Проект нового метода очистки атмосферного воздуха от токсичных веществ путем принудительной фильтрации на ул. Орджоникидзе города Ельца.

Интенсивное загрязнение атмосферы в России началось с началом индустриализации страны и первыми пятилетками. Была поставлена задача: в короткие сроки превратить СССР из аграрной и отсталой страны  в передовую индустриальную державу. Повсеместно строились крупные заводы, фабрики тяжелой и химической промышленности и тепловые электростанции, обеспечивающие их работу. Символом экономического роста были дымящиеся трубы этих предприятий и клубы дыма паровозов (рис.1).  Тогда еще ни кто не задумывался о том вреде, который наносится экологии и здоровью людей. Но со временем картина менялась. На трубы заводов стали ставить системы насосов и фильтров, которые очищали выбросы от вредных веществ, а железнодорожный транспорт перевели в основном на электрическую тягу. В наше время дошла очередь и до автотранспорта. Вернее, до его вредных выбросов. Но поставить систему фильтрации на каждую машину практически нереально. Это приведет к энергозатратам на данную систему и усложнит и без того сложную конструкцию автомобиля.

Рис.1. Фотографии картин эпохи индустриализации СССР.

Тогда можно попробовать очищать воздух независимо от транспорта.

Сам принцип фильтрации навел на мысль, о его возможном использовании для очистки воздуха вдоль автомагистралей в пределах города, где наиболее большая концентрация людей и их непосредственный контакт с загрязненным автотранспортом воздухом. По сути, это, в некотором роде, принцип пылесоса, который втягивает в себя загрязнения с различных поверхностей и осаждает их на фильтр, а на выходе - чистый воздух. Этот принцип и лег в основу предлагаемого метода очистки воздуха от выхлопных газов машин вдоль городских улиц.

Сама система очистки состоит из нескольких элементов. Это всасывающие коллекторы, соединенные в единую систему (5 труб диаметром 100 мм на расстоянии 0,2м друг от друга по вертикали), которая оканчивается пакетом фильтров для очистки воздуха и мощным насосом, с помощью которого загрязненный воздух закачивается в коллекторы (рис. 2).

Рис. 2. Принцип работы системы очистки воздуха от выхлопных газов.

Коллекторы в данном варианте изготавливаются из полых пластиковых труб диаметром около 100 мм, размещенных параллельно друг другу вдоль дороги. Расстояние между ними по вертикали- 100 мм.  На той части труб, которая будет обращена к проезжей части, проделываются отверстия небольшого диаметра (5-10 мм), через которые в трубы будут нагнетаться отработанные выхлопные газы. Трубы крепятся на вертикальных стойках, так же изготовленных из металлических труб примерно того же диаметра. В местах крепления к стойкам, они соединятся с ними с помощью равновеликих отверстий или с помощью соединительных патрубков.

Пакет фильтров состоит из фильтра механической очистки, который улавливает твердые микрочастицы выхлопных газов и пыли и фильтра химической очистки, реагенты которого будут нейтрализовать вредные газовые компоненты. Нагнетаться загрязненный воздух с проезжей части будет при помощи насоса, который венчает систему очистки. Очищенный воздух будет направляться обратно на проезжую часть через патрубок на крышке системы фильтрации. В качестве насоса мы предлагаем использовать канальный осевой вентилятор BОRAX-300-2K производительностью 2001-3000 м3/час. А в качестве запасного варианта, на случай переноса системы очистки на небольшие расстояние от всасывающих коллекторов, предлагается использовать катушку КДУ, предназначенную для вытяжки выхлопных газов производительностью 600 м3/час, которая имеет в конструкции гибкий шланг (Рис.3)[ 9].

