Влияние автомобильного транспорта на среду обитания человека и его здоровье

В последние годы гиппокамп стал излюбленным объектом изучения с разных позиций - физиологических, биохимических, генетических, молекулярно-биологических [28, 29]. Особый интерес представляет изучение влияния свинца на гиппокамп и поведенческие реакции, определяемые активностью гиппокампа, на разных этапах индивидуального развития животных.

Результаты анализа литературы, касающиеся молекулярных и клеточных механизмов действия свинца на организм животных и человека, особенно влияния его на нервную систему, будут представлены в следующей работе.

2. Методика работы

2.1 Определение основных загрязняющих веществ от выхлопов газа автомобильного транспорта

Вследствие загрязнения среды обитания вредными веществами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания зоной экологического бедствия для населения становятся целые регионы, в особенности крупные города. Проблема дальнейшего снижения вредных выбросов двигателей все более обостряется ввиду непрерывного увеличения парка эксплуатируемых автотранспортных средств, уплотнения автотранспортных потоков, нестабильности показателей самих мероприятий по снижению вредных веществ в процессе эксплуатации. В денежном исчислении величина ежегодного экологического ущерба (загрязнение атмосферы, шум, воздействие на климат) от функционирования автотранспортного комплекса достигает 2-3% валового национального продукта при общих экологических потерях 10% и затратах на природоохранные мероприятия не более 1%. Основная доля ущерба от автотранспорта (78%) связана с загрязнением атмосферного воздуха выбросами вредных веществ (что во многом объясняется низким качеством отечественных топлив в сравнении с европейскими стандартами), 16% ущерба приходится на последствия шумового воздействия транспорта на население.

Общее количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферный воздух на нашей территории от выхлопов газа автомобильного транспорта, в 2008 г. составило 11824,2 тыс. т.

Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив нефтяного происхождения в тепловую, а затем - в механическую энергию. Жидкие топлива в основном состоят из углеводородов, газообразные, наряду с углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды CmHn, окислы азота (NO и NO2) обычно обозначаемые NOX. Кроме перечисленных веществ вредное воздействие на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, сажа и альдегиды. Далее приведено содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей. (Таблица 1)

Таблица 1.

Содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей

Токсичные вещества	Содержание
Окись углерода %	до 10,0
Углеводороды, %	до 3,0
Окислы азота %	до 0,5
Альдегиды %	0,03
Сажа г/м3	до 0,04
Бенз(а)пирен мкг / м	до 20
Двуокись серы %	0,008

Основным токсичным компонентом отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях.

Основным источником токсичных веществ, выделяющихся при работе дизелей, являются отработавшие газы. Картерные газы дизеля содержат значительно меньшее количество углеводородов по сравнению с бензиновым двигателем в связи с тем, что в дизеле сжимается чистый воздух, а прорвавшиеся в процессе расширения газы содержат небольшое количество углеводородных соединений, являющихся источником загрязнений атмосферы.

Примерное содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля приведено в таблице 2:

Таблица 2

Содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля

Токсичные вещества	Содержание
Окись углерода %	0,2
Углеводороды, %	0,01
Окислы азота %	0,25
Альдегиды %	0,002
Сажа г/м3	0,01 - 1,1
Бенз(а)пирен мкг / м	до 10
Двуокись серы %	0,03

Загрязнение воздуха автомобильным транспортом происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния.

Наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и "холостой ход" двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированным зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2-3 раза.

Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания содержат около 200 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.

Первая группа.

В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе заслуживает внимания углекислый газ (СО2), содержание которого в отработавших газах в настоящее время не нормируется, однако вопрос об этом ставится в связи с особой ролью СО2 в "парниковом эффекте".

Вторая группа.

К этой группе относят только одно вещество - оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива, он не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе оксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты и превращаясь в углекислый газ. Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием. Оно обусловлено его способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови, приводя к образованию карбоксигемоглобина, который не связывает кислород. Вследствие этого нарушается газообмен в организме, появляется кислородное голодание и нарушается функционирование всех систем организма. Отравлению угарным газом часто подвержены водители автотранспортных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.

Третья группа.

В ее составе оксиды азота, главным образом, NO - оксид азота и NO2 - диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания двигателя при температуре 2800°С и давлении около 1 МПа. Оксид азота - бесцветный газ, не взаимодействует с водой и мало растворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей. Легко окисляется кислородом воздуха и образует диоксид азота. При обычных атмосферных условиях NO полностью превращается в NO2 - газ бурого цвета с характерным запахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.

Четвертая группа.

В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа СХНУ - этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные вещества. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания.

Углеводороды под действием ультрафиолетового излучения Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты - фотооксиданты, являющиеся основой "смога" (от англ., smoke - дым и fog - туман).

Главным токсичным компонентом смога является озон. К фотооксидантам также относятся угарный газ, соединения азота, перекиси и др. Фотооксиданты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.

Пятая группа. Ее составляют альдегиды - органические соединения, О - содержащие альдегидную группу С, связанную с углеводородным, Н - радикалом (СН3, С6Н5 или др.).

В отработавших газах присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

Формальдегид НСНО - бесцветный газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, легко растворимый в воде. Он раздражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему. Обусловливает запах отработавших газов, особенно у дизелей.

Акролеин СН2=СН-СН=О, или альдегид акриловой кислоты, - бесцветный ядовитый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает воздействие на слизистые оболочки.

Уксусный альдегид СН3СНО - газ с резким запахом и токсичным действием на человеческий организм.

