Снижение загрязнения воздуха от теплоустановок и автотранспорта

Атмосфера, как экологический компонент, - это слой воздуха в подпочве и над её поверхностью, в пределах которого наблюдается взаимное влияние всех экологических компонентов (включая сам воздух). Поэтому загрязнение воздуха отражается на изменении состава и свойств компонентов природы и здоровье человека.

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха поступают от теплоэнергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, уголь, природный газ и другие), особо опасны теплоустановки, потребляющих уголь, - они составляют 133 млн кг в год оксидов серы, 21 млн кг оксидов азота, 5 млн кг твердых частиц, которые и являются, в основном, причиной кислотных дождей. Количество загрязнения определяется составом, объемом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.

Способы очистки газовых выбросов в атмосферу:

Адсорбционный - вредные примеси улавливают с помощью поглотителей, в качестве которых используют активированный уголь (как в противогазе), известняк, а также поглощающие жидкости - щелочные растворы аммиака и извести. Недостатки - необходимость установки громоздкого оборудования и периодической очистки поглощающей жидкости.

Окислительный способ заключается в выжигании вредных горючих примесей до углекислого газа и воды; правда, здесь возникает проблема выбросов излишних объемов углекислого газа.

Каталитический - пропускание выбрасываемой газовой смеси через твердые катализаторы, в качестве которых чаще всего используют металлические сетки (например, из платины или ванадия) или оксиды металлов (цинка, алюминия, марганца и т.д.). Напомним, что катализаторы - это вещества, ускоряющие химические реакции, но сами в них не расходующиеся. Иногда бывает целесообразно использовать сочетание перечисленных выше методов (например, применяют адсорбционно-окислительный метод или каталитическое окисление).

Пока речь шла об очистке промышленных газовых выбросов. Однако в крупных городах одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха является все-таки не промышленность, а автомобильный транспорт. На его долю приходится 43% суммарных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, 3% сбросов вредных веществ со сточными водами, около 90% шумового воздействия на городское население.

Сейчас на Земле постоянно функционирует около миллиарда автомобилей. Отработанные автомобильные выбросы содержат соединения свинца, кадмия, цинка, марганца, меди, хрома, кобальта, олова. Даже у совершенно здоровых людей загрязненный воздух вызывает усталость, плохой сон, кашель, головную боль. По данным медиков, в домах, стоящих рядом с крупными автомагистралями (до 10 м), жители заболевают раком в 3-4 раза чаще, чем в домах, расположенных хотя бы в 50 м от дороги. Автотранспорт также отравляет водоемы, почву и растения.

Для автотранспорта соответствующими документами установлены обязательные нормативы содержания вредных веществ в отработанных газах.

Уровень загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами характеризует отношение фактического количества токсичных веществ к их нормативному значению. Концентрация вредных веществ в воздухе зависит от типа двигателя, грузоподъемности автомобиля, организации движения, технических параметров дорожной сети, технического состояния автомобилей, квалификации и опыта водителей и ремонтных рабочих, организации ТО, качества контрольно-измерительных приборов, топлива и т.д.

В целях снижения загрязнения воздуха на пути отработавших газов в автомобили стали устанавливать каталитические нейтрализаторы, окисляющие несгоревшие углеводороды и угарный газ до углекислого газа и восстанавливающие оксиды азота до азота и кислорода. В качестве катализаторов используют благородные металлы: платину, палладий и родий. Катализатор наносят на инертную подложку из гофрированной фольги или керамики. Кроме катализаторов, выхлопные газы проходят через фильтры из пенокерамики и пенометалла. Каталитические нейтрализаторы выпускают двух видов: окислительные и бифункциональные. Первые уменьшают выбросы оксидов углерода и углеводородов на 80-90%, в них осуществляется дожигание продуктов неполного сгорания с помощью нагнетателей, пульсаров или эжекторов. Вторые снижают количество выбрасываемых оксидов углерода, углеводородов и оксидов азота на 70-80%, в них происходит, с одной стороны, восстановление оксидов азота до азота и кислорода, с другой - окисление оксидов углерода и углеводородов до углекислого газа и воды. Чтобы эти процессы протекали эффективно и синхронно, состав горючей смеси необходимо поддерживать в очень узких пределах, для чего используют специальный датчик - зонд.

