Исследование процессов формирования пылегазовых примесей в атмосферном воздухе, придорожных территорий, улиц города Оренбурга (на примере улицы Терешковой)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Геолого-географический факультет

Кафедра экологии и природопользования

КУРСОВАЯ РАБОТА

Исследование процессов формирования пылегазовых примесей в атмосферном воздухе, придорожных территорий, улиц города Оренбурга

(на примере улицы Терешковой)

Исполнитель студент группы 12ЭкоП(б)Эк

М.М. Михайлова

Оренбург 2014

Содержание

Введение

1. Анализ литературных данных по проблеме загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом

1.1 Характеристика автомобильно-дорожного комплекса в России

1.2 Характеристика загрязняющих веществ

1.3 Отработанные газы двигателей, характеристика групп

1.4 Характеристика смогов

1.5 Влияние загрязняющих веществ на почву

1.6 Влияние загрязняющих веществ на ОС

1.6.1 Влияние загрязняющих веществ на качество атмосферного воздуха

1.6.2 Влияние загрязняющих веществ на гидросферу

1.6.3 Характеристика шумовых эффектов от автомобилей

1.7 Влияние загрязняющих веществ на здоровье человека

1.8 Мероприятия направленные на снижение загрязнения в городах

1.8.1 Мероприятия по защите от автомобильного шума

1.8.2 Пути экологизации автомобильного топлива

1.8.3 Использование нетрадиционных видов топлива

Выводы по первой главе

2. Исследования процессов формирования пылегазовых примесей в атмосферном воздухе придорожных территорий улиц города Оренбурга

2.1 Характеристики объекта исследования и применяемых методик

2.1.1 Характеристика объекта исследования

2.1.2 Методика определения взвешенных частиц

2.1.3 Методика определения рН водных объектов

2.1.4 Методика определения содержания хлорид-ионов

2.1.5 Методика определения содержания сульфидов и гидросульфидов в атмосферных осадках

2.1.6 Методика определения содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов в атмосферных осадках

2.1.7 Методика определения содержания кальция и магния в атмосферных осадках

2.1.8 Методика определения содержания сульфат-ионов в атм. осадках

2.1.9 Определение содержания ионов аммония в атмосферных осадках

2.1.10 Методика определения цинка в природных водах

2.1.11 Математическая обработка результатов исследования

2.2 Исследование содержания загрязняющих веществ в снежном покрове

2.3 Интегральная оценка загрязнения атмосферных осадков

2.4 Исследование экологической нагрузки загрязняющих веществ

2.5 Мероприятия направленные на снижение загрязняющих веществ

Выводы по второй главе

Заключение

Список использованных источников

Введение

Проблема загрязнения окружающей среды очень актуальна в наше время. Природная среда подвергается антропогенному воздействию, в результате чего загрязняются воздух, почва, вода. Это приводит к ухудшению здоровья человека.

Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является автотранспорт, так как в состав выхлопных газов входят угарный газ, оксиды азота и серы, углеводороды, соединения тяжелых металлов - вещества, чрезвычайно токсичные для живых организмов. Эти вещества вовлекаются в круговорот веществ, попадают в организмы растений, животных и человека. В результате выбросов автомобильных двигателей атмосфера обогащается рассеянным свинцом, оседающим на поверхность почвы в придорожной зоне. Наличие свинца в выхлопных газах объясняется тем, что тетраэтилсвинец добавляется в бензин в качестве антидетонатора.

Загрязнение воздуха ухудшает качество среды обитания всего населения придорожных территорий и контрольные санитарные, и природоохранные органы обоснованно обращают на него первоочередное внимание.

Загрязнение поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливается постепенно, в зависимости от числа проходов транспортных средств и сохраняется очень долго даже после ликвидации дороги. Для будущего поколения, которое, вероятно, откажется от автомобилей в их современном виде, транспортное загрязнение почвы останется тяжелым наследством прошлого. Не исключено, что при ликвидации построенных нами дорог загрязненную неокислившимися металлами почву придется убирать с поверхности.