Рис. 3. Катушка КДУ вытяжная и канальный осевой вентилятор BОRAX-300-2K

Производительность системы можно рассчитать исходя из ранее приведенных в таблице данных по количеству выхлопных газов и исходя из параметров проезжей части на отрезке 100м. При ширине в 16м, длине в 100м и высоте самой системы очистки в 1.5 метра, получаем объем 2400м³. Это и будет реальный объем над автомагистралью, который система будет очищать. Отрезок пути в 100м, автомобиль, идущий со скоростью 60км/час, преодолеет за 6сек. Следовательно, при среднем объеме выхлопных газов всего автотранспорта в 193 600 м³/час, за 6 секунд получим 323м³ выхлопных газов. Значит за 7.5  секунд общий объем воздуха над автомагистралью теоретически, будет заполнен полностью автомобильными выхлопами. Если на каждой стороне улицы, на отрезке 100м расположить по 10 насосов с производительностью 3000м³/час или 5м³ за 6сек, то данный объем воздуха будет очищен (2400м³: (20 насосов * 0,83м³/сек)) за 144 секунды или за 2 минуты и 26 секунд. Много это или мало? Если учесть, что объемы выхлопных газов на данный момент вообще не проходят никакой очистки, то это достаточно ощутимый результат.

Общая схема очистки воздуха вдоль автомагистрали будет выглядеть следующим образом (Рис. 4). Выхлопные газы автотранспорта за счет вентиляторов будут закачиваться во входные коллекторы, а затем проходить через блок очистки воздуха. После чего воздух, прошедший очистку будет направляться обратно на проезжую часть автодороги. Для экономии расхода электроэнергии предусмотрен пульт управления (ПУ), который будет регулировать работу вентиляторов в зависимости от интенсивности потока машин

Рис. 4. Общая схема воздухо- очистительной системы.

. Количество проезжающих машин будет фиксироваться датчиком движения СИ 20 (Рис. 5.)  [10] и передаваться на пульт управления.

Рис. 5. Датчик движения (счетчик импульсов СИ 20).

. Электропитание системы будет осуществляться от электропроводки горэлектросети в 220 вольт, расположенной на придорожных столбах вдоль автотрассы. Таким образом, предлагаемый нами вариант выглядит как обычные ограждения вдоль проезжей части (рис 6.).

Рис. 6. Фрагмент улицы с системой очистки выхлопных газов.

Более высокой производительности системы можно будет добиться путем усовершенствования ее аэродинамических параметров, а так же установки более мощных насосов. Сама же конструкция так же может быть изменена как внешне, так и по ее параметрам

Близким по принципу действия аналогом предлагаемой нами системы является башня по очистке воздуха в Китае (город Сиань) высотой 100м (Рис. 6). Загрязненный воздух засасывается в теплицы, площадью с футбольное поле, расположенные у основания башни, нагревается солнечной энергией и поднимается вверх внутри башни, проходя через несколько фильтров очистки. Данная башня очищает воздух от угольной пыли, которая выделяется в атмосферу при работе угольных электростанций города. В дни наибольшего загрязнения городского воздуха уровень пыли снижается башней на 15%. В ближайшем проекте китайских ученых строительство еще одной башни высотой в 500м и шириной в 200м с площадью парников 30 км², предназначенной для очистки воздуха в небольшом городе [11].

Недостатками такой системы фильтрации являются:

1. Очень большая площадь теплиц. Вряд ли сейчас можно найти в центре любого города свободные территории такого размера, когда застройка жилыми домами этих районов уплотняется с каждым годом.

2. Загрязненный воздух с окраин, прежде чем оказаться в центральном блоке очистки, будет проходить через весь город!

3. Такие архитектурные формы будут сильно выделяться на фоне исторических зданий, которые, как правило, расположены в центральной части города. Да и эстетически они вряд ли будут украшать городской облик.

Рис. 7. Башня для очистки воздуха в г. Сиань (КНР).

5. Финансовый расчет стоимости системы
Для сборки предлагаемой системы очистки воздуха от выхлопных газов, нами предлагается использовать следующие материалы и электротехнику.

