Загрязнение атмосферного воздуха выбросами автомобильного транспорта

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Создание автомобилей с учетом требований эко-логии—одна из серьезных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами. Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электрон-ной системы зажигания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ. Для экономии топлива создаются различные типы зажигания. Инженеры югославского объединения «Электронска индустрия» создали электронную систему со сроком службы 30 тыс. ч. Кроме прочего, она ре-гулирует расход горючего. А одна из английских фирм использовала плазменный вариант, обеспечивающий легкое воспламенение бедной горючей смеси. Автомобиль, оборудованный такой системой, расходует всего 2 л на 100 км пробега. Разработаны и другие методы экономии. Французская фирма «Рено» экспериментирует с автомобильными газогенераторами. Сырьем для них служат древесина, солома, стебли кукурузы и другие растительные остат-ки. При сжигании полученного газа в смеси с дизельным топливом последнего нужно в 3—4 раза меньше.

Чистота «дыхания» машины во многом зависит от карбюратора. Около 75% этих приборов, устанавливае-мых на отечественных легковых автомобилях, производят в Димитровграде. Перед создателями карбюратора «Озон» стояла задача: добиться более оптимальных смесей на различных режимах работы двигателя. Это значило сократить расход топлива, а следовательно, снизить токсичность вы-хлопных газов. 
С 1979 г. все автомобили, сходящие с ВАЗа, оснащаются карбюраторами «Озон». Такие карбюраторы обес-печивают действующие и перспективные нормы токсичности выхлопных газов и дают 10—15% экономии топ-лива по ездовому циклу. Производственное объединение «ГАЗ» (Горьковский автозавод) выпускает новую модель легковых автомо-билей «Волга» ГАЗ-3102. Эта машина элегантнее, комфортабельнее и мощнее своей предшественницы, но главное в том, что у нее двигатель с принципиально новой системой воспламенения рабочей смеси. Эта система — форкамерное зажигание — разработана советскими специалистами на основе явления высокой химической активности продуктов неполного сгорания богатой углеводородами смеси.

Новый способ зажигания  называется процессом лавинной активизации горения или сокращенно ЛАГ-процессом. Суть его в том, что в основную камеру сгорания бензино-воздушной смеси выбрасывается из вспомогательной форкамеры факел химически активных продуктов неполного сгорания этой смеси. Форкамерный двигатель при высокой своей мощности обеспечивает высокую экономичность в потреблении топлива и исключительно низкую токсичность отработавших газов. 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. Катализатором служат либо гранулы размером от 2 до 5 мм, на поверхности которых нанесен активный слой с добавками благородных металлов—платины, палладия и т. п., либо керамический блок сотового типа с подобной активной поверхностью. Конструкция нейтрализатора весьма проста. В металлическую оболочку с патрубками для подвода и отвода газа заключена реакторная камера, которая заполняется гранулами или кера-мическим блоком. Нейтрализатор крепят к выхлопной трубе, и газы, прошедшие через него, выбрасываются в атмосферу очищенными. Одновременно устройство может выполнять функции глушителя шума.

В СССР налажено производство нейтрализатора для дизельных  двигателей. В 1979 г. на городские трассы вышли первые «Волги», оборудованные необычной «ловушкой для дыма» — каталитическими нейтрализаторами, которые резко снижают токсичность выхлопных газов автомобиля. Эффект от использования нейтрализаторов достигается внушительный: при оптимальном режиме выброс в атмосферу оксида углерода уменьшается на 70—80%, а углеводородов—на 50—70%. Большое количество машин в Москве работает с нейтрализаторами, позволяющими очищать отработанные газы автомобилей от окиси углерода и углеводорода. Специалистами Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института разработано устройство, которое значительно снижает содержание токсичных веществ в выхлопных газах,— «Каскад». В ус-ловиях городского движения «Каскад» обеспечивает снижение расхода топлива на 4—7% и уменьшает выброс окиси углерода на 20—40%. «Каскад» может быть установлен как на находящихся в эксплуатации автомоби-лях, так и на вновь выпускаемых.

Самый важный показатель качества автомобильного бензина—детонационная  стойкость. Для повышения октанового числа в топливо вводят добавки. Самый простой метод повышения детонационной стойкости—добавление тетраэтилсвинца. В большинстве стран уже приняты или - разрабатываются законодательные ме-ры, ограничивающие и дозы этилирования, и объем потребления этилированных бензинов. В СССР примене-ние этилированных бензинов запрещено в Москве, Ленинграде, Киеве и в некоторых курортных центрах. Ог-раничена и величина добавки тетраэтилсвинца. Перед учеными и инженерами возникла задача — погасить детонацию иными способами. Это можно сде-лать, скажем, обеднив топливно-воздушную смесь, но тогда на полных мощностях двигатель работал плохо. Добавляли к бензовоздушным смесям водород—получалось неплохо. Но пока широкое применение водорода требует большой подготовительной работы. Оставался один путь—найти иные, менее токсичные антидетонаторы. В поисках их ученые опробовали почти все элементы таблицы Менделеева и вынуждены были признать, что немногие из них могут быть использованы для этих целей. По многим причинам в числе основных претен-дентов оказались соединения марганца.