Целью исследования является оценка экологического состояния придорожной территории, для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-исследовать содержание загрязняющих веществ в снежном покрове придорожной территории;

- определить рН атмосферных осадков;

- рассчитать коэффициент концентрации загрязняющих веществ и показатель химического загрязнения атмосферных осадков;

- исследовать экологические нагрузки загрязняющих веществ;

- дать оценку экологического состояния придорожной территории по рН, показателю химического загрязнения и суммарным экологическим нагрузкам загрязняющих веществ;

-разработать мероприятия, направленные на улучшение экологической ситуации придорожной зоны.

1. Анализ литературных данных по проблеме загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом

1.1 Характеристика автомобильно-дорожного комплекса в России

Автомобильный транспорт служит средством связи между местом проживания и местом работы, магазинами, местами развлечения и отдыха. Поселения и хозяйства вызывают необходимость развития транспорта, а новые пути сообщения и техническое совершенствование транспорта в свою очередь способствуют развитию поселений и хозяйства. Высокие скорости, обеспечиваемые автомобилем, и развитая дорожная сеть придали современному человеку большую мобильность. Развитие транспорта, строительство и поддержание транспортной инфраструктуры увеличивают вредные нагрузки на окружающую среду и человека посредством шума, загрязнения воздуха, разрушения ландшафтов и несчастных случаев. [1]

Отмечается устойчивая тенденция роста численности автотранспортных средств, находящихся в личном пользовании. Средний возраст остается значительным, 10% парка эксплуатируется свыше 13 лет, полностью изношены и подлежат списанию. Такая эксплуатация приводит к непроизводительному расходу топлива и увеличению выброса в атмосферу загрязняющих веществ.

Достигнутый уровень автомобилизации в России в настоящее время в 2 - 4 раза ниже этого уровня в западных странах. Производимые в России модели автомобилей на 8 - 10 лет отстают по всем основным показателям (экономичности, экологичности, надежности, безопасности) от автомобилей, выпускаемых в промышленно развитых странах. К тому же автотранспортные средства отечественного производства не удовлетворяют современным экологическим требованиям. В условиях быстрого роста автомобильного парка это приводит к еще большему возрастанию негативного воздействия на окружающую среду.

Состав автопарка по видам используемого топлива также остался прежним. Доля автомобилей, использующих газовое топливо, не превышает 2%. Удельный вес грузовых автомобилей с дизелями составляет 28% их общего количества. Для автобусного парка России доля автобусов, работающих на дизельном топливе, равна примерно 13%.

Состояние дорог в целом по России неблагополучное. Новые автомобильные дороги строятся крайне медленно. На большой протяженности участки дорог имеют неудовлетворительные гладкость, ровность и прочность. Это создает предпосылки возникновения транспортных происшествий.

В инфраструктуре транспортной отрасли насчитывается около 4 тыс. крупных и средних автотранспортных предприятий, занятых пассажирскими и грузовыми перевозками. С развитием рыночных отношений появились в большом количестве коммерческие транспортные подразделения небольшой мощности. Они выполняют автомобильные перевозки, техническое обслуживание и ремонт автомобилей, оказывают сервисные услуги и осуществляют прочие виды деятельности. Рост автопарка, изменение форм собственности и видов деятельности существенно не повлияли на характер воздействия автотранспорта на окружающую природную среду.

Основная масса (80%) вредных веществ выбрасывается автотранспортом на территориях населенных пунктов. Он по-прежнему сохраняет лидерство в загрязнении атмосферы городов. В середине 90-х годов на долю автотранспорта в России приходилось 80% выбросов свинца, 59% оксида углерода, 32% оксидов азота. [2]

Таким образом развитие транспорта, строительство и поддержание транспортной инфраструктуры увеличивают вредные нагрузки на окружающую среду и человека посредством шума, загрязнения воздуха, разрушения ландшафтов и несчастных случаев. Достигнутый уровень автомобилизации в России в настоящее время в 2 - 4 раза ниже этого уровня в западных странах. К тому же автотранспортные средства отечественного производства не удовлетворяют современным экологическим требованиям, что приводит к еще большему возрастанию негативного воздействия на окружающую среду. Ситуацию не улучшает и состояние дорог в России. Новые автомобильные дороги строятся крайне медленно. Это приводит к возникновению транспортных происшествий.

