Теоретические сведения. Существенной составляющей загрязнения воздушной среды городов, особенно крупных, являются выхлопные газы автотранс­порта

Существенной составляющей загрязнения воздушной среды городов, особенно крупных, являются выхлопные газы автотранс­порта, которые в ряде столиц мира, административных центрах Рос­сии, городах-курортах составляют 60-80% от общих выбросов. Многие страны, в том числе и Россия, принимают раз­личные меры по снижению токсичности выбросов, путем лучшей очистки бензина, замены его на более чистые источники энергии (газовое топливо, этанол, электричество), снижения свинца в до­бавках к бензину. Проектируются более экономичные двигатели с более полным сгоранием горючего, создание в городах зон с огра­ниченным движением автомобилей и др. Несмотря на принимае­мые меры, из года в год растет число 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, кадмий, свинец, канцерогенная группа углеводородов (бенз(а)пирен и бензоантроцен). При этом большее количество токсичных веществ выбрасывается автотранспортом в воздух на малом ходу, на перекрестках, остановках перед светофорами. Так, на небольшой скорости бензиновый двигатель выбрасывает в атмосферу 0,05% углеводородов (от общего выброса), а на малом ходу = 0,98%, окиси углерода соответственно – 5,1% и 13,8%. Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомобиля 15 тыс.км. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг кислорода и обогащает ее на 3250 кг углекислого газа, 530 кг окиси углерода, 93 кг углеводородов и 7 кг окислов азота.

Для расчета массы загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу автотранспортом, необходимо первоначально оценить загрязненность улицы различными видами транспорта.

Сбор материала по загрязненности улиц автотранспортом выполняется путем натурных наблюдений в 8, 13 и 18 часов, в ночные часы интенсивность движения автотранспорта определяется методом подсчета автомобилей разных типов 3 раза по 20 мин. в каждом из сроков. Конечным результатом такого анализа является построение зависимости числа автомобилей от времени суток для каждого из категорий автомобилей. Автомобили учитывают по трем категориям:

1. Автомобили, работающие на бензине (с карбюраторным двигателем)

2. Автомобили с дизельным двигателем

3. Автобусы

Итогом подсчетов является суммарная оценка загруженности улиц автотранспортом согласно ГОСТ 17.2.2.03-77 (низкая интенсивность движения 2.7-3,6 тыс. автомобилей в сутки; средняя – 8-17 тыс. и высокая 18-27 тыс.) и определение вклада каждого типа транспорта.

Загрязнение атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей удобно оценивать по концентрации окиси углерода, в мг/м³.

Для оценки по концентрации угарного газа используется эмпирическая формула:

 

К_со = (0,5+q,01N· К_Т) · К_А · 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, автом./час,

К_Т - коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух окиси углерода,

К_А - коэффициент, учитывающий аэрацию местности,

К_у - коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода в зависимости от ве­личины продольного уклона,

К_с - коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра,

К_В - то же в зависимости от относительной влажности воздуха,

К_П - коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воз­духа окисью углерода у пересечений.

Рассмотрим пример расчета по следующим исходным данным. Имеется магистральная улица с многоэтажной застройкой с двух сторон, продольный уклон 2⁰,скорость ветра 4 м/сек, относительная влажность воздуха -70%, температура 20°С. Расчетная интенсивность движения автомобилей в обоих направлениях - 500 автомашин в час (N). Со­став автотранспорта: 10% грузовых автомобилей с малой грузоподъемностью, 10% со средней грузоподъемностью, 5% с большой грузоподъемностью с дизельными двигателями, 5% ав­тобусов и 70% легковых автомобилей.

Ниже приводится алгоритм расчета.

Коэффициент токсичности автомобилей определяется как средневзвешенный для потока автомобилей по формуле:

 

где:

Р_i - состав автотранспорта в долях единицы,

К_n – определяется по табл.1.

Таблица 1

 

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

Подставив значения согласно заданию (или собственные дан­ные) получаем:

К_т=0,1 · 2,3 + 0,1 · 2,9 + 0,05 · 0,2 + 0,05 · 3,7 + 0,7 · 1 = 1,41

Значение коэффициента К_А, учитывающегоаэрацию местности, определяется по табл. 2.

Таблица 2

 

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, виадуки, высокие насыпи Пешеходные тоннели	2,7
1.5
1.0
0,6
0,4
0,3

Для магистральной улицы с многоэтажной застройкой К_А = f.

Значение коэффициента К_у, учитывающего изменение загрязне­ния воздуха окисью углерода в зависимости от величины продоль­ного уклона, определяем по табл. 3.

 

Таблица 3

Продольный уклон, 0	Коэффициент Ку
4	1,00 1,06 1,07 1,18 1,55

 

Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра К_С определяется по табл. 4.

Таблица 4

Скорость ветра, м/с	Коэффициент Кс
	2,70
	2,00
	1,50
	1,20
	1,05
	1,00

Значение коэффициента К_В, определяющего изменение концен­траций окиси углерода в зависимости от относительной влажности воздуха, приведено в табл. 5.

Таблица 5

Относительная влажность	Коэффициент КВ
	1,45
	1,30
	1,15
	1,00
	0,85
	0,75

Коэффициент увеличения загрязнения воздуха окисью углеро­да у пересечений приведен в табл. 6.

Таблица 6

Тип пересечения	Коэффициент Кп
Регулируемое пересечение:
- со светофорами обычное	1,8
- со светофорами управляемое	2,1
- саморегулируемое	2,0
Нерегулируемое:
- со снижением скорости	1.9
- кольцевое	2,2
- с обязательной остановкой	3,0

 

Подставим значения коэффициентов, оценим уровень загрязне­ния атмосферного воздуха окисью углерода:

К_СО = (0,5 + 0,01· 500 ·1,4)· 1 · 1,06 · 1,20 · 1,00 = 8,96мг/м³

ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равно 5 мг/м³.