Составляющие загрязнителей атмосферы автотранспортом по данным [10] распределяются следующим образом:
отработавшие газы, выбрасываемые через выхлопную трубу, - более 65%;
картерные газы - около 20%;
углеводороды в результате испарения топлива из системы (бака, карбюратора, трубопроводов)-до 15%.
Как показали исследования [10] автомобильные выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям. Так, твердые частицы размером более 0,1 мм оседают преимущественно из-за действия гравитационных сил, частицы, размер которых менее 0,1 мм, а также газовые примеси в виде СО, СХНУ, NOx, SOx распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии. Они вступают в физико-химическое взаимодействие между собой и с компонентами атмосферы, их действие проявляется на локальных территориях в пределах определенных регионов. Рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения и зависит от целого ряда факторов. Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта зависит от возможности переноса загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности, метеорологических условий распространения и др.
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что наибольшей токсичностью обладает выхлопные газы карбюраторных двигателей, в частности, за счет большего выброса СО, Nox, CnHm. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде практически не токсична, однако частицы сажи несут на своей поверхности частицы токсичных и канцерогенных веществ. Сажа может длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая тем самым время воздействия токсических веществ на человека.
Ориентировочный состав выхлопных газов автомобиля [1(Д
| Компоненты | Содержание компонента, об. % | |
| Карбюраторные ДВС | Дизельные ДВС | |
| n2 | 74-77 | 76-78 |
| 02 | 0,3-8,0 | 2,0-18 |
| Н20 (пары) | 3,0-5,5 | 0,5^1,0 |
| С02 | 5,0-12 | 1,0-10 |
| н2 | 0-5,0 | |
| СО | 0,5-12 | 0,0! 0,5 |
| NOx | до 0,8 | 0,0002-0,5 |
| спнт | 0,2-3,0 | 0,009-0,5 |
| Альдегиды | до 0,2 мг/л | 0,001-0,09 мг/л |
| Сажа | 0-0,04 г/м3 | 0,01-1,1 г/м3 |
| Бенз(а)пирен | 10-20 мкг/м3 | до 10 мкг/м3 |
При этом компоненты вредных выбросов с повышенной реакционной способностью взаимодействуют между собой, а также с компонентами атмосферного воздуха путем физического, химического и фотохимического взаимодействий. В случае физического реагирования происходит конденсация паров кислот во влажном воздухе с образованием аэрозолей, уменьшение размеров капель жидкости в результате испарения в сухом теплом воздухе. Жидкие и твердые частицы могут объединяться, сорбировать или растворять газообразные вещества. Реакции синтеза и распада, окисления и восстановления осуществляются между газообразными компонентами загрязняющих веществ и атмосферным воздухом. Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие - при появлении для этого благоприятных условий, в том числе необходимых реагентов, солнечного излучения, ряда других факторов.
Оксид углерода в атмосфере достаточно быстро диффундирует и, как правило, не достигает высокой концентрации. Он интенсивно поглощается почвенными микроорганизмами, в атмосфере может окисляться до С02 при наличии сильных окислителей (О, 03), перекисных соединений и свободных радикалов. Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими атмосферными загрязнениями, прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются перекиси, свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы. Сернистый газ (S02) в атмосфере окисляется до сернистого ангидрида (SO3) или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности с углеводородами. Окисление сернистого ангидрида в серный ангидрид происходит в атмосфере при фотохимических и каталитических реакциях. В обоих случаях конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде. В сухом воздухе окисление сернистого газа происходит медленно, при наличии в воздухе оксидов азота скорость окисления сернистого ангидрида увеличивается независимо от влажности воздуха [11].
