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

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).

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.