Защита атмосферного воздуха от загрязнения отработавшими газами автомобилей в регионах с резкоконтинентальным климатом (на примере г. чита)

На правах рукописи

Шербатюк Андрей Петрович

ЗАЩИТА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ АВТОМОБИЛЕЙ

В РЕГИОНАХ С РЕЗКОКОНТИНЕНТАЛЬНЫМ КЛИМАТОМ

(на примере г. Чита)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Чита – 2010

Работа выполнена на кафедре водного хозяйства и инженерной экологии ГОУ ВПО «Читинский государственный университет» Федерального агентства по образованию Министерства образования и науки Российской Федерации

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Заслоновский Валерий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Озорнин Сергей Петрович

Жигарев Дмитрий Владимирович

кандидат технических наук

Ведущая организация Забайкальское межрегиональное террито- риальное управление по гидрометеороло- логии и мониторингу окружающей среды (Забайкальское УГМС).

Защита состоится 19 марта 2010 г. в 10 часов на заседании диссер-тационного совета Д 212.299.02 при Читинском государственном универ-ситете по адресу: 672039 г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, зал засе-даний ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Читин-ского государственного университета.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 672039, г. Чита, ул. Александро-Завод-ская, 30, ЧитГУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.299.02

Факс: (302-2) 41-64-44

E-mail: [email protected]

Автореферат разослан «18» февраля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат технических наук Шарапов Н.М.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Загрязнение атмосферного воздуха во многих регионах нашей планеты становится глобальной проблемой чело-вечества. Одним из основных источников загрязнения атмосферного воз-духа в городах и крупных промышленных центрах являются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей. Значительная доля автомобилей от общего числа находящихся в эксплуатации в качестве энергетических установок использует бензиновые ДВС. В отработавших газах (ОГ) бензи-новых ДВС содержатся продукты неполного сгорания топлива, в том числе токсичные вещества (ТВ) и вредные вещества (ВВ), что является причиной роста заболеваемости населения городов, составляющей 10…37 % от сум-марной заболеваемости. По данным ФГУЗ «Центр гигиены и эпидеми-ологии Читинской области», отмечается тесная корреляционная зависи-мость многих заболеваний от содержания в атмосферном воздухе ТВ и ВВ.

Забайкальский край является одним из 14 неблагоприятных регионов Российской Федерации, в которых регистрируется превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) ТВ и ВВ в атмосферном воздухе, ве-личина индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5) в несколько раз превы-шает допустимые нормы. Столицу Забайкальского края г. Чита более 20 лет назад занесли в список наиболее загрязненных городов России. Однако ГУ «Читинский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» отмечает, что при анализе выбросов антропогенного происхож-дения в атмосферу отсутствует количественная оценка выбросов автомо-билей с разными типами ДВС. Это не позволяет произвести дифференци-рование ТВ и ВВ по источникам выбросов и в полной мере отразить общую картину фактического загрязнения атмосферного воздуха в г. Чита. Анализ общего уровня содержания ТВ и ВВ в атмосферном воздухе г. Чита показывает, что несмотря на значительное снижение за последние 15 лет объемов промышленных выбросов, концентрация ТВ и ВВ не уменьшилась, а по целому ряду их наименований возросла. Такие ТВ, как диоксид серы, диоксид и оксид азота, формальдегид, соединения свинца, бензапирен, являющиеся продуктами сгорания бензина в ДВС, выделяются в больших количествах именно в городах (с учетом значительного ско-пления автомобилей и автомобильных пробок), особенно в холодное время года. В таких условиях известные технологии, позволяющие снизить соде-ржание ТВ и ВВ в отработавших газах автомобилей, часто неэффективны.

Поэтому защита атмосферного воздуха от загрязнения отрабо-тавшими газами бензиновых двигателей автомобилей, эксплуатируемых в городах, расположенных в регионах с резкоконтинентальным климатом, длительным холодным периодом года рассматривается как социальный заказ и является актуальной научно-практической задачей геоэкологии.

Объект исследования – атмосферный воздух города с неблаго-приятными климатообразующими факторами, включающий отработавшие газы ДВС автомобилей.

Предмет исследования – закономерности, связывающие объемы выбросов ТВ и ВВ в составе ОГ бензиновых автомобильных ДВС со струк-турными параметрами загрязнения городского воздушного бассейна и спо-собы снижения таких загрязнений.