В рассматриваемом случае фотохимический смог - это комплексная смесь, образующаяся при воздействии солнечного света из двух основных компонентов выбросов автомобильных двигателей: N0 и углеводородных соединений. Другие вещества также могут участвовать в образовании смога, однако они не являются основными носителями высокого уровня окислительной активности, характерной для смога. Очевидно, что стабильные метеорологические условия благоприятствуют развитию смога, поскольку в этом случае городские эмиссии удерживаются в атмосфере в результате инверсии, увеличивается продолжительность контакта и реакций, возникают препятствия рассеиванию, так как новые эмиссии и реакции добавляются к уже имеющимся [12]. Помимо метеорологических факторов самоочищения атмосферы некоторые компоненты вредных выбросов автомобильного транспорта участвуют в процессах взаимодействия с компонентами воздушной среды, результатом которых является возникновение новых вредных веществ - вторичных атмосферных загрязнителей. Очевидно, что последние при определенных условиях могут вступать в физико-химическое взаимодействие с компонентами атмосферного воздуха.
Многообразие продуктов выхлопа автомобильных двигателей может быть классифицировано [13] по группам, сходным по характеру воздействия на организмы или химической структуре и свойствам:
- азот, кислород, водород, водяной пар и углекислый газ, содержание которых в атмосфере в обычных условиях не достигает уровня, вредного для человека; оксид углерода, наличие которого характерно для выхлопных газов всех типов бензиновых ДВС; оксиды азота (около 98% N0, около 2% N02), которые по мере пребывания в атмосфере соединяются с кислородом; углеводороды (алканы, алкены, алкадиены, циклоалканы, ароматические соединения); альдегиды; сажа; серистый ангидрид.
Технические нормативы выбросов в отношении автомобильной техники, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, определены Специальным техническим регламентом «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» [14].
В Челябинской области основными отраслями промышленности, загрязняющими атмосферный воздух селитебных зон, являются предприятия черной и цветной металлургии, топливно- энергетического комплекса, горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, а также автомобильный транспорт. Ведущими загрязнителями атмосферного воздуха (превышающими ПДК в 5 и более раз) являются пыль, бенз(а)пирен, фенол и его производные. Превышение гигиенических нормативов в 5 и более раз зафиксировано на автомагистралях в г. Челябинске во всех контролируемых точках по пыли, углеводородам, саже. Выбросы в атмосферный воздух от автомобильного транспорта по области составляют около четверти суммарных выбросов от стационарных и передвижных источников [2].
В соответствии с данными Государственного доклада «О состоянии окружающей среды Челябинской области в 2007 году» [15] выбросы загрязнений в атмосферный воздух от передвижных источников составили в области 417,815 тыс. т, в т.ч. от автомобильного транспорта - 357,476 тыс. т. При этом в 2007 г., по сравнению с 2006 г. они увеличились на 101,176 (20,5 %) тыс. т, в т.ч. от автомобильного транспорта - на 19,635 тыс. т.
Согласно информации Управления государственной инспекции безопасности дорожного движения по Челябинской области по состоянию на 01.01.2008 в Челябинской области зарегистрировано 899 222 транспортных средства, в т.ч. грузового транспорта - 108 460, легкового - 677 470. В г. Челябинске на 01.01.2008 эксплуатировалось 285 877 единиц (2006 г. - 259 987 единиц) автотранспорта, в т.ч. автомобилей государственной и иной форм собственности - 37 335 единиц, автомобилей индивидуального пользования - 248 542 единицы. Суммарный выброс вредных веществ от автомобилей составил 127,158 тыс. т, в т.ч. окиси углерода - 84,645 тыс. т, окиси азота - 26,246 тыс. т, углеводородов ЛОС - 14,313 тыс. т, сернистого ангидрида - 1,512 тыс. т, сажи - 0,442 тыс. т.
Контроль в области за выполнением требований Федерального Закона от 22.03.2003 № 34ф3 «О запрете производства и оборота этилированного бензина в Российской Федерации» осуществляется Управлением Роспотребнадзора по Челябинской области. По данным Челябинского филиала ФГУ «Управление по обеспечению энергоэффективности и энергосбережения в Южно- Сибирском регионе», с 01.07.2004 до настоящего времени этилированные автомобильные бензины в лабораторию ФГУ «Челябэнергонадзор» не поступали, также при проведении проверок нефтебаз и АЗС случаев изготовления, приема, хранения и реализации этилированных бензинов на территории Челябинской области не выявлено [15]. Данное обстоятельство является весьма положительным, поскольку заметно сокращает загрязнение окружающей среды чрезвычайно токсичным свинцом.