройства для уменьшения токсичности воздействием на рабочий процесс и конструкцию двигателей. Одно из основных мероприятий снижения выбросов отходящих газов до величин, регламентированных существующими стандартами, — совершенствование конструкции современного ДВС с искровым зажиганием. Токсичность двигателя с искровым зажиганием можно уменьшить путем; совершенствования конструкции и формы камеры сгорания впускной и выпускной систем двигателя, введения оптимальных регулировок смеси и угла опережения зажигания, применения непосредственного впрыска топлива, организации послойного смесеобразования, перепуска отходящих газов в выпускную систему, впрыска воды, поддержания двигателя в должном техническом состоянии, рациональной его эксплуатации. Наибольшее влияние на токсичность отходящих газов оказывают изменения, вносимые в систему питания и зажигания, так как именно эти системы во многом определяют процесс воспламенения и сгорания рабочей смеси. Совершенствование системы питания ДВС, позволяющее добиться более равномерного распределения рабочей смеси по цилиндрам, обеспечить ее оптимальный состав для каждого режима работы и возможность работы на бедных смесях, влияет в основном на количество продуктов неполного сгорания в отходящих газах. Основные направления усовершенствования системы питания: • улучшение качества процесса смесеобразования во впускной системе; • улучшение системы распыления в карбюраторе; • применение регуляторов холостого хода; • Обеспечение равномерного распределения смеси по цилиндрам. Большое влияние на выделение токсичных компонентов оказывает организация процессов смесеобразование и сгорания. Установлено, что двухкамерные (вихрекамерные и предкамерные) дизели выделяют 50 % оксидов азота от выбрасываемых однокамерными. Эффективным способом уменьшения выбросов оксидов азота в отходящих газах дизелей является применение рециркуляции отходящих газов. Дымносгь отходящих газов двигателей может быть уменьшена применением специальных устройств, корректирующих работу циркулятора. На ближайшую перспективу поршневые ДВС останутся основным типом автомобильных двигателей, причем большое развитие должны получить дизельные ДВС. Дизельные ДВС стали применяться после второй мировой войны и по настоящее время используются в основном на грузовых автомобилях большой грузоподъемности. Но ввиду своего преимущества меньшего удельного расхода топлива до 30-35 % и более низкой токсичности отходящих газов они привлекли внимание и стали использоваться не только на грузовых машинах средней и малой грузоподъемности и ак бусах, но и легковых автомобилях. У многих массовых зарубежных mq\ лей имеются модификации с дизельным двигателем. \ч Недостатком дизельного ДВС является повышенное содержание сах х соединений серы, повышенная дымность и сильный неприятный запах Л ходящих газов. \" Роторно-поршневые ДВС имеют ряд преимуществ по сравнению с пор невыми: меньший вес и размеры; компактность, что особенно важно i)\ создании малолитражных автомобилей; способность работы на бензинА низким октановым числом; относительная простота конструкции; прак^, ь ческое отсутствие вибраций при работе; большая удельная мощность. >дч РПД уступает поршневому ДВС с искровым зажиганием по токсичноЛ отходящих газов. В то же время особенности конструкции позволяют боЛ эффективно применять устройства для уменьшения выделения СхНу. тЛ высокая температура сгорания и небольшие размеры двигателя дают в^ч можность использовать термический и окислительный каталитические н^Х трализаторы, эффект от которых выше, чем у поршневых ДВС. \ Газотурбинная силовая установка при равной мощности легче и ко\ пактней ДВС, хорошо уравновешена и обладает меньшей токсичностью <Л ходящих газов. Но она обладает более низкими значениями экономичное^ и КПД, а также отличается дороговизной производства. \ Двигатели внешнего сгорания. Среди достоинств паровых машин, npv менявшихся вплоть до 1931 г., долговечность, высокая плавность работах хорошие тяговые характеристики. Главные недостатки — низкий КПД и знЛ чительная масса. Опытные разработки позволили создать установки с поЛ ной конденсацией воды (замкнутый цикл), найти рецепты парообразуюшцЛ жидкостей с более выгодными показателями, по сравнению с водой, \ Электромобиль — наиболее эффективное средство уменьшения загряч нения атмосферного воздуха городов, так как он совсем не выбрасывает а\ч мосферных газов. Кроме того, он обладает более простой конструкцией»4 Пробег автомобиля между подзарядками составляет 200 км. А автомобиль > двигателем, сочетающим бензиновый двигатель и электромотор, может пр<^ ходить до 1000 км. В настоящее время в Японии уже эксплуатируется 30 ты^х таких автомобилей, при этом электробатареи составляют 0,1 % от их нал^' чия в электромобилях, что существенно снижает их массу и стоимость автс\ч мобиля. ч Кроме того, с помощью мероприятий по оперативной организации да рожного движения (не требующих капитального переустройства улично-до рожной сети и строительства новых дорог) можно снизить расход топливу автомобилей, а значит, и количество отходящих газов (табл. 5.33). Таблица 5.33 Снижение расходов топлива при проведении мероприятий по оперативной организации дорожного движения Мероприятие Среднее снижение расхода топлива, % Сокращение одного пересечения транспортных и пешеходных потоков 5-20 Снижение уровня загрузки на 10 % при групповом и колонном режимах движения 3-10 Оптимизация скоростного режима 8-12 Оптимизация состава транспортного потока 7-8 Оптимизация цикла регулирования по минимуму расхода топлива 5-7 Снижение уровня загрузки автомобильных магистралей можно достигнуть рациональной организацией автомобильных перевозок, а также рассредоточением транспортных потоков в пространстве и во времени, увеличением пропускной способности магистралей. Наличие в транспортном потоке автомобилей с различными эксплуатационными свойствами приводит к возрастанию неравномерности движения и расхода топлива. Создание однородных потоков возможно дифференцированием полос движения для транспортных средств различного назначения (легковой, грузовой, пассажирский и т.