Шестая группа. В нее входят взвешенные твердые вещества (сажа и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.)), которые состоят из мелкодисперсных частиц (диаметром менее 1 мкм), способные находиться во взвешенном состоянии в течение суток. Они состоят из разных материалов, включая неорганическую золу, кислые сульфаты или нитраты, дым, содержащий полициклические ароматические углеводороды, тонкодисперсную пыль, остатки свинца и асбеста.

Проблема загрязнения воздуха городов мира взвешенными частицами диаметром менее 10 мкм, называемые обычно РМ-10, признана одной из важнейших.

Для развития сети станций, измеряющих концентрации мелкодисперсных взвешенных частиц диаметром менее 10 мкм недостаточно финансовых ресурсов. [38]

Полициклические ароматические углеводороды относятся к большому числу органических соединений, химическая структура которых состоит из двух и более бензольных колец. Наиболее широко известное соединение - бенз(а)пирен.

Сажа - частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива. Она не представляет непосредственной опасности для здоровья человека, но может раздражать дыхательные пути. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, сажа ухудшает видимость на дорогах. Наибольший вред сажи проявляется в адсорбировании на ее поверхности бенз (а) пирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде. Поэтому уменьшение ее выбросов - весьма актуальная задача, от решения которой зависят как экологические показатели воздушного бассейна, так и развитие дизельного транспорта в целом. В настоящее время для очистки отработавших газов дизелей от сажевых (твердых) частиц во многих странах находят применение сажевые фильтры.

По данным работы [27], диаметр первичных сажевых частиц составляет 0,02-0,17 мкм. В отработавших газах сажа находится в виде образований неправильной формы размером 0,3-100 мкм. Наибольшее количество частиц сажи имеет размеры до 0,5 мкм.

Седьмая группа.

Представляет собой сернистые соединения - такие неорганические газы, как сернистый ангидрид, сероводород, которые появляются в составе отработавших газов двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транспорте.

Для отечественных месторождений нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присутствия серы и сернистых соединений. Поэтому и получаемое из нее дизельное топливо по устаревшим технологиям отличается более тяжелым фракционным составом и вместе с тем хуже очищено от сернистых и парафиновых соединений. Согласно европейским стандартам, введенным в действие в 1996 г., содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стандарту - 1,7 г/л. Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений. Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Они оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой концентрации (свыше 0,01%) - к отравлению организма.

Восьмая группа.

Компоненты этой группы - свинец и его соединения - встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающую октановое число. Оно определяет способность двигателя работать без детонации. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации. Детонационное сгорание рабочей смеси протекает со сверхзвуковой скоростью, что в 100 раз быстрее нормального. Работа двигателя с детонацией опасна тем, что двигатель перегревается, мощность его падает, а срок службы резко сокращается. Увеличение октанового числа бензина способствует снижению возможности наступления детонации. В качестве присадки, повышающей октановое число, используют антидетонатор - этиловую жидкость Р-9. Бензин с добавлением этиловой жидкости становится этилированным. В состав этиловой жидкости входят собственно антидетонатор - тетраэтилсвинец РЬ(С2Н5)4, выноситель - бромистый этил (ВгС2Н5) и амонохлорнафталин, наполнитель - бензин Б-70, антиокислитель - параоксидифениламин и краситель. При сгорании этилированного бензина выноситель способствует удалению свинца и его оксидов из камеры сгорания, превращая их в парообразное состояние. Они вместе с отработавшими газами выбрасываются в окружающее пространство и оседают вблизи дорог.

В придорожном пространстве примерно 50% выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на прилегающей поверхности. Остальное количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также осаждается на землю вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию. Добавление к бензину присадки Р-9 делает его высокотоксичным. Разные марки бензина имеют различное процентное содержание присадки. Чтобы различать марки этилированного бензина, их окрашивают, добавляя в присадку разноцветные красители. Неэтилированный бензин поставляется без окрашивания (табл.3)

Таблица 3

Некоторые показатели физико-химических свойств автомобильных бензинов по ГОСТ 2084 - 77 и ОСТ 38.01.9 - 75

Показатели качества	По исследовательскому методу	Содержание (масса) свинца, г/кг бензина, не более	Содержание (массовая доля) серы, %, не более	Цвет этилированного бензина
Аи-76	76	0,24	0,10	Желтый
Аи-93	85	0,50	0,10	Оранжевый
Аи-95	93	0,50	0,05	Голубой
Аи-98	95	0,42	0,10	Синий

В развитых странах мира применение этилированного бензина ограничивается или уже полностью прекращено не только по причине высокой токсичности присадки Р-9, но и из-за его несовместимости с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов. Достаточно одной заправки этилированным бензином, чтобы вывести из строя активный слой дорогостоящего нейтрализатора и датчика свободного кислорода (Х-зонда), т.е. лишить автомобиль инструментов подавления СО, СН, NOX и стехиометрического дозирования топлива с последующими непредсказуемыми последствиями, вплоть до возгорания автомобиля.

Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей, выделенные в восемь групп, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки. Обладая большой способностью к испарению, особенно при повышении температуры, пары топлив и масел распространяются в воздухе и отрицательно влияют на атмосферный воздух.

2.2 Специфика влияния автомобильного транспорта на окружающую среду

Необходимым условием успешного развития одной из важнейших составляющих материально-технической базы любого общества является автодорожный комплекс. Во всем мире автомобильный транспорт приобретает все более интенсивное развитие: по объему перевозок он в четыре раза превосходит все остальные виды транспорта, вместе взятые. Однако, наряду с очевидными преимуществами, процесс развития автодорожного комплекса сопровождается возрастающим негативным воздействием на окружающую среду.