В выхлопных газах дизельных двигателей концентрация оксидов углерода и углеводородов значительно ниже, чем у двигателей с искровым зажиганием, но в больших количествах образуется сажа и оксиды азота. Поэтому на дизельных двигателях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры.

Описанные выше катализаторы и фильтры устанавливают на автомобилях иностранного производства. Разумеется, такие шаги значительно повышают стоимость машин, поэтому цена иномарок в несколько раз превышает стоимость отечественных. Но жесткие экологические требования, введенные в европейских странах, вынуждают производителей идти на эти затраты, поскольку в результате повышается эффективность сохранения чистоты атмосферного воздуха. Наши отечественные машины пока не оснащают катализаторами и фильтрами. Результатом этого является катастрофически грязный воздух в наших городах, что приводит, как мы уже говорили, к повышенному уровню заболеваемости населения. Каковы же перспективы? Одна из ближайших и реальных - переход от бензинового топлива к газовому. Газ считается экологически более чистым видом топлива по сравнению с нефтяными фракциями, поскольку он лучше выгорает и не дает токсичных выбросов, а только углекислый газ и воду.

Другой выход - оснащение автомобилей дизельными двигателями, дающих экономию горючего в 20-30%; кроме того, в их выбросах практически отсутствует угарный газ и нет соединений свинца. Однако машины с дизельными двигателями необходимо оборудовать еще и сажевыми фильтрами.

В качестве возможного заменителя природного газа, бензина и дизельного топлива часто называют водород, получаемый из воды. При сжигании водород снова превращается в воду. Опытные образцы автомобилей дали хорошие результаты, однако об их повсеместном использовании говорить пока рано: водород очень взрывоопасен, еще не решены технические вопросы методики заправки водородного двигателя и хранения такого топлива внутри автомобиля.

Наконец, одной из реальных перспектив является электромобиль. Пока все варианты этого средства передвижения сильно проигрывают автомобилю: они дают существенно более низкие скорости, довольно тяжелы из-за массивных аккумуляторов, требуют частой подзарядки. Но эти проблемы - чисто технические и вполне решаемы в будущем. Весьма перспективными для городов, особенно на окраинах, являются и другие транспортные средства на электрической тяге, в частности, скоростные трамваи, пересекающиеся с городскими магистралями на разных уровнях. Строительство для такого трамвая пути, протяженностью в километр, обходится примерно в 10 раз дешевле строительства аналогичного участка линии метрополитена.

В крупных городах для снижения вредного воздействия загрязненного воздуха на здоровье людей применяют специальные градостроительные принципы зональной застройки жилых массивов. Вблизи дорог располагают низкоэтажные здания торговых комплексов, затем многоэтажные жилые корпуса, а под их защитой - детские и лечебные учреждения. В последние годы в России начали строить транспортные развязки без пересечений (увы, третье автомобильное кольцо в Москве не решило транспортную проблему столицы).

На автотранспортных предприятиях необходимо проводить анализ состава этих газов, который будет полным лишь в случае, если контролю постоянно подвергаются все автомобили. Это позволит не только выявить неисправный подвижной состав, но и установить неотрегулированные системы автомобиля. Анализ токсичности отработавших газов должен проходить в неразрывной связи с анализом технического состояния автомобильного парка, уровня организации ТО и Р.

Перераспределение перевозок автомобилями с применением прогрессивных видов топлива, учет дорожных условий при планировании перевозок также приводят к снижению отрицательного влияния автомобильного транспорта на экологию городов.

Таким образом, человечество уже накопило достаточный опыт борьбы с загрязнениями ОС в виде экозащитных методик. Главными задачами сегодня являются технологические - внедрение описанных методик в повседневную жизнь.