1.2 Характеристика загрязняющих веществ

Среди отраслей экономики России транспортный комплекс является крупнейшим загрязнителем окружающей среды.

Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автомобильного транспорта превышает таковой от всех других источников, особенно в крупных городах. Данное обстоятельство отрицательно сказывается на здоровье городского населения.

Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу с отработавшими газами около 200 различных компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. В выхлопных газах содержатся углеводороды - несгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т.е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме.[3]

К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода, образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7 % оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9 %, а на малом ходу - до 6,9 %. Оксид углерода, углекислый газ и большинство других газовых выделений двигателей тяжелее воздуха, поэтому все они скапливаются у земли.

В выхлопных газах содержатся также альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим действием. К ним относятся акролены и формальдегид; последний обладает особенно сильным действием. В автомобильных выбросах содержатся также оксиды азота. Двуокись азота играет большую роль в образовании продуктов превращения углеводородов в атмосферном воздухе. В выхлопных газах присутствуют неразложившиеся углеводороды топлива. Среди них особое место занимают непредельные углеводороды этиленового ряда, в частности гексен и пентен.

Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества.

Особенно много сажи и смол образуется при технической неисправности мотора и в моменты, когда водитель, форсируя работу двигателя, уменьшает соотношение воздуха и горючего, стремясь получить так называемую "богатую смесь". В этих случаях за машиной тянется видимый хвост дыма, который содержит полициклические углеводороды и, в частности, бенз (а) пирен.

К числу приоритетных загрязнителей атмосферы, поступающих в городскую атмосферу с отработавшими газами автомобилей, относятся свинец, бенз (а) пирен, летучие углеводороды. [4]

В целом при определенном уровне интенсивности выхлопов автомобилей на территории города появляются устойчивые накопления двух типов загрязнений:

- аэрозоли автотранспортного происхождения, задерживающиеся в атмосфере на длительный срок, адсорбирующие канцерогенные вещества и попадающие с воздухом в дыхательные пути.

- соединения свинца, образующиеся при сгорании этилированного бензина. 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. Соединения свинца способны аккумулироваться организмом, попадая в него не только через дыхательные пути, но и через кожу. Эти соединения поражают центральную нервную систему и кроветворные органы.

Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей, 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. [5]

1.3 Отработанные газы двигателей, характеристика групп

Отработавшие газы ДВС 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 .[2]

В первую группу входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха.

Ко второй группе относят только одно вещество - оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива не имеет цвета и запаха, легче воздуха. Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием.

Отравлению угарным газом часто подвержены водители автотранспортных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.

В состав третей группы входят оксиды азота, главным образом N0 - оксид азота и NO₂ - диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания ДВС при температуре 2800 С.

Для человеческого организма оксиды азота еще более вредны, чем угарный газ. При высоких концентрациях оксидов азота возникают астматические проявления и отек легких. Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не имеет неприятных ощущений и не предполагает отрицательных последствий.

В четвертую группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа СХНУ. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечнососудистую систему человека. Углеводородные соединения отработавших газов, наряду с токсическими свойствами, обладают канцерогенным действием.

Пятую группу составляют альдегиды - органические соединения содержащие альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

В шестой группе выделяют сажу и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.). 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.

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.

Сернистые соединения 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.

Компоненты восьмой группы этой - свинец и его соединения - встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина.

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.

В развитых странах мира применение этилированного бензина ограничивается или уже полностью прекращено. В России он еще находит широкое применение. Однако ставится задача отказаться от его использования. Крупные промышленные центры и курортные местности переходят на использование неэтилированных бензинов.

Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей, выделенные в восемь групп, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки.

В местах заправки транспортных средств топливом и маслом происходят случайные разливы и намеренные сливы отработанного масла прямо на землю или в водоемы. На месте масляного пятна длительное время не произрастает растительность. [6]

1.4 Характеристика смогов

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

По характеру действия стали выделять две разновидности смога: лос-анжелесского типа, сухой и лондонского типа, влажный.