Специфика источников загрязнения (автомобилей) проявляется:

- в высоких темпах роста численности автомобилей;

- в их пространственной рассредоточенности (автомобили распределяются по территории и создают общий повышенный фон загрязнения);

- в непосредственной близости к жилым районам (автомобили заполняют все местные проезды и дворы жилой застройки);

- в более высокой токсичности выбросов автотранспорта;

- в сложности технической реализации средств защиты от загрязнений на подвижных источниках;

- в низком расположении источника загрязнения от земной поверхности, в результате чего отработавшие газы автомобилей скапливаются в зоне дыхания людей (приземном слое) и слабее рассеиваются естественным образом (даже при ветре) по сравнению с промышленными выбросами, которые, как правило, осуществляются через дымовые и вентиляционные трубы значительной высоты.

Перечисленные особенности подвижных источников приводят к тому, что автотранспорт создает в городах обширные зоны с устойчивым превышением санитарно-гигиенических нормативов загрязнения воздуха.

Высокий процент автомобилей с карбюраторными двигателями, наряду с широким применением этилированного бензина обусловили загрязнение атмосферы соединениями свинца. Суммарный выброс свинца от автотранспорта в целом в 2008 гоставил 3 тыс. т., причем основным загрязнителем является грузовой транспорт: на его долю приходится 54% общей массы выброса свинца. Загрязнение атмосферы подвижными источниками автотранспорта происходит в большей степени отработавшими газами через выпускную систему двигателя автомобиля, а также, в меньшей степени, картерными газами через систему вентиляции картера двигателя и углеводородными испарениями бензина из системы питания двигателя (бака, карбюратора, фильтров, трубопроводов) при заправке и в процессе эксплуатации.

Отработавшие газы автомобилей с карбюраторными двигателями в числе наиболее токсичных компонентов содержат оксид углерода, оксиды азота и углеводороды, а газы дизелей - оксиды азота, углеводороды, сажу и сернистые соединения. Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т. кислорода, выбрасывая при этом с отработавшими газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов. Снижению токсичности и нейтрализации отработавших газов уделяется основное внимание, и в этом направлении ведется постоянный поиск эффективных технических решений.

Картерные газы вносят свою долю в загрязнение атмосферного воздуха. Их количество в двигателе возрастает с увеличением износа. Кроме того, оно зависит от условий движения и режимов работы двигателя. На холостом ходу система вентиляции картерных газов, которой снабжены практически все современные двигатели, работает менее эффективно, что ухудшает экологические показатели автомобилей.

Испарения бензина имеют место при работе двигателя и в нерабочем состоянии. Внутренняя полость бензобака автомобиля всегда сообщается с атмосферой для поддержания давления внутри бака на уровне атмосферного по мере выработки бензина, что является необходимым условием нормальной работы всей системы питания двигателя, но в то же время создает условия для испарения легких фракций бензина и загрязнения ими воздуха.

Проникновение различных вредных веществ повышенной концентрации через органы дыхания в наши дни привело к существенному изменению состояния организма. Развилось патологическая повышенная чувствительность организма. Ощутимыми темпами происходит накопление наследственных пороков. Широкое распространение получили хронический бронхит, а также прежде формы легочной патологии, такие как аллергические воспаления альвеол. Увеличилось число больных бронхиальной астмой, относящейся к наиболее тяжелым проявлениям аллергии. Особую тревогу вызывает увеличение количества больных раком легкого, который по своей распространительности у мужчин вышел на первое место среди онкологических заболеваний. Потому как остро стоит проблема защиты воздушной среды от всех видов загрязнений.

2.3 Метод определения концентрации пыли

Методы определения концентрации пыли можно разбить на две группы. В первую группу входят методы, основанные на предварительном осаждении взвешенных частиц с последующим расчетом их концентрации. Во вторую - методы, основанные на определении концентрации частиц пыли непосредственно в воздухе, без предварительного осаждения. И те, и другие имеют ряд сравнительных преимуществ и недостатков. В первой группе можно выделить весовой (гравитационный) и радиоизотопный методы. Их преимущество в возможности достоверно получить массовую концентрацию частиц. К недостаткам этих методов следует отнести высокую трудоемкость и низкую чувствительность анализа. Гравитационный метод заключается в выделении из пылегазового потока частиц пыли с помощью фильтра и определения их массы путем взвешивания. Концентрацию пыли рассчитывают по формуле:

Где m - масса пробы пыли, мг;

Q - объемный расход воздуха, из которого взята проба, м³/с;

t - время отбора проб, с.

Метод является стандартным в СНГ, Франции, Бельгии и др. странах и по нему проводят проверку всех других методов и приборов. Основные преимущества - получение массовой концентрации и отсутствие влияния ее химического и дисперсного состава на результаты измерений. К недостаткам относится достаточно большая трудоемкость процесса измерения (прибор ППА).

Радиоизотопный метод измерения концентрации пыли основан на способности частиц пыли поглощать радиоактивное излучение (обычно в- лучи). Массу уловленной пыли определяют по степени ослабления радиоактивного излучения при прохождении его через слой накопленной пыли. Недостаток метода заключается в том что, погрешность измерений зависит от химического и дисперсного состава пыли, а также от погрешности, связанной с нелинейностью зависимости степени поглощения от толщины слоя поглотителя. Ошибка измерений не превышает 15%. Достоинство метода в возможности использования в автоматических системах контроля (прибор ПРИЗ).

Одним из перспективных способов измерения концентрации пыли является пьезоэлектрический метод, основанный на измерении изменения частоты колебаний пьезокристалла при осаждении на его поверхность пыли (прибор КДМ-1).