Рабочая гипотеза. Улучшение санитарно-гигиенических показа-телей атмосферного воздуха в городе с неблагоприятными климатообра-зующими факторами можно достичь за счет стимулирования перевода бензиновых автомобильных ДВС на альтернативное (газообразное) топ-ливо, усовершенствовав систему запуска двигателя в холодный период года.

Цель исследования. Обоснование технологического способа и тех-нического решения для снижения техногенного воздействия на городской атмосферный воздух ОГ бензиновых двигателей автомобилей, эксплуа-тируемых в наиболее напряженные по загрязнению ТВ и ВВ периоды года в регионах с резкоконтинентальным климатом.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1) изучить особенности рассеивания ТВ и ВВ в атмосфере г. Чита с суровым климатом (на примере Забайкальского края);

2) проанализировать динамику роста количества автомобилей в г. Чита и количества ТВ и ВВ, поступающих с ОГ автомобилей в атмосфер-ный воздух;

3) разработать техническое решение, позволяющее запускать ДВС автомобиля на газовом топливе в условиях низких температур;

4) провести оценку степени снижения загрязнения атмосферного воз-духа при переводе части автомобилей (легковых и автобусов) с бензино-вого на газовое топливо и рассчитать эколого-экономическую эффектив-ность данного решения.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Усиливающаяся тенденция возрастания количества эксплуати-руемых автомобилей, особенно с бензиновыми ДВС, создает угрозу мно-гократного превышения ТВ и ВВ в воздушном бассейне городов, которая в Забайкалье усугубляется особенностями рельефа местности (котловинное расположение), климатическими условиями (длительным периодом низких температур) и малой атмосферной циркуляцией.

2. Для снижения объемов ТВ и ВВ, попадающих в атмосферу с ОГ ДВС, предлагается ускорить перевод части автомобилей с бензинового на альтернативное газовое топливо, для чего разработано техническое реше-ние подачи газообразного топлива к двигателю внутреннего сгорания автомобиля, решающее проблему запуска ДВС автомобиля с помощью газа в холодное время года в условиях низких температур. Это позволит сократить количество ТВ и ВВ в атмосферном воздухе города на 20...30 %, а содержание некоторых вредных веществ снизится в 2...3 раза.

Научная новизна полученных результатов исследования заключа-ется в следующем:

– для территории города с неблагоприятными климатообразующими факторами определены объемы выбросов ТВ и ВВ в составе ОГ автомоби-льных бензиновых ДВС, что позволило определить количественную сос-тавляющую выбросов от автомобилей в суммарных антропогенных вы-бросах;

– получены закономерности, отражающие влияние различных факто-ров на накопление ТВ и ВВ в нижних точках котловин в условиях резко-континентального климата и содержание ТВ и ВВ в ОГ автомобильных бензиновых ДВС;

– предложено техническое решение, созданное на основе изобре-тения, позволяющее обеспечить запуск ДВС на газообразном топливе в хо-лодное время года и таким образом стимулировать перевод автомоби-льных бензиновых ДВС на альтернативное (газообразное) топливо в регио-нах с длительным холодным периодом года.

Практическая значимость и реализация. Рассчитан ущерб и эколого-экономическая эффективность перевода автомобилей с бензино-выми ДВС на альтернативное газовое топливо, а также количественная составляющая от автомобилей в общем антропогенном выбросе до и после проведенных технических мероприятий. Результаты работы используются ООО «РегионАрхЦентр», пунктами по переоборудованию автомобилей на газовое топливо СТО «Автогаз», а также при чтении курсов лекций и про-ведении лабораторно-практических занятий для студентов специальности 280202.65 «Инженерная защита окружающей среды», направления 280200 «Защита окружающей среды» при изучении дисциплин: «Общая биология и экология», «Основы токсикологии», «Экологическая экспертиза, оценка воздействия на окружающую среду, лицензирование», для студентов спе-циальности 270205.65 «Автомобильные дороги и аэродромы», при изу-чении дисциплины «Основы экологических условий Забайкалья».

Достоверность результатов исследования подтверждается испо-льзованием достоверной статистики по количеству автомобилей в г. Чита, предоставленной Государственной инспекцией безопасности дорожного движения (ГИБДД) Забайкальского края; применением унифицированной методики Государственного Комитета Российской Федерации по охране окружающей среды по определению выбросов автотранспорта для прове-дения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов; государственным патентом на изобретение «Устройство подачи газообразного топлива к двигателю внутреннего сгорания» (№ 2325546 от 22 мая 2006 г.), принятого к внедрению в пунктах по переоборудованию автомобилей на газовое топ-ливо СТО «Автогаз», статистической обработкой материала, проведенной с применением пакета программ «Статистика» в среде MS Exсеl.