Такой смог формируется в атмосфере под действием солнечного света при отсутствии ветра и низкой влажности из компонентов, характерных для выхлопных газов автомобилей. Впервые смог зафиксирован в 1944 г. в Лос-Анджелесе, когда в результате большого скопления автомобилей была парализована жизнь одного из крупнейших городов США. В результате фотохимических реакций образуются соединения, вызывающие увядание и гибель растений, сильно раздражающие слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. Смог Лос-Анджелесского типа усиливает коррозию металлов, разрушение строительных конструкций, резины и других материалов. Окислительный характер такому смогу придают озон и другие образующиеся в нем вещества. Исследования, проведенные в 50-х годах в Лос-Анджелесе, показали, что увеличение концентрации озона связано с характерным изменением относительного содержания NO₂ и NO .[2]

В 1952 году явление смога наблюдалось в Лондоне. Туман сам по себе для организма человека не опасен, однако в условиях города, при непрекращавшемся поступлении дыма в приземные слои атмосферы в них скопилось несколько сотен тонн сажи (одного из виновников температурной инверсии) и вредных для дыхания человека веществ, главным из которых являлся сернистый газ.

Лондонский (влажный) смог - это сочетание газообразных и твердых примесей с туманом - результат сжигания большого количества угля (или мазута) при высокой влажности атмосферы. Впоследствии в нем практически не образуется каких-либо новых веществ. Таким образом, токсичность целиком определяется исходными загрязнителями.

Английские специалисты зафиксировали, что концентрация диоксида серы SO₂ в те дни достигала 5-10 мг/м³ и выше при предельно допустимой концентрации этого вещества в воздухе населенных мест 0,5 мг/м³. Смертность в Лондоне резко возросла в первый же день катастрофы, а по прошествии тумана она снизилась до обычного уровня. Также было установлено, что прежде других умирали горожане старше 50 лет, люди, страдающие заболеваниями легких и сердца, а также дети в возрасте до одного года.

Точные данные о событиях тех дней - результат того, что к этому времени исследования воздуха проводились уже несколько десятилетий, ибо проблема загазованности в Лондоне существовала с давних пор

Урок из трагедии 1952 г. был извлечен достаточно быстро. В 1956 г. был принят закон о чистоте воздуха, который стал строго соблюдаться, и к 1970 г. выброс сажи (виновника атмосферной инверсии) удалось снизить в 13 раз. В результате от былых Лондонских туманов не осталось и следа. Отмечаются случаи, когда в центре города тумана меньше, чем в его окрестностях, хотя проблема загрязненности оксидами серы сохранилась .[6]

Впоследствии смог периодически появлялся во многих крупнейших городах мира.

1.5 Влияние загрязняющих веществ на почву

Почвы, будучи компонентами, очень тонко сбалансированных природных экосистем, находятся в динамическом равновесии со всеми другими компонентами биосферы. Однако при использовании в разнообразной хозяйственной деятельности почвы часто теряют природное плодородие или даже полностью разрушаются.

При сгорании 1 л этилированного бензина выделяется от 200 до 500 мг свинца. Этот высокоактивный, находящийся в состоянии рассеяния свинец обогащает почву вдоль дорог. Из почвы и частично из воздуха он попадает в растения. Есть сведения о том, что при содержании 0,1 г свинца в 1 кг сена он может явиться причиной гибели крупного рогатого. Человек представляющий одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического действия тяжелых металлов. До тех пор, пока тяжелые металлы прочно связаны с составными частями почвы и труднодоступны, их отрицательное влияние на почву и окружающую среду будет незначительным. Однако, если почвенные условия позволяют перейти тяжелым металлам в почвенный раствор, появляется прямая опасность загрязнения почв, возникает вероятность проникновения их в растения, а также в организм человека и животных, потребляющие эти растения. Кроме того, тяжелые металлы могут быть загрязнителями растений и водоемов в результате использования сточных ила вод. Опасность загрязнения почв и растений зависит: от вида растений; форм химических соединений в почве; присутствия элементов противодействующих влиянию тяжелых металлов и веществ, образующих с ними комплексные соединения; от процессов адсорбции и десорбции; количества доступных форм этих металлов в почве и почвенно-климатических условий. Следовательно, отрицательное влияние тяжелых металлов зависит, по существу, от их подвижности, т.е. растворимости.[7]

Самоочищение почв, как правило, - медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.

