2.1 Выбросы загрязняющих веществ автомобильными двигателями.

Автомобильный парк России в 1996 году насчитывал 19,6 млн единиц, в том числе 14,7 млн – легковых, 4,2 млн – грузовых и около 0,7 млн автобусов. В 90-е годы принципиальных изменений в структуре автопарка не произошло. Состав автопарка по видам используемого топлива также остался прежним. Доля автомобилей, использующих газовое топливо, не превышает 2%. Удельный вес грузовых автомобилей с дизелями состовляет 28% от их общего количества. Для автобусного парка России доля автобусов, работующих на дизельном топливе, равна примерно 13%.

Отмечается устойчивая тенденция роста численности автотранспортных средств находящихся в личном пользовании. Так, за периуд с 1991 по 1996 год число легковых автомобилей увеличилось на 51%, грузовых – на 25%, автобусов на 26%.

Сеть автомобильных дорог России состовляет 930 тыс. км, в том числе 557 тыс. км автомобильных дорог общего пользования.

В инфраструктуре транспортной отрасли насчитывается около 4 тыс. крупных и средних автотранспортных предприятий, занятых пассажирскими и грузовыми перевозками. Сразвитием рыночных отношений появились в большом количестве коммерческие транспортные подразделения небольшой мощности. В 1997 году в РФ функционировало свыше 500 тыс. субъектов транспортного рынка различных форм собственности, и число их постоянно возрастает. Они выполняют автомобильные перевозки, техническое обслуживание и ремонт автомобилей, оказывают сервисные услуги и осуществляют прочие виды деятельности.

Рост автопарка, изменение форм собственности и видов деятельности существенно не повлияли на характер воздействия автотранспорта на окружающую природную среду. Он по-прежнему сохраняет лидерство в загрязнении атмосферы городов. В середине 90-х годов на долю автотранспорта в России приходилось 80% выбросов свинца, 59% окиси углерода, 32% оксидов азота. Выбросы от передвижных источников составили около 11 млн тонн, от стационарных – 0,8 млн тонн (1997год). Причем, доля стационарных источников загрязнения атмосферы имеет тенденцию к стабильному сокращению.

Подвижные источники загрязнения. Специфика подвижных источников загрезнения (автомобилей) проявляется:

• в высоких темпах роста численность автомобилей по сравнению с ростом количества стационарных источников;

• их пространственной рассредоточенности (автомобили распределяются по территории и создают общий повышенный фон загрязнения);

• непосредственной близости к жилым районам (автомобили заполняют все местные проезды и дворы жилой застройки);

• более высокой токсичности выбросов автотранспорта по сравнению с выбросами стационарных источников;

• сложности технической реализации средств защиты от загрязнений на подвижных источниках;

• низком расположении источника загрязнения от земной поверхности, в результате чего отработавшие газы автомобилей скапливаются в зоне дыхания людей и слабее рассеиваются ветром по сравнению с промышленными выбросами и выбросами от стационарных источников транспорта, которые, как правило, имеют дымовые и вентиляционные трубы значительной высоты.

Перечисленные особенности передвижных источников приводят к тому, что автотранспорт создаёт в городах обширные зоны с устойчивым превышением санитарно-гигиенических нормативов загрязнения воздуха.

Наибольшее загрязнение выбросами от автотранспорта отличается в Татарстане, Краснодарском и Ставропольском краях, Ростовской, Московской, Ленинградской, Нижегородской, Волгоградской областях. На долю автотранспорта в ряде регионов приходится свыше 50% от общего объёма выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, в том числе, согласно данным Минздрава РФ, в Пензенской области – 77%, в Санкт-Петербурге – 71%, в Воронежской области – 77%, в Краснодарском крае – 78%, в Москве – 88%. 

Высокий удельный вес автомобилей с карбюраторными двигателями наряду с широким применением этилированного бензина на большей части территории России обусловили загрязнение атмосферы соединениями свинца. Суммарный выброс свинца в атмосферу от автотранспорта по России в целом в 1997 году составил около 4 тыс. т, причём основным загрязнителем является грузовой транспорт: на его долю приходится 54% общей массы выброса свинца. На территории России максимальные выбросы свинца по абсолютной величине отличаются в Уральском (685 т), Поволжском (651 т) и Западно-Сибирском (568 т) регионах.

Расчетный годовой ущерб экосистемам от загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта по РФ составляет примерно 16,2 млрд руб. (2,7 млрд долл.). Его можно сократить на 8,64 млрд руб. (1,44 млрд долл. США), если перейти на использование только неэтилированного бензина. Однако на 1997 год его доля в общем производстве бензина составляла около 64% (в 1996 году – 51,2%). Кроме того, производятся закупки этилированного бензина за рубежом, и импорт его увеличивается. Применение этилированного бензина создает предпосылки для роста атмосферных загрязнений и с помощью государственных мер должно быть ограниченно, а в конечном итоге запрещено.

Загрязнение атмосферы передвижными источниками автотранспорта происходит в большей степени отработавшими газами через выпускную систему автомобильного двигателя, а также, в меньшей степени, картерными газами через систему вентиляции картера двигателя и углеводородными испарениями бензина из системы питания двигателя (бака, карбюратора, фильтров, трубопровода) при заправке и в процессе эксплуатации.