Личный вклад автора состоит в постановке цели и задач иссле-дования; сборе и анализе исходного материала, характеризующего загря-знение атмосферного воздуха в г. Чита ОГ автомобильных бензиновых ДВС и последствий их воздействия на организм человека; в разработке мероприятий по снижению этого воздействия, в том числе в создании и внедрении изобретения для этой цели; в расчете количественной состав-ляющей выбросов ТВ и ВВ в составе ОГ автомобильных ДВС в атмо-сферный воздух г. Чита и составлении экологического прогноза при переводе автотранспорта на альтернативное газовое топливо, расчете экологического ущерба и эколого-экономической эффективности; в полу-чении количественной составляющей ТВ и ВВ, поступающих с ОГ авто-мобилей, определении процентного снижения количества загрязняющих веществ, с учетом проведенных мероприятий.

Апробация работы. Основные положения диссертационной рабо-ты докладывались и обсуждались на Международной конференции «Зем-ная цивилизация. Проблемы современной цивилизации» (Иркутск, 2006) Всероссийских конференциях – «Кулагинские чтения» (Чита, 2007, 2008, 2009); на совместных научных семинарах кафедры водного хозяйства и инженерной экологии, безопасности жизнедеятельности Читинского госу-дарственного университета ФАО РФ и Восточного филиала РосНИИВХа (2003-2008 гг.).

Публикации и изобретения. По теме исследования опубликовано 6 научных работ (в том числе одна в издании, рекомендуемом ВАК), а также получен патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, библиографического списка. Общий объем работы 114 стр., в том числе 19 рис., 16 табл. Библиографический список содержит 136 наименований (из них 11 иностранных).

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д-ру техн. наук, профессору В.Н. Заслоновскому, консультанту по медико-биоло-гическим вопросам канд. биол. наук, доценту З.П. Оглы, а также канд. техн. наук, доценту А.В. Шаликовскому и канд. техн. наук, доценту С.Г. Косареву за помощь в подготовке работы.

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении рассмотрена актуальность проблемы, определены цель и задачи исследования, показаны научная новизна, практическая зна-чимость работы, а также личный вклад автора, сформулированы защища-емые положения.

В первой главе рассматривается проблема влияния ДВС автомо-билей на атмосферный воздух и здоровье людей.

Во второй главе исследованы природные условия и климат Забай-калья, роль ДВС автомобилей в загрязнении атмосферного воздуха г. Чита.

В третьей главе предлагаются и обосновываются мероприятия и технические решения по снижению воздействия ДВС автомобилей на ат-мосферу города.

В четвертой главе обоснован технологический способ и описано техническое решение для автомобилей с бензиновыми ДВС, позволяющие в условиях резкоконтинентального климата снизить количество вредных и токсичных веществ в общем объеме вредных выбросов в атмосферу. Вы-полнен расчет предотвращенного экологического ущерба и экономической эффективности от применения предлагаемого решения.

В Заключении сделаны выводы, из которых следует, что при испо-льзовании изобретения создается возможность перевода на газовое топли-во значительного количества автомобилей, что существенно улучшит ка-чественные показатели атмосферного воздуха городских территорий в холодное время года. Проведенные исследования, расчеты и экологи-ческий прогноз предлагаемых мероприятий дают возможность полагать, что при их практической реализации атмосфера города станет существенно чище, что позитивно скажется на состоянии здоровья людей.

3. ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Первое защищаемое положение

Усиливающаяся тенденция возрастания количества эксплуати-руемых автомобилей, особенно с бензиновыми ДВС, создает угрозу многократного превышения ТВ и ВВ в воздушном бассейне городов, которая в Забайкалье усугубляется особенностями рельефа местности (котловинное расположение), климатическими условиями (длитель-ным периодом низких температур) и малой атмосферной циркуля-цией.

Забайкалье находится на юго-востоке Сибири и простирается от оз. Байкал на западе до Амурской области и Якутии (Республика Саха) на востоке, от правобережья р. Лена на севере до границ России с Монго­лией и Китаем на юге. Западную часть Забайкалья занимает республика Бурятия, а восточную – Забайкальский край, центром которого является г. Чита.

Забайкальский край является горной территорией, в пределах кото­рой лишь в межгорных депрессиях и долинах крупных рек встречаются равнинные пространства. Характерной чертой рельефа является чередова­ние горных хребтов и межгорных долин, протянувшихся, главным обра­зом, в северо-восточном направлении.