Содержание свинца в растениях, выращенных в тяжелосуглинистых почвах, может достигать самой высокой отметки. (7 мг/кг). Более высокие концентрации свинца (до 1000 мг/кг) характерны для растительности на техногенно загрязненных территориях.

Размеры зоны влияния автотранспорта на экосистемы сильно меняются. Ширина придорожных аномалий содержания свинца в почве может достигать 100-150 м. Лесные полосы вдоль дорого задерживают в своих кронах потоки свинца от автотранспорта. В условиях города размеры свинцовых загрязнений определяются условиями застройки и структурой зеленых насаждений. В сухую погоду происходит накопление свинца на поверхности растений, но после обильных дождей значительная его часть (до 45%) смывается.

Загрязнение чернозема оподзоленного свинцом и кадмием приводит к резкому увеличению содержания подвижных и кислоторастворимых форм этих элементов. Под влиянием свинцового и кадмиевого загрязнения почв происходят изменения в поступлении в растения микроэлементов.

На загрязненных свинцом почвах безопаснее всего выращивать зерновые культуры. Возделывание в этих зонах овощей, кукурузы на силос, кормовых трав может оказаться рискованным.[8]

Таким образом почвы при использовании в разнообразной хозяйственной деятельности часто теряют природное плодородие или даже полностью разрушаются. Опасность загрязнения почв и растений тяжелыми металлами зависит по существу, от их подвижности, т.е. растворимости. Токсичные вещества накапливаются, что приводит к изменению химического состава почв. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.

1.6 Влияние загрязняющих веществ на ОС

1.6.1 Влияние загрязняющих веществ на качество атмосферного воздуха

Под загрязнением понимается процесс привнесения в воздух или образование в нём физических агентов, химических веществ или организмов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям. В определённом смысле загрязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности кислорода) крупными технологическими объектами, в данном случае, технологическим объектом является автомобильный транспорт. Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверхностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружающую среду, отрицательно сказывается на получении растительной биомассы, и включаются в круговороты многих элементов биосферы. Циркуляция атмосферных потоков влияет на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процесс рельефообразования.

Следовательно, не смотря на то, что масса внешней оболочки биосферы (атмосферы) ничтожно мала по сравнению с массой планеты, ее роль во всех природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности Земли. Современный газовый состав атмосферы является результатом длительного исторического развития природы и, как известно, слагается из азота (78,09%), кислорода (20,95%), аргона (0, 93%), углекислого газа (0,03%), неона и других газов и паров воды. Кроме того, газовый состав содержит различные вещества, выделяемые природными и техногенными источниками, такие как пыль, имеющая растительное, вулканическое, космическое, почвенное и техногенное происхождение; капельножидкая вода (туман); частицы морской соли; газы, образующиеся во время лесных и степных пожаров; различные продукты растительного, животного или микробиологического происхождения. [9]

Автомобильный транспорт, наряду с промышленностью, является одним из основных источников загрязнения атмосферы. Доля автотранспорта в общих выбросах вредных веществ в городах может достигать 60-80%. Более 80% всех выбросов в атмосферу составляют выбросы оксидов углерода, двуокиси серы, азота, углеводородов, твёрдых веществ. Из газообразных загрязняющих веществ в наибольших количествах выбрасываются окислы углерода, углекислый газ, угарный газ, образующиеся преимущественно при сгорании топлива. В больших количествах в атмосферу выбрасываются и оксиды серы: сернистый газ, сернистый ангидрид, сероуглерод, сероводород и другие. Самый многочисленным классом веществ, загрязняющих воздух крупных городов, являются углеводороды. К числу постоянных ингредиентов газового загрязнения атмосферы относятся также свободный хлор его соединения и другие. [5]

1.6.2 Влияние загрязняющих веществ на гидросферу

Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ). Загрязнение вод транспортными отходами проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов. Установлено, что более 400 видов веществ, выделяемых при работе автотранспорта, могут вызвать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.

Интенсивное загрязнение гидросферы автотранспортом происходит вследствие следующих факторов. Одним из них является отсутствие гаражей для тысяч индивидуальных автомобилей, хранящихся на открытых площадках, во дворах жилых застроек. Положение усугубляется ещё и тем, что сеть ремонтных служб для автомобилей личного пользования недостаточно развита.