В нашей стране работы, связанные с созданием  антидетонаторов на основе элементоорганических соедине-ний марганца (ЦТМ), ведутся  под руководством академика А. Н. Несмеянова. Уже выполнен обширный ком-плекс моторных и эксплуатационных испытаний, а общий пробег автомобилей различных марок на топливах с присадками ТЦМ составил около 30 млн. км. Оказалось, что бензин с этими присадками обеспечивает нор-мальную эксплуатацию автомобилей в диапазоне пробега 60—100 тыс. км. Каталитические нейтрализаторы от-работавших газов при этом работают безотказно. А токсичность выхода остается на уровне обычных бензинов. 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 ве-ществ—на 40%. В последнее время на нефтеперерабатывающих предприятиях страны широко внедряется процесс каталити-ческого риформинга низкооктановых бензинов. Отличие данной установки от действующих на других заводах заключается в том, что она позволяет эффективнее облагораживать горючее. В результате можно выпускать не-этилированные, малотоксичные бензины. Поэтому они считаются относительно чистыми. Использование их снижает загрязненность атмосферного воздуха, увеличивает срок службы автомобильных двигателей, сокраща-ет расход топлива.

Газ вместо бензина. Высокооктановое, стабильное по составу  газовое топливо хорошо смешивается  с воз-духом 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 пока-затель по токсичности почти в 4 раза меньше, чем его бензиновый собрат. В Москве эксплуатируется около 10 тыс. автомобилей, работающих на сжиженном пропанобутановом газе. Их можно отличить по красному баллону с левой стороны. В основном это грузовые машины «ЗИЛ» и «ГАЗ». Проходят опытную эксплуатацию на этом виде топлива легковые автомобили (такси) и автобусы. В 1981 г. на-чали применять на автотранспорте сжатый природный метановый газ. Он содержится в баллонах под давлением 200 кг/см2. Перевод автотранспорта на газобаллонное топливо обеспечивает экономию бензина и уменьшает выброс в атмосферу вредных веществ. Многолетний опыт эксплуатации автомобилей, работающих на сжиженном газе во многих странах мира, выявил существенные технико-экономические и санитарно-гигиенические преимущества голубого топлива по сравнению с бензином. При работе двигателя на газе происходит более полное сгорание смеси. А это ведет к снижению токсичности отработавших газов, уменьшению нагарообразования и расхода масла, увеличению мо-торесурса. Кроме того, сжиженный газ дешевле бензина.

Электромобиль. В настоящее время, когда автомобиль с бензиновым двигателем стал одним  из существен-ных факторов, приводящих к загрязнению окружающей среды, специалисты все чаще обращаются к идее соз-дания «чистого» автомобиля. Речь, как правило, идет об электроавтомобиле. В некоторых странах начинается их серийное производство. Специалисты отдают себе отчет в том, что перевод всего автотранспорта на электротягу потребовал бы ко-лоссального расхода электроэнергии для зарядки батарей, дефицитных материалов для их изготовления. В этом нет нужды. Ведь, например, автомобили личного пользования (в перспективе главным образом туристические) или междугородные автобусы, магистральные автопоезда, конечно, более совершенные и экономичные, чем теперешние, можно и в будущем эксплуатировать на жидком или газовом топливе. В местах же наибольшего скопления автотранспорта в интересах защиты окружающей среды признан целесообразным перевод его на электротягу. Это потребует в 15—20 раз меньших затрат энергии и других ресурсов и даст 5—7% экономии то-плива. В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на пери-од до 1990 года» записано: «Создать конструкции и начать производство малотоннажных грузовых электро-мобилей с эффективными источниками тока для внутригородских перевозок». В настоящее время в нашей стране производятся электромобили пяти марок. Электромобиль Ульяновско-го автозавода («УАЗ»-451-МИ) отличается от остальных моделей системой электродвижения на переменном токе и встроенным зарядным устройством. Это позволяет производить подзарядку батарей свинцово-кислотных аккумуляторов непосредственно от городской электросети. Зарядное устройство снабжено преоб-разователем тока, допускающим применение легкого и низкооборотного тягового двигателя. Машины этой марки уже используются в Москве для доставки продуктов в магазины и школьные буфеты. В 1982 г. в столице создано первое хозяйство, в составе которого 25 электрогрузовиков. Этот год стал да-той серийного выпуска электромобилей в стране. К концу одиннадцатой пятилетки парк таких бесшумных машин увеличится до 400 единиц.В интересах защиты окружающей среды считается целесообразным перевод автотранспорта на электротя-гу, особенно в крупных городах.

Загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами

Предприятия металлургической, химической, цементной и других отраслей промышленности выбрасывают в атмосферу  пыль, сернистые и другие вредные  газы, выделяющиеся при различных  технологических производ-ственных процессах.   Черная металлургия выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей сопряжено с подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи, с выгрузкой кокса в тушильные вагоны и с мокрым тушением кокса. Мокрое тушение сопровождается также выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды. Цветная металлургия. При получении металлического алюминия путем электролиза с отходящими газами от электролизных ванн в атмосферный воздух выделяется значительное количество газообразных и пылевидных фтористых соединений. Воздушные выбросы предприятий нефтедобывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и дурно пахнущих газов. Выброс в атмосферу вредных ве-ществ на нефтеперерабатывающих заводах происходит главным образом вследствие недостаточной герметиза-ции оборудования. Например, загрязнение атмосферного воздуха углеводородами и сероводородом отмечается от металлических резервуаров сырьевых парков для нестабильной нефти, промежуточных и товарных парков для легковых нефтепродуктов.

Производство  цемента и строительных материалов может являться источником загрязнения  атмосферы различной пылью. Основными  технологическими процессами этих производств являются процессы измельчения и термическая обработка шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов, что свя-зано с выбросами пыли в атмосферный воздух. К химической промышленности относится большая группа предприятий. Состав их промышленных выбросов весьма разнообразен. 0сновными выбросами от предприятий химической промышленности являются окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид, аммиак, пыль от неорганических производств, органические вещества, сероводород, сероуглерод, хлористые соединения фтористые соединения и др. Источниками загрязнения атмосферного воздуха в сельских населенных местах являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы от производства мяса, предприятия районного объединения "Сельхозтехника", энергетические и теплосиловые предприятия, пестициды, применяемые в сельском хозяйстве. В районе расположения помещений для содержания скота и птицы в атмосферный воздух могут поступать и распространяться на значительное расстояние аммиак, сероуглерод и другие дурно пахнущие газы. К источникам загрязнения атмосферного воздуха пестицидами относятся склады, протравливание семян и сами поля, на которые в том или ином виде наносятся пестициды и минеральные удобрения, а также хлопкоочистительные заводы.

Смог (смесь дыма и тумана). В 1952 г. в течение 3—4 суток  от смога в Лондоне погибло  более 4 тыс. че-ловек. Сам по себе туман  не опасен для человеческого организма. Он становится вредным, только когда  чрезвычайно загрязнен токсическими примесями. 5 декабря 1952 г. над всей Англией возникла зона высокого давления и в течение нескольких дней не ощущалось ни малейшего дуновения. Однако трагедия разы-гралась только в Лондоне, где была высокая степень загрязнения атмосферы. Английские специалисты определили, что смог 1952 г. содержал несколько сот тонн дыма и сернистого ангидрида. При сопоставлении загрязненности атмосферного воздуха в Лондоне в эти дни с уровнем смертности было отмечено, что смертность увеличивается прямо пропорционально концентрации в воздухе дыма и сернистого газа. В 1963 г. густой туман с копотью и дымом, спустившийся на Нью-Йорк (смог), убил более 400 человек. Ученые считают, что ежегодно тысячи смертей в городах всего мира связаны с загрязнением воздуха. Смог наблюдается лишь в осенне-зимнее время (с октября по февраль). Главным действующим компонентом является сернистый газ в концентрации 5—10 мг/м3 и выше. Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье населения. От загрязнения воз-духа страдают животные и растения. Каждый раз, когда в Афинах идет дождь, вместе с водой на город обрушивается серная кислота, под губи-тельным воздействием которой происходит разрушение Акрополя и его бесценных памятников древнегрече-ского зодчества, сооруженных из мрамора. За последние 30 лет им был нанесен гораздо больший ущерб, чем за предыдущие два тысячелетия.

Загрязнению воздуха  в определенной степени подвержены все промышленно развитые страны. Но столица Греции страдает сильнее, чем большинство других крупных  городов Западной Европы. Ежегодно в районе Афин в воздух выбрасывается 150 тыс. т сернистого ангидрида. 
Большая загрязненность окружающей среды отличается в китайском городе Шанхае. На тысячах его фабрик и заводов почти нет газоочистного оборудования. Поэтому ежегодно в воздух выбрасываются многие миллио-ны тонн угольной пыли, до 20 млн. т сажи, 15 млн. т двуокиси серы, загрязнение воздушного бассейна над ним поистине катастрофично. Временами город заволакивает настолько плотный смог, что даже днем машины с включенными фарами с трудом пробираются по его улицам. На территорию Северной Швеции и Норвегии серы выпадает в 1,2—2,5 раза больше, чем выбрасывается в воздушный бассейн с этих территорий. В то же время во многих промышленных странах Западной Европы, в частности в Великобритании и Нидерландах, отношение выпадений серы к выбросам составляет лишь 10—20%, а в ФРГ, Франции и Дании—20—45%. Отсюда был сделан вывод, что в этих государствах в атмосферный воздух серы выбрасывается гораздо больше, чем выпадает на их территории, и, следовательно, остальная часть переносится воздушными потоками в соседние страны, в частности в Скандинавию. Опасность выбросов сернистых соединений заключается прежде всего в их массовости, токсичности и срав-нительно большом обыщем "сроке жизни".