Во второй группе методов можно выделить оптические и электрические. В оптических методах используется зависимость свойств (оптической плотности, степени поглощения или рассеивания световых лучей) запыленного потока от концентрации и дисперсности пыли. Измерение оптической плотности по степени светопоглощения или рассеивания света называется фотометрическим методом анализа.

Наиболее перспективен анализ, основанный на явлении поглощения или рассеивания света при прохождении его через пылегазовую среду. Он позволяет измерить концентрацию взвешенных частиц непосредственно в атмосферном воздухе без предварительного отбора проб. Изменение интенсивности рассеянного света является функцией размеров и количества частиц. Это явление положено в основу создания приборов, позволяющих определить счетную концентрацию частиц и дисперсный состав анализируемой пыли. Отечественный счетчик аэрозольных частиц АЗ-2М и АЗ-5 регистрирует частицы, размером более 0,3 мкм в интервале концентраций от 0 до 25 частиц/см². Преимущества метода - полная автоматизация, получение результатов в виде систематизированных распечаток. Недостаток - погрешность при определении массовой концентрации пыли.

В основе создания пылемеров, измеряющих концентрацию пыли непосредственно в пылевоздушной среде иногда используют электрические методы: индукционный, емкостный, контактно-электрический. Принцип их действия сходен с оптическими приборами, т.к. электрическая емкость и индуктивность будут функцией концентрации и дисперсности пыли, и они также выдают информацию о весовом и счетном распределении частиц пыли по размерам. Однако на достоверность результатов этих приборов значительное влияние оказывает влажность воздуха и пыли, электрическое сопротивление пыли, ее дисперсный состав, поэтому эти методы не нашли широкого применения. Таким образом, весовой метод позволяет достаточно точно определить массовую концентрацию пыли, но определении дисперсности счетным путем по пыли, осажденной на фильтре, очень трудоемкий и длительный по времени процесс. В то же время быстродействующие оптические приборы автоматически выдают информацию о дисперсном составе, но имеют значительную погрешность при определении весовой концентрации. Поэтому в отечественной практике нашли распространение импакторы (струйные сепараторы), позволяющие одновременно определить весовую концентрацию и дисперсный состав пыли. Струя запыленного газа просасывается через несколько последовательно установленных в корпусе сепаратора сопел с расположенными против них экранами (ловушками). Диаметры сопел по ходу газового потока уменьшается, а скорость выхода потока из них соответственно увеличивается. На каждой последующей ловушке улавливаются все более мелкие частицы. Наличие связи между размерами осаждающихся частиц и скоростью газа позволяет определить дисперсный состав, а масса уловленной пыли - весовую концентрацию.

3. Результаты исследования

3.1 Оценка уровня загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами автотранспорта

Карасуский район образован 16 октября 1939 года. В 1987 году в него добавлены села и сельские округа Октябрьского района бывшей Торгайской области. Территория района 12,8 тыс.кв.км. В 56 населенных пунктах проживают 32,3 тысячи человек к 928 году. В 61 населенном пункте проживают более 35 тысяч человек. Площадь сельхозугодий - 418 тысяч гектаров. В районе 410 сельхозформирований всех форм собственности. Действуют четыре промышленных предприятий. 10 предприятий сферы услуг, три банка. Работают 47 учреждений культуры, центральная районная больница, две поликлиники.12 сельских врачебных амбулаторий .

В районе 48 школ, детская спортивная школа, школа искусства агротехнический колледж. Карасуский район расположен на севере-западе Костанайской области. Через территорию района проходят автомобильная трасса и железная дорога, связывающие Казахстан с Россией. Первые печатные источники о географии и истории района дошли до нас благодаря трудам членов экспедиции Академия наук России (1768-1774 гг.)

"Места эти малонаселенные, изумительно красивые, много озер, пресной воды, много птиц и рыб", - писал член экспедиции Христофор Барданес. Они нынче не утратили своей красоты.

В 1928 году правительство страны принимает решение о создании учебно-опытных зерновых хозяйств. Согласно этому решению учебно-опытное зерновое хозяйство №1 решено строить именно на базе аула Утеп.13 июня 1929 года выпускник Московской сельскохозяйственной академии имени Тимирязева М.И. Тарковский забил первый колышек на месте сегодняшнего поселка Карасу.

Экономико-географическое положение Карасуского района благоприятно.

Это определяется положением по отношению к характеру потоков грузов и экономических связей (приграничное положение).

Выгодно транспортно-географическое и промышленно-географическое положение. Карасу - административный центр. Территория не имеет четко выраженных природных рубежей. Географическое положение влияет на формирование континентальных черт природы. Значительная протяженность с севера на юг является одной из причин разнообразия природных комплексов. Карасу расположен в западной части Тургайской ложбины, на левом берегу р. Тобол. Экономико-географическое положение Карасу благоприятно. Центральный район, площадь которого составляет менее 10% общей площади и является социально-культурным и промышленным центром.

Плотность промышленных и автотранспортных предприятий, объектов теплоэнергетического комплекса также максимальна в Карасуском районе. Результатом нерационального экономического развития района стала высокая загазованность и запыленность по сравнению с другими районами города.

Анализируемые объекты - улицы Центральная, Ленина, Азиатская, Жданова, Садовая, Элеваторная, Заслонова.

Центральная улица является промышленным районом, на котором расположены такие предприятия как мебельный цех, деревообрабатывающий завод, комбинат, также на данном объекте расположен гараж, скорой помощи и ПАТП-1.

