Научная статья на тему 'Инвентаризация выбросов от автомобильного транспорта в зонах концентрации полимерных производств'

Инвентаризация выбросов от автомобильного транспорта в зонах концентрации полимерных производств Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
352
184
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АВТОТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА / ВЫБРОСЫ / КАЧЕСТВО АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА / VEHICLES / EMISSIONS / QUALITY OF ATMOSPHERIC AIR

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Тунакова Ю. А., Шагидуллина Р. А., Шагидуллин А. Р., Новикова С. В.

Проведен критический анализ существующих методик для расчета выбросов от передвижных источников загрязнения в условиях городского движения, действующих в зоне концентрации полимерных производств. Описаны результаты инвентаризации выбросов от автотранспортных средств по автомагистралям г.Казани.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Тунакова Ю. А., Шагидуллина Р. А., Шагидуллин А. Р., Новикова С. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The critical analysis of existing techniques for calculation of emissions from mobile sources of pollution in the conditions of city movement working in a zone of concentration of polymeric manufactures is carried out. Results of inventory of emissions from vehicles on highways of Kazan are described.

Текст научной работы на тему «Инвентаризация выбросов от автомобильного транспорта в зонах концентрации полимерных производств»

Ю. А. Тунакова, Р. А. Шагидуллина, А. Р. Шагидуллин,

С. В. Новикова

ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ ВЫБРОСОВ ОТ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА В ЗОНАХ КОНЦЕНТРАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Ключевые слова: автотранспортные средства, выбросы, качество атмосферного воздуха.

Проведен критический анализ существующих методик для расчета выбросов от передвижных источников загрязнения в условиях городского движения, действующих в зоне концентрации полимерных производств. Описаны результаты инвентаризации выбросов от автотранспортных средств по автомагистралям г.Казани.

Key words: Vehicles, emissions, quality of atmospheric air.

The critical analysis of existing techniques for calculation of emissions from mobile sources ofpollution in the conditions of city movement working in a zone of concentration ofpolymeric manufactures is carried out. Results of inventory of emissions from vehicles on highways of Kazan are described.

Введение

В зонах концентрации полимерных производств, к которым относится и г.Казань, значительный вклад в уровень загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха вносят автотранспортные средства. Так доля выбросов от автотранспорта от общего объема выбросов в атмосферу г. Казани составляет 69,4% по данным Госдоклада о состоянии окружающей природной среды [1]. В более ранних публикациях [2-6] нами оценивался вклад других факторов в формирование уровня загрязнения атмосферы городов с выделенной производственной специализацией. С целью разработки адекватных воздухоохранных мероприятий необходимо проведение инвентаризации выбросов от автотранспортных потоков по участкам автомагистралей для учета вклада передвижных источников в общий уровень загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха.

Автотранспортные потоки, как

специфический источник атмосферного

загрязнения, характеризуется рядом особенностей:

• линейная локализация выбросов ввиду приземного положения источников, замедляющего процессы рассеивания выбросов;

• динамика нагруженности

автомагистралей и состава транспортного потока во времени;

• значительная пространственная

изменчивость характеристик потока,

определяющаяся степенью удаленности от крупных населенных пунктов, направлением и характером покрытия дорог.

Экспериментальная часть

Из значительного перечня существующих расчетных методик для выбора схемы расчета нами были выделены три утвержденные методики, используемые для расчета выбросов от автомобилей в условиях городского движения. Основной принцип расчета выбросов в приземный слой атмосферного воздуха двух методик,

опубликованных в [7] и [8] одинаков: учитываются

насыщенность и состав транспортного потока,

скорость движения и расход топлива определенных категорий автотранспорта.

Расчет выбросов, согласно осуществляется по формуле

с-да-кг*-в* |уоь -ий-1Ц,

у

[7],

(z°* жм* -Kfcj'fz0* “

где q -мощность эмиссии данного вида загрязнений от транспортного потока на конкретном участке дороги, г/м.с.; 2,06* 10-4 - коэффициент перехода к принятым единицам измерения; т - коэффициент, учитывающий дорожные и автотранспортные условия, принимается в зависимости от средней скорости транспортного потока по графику; в1к -средний эксплуатационный расход топлива для данного типа (марки) карбюраторных автомобилей, л/км; для оценочных расчетов может быть принят по средним эксплуатационным нормам с учетом условий движения; в1й - то же, для дизельных автомобилей, л/км; М1к - расчетная перспективная интенсивность движения каждого выделенного типа карбюраторных автомобилей, авт./час; N - то же, для дизельных автомобилей, авт./час; К1к и К1Й -коэффициенты, принимаемые для данного

компонента загрязнения для карбюраторных и дизельных типов двигателей соответственно;

Расчет выбросов, согласно [8], осуществляется по формуле:

М1 =(Мкп*т11к*а)/1д , где т’11к - пробеговый выброс 1-го загрязняющего вещества автомобилем к-й расчетной группы, г/км; 1п - длина п-го перегона входного или выходного направления, км; Мкп - интенсивность движения автомобилей к-й расчетной группы на п-ом перегоне входного и выходного направления, авт/час; а -коэффициент выбросов ЗВ в зависимости от скорости движения.