Это вынуждает их владельцев производить ремонт и техническое обслуживание своими силами, что они и делают, конечно, без учёта экологических последствий. Примером могут служить частные мойки или несанкционированные площадки для мойки автомобилей: из-за отсутствия моечных пунктов эту операцию зачастую выполняют на берегу реки, озера или пруда. Между тем автолюбители всё в больших объёмах пользуются синтетическими моющими средствами, которые представляют определённую опасность для водоёмов.

Ливневые сточные воды с поверхности автомагистралей, площадок АЗС, с территории автотранспортных и авторемонтных предприятий также являются мощным источником загрязнения водных бассейнов в городской местности нефтепродуктами, фенолами и легкоокисляющимися органическими веществами. Поступление со стоками тяжелых металлов и токсичных веществ резко ограничивает потребление и использование водных ресурсов.

Для снижения загрязнения поверхностных вод открытых водоемов необходимо создание бессточной системы водоснабжения на участках, используемых для мытья автомобилей, а также строительство локальных очистных сооружений с последующим разбавлением остаточного количества загрязняющих веществ. Практика показала, что существующие технологические процессы по обезвреживанию сточных вод способствуют удалению 95-99% органических веществ и 40-99% взвешенных веществ. Однако они практически не снижают содержание в них солей, из которых наибольшую опасность представляют токсические вещества, в том числе канцерогенные, к которым относится один из наиболее токсичных - тетроэтилсвинец. [10]

1.6.3 Характеристика шумовых эффектов от автомобилей

Один из основных источников шума в городе - автомобильный транспорт, интенсивность движения которого постоянно растёт. Наибольшие уровни шума 90-95 дБ отмечаются на магистральных улицах городов со средней интенсивностью движения 2-3 тыс. и более транспортных единиц в час.

Уровень уличных шумов обуславливается интенсивностью, скоростью и характером (составом) транспортного потока. Кроме того, он зависит от планировочных решений (продольный и поперечный профиль улиц, высота и плотность застройки) и таких элементов благоустройства, как покрытие проезжей части и наличие зелёных насаждений. Каждый из этих факторов способен изменить уровень транспортного шума в пределах до 10 дБ.

В промышленном городе обычно высок процент грузового транспорта на магистралях. Увеличение в общем потоке автотранспорта грузовых автомобилей, особенно большегрузных с дизельными двигателями, приводит к повышению уровней шума. В целом грузовые и легковые автомобили создают на территории городов тяжёлый шумовой режим.

Шум, возникающий на проезжей части магистрали, распространяется не только на при магистральную территорию, но и вглубь жилой застройки.

Так, в зоне наиболее сильного воздействия шума находятся части кварталов и микрорайонов, расположенных вдоль магистралей общегородского значения (эквивалентные уровни шума от 67,4 до 76,8 дБ). Уровни шума, замеренные в жилых комнатах при открытых окнах, ориентированных на указанные магистрали, всего на 10-15 дБ ниже.

Акустическая характеристика транспортного потока определяется показателями шумности автомобильности. Шум, производимый отдельными транспортными экипажами, зависит от многих факторов: мощности и режима работы двигателя, технического состояния экипажа, качества дорожного покрытия, скорости движения. Кроме того, уровень шума, как и экономичность эксплуатации автомобиля, зависит от квалификации водителя. Шум от двигателя резко возрастает в момент его запуска и прогревания (до 10 дБ). Движение автомобиля на первой скорости (до 40 км/ч) вызывает излишний расход топлива, при этом шум двигателя в 2 раза превышает шум, создаваемый им на второй скорости. Значительный шум вызывает резкое торможение автомобиля при движении на большой скорости. Шум заметно снижается, если скорость движения гасится за счёт торможения двигателем до момента включения ножного тормоза.

За последнее время средний уровень шума, производимый транспортом, увеличился на 12-14 дБ. Вот почему проблема борьбы с шумом в городе приобретает всё большую остроту. [10]

Таким образом автомобильный транспорт, наряду с промышленностью, является одним из основных источников загрязнения атмосферы. Доля автотранспорта в общих выбросах вредных веществ в городах может достигать 60-80%. Самый многочисленным классом веществ, загрязняющих воздух крупных городов, являются углеводороды.