Поскольку на этих предприятиях насчитывается большой автомобильный парк, вследствие чего происходит большой выброс выхлопных газов автомобилей. А так как вдоль проезжей части по ул. Абая находятся школы, авторынок, АГЗС, спортивная школа, автовокзал. По улице Элеваторная, детские сады и ясли, хлебоприемный пункт, поликлиника, и места отдыха, проживающего в этом районе населения это неблагоприятно сказывается на здоровье человека и на окружающей среде в целом. Также это дорога является объездной дорогой для грузового транспорта.

3.2 Общая характеристика Карасуского района

Климат зоны расположения резко континентальный, засушливый с резким колебанием температуры воздуха: лето сухое, жаркое, зимы-холодные, с буранами. Эти климатические особенности проявляются в резком колебании сезонных, месячных и суточных температур, в недостаточном количестве атмосферных осадков и в ранних заморозках. Холодными месяцами являются январь (- 18є) и февраль (-17,5є).

Одной из отрицательных сторон климата являются сильные ветры, достигающие скорости 18-20 м/сек. и вызывающие сильные метели. Летние суховеи отрицательно влияют на рост и развитие растений. Преобладают ветры северо-западного направления.

Рельеф в основном, равнинный и равнинно-холмистый. В юго-западной части землепользования проходит довольно большой овраг - Тереспутак, в районе которого встречается большое количество неглубоких промоин и мелких балок. Промоины и балки на выгонной - пастбищных землях покрыты травянистой, а также кустарниковой растительностью, что предохраняет эти земли от дальнейшего размывания.

Водоснабжение села основано главным образом на открытых искусственных водоёмах, котлованах, прудах и шахтных колодцах.

Глубина прудов достигает 3 метров. Вода пригодна для технических целей. Главными источниками снабжения населения питьевой водой служат шахтные колодцы, основанные на первом водоносном горизонте.

В северной части землепользования преобладают обыкновенные тяжело-суглинистые чернозёмы, с солонцами, солончаковые. Значительная часть земель в центральной и южной части представлена малогумусными южными чернозёмами. Большое распространение на территории хозяйства имеют комплексные почвы. Структура малогумусных чернозёмов менее прочна, чем у среднегумусных чернозёмов. Кроме названных двух типов почв, встречаются мелкие контуры лугово-чернозёмных почв, лугово-чернозёмных солонцеватых, а также лугово-чернозёмных солоноватых в комплексе с солонцами степными мелкими. Пастбищные земли хозяйства расположены преимущественно на солонцах степных средних. Данные экономической оценки земли показывают, что почвенный покров пахотных земель разнообразен и оценивается от 33 до100 баллов. При оценке пашни всего в 61 балл.

Растительный покров на естественных кормовых угодьях очень разнообразен. В южной части преобладает типчаково-ковыльная растительность с урожайностью 3-4 центнера сухой массы с гектара. В северной части, где встречаются частые микропонижения и имеется древесная и кустарниковая растительность, преобладает злаково-разнотравная. Урожайность 5-7 центнеров сухой массы с гектара.

Природные пастбища имеют ярко выраженную сезонность в их использовании (весенне-осеннюю). Летом, начиная с середины июня, растительность их выгорает и возобновляется на короткий срок только осенью. Для правильного использования и повышения продуктивности кормовых угодий необходимо организовать пастбище-обороты и ввести систему загонной пастьбы. Также необходимо провести коренное улучшение пастбищ на площади 1240 га путём вспашки и посева травосмесей злаково-бобовых трав. Организация правильного использования пастбищ позволит значительно упрочить кормовую базу для общественного поголовья скота.

За последние три года численность населения возросла с 566 до 754 человек.

Из них 35% казахов, русских 23%, украинцев 19%, немцев 7%, других национальностей 16%. Причины повышения численности населения - увеличение рождаемости и снижение уровня миграции за последние 3 года.

Таблица 3

Миграция населения с 2007 по 2010 годы

год	выбывших	прибывших	сальдо
2007	28	3	-25
2008	13	5	-8
2009	8	0	8
2010	2	2	0

Среди причин снижения уровня миграции следующие: улучшение материальных условий (стабильная заработная плата), введение мини-центра для детей в возрасте с 2 до 5 лет с полным днём пребывания, налаживание обильной связи, в перспективе проведение водопровода и другие.

3.3 Факторы, влияющие на загрязнение атмосферы транспортом

Метод фильтрации позволяет выделить частицы размером свыше 0,1 мкм. Этот метод основан на пропускании через фильтр определенного объема исследуемого воздуха при помощи аспирационного устройства.

Отбор проб воздуха при анализе газообразных примесей осуществляется за счет протягивания воздуха через специальные твердые или жидкие поглотители, в которых газовая примесь конденсируется либо адсорбируется.

Контроль концентрации газообразных примесей атмосферного воздуха производится с помощью газоанализаторов, позволяющих осуществлять мгновенных и непрерывный контроль содержания в нем вредных примесей. Для экспрессного определения токсичных веществ используют универсальные газоанализаторы упрощенного типа (УГ 2, УХ 2), основанные на линейно-колористическом методе анализа. При просасывании воздуха через индикаторные трубки, заполненные твердым веществом - поглотителем, происходит изменение окраски индикаторного порошка. Длина окрашенного слоя пропорциональна концентрации исследуемого вещества, измеряемой по шкале в мг/л.

Выбор метода анализа загрязненного воздуха определяется природой примесей, а также ожидаемой концентрацией и целью анализа.

Токсичность отработавших газов зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов. Воздействуя на последние. Можно значительно улучшить экологические показатели работы двигателей. На экологические показатели дизеля оказывают влияние такие факторы, как качество смесеобразования и сгорания, температура рабочего процесса, степень сжатия, давление впрыска топлива, качество сопловых наконечников форсунок, угол опережения впрыскивания топлива, режим работы дизеля и др.