Над городами и промышленными центрами Забайкальского края ча-сто формируются дымовые «шапки» (смог), отмечается чётко выражен­ный годовой ход концентраций примесей в воздухе населённых мест с максимумом в холодное время года.

Огромное влияние на климат Читы и Забайкальского края оказывают часто почти полностью замкнутые большие и малые межгорные котло-вины. Особенно резко климатическое воздействие котловин проявляется в период антициклонов: зимой холодный малоподвижный воздух заполня­ет котловины, потому внутри них холоднее, чем в горах (ин­версия темпера-туры воздуха). В Чите зимой преобладают сильно и жестко морозные периоды без ветра с суточными температурами до – 42 0С и ниже. Наи-меньшая продолжительность безморозного периода в крае варьирует от 55 дней на севере до 115 – на юге.

Формирование резкоконтинентального климата на данной террито­рии обусловлено тесным взаимодействием климатообразующих факторов, а именно: высокой солнечной радиацией, малой атмосферной циркуля­цией, низким влагооборотом, характером подстилающей поверхности, а также положением территории в умеренном поясе и значительным удале­нием от океанов; близостью пространств Центральной Азии; преоблада­нием горного, расчлененного рельефа; развитием высокого давления зи­мой; влиянием западных воздушных масс и муссонов Тихого океана летом.

Современный город располагается в долинах рр. Читы и Ингоды и амфитеатром поднимается по отрогам хребта Черского. С юго-запада над городом господствует двугорбая безлесная Титовская сопка, на запад и се­веро-запад от города расстилается равнинная степная местность, представ­ляющая собой днище Читинско-Ингодинской котловины.

Рельеф местности в районе Читы разнообразен, колебания высот в черте города составляют более 100 м. Наиболее низкие центральная и юж­ная части города расположены у берегов рр. Чита и Ингода. От р. Чита по обе стороны местность постепенно повышается, достигая в северо-вос­точ-ной и юго-западной частях города, абсолютных отметок 730…760 м над уровнем моря.

Климат Забайкальского края и г. Чита характеризуется весьма небла-гоприятными условиями для рассеивания примесей, особенно в холодный период года.

Способность атмосферы к рассеиванию выбросов промышленных, коммунальных предприятий и автотранспорта на территории края мини­мальна и при прочих равных условиях в Забайкальском крае меньше на 25…55 %, чем в других регионах России. Господствующий в зимнее время антициклон обуславливает штилевую со слабыми ветрами погоду. Она усугубляется преобладанием горно-котловинного рельефа, усиливающего эффект застоя и загрязнения воздушных масс ещё примерно на 50…75 %, особенно в осенне-зимние месяцы, когда выбросы в атмосферный воздух максимальны. Индекс загрязнения атмосферы по пяти веществам (ИЗА5) по г. Чита в отдельные годы достигал 70 ед., а по некоторым вредным ве­ществам, например, бензапирену на отдельных постах наблюдения 160 ед., значительно превышая принятый по стране максимальный критерий ИЗА5, равный 14.

Для изучения возможного влияния рельефа местности на концен-трацию ТВ и ВВ были проанализированы данные Забайкальского УГМС по индексу загрязнения атмосферы г. Чита за период с 2001 по 2007 гг. по различным постам наблюдения и построена линейная зависимость, кото-рая показала, что концентрация ТВ и ВВ в г.Чита имеет явную корреля-ционную зависимость от высоты над уровнем моря (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость осредненной величины индекса загрязнения атмосферы (У) г. Чита за период с 2001 по 2007 гг. от высоты над уровнем моря (Х, м БС)

По данным центра гигиены и эпидемиологии Читинской области (ФГУЗ) за 2007 г., отмечена тесная корреляционная зависимость уровня врожденных пороков развития у детей, заболеваемости населения болез-нями органов дыхания и систем кровообращения, пищеварения, эндокрин-ной системы, а также новообразований верхних дыхательных путей и мочеполовых органов от загрязнения атмосферного воздуха диоксидом серы, диоксидом азота, оксидом азота, фенолами, формальдегидом, сажей.

Общие результаты проведённых исследований свидетельствуют о во-зможности квалифицировать территорию города как экологически неблаго-получную.

Вопросами загрязнения атмосферного воздуха отработавшими га­зами автомобилей в разное время занимались: В.Г. Атапин, В.В. Амбарцу-мян, И.Я. Аксенов, В.И. Андреев, И.Л. Варшавский, И.И. Гольдблат, М.А. За­бежинский, Б.М. Куров и многие другие.