Отработавшие газы автомобилей с карбюраторными двигателями в числе наиболее токсичных компонентов содержат оксид углерода, оксиды азота и углеводороды, а газы дизелей – оксиды азота, углеводороды, сажу и сернистые соединения. Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработавшими газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов. Снижению токсичности и нейтрализации отработавших газов уделяется основное внимание, и в этом направлении ведутся постоянные технические разработки.

Картерные газы вносят свою долю в загрязнение атмосферного воздуха. Их количество в двигателе возрастает с увеличением износа. Кроме того, оно зависит от условий движения и режима работы двигателя. На холостом ходу система вентиляции картерных газов, которой снабжены практически все современные двигатели, работает менее эффективно, что ухудшает экологические показатели автомобилей.

Испарения бензина в автомобиле имеют место при работе двигателя и в нерабочем состоянии. Внутренняя полость бензобака автомобиля всегда сообщается с атмосферой для поддержания давления внутри бака на уровне атмосферного по мере выработки бензина. Это необходимо для нормальной работы всей системы питания двигателя, но в то же время создает условия для испарения легких фракций бензина и загрязнения ими воздуха.

Отработавшие газы (ОГ), выбрасываемые автомобильными двигателями, содержат более 200 различных веществ, большинство из которых в большей или меньшей мере токсичны. Основными токсичными веществами, содержащимися в отработавших газах автомобильных двигателей и загрязняющими атмосферу, являются: окись (оксид) углерода (СО), оксиды азота (NОх),  двуокись серы (SO2), углеводороды (CnHm), соединения свинца (при работе двигателей на этилированном бензине), сажа. При сжигании в автомобильном двигателе 1 т бензина образуется 180-300 кг окиси углерода, 20-40 кг углеводородов и 25-45 кг оксидов азота.

Окись углерода - газ без цвета и запаха, образуется в результате неполного сгорания топлива в двигателях. В отработавших газах двигателей искровым зажиганием в зависимости от регулировки карбюратора и технического состояния двигателя содержание СО колеблется в пределах 0,1-10% (по объему).

Оксиды азота состоят в основном из окиси (NO) и двуокиси азота (NO2). Окись азота- бесцветный газ, двуокись азота- газ красновато-бурового цвета с характерным запахом. Оксиды азота образуются в двигателе при высокой температуре сгорания топлива.

Двуокись серы образуется в результате сгорания топлива в дизелях. Ее концентрация в ОГ зависит от содержания серы в дизельном топливе, регламентируемого ГОСТ 305-82. Дизельное топливо по содержанию серы разделяется на два вида. В дизельном топливе I вида содержание серы не должно превышать 0,2%, а топливе II вида не более 0,5%.

Углеводороды подразделяются на предельные, непредельные и ароматические, в том числе канцерогенные. Среди канцерогенов наиболее опасным является 3, 4- бенз/а/пирен. Появление углеводородов в отработавших газах связано с разложением и неполным окислением углеводородов топлива в двигателе.

Содержание углеводородов в ОГ во многом зависит от технического состояния и регулировки двигателя и на холостом ходу колеблется от 100 до 5000%0 и более.

Соединение свинца образуется в ОГ в результате сгорания этилированного бензина. Содержание соединений свинца в ОГ зависит от их содержания в бензине. По ГОСТ 2084-77 (с изменениями) в этилированном бензине АИ-93 может быть до 0,37 мг/дм3 свинца, а в А-76- до 0,17 мг/дм3. В неэтилированном бензине допускается до 0,012 мг/дм3. Около 70-90% содержащихся в бензине свинцовых соединений, выбрасываются с ОГ , попадая в атмосферу, почву, воду.

Оценка токсичности (дымности) ОГ автомобильных двигателей осуществляется путем проведения специальных испытаний. Новые модели автомобилей, а также серийно-выпускаемые проходят испытания по специально разработанному ездовому циклу, имитирующему движение автомобиля в городских условиях. При этом токсичность и дымность ОГ не должна превышать норм, установленных Правилами №15 и 83 ЕЭК ООН для автомобилей с бензиновыми двигателями регламентируется ГОСТ 17.2.2.0.3-87 (табл.1). Проверка проводится при работе двигателя на двух режимах холостого хода: минимальной частоте вращения и повышенной- в диапазоне от 2000 об/мин до 0,8 nном, где nном - частота вращения, соответствующая максимальной мощности.

Таблица 1. Предельно допустимые содержание токсичных веществ в ОГ (по ГОСТ 17.2.2.03-87).

Примечание: при контрольных проверках в эксплуатации допускается содержание окиси углерода на минимальной частоте вращения при холостом ходе до 3%.  

Для дизелей по ГОСТ 21393-75 в эксплуатации регламентируется дымность ОГ (табл.2). Проверка проводится на двух режимах холостого хода: при свободном ускорении (разгоне двигателя от минимальной до максимальной частоты вращения) и максимальной частоте вращения.

Автомобили, токсичность (дымность) ОГ, которых превышает установленные нормы, считаются неисправными и не подлежат дальнейшей эксплуатации. Приборы для определения токсичности и дымности ОГ автомобильных двигателей (табл. 3) должны соответствовать требованиям ГОСТ 17.2.2.03-87 и ГОСТ 21393-75.  

Таблица 2. Нормы дымности ОГ автомобильных дизелей