д.), специализацией полос при подходе к пересечению дальнейшего направления движения, а также запрещением грузового движения в центральной части городов. Ограничение скорости движения в городах до 50 км/ч позволяет снизить расход топлива на 8-12 %, снижение скорости ниже 40 км/ ч приводит к увеличению расхода топлива. Организационно-правовые мероприятия — это прежде всего нормирование выбросов токсичных веществ с отработавшими газами автотранспорта. В различных странах мира действует более 90 нормативно-технических документов, нормирующих токсичность выхлопных газов автомобилей. В европейских странах сейчас действуют нормы правил Европейской экономической комиссии ООН. Согласно правилам ЕЭК ООН №83 для бензиновых двигателей при испытании автомобилей по европейскому циклу, выбросы не должны превышать: по окиси углерода — 2,93 г/км, сумма углеводородов и оксидов азота — 0,97 г/км; согласно правилу ЕЭК ООН №49 для дизельных двигателей при испытаниях по 13-ступенчатому циклу с пуском подогретого двигателя: ПДК окиси азота— 4,5 г/кВт-ч, углеводородов — 1,1 г/кВт-ч, оксидов азота— 8г/кВт-ч. Введенные в 1992 году нормативы, были ужесточены по сравнению с предыдущими на 45-60 %. Так, предельно допустимая концентрация сажи составляет 0,63 г/кВт-ч для двигателей мощностью до 85 и 0,36 г/кВт-ч для двигателей большей мощности Практика показывает, что реальным путем быстрого и эффективного снижения негативного влияния транспортных средств на биосферу является внедрение системы управления природоохранной деятельностью предприятий транспортного комплекса. В основе этой системы должны быть положены следующие положения: • система государственного управления охраной окружающей среды на транспорте должна строиться на основе сочетания административных и экономических методов регулирования деятельности объектов транспорта; • все технические элементы транспортного комплекса, связанные с потенциальной опасностью загрязнения биосферы, должны быть сертифицированы в соответствии с действующими экологическими требованиями. Предприятия — производители продукции для транспортного комплекса должны быть аккредитованы на право поставки продукции с учетом уровня ее экологической безопасности; • деятельность предприятий и объектов транспорта должна быть регламентирована путем выдачи лицензий, при этом в качестве обязательных требований для получения лицензий должны выступать экологические; • разработка и введение в действие эффективной системы экономического стимулирования и механизма финансирования природоохранной деятельности; • создание единой программы научного обеспечения природоохранной деятельности и решение проблемы специальной экологической подготовки персонала предприятий транспортного комплекса. Градостроительные мероприятия направлены в основном на предотвращение распределения загрязнения от источника непосредственно в среду обитания человека. Эти мероприятия включают оптимальную планировку улиц и дорог, использование территориальных разрывов, зонирование застройки, сооружение магистралей-дублеров, кольцевых дорог, развязок на разных уровнях, использование естественных и создание искусственных экранов, защитное озеленение. Так, при одинаковой интенсивности движения наибольшее загрязнение воздуха фиксируется в районах плотной застройки с высокими зданиями. Увеличение расстояния между транспортной магистралью и жилой застройкой дает резкое снижение концентрации загрязняющих веществ. Транспортная планировка, определяющая режим движения автомоби^ лей, позволяет снизить уровень загрязнения атмосферы. К мероприятиям транспортной планировки относятся: транспортные развязки на разных уровнях, подземные тоннели и пешеходные переходы, магистрали-дублеры, кольцевые магистрали. Мероприятия транспортной планировки способствуют перераспределению транспортных потоков, уменьшают неравномерность движения. Так, например, после постройки в Москве на площади Маяковского автомобильного тоннеля концентрация СО в воздухе снизилась в 2,5 раза, углеводородов — в 3 раза. Эффективность зеленых насаждений зависит от способа озеленения, пород деревьев, кустарников и времени года. Помимо роли защитного экрана, зеленые насаждения способствуют биологической очистке воздуха, поглощая углекислый газ. Однородная древесная посадка оказывает малое газозащитное действие. При такой посадке снижение концентраций отходящих газов составляет всего лишь 7-10 %. Более хорошие результаты (до 25 дает древесно-кустарниковая посадка. Однако в зимний период эффективность посадки снижается в 3-4 раза. Для снижения концентрации окиси углерода, более эффективной является трехрядная посадка деревьев. При этом концентрация сразу за посадкой снижается на 40 % (рис. 5.19). При создании защитного экрана из зеленых насаждений должны выбираться породы деревьев и кустарников, наиболее устойчивые к действию токсичных компонентов отходящих газов. Менее всего пригодны для
этих целей хвойные деревья. Тополь хорошо поглощает канцерогенные вещества, особенно бенз(а)пирен. Для защиты от пыли больше подходят хвойные деревья (ель канадская, туя складчатая, сосна горная и канадская), лиственные (клен остролистый, ясень американский и пенсильванский, бук, береза киргизская и бородавчатая, вяз мелколистый и шершавый, дуб красный крупноплодный и череш-чатый, тополь бальзамический и белый), кустарники (боярышник, жимолость/калина, сирень, роза собачья и морщинистая), травянистые растения. Обязательный элемент лесополос — ограждения из металлической сетки по всей длине проезжей части. Деревья необходимо располагать в шахматном порядке. Высота деревьев — 7-8 м, кустарников — 1,5-2 м. Поперечная форма сечения имеет форму треугольника, причем более пологая сторона находится со стороны дороги.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Защита биосферы от воздействия автотранспорта» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
выбросов азота. Сравнительная характеристика различных видов топлива по выбросам токсичных компонентов приведена в табл. 5.32. 