Значительное влияние на экологические показатели дизеля оказывает его техническое состояние. Интенсивность дымления и токсичность ОГ в значительной степени зависят от технического состояния и регулировок топливоподающей аппаратуры. Недопустимы подтекание топлива в распылителе форсунки, неправильная регулировка давления начала впрыскивания топлива, зависание иглы распылителя и т.п.

Большое значение имеет тепловое состояние распылителя. Перегрев распылителя приводит к его закоксовыванию, нарушению характеристики впрыскивания, ухудшению равномерности распыления и подачи топлива через отдельные отверстия. В этом случае увеличивается дымность и токсичность ОГ. При засорении воздухоочистителя или потере герметичности клапанов токсичность ОГ может возрасти в результате снижения наполнения цилиндров и снижения давления в конце сжатия (Рс).

В изношенном дизеле, при излишнем попадании масла на рабочую поверхность цилиндровой втулки, при нагароотложениях на окнах и поверхностях деталей наблюдается повышенный выброс дыма и увеличение его токсичности.

В целом влияние условий эксплуатации на выброс ВВ с ОГ можно охарактеризовать следующими факторами:

- ухудшение процессов топливоподачи и воздухоподачи;

- ухудшение процесса охлаждения деталей цилиндропоршневой группы;

- увеличение прорыва газов из цилиндрового пространства в картер дизеля и соответственно поступление картерных газов в цилиндры со свежим воздухом через систему вентиляции картера;

- нагароотложение на окнах цилиндровых втулок и газовыпускном тракте в целом;

- отклонение от оптимальных значений линейной величины камеры сгорания;

- загрязнение дизельного топлива.

О токсичности отработанных газов дизелей можно судить по расходу масла на "угар". При попадании масла в камеру сгорания и его испарении под действием высоких температур увеличивается выброс несгоревших частиц с отработавшими газами. Масло, сгорающее в камере сгорания дизеля, влияет, в первую очередь, на увеличение выброса вредных веществ с отработавшими газами в виде твердых частиц.

Сажевые выбросы с отработавшими газами дизелей на 80-90% состоят из твердых частиц размером 1 мкм, которые при вдыхании свободно проходят через носоглотку и до 50% оседают в легких человека.

При попадании масла в камеру сгорания увеличивается выброс в атмосферу с отработавшими газами твердых частиц, содержащих продукты неполного сгорания масла (углеводороды, сажа и др.). Кроме того, попадание излишнего попадания масла в камеру сгорания увеличивает выброс бенз (а) пирена в 8-10 раз.

Таким образом, все, что способствует проникновению масла в камеру сгорания, влияет на увеличение его расхода, и следовательно на ухудшение экологических показателей дизеля.

В дизелях количество масла, проникающего в камеру сгорания, зависит, прежде всего, от качества конструкции и технического состояния поршневой группы, зазоров в кривошипно-шатунном механизме, вязкости масла и др.

Однако, например, тепловозному дизелю 10Д100, которым в Республике Казахстан в настоящее время оснащены практически 100% магистральных тепловозов присущи еще и ряд других причин повышенного расхода масла на угар. При этом некоторые из них, предопределены конструкцией дизеля, а другие зависят от условий эксплуатации, обслуживания и ремонта.

Одной из главных причин является попадание масла в камеру сгорания с надувочным воздухом. Установлены следующие источники попадания масла с надувочным воздухом в камеру сгорания дизеля:

- из системы смазки подшипников турбокомпрессора через лабиринтные уплотнения со стороны колеса компрессора;

- из масляной ванны и кассет фильтра непрерывной очистки воздуха (даже при нормальной работе фильтра с сеток в турбокомпрессор, а затем и в ресивер, попадает определенное количество масла в виде капель, количество которых резко увеличивается при повышенном уровне масла в вене фильтра, либо при понижении его вязкости или засорении сеток);

- из картера через систему его вентиляции, маслоотделители и воздушную полость турбокомпрессора.

Одной из причин повышенного расхода масла на угар в дизелях 10Д100 является также понижение его вязкости из-за разжижения дизельным топливом.

При нормативном значении вязкости дизельного масла 14 мм²/с (14 0,5 Ст), браковочных значениях менее 11,5 мм²/с и более 16,5 мм²/с фактические средние значения вязкости при эксплуатации дизелей лежат ближе к нижнему браковочному показателю, а иногда достигает и 6-7 мм²/с, что приводит к повышенному попаданию его на рабочую поверхность цилиндровой втулки и забросом в камеру сгорания.

Повышенный расход на угар маловязких масел объясняется же более высокой их испаряемостью и меньшей прочностью масляной пленки.

Одной из главных причин разжижения масла топливом являются повышенные нагароотложения на окнах цилиндровых втулок и в газовыпускном тракте в целом.

Нагароотложения увеличивают расход масла на угар из-за повышения температуры поршней, цилиндровых втулок и рабочего цикла в целом, тат как при этом увеличивается прочес окисления и сгорания масла.

Таким образом, к трем проблемам, связанным с вредными выбросами дизелей, (полнота сгорания топлива, состав топлива, очистка и нейтрализация отработавших газов) добавляется необходимость снижать выбросы твердых частиц, содержащих продукты неполного сгорания дизельного масла.

Одной из основных причин ухудшения экологических показателей двухтактных дизелей является повышенные нагароотложения на окнах цилиндровых втулок и газовыпускном тракте. Нагар состоит из органической части, т.е. продуктов сгорания топлива и масла, а также зольной части, которая состоит из частиц почвенной пыли и частиц металла деталей дизеля.