Загрязнение вод транспортными отходами проявляется в изменении физических и органолептических свойств. Установлено, что более 400 видов веществ, выделяемых при работе автотранспорта, могут вызвать загрязнение вод.

Один из основных источников шума в городе - автомобильный транспорт, интенсивность движения которого постоянно растёт. Наибольшие уровни шума 90-95 дБ отмечаются на магистральных улицах городов. Шум, возникающий на проезжей части магистрали, распространяется не только на при магистральную территорию, но и вглубь жилой застройки. За последнее время средний уровень шума, производимый транспортом, увеличился на 12-14 дБ. Вот почему проблема борьбы с шумом в городах приобретает всё большую остроту.

1.7 Влияние загрязняющих веществ на здоровье человека

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого возраста, дети, больные, курильщики, страдающие хроническим бронхитом, коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми.

Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной. [11]

Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое место, поскольку воздух - продукт непрерывного потребления организма.

Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней части дыхательного тракта захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненные воздух и слизь при раздражении дыхательной системы.

Тонкие частицы представляют наибольшую опасность для здоровья человека, так как способны пройти через естественную защитную оболочку в легкие. Вдыхание озона вызывает кашель, одышку, повреждает легочные ткани и ослабляет иммунную систему.

Влияние загрязнения воздуха на здоровье населения состоит в следующем:

Взвешенные частицы. Частицы пыли размером от 0,01 до 100 мкм классифицируются следующим образом: более 100 мкм - осаждающиеся, менее 5 мкм - практически не осаждающиеся.

Частицы первого типа безвредны, поскольку быстро осаждаются либо на поверхности земли, любо в верхних дыхательных путях. Частицы второго типа попадают глубоко в легкие. Установлено присутствие соединений углерода, углеводорода, парадина, ароматических веществ, мышьяка, ртути и др. в легких вследствие проникновения пыли, a также связь с частотой заболевания раком, хроническим заболеванием дыхательных путей, астмой, бронхитом, эмфиземой легких. Резкое увеличение частоты хронических бронхитов начинается с концентрации 150 - 200 мкт/м³. При попадании в дыхательные пути сажи, возникают хронические заболевания (размеры твердых частиц 0. 5…2 мкм), ухудшается видимость, а также сажа абсорбирует на своей поверхности сильнейшие канцерогенные вещества (бенз (а) пирен), что опасно для человеческого организма. Норма сажи в ОГ составляет 0,8 г/м³.

Сернистый ангидрид. Оказывает пагубное влияние на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, вызывает бронхиальную закупорку. Начиная с 500 мкт/м³ у больных бронхитом наблюдаются осложнения, 200 мкт/м³ вызывает увеличение приступов у астматиков.

Оксиды азота. Диоксид азота и фитохимические производные являются побочными продуктами нефтехимических производств и рабочих процессов дизельных двигателей. Оказывают влияние на легкие и на органы зрения. Начиная с 150 мкт/м³, при длительных воздействиях происходит нарушение дыхательных функций Оксиды азота раздражают слизистую оболочку глаз и носа, разрушают легкие. В дыхательных путях оксиды азота реагируют с влагой, которая находится в этом месте. Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя.

Считается, что токсичность NO_х больше в 10 раз, чем СО, N₂O действует как наркотик. Норма NO_х в воздухе - 0,1 мг/м³.

Озон. Повышение концентрации оксидов азота и углеводородов под действием солнечной радиации порождает фотохимический смог (озон, ПАН и др.) Фоновая концентрация озона в природе 20 - 40 мкт/м³. При 200 мкт/м³ наблюдается заметное негативное воздействие на организм человека.

Моноксид углерода. При сжигании топлива в условиях недостатка воздуха, CO генерируется в процессе работы автомобильных двигателей. Соединяясь с гемоглобином (НЬ), из вдыхаемого воздуха попадает в кровь, препятствуя насыщению крови кислородом, а следовательно, и тканей, мышц, мозга. При концентрации 20 - 40 мкт/м³ в течение 1 часа содержание НЬСО в крови повышается на 2 - 3%, что вызывает ослабление зрения, ориентации в пространстве, реакций. СО вызывает нарушение нервной системы, головную боль, похудение, рвоту. [12]

Основными представителями альдегидов, поступающих в атмосферный воздух с выбросами автомобилей, являются формальдегид и акролеин. Действие формальдегида характеризуется раздражающим эффектом по отношению к нервной системе. Он поражает внутренние органы и анактивирует ферменты, нарушает обменные процессы в клетке путем подавления цитоплазматического и ядерного синтеза. Именно R_хCHO определяют запах ОГ.