Однако существенные расхождения наблюдаются в значениях переводных коэффициентов (коэффициент скорости,

пробеговый выброс для автомобилей разных категорий). Так, при сравнении графиков значений коэффициентов скорости, показанных на рис. 1,

можно отметить, в целом одинаковых ход графической зависимости. Характерно общее снижение значений при возрастании скорости движения автотранспортных средств, для [7] характерны более низкие величины коэффициентов в сравнении с [8] в среднем в 2,2 раза.

При этом необходимо отметить, что разница значений возрастает пропорционально увеличению скорости и достигает максимума (3,3 раза) при скорости 100км/ч.

Скорость движения, км/час

Рис. 1 - Значения коэффициентов, определяемых скоростью движения, согласно исследуемым методикам

В тоже время, при использовании [7] структура выбросов будет иметь вид: оксид

углерода, углеводороды, оксиды азота. Согласно [8] выбросы от автотранспорта будут представлены следующими веществами: оксид углерода,

углеводороды, оксиды азота, диоксид серы, формальдегид, бенз(а)пирен.

При дальнейшем сравнении двух методик можно констатировать лишь наличие различных математических подходов при интерпретации значений пробегового выброса. Так, в [8] учитываются общие значения выбросов шести загрязняющих веществ в граммах на километр от определенного типа автомобиля. В [7] для каждого из трех загрязняющих веществ применяется коэффициент, зависящий от типа двигателя и умноженный на значения среднеэксплуатационных норм расхода топлива в л/км. Таким образом, несмотря на аналогичные принципы расчета, обоснованно осуществить выбор методики для практического использования нельзя.

Расчет по методике, опубликованной в [9] значительно более детализирован. При выполнении расчетов соответствующий расчетный тип автотранспортного средства (АТС) определяется видом АТС и используемого топлива, экологическим классом АТС.

По типам автомобилей выделялись:

- легковые автомобили;

- грузовые автомобили и автобусы полной массой до 3500 кг;

- грузовые автомобили полной массой более 3500 кг;

- автобусы полной массой более 3500 кг.

Каждый тип автотранспортного средства, в зависимости от вида используемого топлива, разделен на следующие подтипы:

- АТС, работающие на бензине;

- АТС, работающие на дизельном топливе;

- АТС, работающие на сжиженном нефтяном газе;

- АТС, работающие на компримированном (сжатом) природном газе.

Приведенные в данной методике удельные выбросы загрязняющих веществ АТС различных экологических классов отражают усредненный выброс загрязняющих веществ при движении АТС по городским улицам и дорогам регулируемого и непрерывного движения, а также при пуске и прогреве двигателя АТС после стоянки.

Расчеты выполняются для значительно большего перечня загрязняющих веществ: оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, твердые частицы в пересчете на углерод; диоксид серы; соединения свинца, диоксид углерода, метан, неметановые углеводороды, аммиак, 1,3-бутадиен, толуол, ксилолы, стирол, ацетальдегид, бензол, формальдегид, бенз(а)пирен.

Выброс /-го загрязняющего вещества автотранспортными средствами соответствующего расчетного типа при движении по участку уличнодорожной сети соответствующей категории в течение суток М11;к1 рассчитывается по формуле:

М1уй = Щук • 1И • Njkl •10 , т/сутки,

где ш11]к - пробеговый выброс /-го загрязняющего вещества АТС j-го расчетного типа при движении по улицам и дорогам к-й категории, г/км; I^ -протяженность 1-го участка улиц и дорог к-й категории, км; ^к1 - интенсивность движения АТС j-го расчетного типа на 1-м участке улиц и дорог к-й категории в течении суток, тыс. авт./сутки.

Для тех участков городских улиц и дорог, загрузка которых разделяется на пиковый и межпиковый период, величина М11|к1 рассчитывается по формуле:

М.

\ijkl

= (<к • К- пМ ■ ММ)■ 1к1 ■ 10Л т/сутки,

где ть,к - пробеговый выброс в пиковый период,

.„МП

г/км; Пук - пробеговый выброс в межпиковый период, г/км; N

интенсивность движения в

МП

пиковый период, тыс. авт/сутки; Ыш -

интенсивность движения в межпиковый период, тыс. авт/сутки.

Таким образом, расчетная схема, опубликованная в [9] наиболее полно учитывает не только численные характеристики движения, но количественные и качественные показатели участников транспортных потоков и позволяет оценивать вклад выбросов автотранспорта в уровень загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха городов по значительно большему перечню примесей. Поэтому, именно методика [9] была выбрана для инвентаризации выбросов

загрязняющих веществ от АТС на территории г. Казани.