Атмосферный воздух в г. Чита подвержен загрязнению различными вредными веществами. Источником загрязнения служат промышленные предприятия, теплоэлектростанции, котельные, но в большей степени (осо-бенно зимой) – автомобили.

По статистическим данным ГИБДД Забайкальского края за 1990-2007 гг., количество автомобилей в 1990 г. в г. Чита составляло 36814 ед., а в 2007 г. – 77873 ед., что говорит о двукратном увеличе­нии количества автомобилей за этот период. В 2007 г. на каждые 5 жите­лей краевого центра приходился один автомобиль.

Динамика роста количества автомобилей в г. Чита с прогнозом до 2020 г. представлена на рис. 2, откуда следует, что в 2015 г. количество ав-томобилей в г. Чита достигнет 100 тыс., а в 2020 – 115 тыс.

Рис. 2. Динамика роста количества автомобилей в г. Чита

Динамика роста количества автомобилей, дифференцированных по видам за период с 2001 по 2007 гг., приводится на рис. 3.

Рис. 3. Динамика роста количества автомобилей в г. Чита

с прогнозом до 2020 г.

За этот же период (2001-2007 гг.) диссертантом были выполнены рас-четы количества ТВ и ВВ, содержащихся в ОГ ДВС для трех видов авто-мобилей г. Чита (табл. 1).

Расчет выбросов движущихся автомобилей осуществлялся по фор-муле

, (1)

где , г/км – пробеговый выброс i-гo вредного вещества автомобилями k-й группы для городских условий эксплуатации; k – количество групп автомобилей; , 1/час – фактическая наибольшая интенсивность дви-жения, т.е. количество автомобилей каждой из k групп, проходящих через фиксированное сечение выбранного участка автомагистрали в едини-цу времени в обоих направлениях по всем полосам движения (по резуль-татам замеров диссертанта в г. Чита); – поправочный коэффициент, учитывающий среднюю скорость движения транспортного потока на выбранной автомагистрали (или ее участке); – коэффициент перес-чета «час» в «сек»; , км – протяженность автомагистрали (или ее участка), из которого исключена протяженность очереди автомобилей перед запрещающим сигналом светофора и длина соответствующей зоны перекрестка.

Таблица 1

Количество ТВ и ВВ, содержащихся в ОГ ДВС разных видов автомобилей

г. Чита с 2001 по 2007 гг., т/сут.

Годы	СО	NOx	CH	SO2	Формальдегид	Соединения свинца	Бензaпирен n(10 - 6)	Суммарный выброс
Легковые автомобили
2001	60,98	5,78	6,74	0,21	0,02	0,06	5	73,79
2002	71,34	6,76	7,88	0,24	0,02	0,07	6	86,33
2003	75,05	7,11	8,29	0,26	0,02	0,07	7	90,81
2004	77,14	7,31	8,52	0,26	0,02	0,08	7	93,33
2005	77,49	7,34	8,56	0,26	0,02	0,08	7	93,77
2006	80,64	7,64	8,91	0,27	0,02	0,08	7	97,57
2007	88,14	8,35	9,74	0,30	0,03	0,09	8	106,65
Автобусы
2001	13,46	0,73	1,85	0,04	0,01	0,01	9	16,10
2002	24,16	1,31	3,32	0,08	0,01	0,01	1	28,88
2003	19,48	1,06	2,67	0,06	0,01	0,01	1	23,29
2004	29,78	1,62	4,09	0,10	0,01	0,01	2	35,61
2005	38,62	2,10	5,30	0,13	0,01	0,02	2	46,18
2006	40,29	2,19	5,53	0,13	0,01	0,02	3	48,17
2007	48.49	2,63	6,66	0,16	0,01	0,02	3	57,97
Грузовые автомобили
2001	35,40	2,45	6,32	0,10	0,01	0,01	3	44,31
2002	94,35	6,54	16,86	0,28	0,03	0,04	8	118,09
2003	90,58	6,28	16,18	0,26	0,03	0,04	8	113,37
2004	83,08	5,76	14,84	0,24	0,02	0,04	7	103,99
2005	85,82	5,95	15,33	0,25	0,02	0,04	7	107,41
2006	99,11	6,87	17,71	0,29	0,03	0,04	8	124,05
2007	100,54	6,97	17,96	0,29	0,03	0,04	8	125,84

Из приведенного анализа и выполненных расчетов следует, что в ближайшие годы в случае непринятия технических решений по снижению вредных выбросов автомобилей в г. Чита создастся угрожающая обстанов-ка с содержанием ТВ и ВВ в атмосфере.