К основным причинам повышенных нагароотложений можно отнести следующие:

- попадание в цилиндры с надувочным воздухом масла и почвенной пылью;

- работа дизеля с изношенными деталями цилиндропоршневой группы;

- нарушения в работе топливной аппаратуры;

- снижение цикловой подачи воздуха в цилиндры;

- переполнение картера маслом выше верхнего уровня на маслоуказателе;

- длительная работа двигателя на холостом ходу и малых нагрузках и др.

Нагароотложения приводят к уменьшению подачи свежего заряда воздуха в цилиндры и ухудшению очистки цилиндров от отработавших газов. Вследствие этого ухудшается процесс сгорания, повышается дымление. Растет теплонапряженность деталей цилиндропоршневой группы.

Имеются данные, что уменьшение площади проходного сечения выпускных окон на 25% вызывает рост температуры головки поршня на 80^оС.

При этом закоксованность нагаром окон дизелей 10Д100 при эксплуатации достигает нередко более 53%, что вызывает дальнейший рост температуры поршней и цилиндровых втулок.

Вследствие того, что при нагароотложениях повышается теплонапряженность деталей цилиндровопоршневой группы - увеличивается выброс в атмосферу оксидов азота; а из-за того, что ухудшается процесс сгорания при недостатке кислорода воздуха и плохой очистке цилиндров, происходит увеличение выброса в атмосферу оксидов углерода, частиц сажи, нагара.

На экологические показатели оказывают влияние такие регулировочные параметры дизеля, как угол опережения впрыска топлива, степень сжатия. При превышении оптимального значения угла опережения впрыска топлива и величины степени сжатия увеличиваются выброс оксидов азота. С уменьшением угла опережения увеличивается дымность отработавших газов и выброс оксидов углерода.

Загрязнение дизельного топлива приводит к ухудшению топливо - подачи, неполному сгоранию топлива, износу плунжерных пар, засорению отверстий сопловых наконечников форсунов. При этом увеличивается выброс оксидов углерода, углеводородов, сажи.

Загрязнения охладителей надувочного воздуха приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи, повышению температуры воздуха, поступающего в цилиндры, к понижению массового заряда цилиндров воздухом, ухудшению процесса сгорания, повышению теплонапряженности деталей цилиндропоршневой группы. А это в свою очередь увеличивает выбросов оксидов азота и углерода.

Уменьшение давления надувочного воздуха резко увеличивает выброс углеводородов, оксида углерода и дымление дизеля.

В таблице приведены данные, характеризующие влияние неисправностей дизельных двигателей на изменение состава отработавших газов.

Следует отметить, что выбросы Nox практически не зависят от технического состояния двигателей внутреннего сгорания.

3.4 Определение загруженности улиц автотранспортом

Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду более 20 компонентов, среди которых угарный газ, углекислый газ, оксиды азота и серы, альдегиды, свинец, кадмий и канцерогенная группа углеводородов (бензапирен и бензоантроцен). При этом наибольшее количество токсичных веществ выбрасывается автотранспортом в воздух на малом ходу, на перекрестках, остановках перед светофорами. Так, на небольшой скорости бензиновый двигатель выбрасывает в атмосферу 0,05% углеводородов (от общего выброса), а на малом ходу - 0,98%, окиси углерода соответственно - 5,1% и 13,8%. Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомобиля 15 тыс. км. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг. кислорода и насыщает ее 3250 кг. углекислого газа, 530 кг. окиси углерода, 93 кг. углеводов и 7 кг. окислов азота.

Данная практическая работа дает возможность оценить загруженность участка улицы автотранспортом в зависимости от его видов, сравнить разные улицы и изучить окружающую обстановку.

Ход работы:

Интенсивность движения автотранспортом производится методом подсчета автомобилей разных типов 3 раза по 60 мин. в каждом из сроков замеров, в 8, 13 и 18 ч.

Запись производилась согласно таблице 4:

Таблица 4

Пример загруженности улицы Карбышева

Тип автомобиля	Число единиц
8.00-9.00
легкий грузовой	23
средний грузовой	24
тяжелый грузовой (дизельный)	14
автобус	10
легковой	30
13.00-14.00
легкий грузовой	30
средний грузовой	33
тяжелый грузовой	43
автобус	20
легковой	46
18.00-19.00
легкий грузовой	8
средний грузовой	18
тяжелый грузовой	41
автобус	12
легковой	30

Таким образом, мы выяснили, что:

- низкая интенсивность движения утром 150 автомобилей;

- средняя интенсивность движения днем 163 автомобиля;

- высокая интенсивность движения вечером 258 автомобилей.

Оценка уровня загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами автотранспортных средств (по концентрации оксида углерода)

Загрязнение атмосферного воздуха отработавшими газами автомобилей удобно оценивать по концентрации окиси углерода, мг/м3. Исходными данными для работы служат показатели, собранные во время проведения предыдущей практической работы.

Ход работы:

Формула оценки концентрации углерода (Ксо) используется для расчетов автомобильно-дорожных показателей.

Ксо = (0,5+0,01N * Кт)* Ка * Ку *Кс *Кв * Кп

где 0,5 - фоновое загрязнение атмосферного воздуха не транспортного происхождения, мг/м³;

N - суммарная интенсивность движения автомобилей на городской дороге, автомобилей в час;

Кт - коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух СО;

Ка - коэффициент, учитывающий аэрацию местности;

Ку - коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха СО в зависимости от величины продольного уклона;

Кс - коэффициент, учитывающий изменение концентрации углерода в зависимости от скорости ветра;

Кв - коэффициент относительной влажности воздуха;

Кп - коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха СО у пересечений.