Наблюдения с целью определения состава и интенсивности транспортных потоков проводилось в часы пиковой транспортной нагрузки (с 8.00 до 10.00 и с 17.00 до 19.00 в рабочие дни) в течение 20 минут на каждом дорожном участке с охватом всей территории города. Перечень участков дорожной сети города, подлежащих учету, включал всего 218 улиц, поделенных на 524 участок. Местоположение исследованных автомагистралей показано на рис. 2. Таким образом, исследованиями нагруженности и марочного состава транспортного потока была охвачена вся территория г. Казани.

автотранспорта на территории г. Казани

По данным проведенных обследований в Вахитовском районе основными нагруженными магистралями являются улицы Саид-Галеева, Татарстан, Г.Тукая, Эсперанто, Вишневского, К.Маркса. В Приволжском районе - улицы Павлюхина, Оренбургский тракт, Магистральная, Тихорецкая, Тульская, Техническая, Пр. Победы, Оренбургский тракт, Фучика, Р.Зорге. В Советском районе - улицы Пр.Победы, Фучика, Гвардейская, А.Кутуя, Ершова, Сибирский тракт, Космонавтов, Мамадышский тракт, Академика Арбузова, Мира, Азина. В Ново-Савиновском районе - улицы Х.Ямашева, Ф.Амирхана, Гаврилова, Восстания. В Московском районе - улицы Ибрагимова, Восстания, Волгоградская, Васильченко. В Кировском районе - улицы Боевая, К.Цеткин, Несмелова, Б. Крыловка, Краснококшайская, Болотникова, Фрунзе, Горьковское шоссе. В Авиастроительном районе - М.Миля, Копылова, Тэцевская, Дементьева.

Наиболее нагруженные автомагистрали, входящие в первую десятку ранжированного ряда значений по количеству транспортных единиц, проходящих через пункт наблюдения, представлены в таблице 1.

Полученные данные о составе и интенсивности транспортных потоков

использовались для расчета средневзвешенных за 20-ти минутный интервал значений максимальных разовых выбросов (г/с) и валовых выбросов (т/год) на каждом дорожном участке.

Доля вклада примесей (%) в уровень загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха в зоне действия автомагистралей представлена на рис. 3.

Таблица 1 - Наиболее нагруженные

автомагистрали на территории г. Казани

Название улицы Интенсивность движения (кол-во за 20 мин)

Пр. Победы 2255

Транспортная дамба 3 2218

Пр. Победы 2178

Н.Ершова 2018

Мост Миллениум 1894

К. Маркса 1890

Вишневского 1879

Арбузова 1876

Кировская дамба 1772

Ленинская дамба 1694

Рис. 3 - Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта на территории г. Казани

Согласно результатам расчета, наибольшее суммарное процентное содержание в выбросах автотранспорта имеет оксид углерода (76,8%), за ним следует бензин (8,2%) и азота диоксид (1,18%), Метилбензол (1,26%), то есть при использовании данной схемы расчета мы получили совершенно иную структуру выбросов. Но, валовые выбросы не отражают степень опасности поступления примеси в приземный слой атмосферы. Поэтому необходим следующий этап исследования по расчету приземных концентраций примесей в зоне действия каждой автомагистрали со сравнением с действующими предельно допустимыми

концентрациями примесей.

Литература

1. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2011 г., Казань, 2012, С.88-89.

2. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Шагидуллина Р.А., Шмакова Ю.А. Вестник Казанского технологического университета, 12, 71-74 (2012).

3. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Шагидуллина Р.А., Шмакова Ю.А. Вестник Казанского технологического университета, 13, 183-188 (2012).

4. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Шагидуллина Р.А., Шмакова Ю.А. Вестник Казанского технологического университета, 16, 115-118 (2012).

5. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Шагидуллина Р.А., Шмакова Ю.А. Вестник Казанского технологического университета, 16, 111-114 (2012).

6. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Шагидуллина Р.А., Шмакова Ю.А. Вестник Казанского технологического университета, 13, 119-122 (2012).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автодорог и мостовых переходов, М., 1995. - 76с.

8. Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов. СПб.: НИИ Атмосферы, 1999. 35 с.

9. Расчетная инструкция (методика) по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов. М.: ОАО «НИИАТ», 2008, Согласована письмом Ростехнадзора № 70К-46/853 от 07.12.2006 г.

© Ю. А. Тунакова - д-р хим. наук, проф. технологии пластических масс КНИГУ, juliaprof@mail.ru; Р. А. Шагидуллина -канд. хим. наук, нач. упр-я госуд. экологической экспертизы и нормирования воздействия на окружающую среду Мин-ва экологии и природных ресурсов РТ, Raisa.Shagidullina@tatar.ru; А. Р. Шагидуллин — канд. физ.-мат. наук, науч. сотр.

лаборатории эколого-аналитических измерений и мониторинга окружающей среды Института проблем экологии и недропользования АН РТ; С. В. Новикова - канд. техн. наук, доц. каф. прикладной математики и информатики КНИТУ им. А.Н. Туполева-КАИ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.