Второе защищаемое положение

Для снижения объемов ТВ и ВВ, попадающих в атмосферу с ОГ ДВС, предлагается ускорить перевод части автомобилей с бензинового на альтернативное газовое топливо, для чего разработано техничес-кое решение подачи газообразного топлива к двигателю внутреннего сгорания автомобиля, решающее проблему запуска ДВС автомобиля с помощью газа в холодное время года в условиях низких температур. Это позволит сократить количество ТВ и ВВ в атмосферном воздухе города на 10...30 %, а содержание некоторых вредных веществ снизит-ся в 2...3 раза

Обзор научной литературы и технических решений позволил установить, что среди многочисленных способов снижения токсичных выбросов автомобилей в атмосферный воздух наиболее перспективным является замена бензинового топлива на газовое. В настоящее время замена осуществляется как частными автовладельцами, так и предприя-тиями, имеющими большое количество автомобилей. Замена, как правило, вызвана экономическими причинами, подоражанием бензина и меньшей стоимостью газа. Однако при переоборудовании автомобилей для исполь-зования газового топлива (смесь газов пропана и бутана) существует про-блема запуска двигателя в холодное время года при низких температурах, особенно актуальная в условиях резкоконтинентального климата Забайка-лья. Эта причина тормозит перевод автомобилей на газовое топливо в ре-гионах с холодными зимними условиями.

Стандартное газобаллонное оборудование для переоборудования автомобилей на газовое топливо включает: баллон, штуцер, трубопровод, редуктор. Недостатком этого оборудования является сложность запуска двигателя в холодное время года.

Диссертантом было предложено техническое решение данной про-блемы (А.П. Щербатюк, З.П. Оглы, Патент на изобретение № 2325546 от 22 мая 2006 г.).

Сущность изобретения заключается в том, что в верхней части бал-лона с газом делается врезка и устанавливается дополнительный штуцер для отбора паров сжиженного газа, которые по отдельному трубопроводу доставляются к редуктору и далее – к карбюратору. Пары газа дают воз-можность без каких-либо затруднений запускать двигатель при низких температурах (рис. 4).

Рис. 4. Схема газобаллонного оборудования:

1 – баллон; 2 – штуцер; 3 – трубопровод; 4 – тройник с электроклапаном; 5 – термодатчик; 6 – редуктор; 7 – карбюратор

Дополнительное оборудование для пуска в холодное время работает следующим образом. Пары газа через штуцер попадают в трубопровод, и далее – к тройнику с краном, откуда поступают в редуктор и карбюратор. После разогрева двигателя до рабочей температуры срабатывает термо-датчик, который отдаёт команду на открытие электроклапана. При этом перекрывается трубопровод с парами газа и открывается трубопровод со сжиженным газом.

Данное изобретение апробировано и внедрено в практику переобо-рудования автомобилей в г. Чита.

Оценку возможного снижения количества ТВ и ВВ в ОГ ДВС части автомобилей (легковых и автобусов) при переводе с бензинового топлива на газовое предлагается определять по зависимости:

= 100 %, (2)

где – доля ТВ и ВВ, поступающих с ОГ ДВС автомобилей, от общего количества ТВ и ВВ, поступающих в атмосферу города от всех источни-ков; – доля ТВ и ВВ, поступающих с ОГ ДВС легковых автомобилей и автобусов, от общего количества ТВ и ВВ всех типов автомобилей; – доля снижения количества ТВ и ВВ в ОГ ДВС легковых автомобилей и автобусов при переводе их с бензинового топлива на газовое.

По данным диссертанта (табл. 1), количество ТВ и ВВ в ОГ грузовых автомобилей г. Чита составило 125,84 т/сут. – 43,3 % от общей суммы выбросов автомобилей, легковых автомобилей 106,65 т/сут. – 36,7 %, автобусов 57,97 т/сут. – 20,0 %. Суммарное количество выбросов от автомобилей за 2007 г. составило 290,46 т/сут. При 5-дневной рабочей неделе количество выбросов от автомобильных ДВС в г. Чита составило 72,62 тыс. т в год.