1. Труба электросварная 108Х4,0                                                478,7 р/метр. Т.к. стойки из этой трубы необходимо углубить в грунт для устойчивости конструкции, то будут браться отрезки по 2м (при высоте конструкции в 1,5 м)

2. Труба вентиляционная пластиковая Планета 1015 100мм    4р/1,5метра

3. Электрический кабель трехфазный СИП-23Х16+1Х54,6-0,6/1 123р/метр

4. Вентилятор канальный BORAX- 300-2K                                    8 197р

5. Счетчик импульсов СИ 20                                                            3 240р

Стойки (металлические трубы) 2м х10шт х 2 ряда х 478,7р= 19 148р

Входные коллекторы пластиковые (Планета 1015 100мм)

5шт х 100м х 2 ряда х 74р= 74 000р

Электрический кабель 100м х 2ряда х 123р= 24 600р

Вентиляторы канальные BORAX- 300-2K 10шт х 2ряда х 8 197р= 163 940р

Счетчики импульсов СИ 20 1шт х 2ряда= 6 480р

Итого, общая стоимость конструкции длиной в 100м по обеим сторонам автодороги составит 288 168р. Если сюда добавить кабель для соединения каждого вентилятора (по 0,5м на один вентилятор) с общей линией электропроводки, то общая стоимость составит 289 397р. В расчет не вошли 2 пульта управления (ПУ), т.к. подходящих приборов найти не удалось и стоимость монтажных и наладочных работ самой системы очистки воздуха.

 

Выводы

В результате выполнения работы была изучена информация о выбросах автомобильного транспорта в Липецкой области. Она составляет, по данным за 2017 год, 138,4 тыс. тонн.

1. Выяснены наиболее эффективные методы борьбы с загрязнением воздуха выхлопными газами автотранспорта: регулировка двигателей, изменение состава топлива, использование энергии торможения, перевод автомобилей на сжиженный газ, совершенствование двигателей внутреннего сгорания, применение альтернативных видов топлива, внедрение гибридных двигателей,  внедрение в эксплуатацию электромобилей, солнечных автомобилей, а также применение электрического транспорта

2. Был проанализирован уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе Ельце на улице Орджоникидзе, путем исследования  транспортной нагрузки. Результаты отражены в таблице 2 и 3.

3. Предложен способ возможности очистки атмосферного воздуха от токсичных веществ выхлопных газов автотранспорта на ул. Орджоникидзе города Ельца путем принудительной фильтрации;

Заключение.

Предлагаемая система очистки выхлопных газов - это принципиальный макет, который требует большой технической доработки. Для очистки воздуха можно будет использовать более протяженные отрезки дороги, а вместо маленьких насосов - централизованные мощные компрессорные станции с более совершенными системами фильтрации. Естественно, что при этом возрастут и расходы электричества. Но здоровье люде гораздо ценнее, особенно когда перед страной стоит задача увеличения продолжительности жизни ее граждан.

Главным плюсом предлагаемой нами система является локализация и очистка выхлопных газов непосредственно в пределах только проезжей части. Тем самым количество этих газов на пешеходных тротуарах и у расположенных вдоль дороги жилых домов будет сведено к минимуму!

 

 

Источники

1. http://rpn.gov.ru/opendata/7703381225-transport

2. http://gorodlip.ru/ecology/134088/

3. https://www.bestreferat.ru/referat-114497.html

4. https://www.gazeta.ru/science/2016/06/28_a_8338619.shtml

5. https://studopedia.ru/4_148079_umenshenie-zagryazneniya-atmosferi-ot-avtotransporta.html

6. https://studopedia.ru/5_9804_primenenie-vodoroda.html

7. http://www.oldmerin.net/board/index.php?showtopic=220971

8. http://forum.abok.ru/index.php?showtopic=93358

9. http://www.prom-tech.ru/catalog/7/showGroup.php

10. https://www.souz-pribor.ru/catalog/industrial_automation/taymery-schetchiki-impulsov-takhometry/si20/?utm_source=eLama-yandex&utm_medium=cpc&utm_campaign=2019+-+%D0%9E%D0%92%D0%95%D0%9D&utm_content=cid|43692093|gid|3841639174|aid|7578483419|adp|no|dvc|desktop|pid|16943987291|rid||did|16943987291|pos|premium1|adn|search|crid|0|&utm_term=%D0%A1%D0%9820&yclid=643069390664800406

11. https://ekd.me/2018/01/v-kitae-postroili-100-metrovuyu-bashnyu-dlya-ochistki-vozduxa/