Коэффициент токсичности автомобилей определяется как средневзвешенный для потока автомобилей по формуле:

Кт = Рi Кп,

Рi - состав движения в долях единиц.

Значение Кп определяется по таблице 5:

Таблица 5. Коэффициент токсичности автомобилей

Тип автомобиля	Коэффициент Кп
легкий грузовой	2,3
средний грузовой	2,9
тяжелый грузовой (дизельный)	0,2
автобус	3,7
легковой	1,0

Подставив значения согласно данным. Полученным в результате предыдущей работы получаем:

Коэффициент токсичности Кт:

8.00-9.00

Легковой грузовой Кт 2,3*23=52,9

Средний грузовой Кт 2,9*24= 69,6

Тяжелый грузовой Кт 0,2*14=2,8

Автобус Кт 3,7*10=37

Легковой Кт 1,0*30=30

13.00-14.00

Легковой грузовой Кт 2,3*30=69

Средний грузовой Кт 2,9*33=95,7

Тяжелый грузовой Кт 0,2*43=8,6

Автобус Кт 3,7*20=74

Легковой Кт 1,0*46=46

18.00-19.00

Легковой грузовой Кт 2,3*4=9,2

Средний грузовой Кт 2,9*18=52,2

Тяжелый грузовой Кт 0,2*41=8,2

Автобус Кт 3,7*12=44,4

Легковой Кт 1,0*30=3

Значение коэффициента Ку, учитывающего изменение загрязнения воздуха СО в зависимости от величины продольного уклона определяем по таблице 6:

Таблица 6

Коэффициент токсичности автомобилей

Продольный уклон	Коэффициент Ку
0	1,00
2	1,06
4	1,07
6	1,18
8	1,55

Коэффициент изменения концентрации СО в зависимости от скорости ветра Кс определяется по таблице 7:

Таблица 7

Коэффициент изменения концентрации СО в зависимости от скорости ветра Кс

Скорость ветра	Коэфф-т Кс
1	2,70
2	2,00
3	1,50
4	1,20
5	1,05
6	1,00

Значение коэффициента Кв определяющего изменение концентрации СО в зависимости от относительной влажности воздуха, приведено в таблице 8:

Таблица 8

Значение коэффициента Кв определяющего изменение концентрации СО в зависимости от относительной влажности воздуха

Относительная влажность,%	Коэффициент Кв
100	1,45
90	1,30
80	1,15
70	1,00
60	0,85
50	0,75
40	0,60

Коэффициент увеличения загрязнения воздуха СО у пересечений приведен в таблице 9:

Таблица 9

Коэффициент увеличения загрязнения воздуха СО

Тип пересечения	Коэфф-т Кп
Регулируемое пересечение
светофорами обычное	1,8
светофорами управляемое	2,1
саморегулируемое	2,0
Не регулируемое
со снижением скорости	1,9
кольцевое	2,2
с обязательной остановкой	3,0

Из числа отобранных проб атмосферного воздуха обнаружено превышение ПДК (предельно допустимая концентрация) по следующим компонентам:

- диоксиду азота в 2-1,9 раза;

- диоксиду серы - в 2 раза;

- пыли в 2-3 раза;

- свинцу в 1,8-2,3 раза.

Наиболее загрязнен район автомагистрали по улице Абая где среднее содержание формальдегида превышал допустимые нормы в 1,5 раза, диоксида азота в 2,0 раза, взвешенных веществ в 1,5 раза. Управлением санитарно-эпидемиологического надзора Карасу проведен мониторинг за состояние воздушного бассейна города селитебной территории от предприятий и вдоль магистральных улиц по трем контрольным точкам.

В 2,5% проб обнаружено превышение ПДК по саже в 1,2-2,4 раза, диоксид азота в 1,1-3,2 раза, пыли в 1,1-2,2 раза автовокзал, АЗС, заправочная станция.

Ограничение загрязнения атмосферы при использовании автотранспортных средств водится к выполнению трех основных положений:

Совершенствование автомобиля и его техническое состояние (совершенствование конструкций автомобиля, создание новых типов силовых установок, применение новых типов топлив и поддержание технического состояния автомобиля).

Рациональная организация перевозок и движения (совершенствование дорог, выбор парка подвижного состава и его структуры, оптимальная маршрутизация автомобильных перевозок, организация и регулирование дорожного движения, и рациональное управление автомобилем).

Ограничение распространения загрязнения от источника к человеку.

Снижение концентрации оксида углерода может быть достигнуто с помощью зеленых насаждений (таблица 10).

Таблица 10

Концентрация оксида углерода:

Тип посадок	Коэфф-т ажурности	Снижение концентрации
деревьев	зима	лето	зима	лето
Однорядная полоса деревьев	0,11	0,22	0-3	7-10
Двухрядная полоса деревьев	0,15	0,37	3-5	10-20
Двухрядная полоса деревьев с двухрядным кустарником	0,18	0,58	5-7	30-40
Трехрядная полоса деревьев с двухрядным кустарником	0,20	0,68	10-12	40-50
Четырехрядная полоса деревьев с двухрядным кустарником	0,23	0,75	10 -15	50-60

Как видно из таблицы важнейшим компонентом территории являются зеленые насаждения. В настоящее время парки, скверы и другие формы озеленения служат естественными коллекторами очищения атмосферы.

3.5 Влияние автотранспорта на состояние атмосферного воздуха Карасуского района

Концентрация автомобилей в районе и населенных пунктах ведет к загрязнению атмосферного воздуха токсичными веществами отработанных газов, особенно вредным компонентом, в них является окись углерода (СО), или угарный газ. Автомобильный транспорт наряду с промышленностью - основной виновник значительного загрязнения атмосферы.