Введение к работе
Актуальность темы исследования. Реализуемый в последнее десятилетие комплекс мер по повышению экологической безопасности автотранспортного комплекса, в частности насыщение автомобильного парка экологически предпочтительными транспортными средствами, повышение качества моторного топлива, совершенствование технологий обслуживания и ремонта автотранспортной техники, развитие информационных технологий при осуществлении перевозок грузов и пассажиров и совершенствование методов управления дорожным движением, позволил существенно снизить остроту существующих экологических проблем в городах. При этом появились новые экологические проблемы, которые необходимо решать специалистам по эксплуатации автомобильного транспорта.
В числе наиболее актуальных из них - снижение загрязнения атмосферного воздуха дисперсными частицами размером менее десяти микрометров, источником образования которых являются объекты автотранспортного комплекса: отработавшие газы дизельных транспортных средств, износ дорожного покрытия, шины, тормозные механизмы, частицы грунта с колес автомобилей, выезжающих на дорогу с незадернованных участков территории.
По данным Всемирной организации здравоохранения дисперсные частицы менее десяти микрометров (ДЧ10, ДЧ2,5) считаются наиболее опасными загрязняющими веществами наравне с такими загрязнителями, как оксиды азота (NOx), двуокись серы (БОг) и озон (Оз), так как оказывают влияние на здоровье населения как при краткосрочном, так и при длительном эффекте воздействия. Кроме того, дисперсные частицы способны влиять на изменение климата.
Степень разработанности темы исследования. В России исследованию дисперсных частиц от объектов автотранспортного комплекса посвящены работы В.З. Махова, А.А. Соболева, А.Р. Кульчицкого, В.Н. Денисова, В.К. Азарова, О.А. Рапопорта, И.Д. Копылова, Г.Н. Рудной. Проблемы мониторинга ДЧ10 и ДЧ2,5 в воздухе исследовались O.K. Барсуковым, Д.Ю. Иль-вицкий. Оценка риска смертности от мелкодисперсных частиц, выбрасываемых в атмосферу промышленными предприятиями, рассматривалась А.В. Тращиловой. Образование дисперсных частиц в результате износа асфальтобетонных покрытий рассматривалось в работах М.Ф. Джалилова, М.Б. Кор-сунского; износа шин - О.Б. Третьякова, В.А. Гудкова, В.Н. Тарновского, Ю.Я. Комарова.
Большой объем исследований по дисперсным частицам выполнен за рубежом (Perez P., Makra L., Matyasovszky I., Guba Z., Karatzas K., Anttila P., Stedman J. R, Linehan E., Conlan В., Zibert J., Praznikar J., Cheng Y.-H., Chang H.-P., и другие). Результаты исследований Wu S., Deng F., Breton C.V., Madrigano J., Kloog I., Kessler R., Cesaroni G., Badaloni C, Carlin D. J. подтвердили влияние на ухудшение здоровье людей ДЧ10, проживающих вблизи автомагистралей.
Цель исследования — разработка комплексной расчетно-эксперимен-тальной методики оценки интенсивности образования дисперсных частиц менее десяти микрометров от основных источников в автотранспортном комплексе (с отработавшими газами автомобилей с дизельными двигателями, от износа тормозных колодок, шин, дорожного покрытия).
Задачи исследования:
теоретические исследования — разработка алгоритма комплексной методики;
разработать методики и провести экспериментальные исследования по оценке влияния различных факторов на интенсивность выделения дисперсных частиц менее 10 мкм на улично-дорожной сети крупного города;
обосновать наиболее эффективные мероприятия по снижению загрязнения воздуха дисперсными частицами менее 10 мкм с целью обеспечения экологической безопасности автотранспортного комплекса.
Научная новизна работы:
разработана комплексная расчетно-экспериментальная методика оценки интенсивности выбросов дисперсных частиц менее десяти микрометров с отработавшими газами двигателей, от износа шин, тормозных колодок, дорожного покрытия, концентрации дисперсных частиц на придорожной территории и их влияния на качество окружающей среды и здоровье людей;
представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований интенсивности образования дисперсных частиц менее десяти микрометров в результате износа шин и дорожного покрытия на стенде «Карусель» (полигон МАДИ), а также концентрации ДЧ10 от транспортных средств на улично-дорожной сети крупного города;
представлены результаты оценки влияния различных факторов на интенсивность выделения дисперсных частиц менее десяти микрометров на улично-дорожной сети крупного города.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в разработке комплексной расчетно-экспериментальной методики оценки интенсивности выбросов дисперсных частиц менее десяти микрометров с отработавшими газами двигателей, от износа шин, тормозных колодок, дорожного покрытия, концентрации дисперсных частиц на придорожной территории и их влияния на качество окружающей среды и здоровье людей; в рекомендациях наиболее эффективных мероприятий по снижению загрязнения дисперсными частицами воздуха от автотранспортного комплекса в крупном городе.
Методология и методы исследования. Диссертационное исследование выполнено на основе изучения научных трудов отечественных и зарубежных учёных и специалистов в области эксплуатации автомобильного транспорта, занимающихся решением проблем повышения экологической безопасности автотранспортного комплекса. Теоретическое исследование базировалось на
использовании анализа и методиках стендовых испытаний дорожного покрытия и шин транспортных средств.
Основные положения, выносимые на защиту:
комплексная расчетно-экспериментальная методика оценки интенсивности выбросов дисперсных частиц менее десяти микрометров с отработавшими газами двигателей, от износа шин, тормозных колодок, дорожного покрытия, концентрации дисперсных частиц на придорожной территории и их влияния на качество окружающей среды и здоровье людей;
результаты экспериментальных исследований различных факторов на выброс дисперсных частиц в атмосферный воздух в городах;
выявление основных факторов влияния на интенсивность выделения дисперсных частиц на улично-дорожной сети крупного города;
обоснование наиболее эффективных мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха дисперсными частицами менее десяти микрометров от автотранспорта.
Достоверность результатов исследования обеспечивается учетом международного опыта, использованием аттестованных методик и поверенных средств измерения, использованием современного программного обеспечения (Microsoft Excel 2013, MatCad 15, Advanced Grapher).
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на второй Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Современная российская наука глазами молодых исследователей» (Красноярск, 2012), Международной научно-технической конференции «6-е Луканинские чтения. Решение энерго-экологических проблем в автотранспортном комплексе» (Москва, 2013), шестой Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2013), седьмой Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2014).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из которых 3 в рецензируемых научных изданиях.
Реализация результатов исследования. Результаты диссертационной работы использованы при выполнении НИР на тему: «Исследование вклада автотранспорта в выбросы и загрязнение атмосферного воздуха взвешенными веществами ДЧ2,5, оценка воздействия этих выбросов ДЧ2,5 на здоровье населения», выполнявшейся по заказу Департамента природопользования и охраны окружающей среды Правительства Москвы в 2014 году.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объём работы - 165 страниц машинописного текста, в том числе 146 страниц основного текста, 52 иллюстрации, 28 таблицы, 5 приложений. Список литературы включает 112 наименований отечественных и зарубежных авторов.