По данным Управления по технологическому и экологическому над-зору Ростехнадзора по Забайкальскому краю, количество выбросов в ат-мосферный воздух Читы от организованных источников в 2007 г. состави-ло 28,7 тыс. т. Следовательно, в сумме с автомобильными количество вы-бросов в атмосферу г. Чита за 2007 г. составило 101,32 тыс. т.

Таким образом, выбросы ТВ и ВВ в атмосферный воздух ДВС авто-мобилей от общего количества выбросов составили 72 % ( = 0,72).

Доля выбросов легковых автомобилей и автобусов от общего коли-чества автомобилей в 2007 г. составила = 0,57.

Приведенные в табл. 2 данные расчета количества ТВ и ВВ, содержа-щихся в отработавших газах ДВС легковых автомобилей, работающих на газовом топливе, показывают, что переход с бензинового топлива на газо-вое приведет к снижению количества ТВ и ВВ в ОГ.

Таблица 2

Количество ТВ и ВВ, содержащихся в ОГ ДВС легковых автомобилей при переводе их на газовое топливо, т/сут.

Год	CO	NOX	CH	SO2	Формальдегид	Соединения свинца	Бензапирен n(10 - 6)	Суммарный выброс
2001	31,45	2,89	0,64	0,57	0,002	0	2	35,55
2002	36,80	3,38	0,75	0,67	0,002	0	2	41,60
2003	38,71	3,56	0,79	0,70	0,002	0	2	43,76
2004	39,79	3,65	0,81	0,72	0,002	0	2	44,97
2005	39,97	3,67	0,82	0,72	0,002	0	2	45,18
2006	41,59	3,82	0,85	0,75	0,002	0	2	47,01
2007	45,46	4,18	0,93	0,90	0,003	0	2	51,39

На рис. 5, согласно табл. 1 и 2, представлен суммарный выброс ТВ и ВВ, содержащихся в ОГ ДВС легковых автомобилей. Он показывает, что при переходе автомобилей с бензинового на газовое топливо количество ТВ и ВВ снизится вдвое, а по отдельным веществам (например, бензапирену), более чем в 3 раза (рис. 6).

Рис. 5. Суммарный выброс ТВ и ВВ, содержащихся в ОГ ДВС легковых автомобилей

г. Чита с 2001 по 2007 гг.

Рис. 6. Количество бензапирена (10-6 ) в ОГ ДВС легковых автомобилей

г. Чита с 2001 по 2007 гг.

С учетом прогноза роста количества автомобилей в г. Чита до 2016 г. преимущество применения газового топлива в виде альтернативного бен-зиновому сохранит положительную тенденцию по количеству ТВ и ВВ в отработавших газах легковых автомобилей (рис. 7).

Рис. 7. Прогноз ожидаемых выбросов ТВ и ВВ в ОГ ДВС легковых автомобилей

г. Чита на период до 2016 г.

Аналогично рассчитано количество ТВ и ВВ, содержащихся в ОГ ДВС автобусов, если их перевести на газовое топливо, и показано, что при переводе на газовое топливо количество суммарных выбросов от автобу-сов снизится вдвое, а бензапирена – почти в 3 раза.

Эколого-экономическая эффективность при переводе с бензинового топлива на газовое рассчитана по формуле

, (3)

где Мбензин – автомобили на бензине, Мгаз – автомобили на газе.

Для легковых автомобилей она составила 59,2 %, для автобусов –61,0 %.

Таким образом, снижение количества вредных выбросов легковых автомобилей и автобусов, при переводе их с бензинового топлива на газовое, составило в среднем 60 % ( = 0,6).

В результате выполненных исследований установлено, что сниже-ние количества загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Чита при переводе части автомобилей (легковых и автобусов) с бензинового на га-зовое топливо составило = 100% 25 %.

Для определения экономической эффективности плата за выброс рассчитана по нормам постановления Правительства Российской Федера-ции от 12 июня 2003 г. № 344 «О нормах платы за выбросы в атмосфер-ный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными исто-чниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления».

При этом суточная экономическая эффективность, определенная как разница между платой за выброс легковыми автомобилями на бензине и на газе составила 929,14 руб/сут., а годовая – 242505,54 руб/год, анало-гично для автобусов 343,62 руб/сут. и 89684,82 руб/год.

Предлагаемое техническое решение внедрено в практику перео-борудования автомобилей на газовое топливо пунктами СТО «Автогаз» (г. Чита), и показало социально-экономический эффект, что подтверждено ак-том внедрения.

4. ВЫВОДЫ

1. Спецификой природных условий Забайкалья является присут-ствие антициклонов в зимний период, при которых холодный малопод-вижный воздух заполня­ет котловины и способствует ин­версии темпера-туры воздуха в них. Диссертантом установлена прямая корреляционная зависимость величины ИЗА5 в г.Чита, имеющей горно-котловинное распо-ложение, от высоты над уровнем моря в пределах высот 640…675 м.

2. Установлено, что за период с 1991 по 2007 гг. количество автомобилей в г. Чита увеличилось в два раза. Согласно прогнозам дис-сертанта, к 2020 г. их число увеличится еще в 1,5 раза (до 100 тыс.), что повлечет за собой значительное увеличение количества токсичных и вредных веществ, поступающих с отработавшими газами ДВС автомоби-лей в атмосферу.

3. В процессе исследований установлена количественная составля-ющая ТВ и ВВ, выбрасываемых с ОГ ДВС автомобилей в атмосферу г. Чита, которая составила до 72 % от суммарных концентраций вредных примесей в атмосферном воздухе. Доля ТВ и ВВ в ОГ ДВС легковых автомобилей и автобусов от общего количества автомобилей в 2007 г. составила 0,7.

4. Для перевода автомобилей на экологически более чистое газовое топливо обоснован технологический способ и разработано техническое устройство к газобаллонному оборудованию (защищено патентом), позво-ляющее запуск и работу двигателя на газе в условиях низких температур, которое реализовано на пунктах по переоборудованию автомобилей на газовое топливо СТО «Автогаз». Снижение количества ТВ и ВВ в ОГ ДВС легковых автомобилей и автобусов при переводе их с бензинового топлива на газовое с учетом предлагаемого технического решения, соста-вило 60 %.

5. В результате выполненных исследований определено процентное снижение количества загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Чита при переводе части автомобилей (легковых и автобусов) с бензино-вого на газовое топливо, которое составило в среднем 25 %, а по некото-рым ВВ снижение достигает двух раз и более.

6. Экономическая эффективность от проведенных мероприятий за год по легковым автомобилям составила 242500 руб/год, по автобусам – 90000 руб/год.

Таким образом, при использовании результатов работы в регионах с суровыми климатическими условиями создается возможность перевода на газовое топливо значительного количества автомобилей, что существенно улучшит качественные показатели атмосферного воздуха городских территорий в холодное время года и, несомненно, скажется на улучшении здоровья людей, что в целом подтверждает рабочую гипотезу.

5. ПУБЛИКАЦИИ И ИЗОБРЕТЕНИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Щербатюк, А.П. Устройство подачи газообразного топлива к двигателю внутреннего сгорания / А.П. Щербатюк, З.П. Оглы // Па-тент на изобретение № 2325546 от 22 мая 2006 г.

2. Щербатюк, А.П. Экологическая эффективность перевода автомобилей на газовое топливо / А.П. Щербатюк, З.П. Оглы // Вест-ник ЧитГУ. – Чита: ЧитГУ, 2008. – № 5 – С. 128 - 133. (издание, реко-мендованное ВАК).

3. Щербатюк, А.П. Автотранспорт в современных мегаполисах. Его влияние на экологию, здоровье людей на примере г. Чита / А.П. Щербатюк // Междунар. конф. «Земная цивилизация. Проблемы современной цивилизации». – Иркутск: ИркГУ, 2006.– С. 207 - 211.

4. Щербатюк, А.П. Город Чита. От зимовья Петра Бекетова до крупной городской агломерации, с проблемами экологии / А.П. Щербатюк // Междунар. конф. «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2007. – С. 130 - 133.

5. Щербатюк, А.П. Способы снижения токсических выбросов автомобильного транспорта / А.П. Щербатюк // Междунар. конф. «Кула-гинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2008. – Ч. III. – С. 61 - 65.

6. Оглы, З.П. Загрязнение атмосферного воздуха г. Чита различными видами автотранспорта / З.П. Оглы, А.П. Щербатюк // Междунар. конф. «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2008. – Ч. III. – С. 48 - 52.

7. Щербатюк, А.П. Зависимость индекса загрязнения атмосферного воздуха городов от высоты над уровнем моря в регионах с резкокон-тинентальным климатом и горно-котловинным расположением (на при-мере г. Чита) / А.П. Щербатюк // Междунар. конф. «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2009. – Ч. III. – С. 136 - 139.

Подписано в печать 18.02.2010 г. Формат 60х84 1/19

Усл.печ л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № ………

Читинский государственный университет

762039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30

РИК ЧитГУ