Биологическое действие фотооксидантов (смесь озона, диоксида азота и формальдегида) на клеточном уровне подобно действию радиации, вызывает цепную реакцию клеточных повреждений.

Углеводороды (С_хН_у) имеют неприятные запахи. С_хН_у раздражают глаза, нос и очень вредны для флоры и фауны. С_хН_у от паров бензина также токсичные, допускается 1,5 мг/м³ в день.

Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца. Свинцовое отравление (сатурнизм) занимает первое место среди профессиональных интоксикаций. [13]

1.8 Мероприятия направление на улучшение автотранспорта

1.8.1 Мероприятия по защите от автомобильного шума

Снижение городского шума может быть достигнуто в первую очередь за счёт уменьшения шумности транспортных средств.

К градостроительным мероприятиям по защите населения от шума относятся: увеличение расстояния между источником шума и защищаемым объектом; применение акустически непрозрачных экранов (откосов, стен и зданий-экранов), специальных шумозащитных полос озеленения; использование различных приёмов планировки, рационального размещения микрорайонов. Кроме того, градостроительными мероприятиями являются рациональная застройка магистральных улиц, максимальное озеленение территории микрорайонов и разделительных полос, использование рельефа местности и др.

Существенный защитный эффект достигается в том случае, если жилая застройка размещена на расстоянии не менее 25-30 м от автомагистралей и зоны разрыва озеленены. При замкнутом типе застройки защищёнными оказываются только внутриквартальные пространства, а внешние фасады домов попадают в неблагоприятные условия, поэтому подобная застройка автомагистралей нежелательна. Наиболее целесообразна свободная застройка, защищённая от стороны улицы зелёными насаждениями и экранирующими зданиями временного пребывания людей (магазины, столовые, рестораны, ателье и т.п.). Расположение магистрали в выемке также снижает шум на близ расположенной территории. [10]

1.8.2 Пути экологизации автомобильного топлива

Проблема экологической безопасности автотранспорта - часть проблемы экологической безопасности страны. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств увеличиваются в России ежегодно в среднем на 3,1%. В результате ежегодный экологический ущерб от функционирования транспортного комплекса России составляет более 3,5 млрд. долл., и эта сумма продолжает расти.

Вклад автомобилей в загрязнение окружающей среды составляет 60-90% (в Москве - 92%). Автомобильные двигатели сбрасывают в воздух городов более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов и 30% оксидов азота. При сгорании 1 кг бензина в атмосферу поступает 465 г угарного газа, 25 г углеводородов, 15 г оксидов азота. Кроме того, для сгорания 1 кг бензина необходимо 14,5 кг воздуха. То есть двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в течение часа расходует около 200 л кислорода - в 2,5 раза больше, чем за сутки вдыхает человек. В общем загрязнении атмосферного воздуха токсичными выбросами автомобилей доля двигателей с искровым зажиганием составляет 93-95%, дизельных двигателей - 5-7%. Правда, уровень выбросов сажи у последних в 5-6 раз выше .[9]

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от автотранспорта ежегодно расет. Вклад автомобилей в загрязнение ОС достигает 90%.

1.8.3 Использование нетрадиционных видов топлива

Европа настолько обеспокоена автомобильным загрязнением, что готова хотя бы иногда обходиться без машин. Хотя дышится там куда свободнее, чем в российских городах. Ежегодно в конце сентября в Старом Свете устраивается акция под девизом "Центр города без моего автомобиля".

Особенно активно она проходит во Франции - здесь 68 городов поддерживают инициативу экологов. В этот день большинство горожан добиралось до нужных мест на общественном транспорте, электромобилях, велосипедах, роликовых коньках, пешком. Благодаря этому мероприятию общее загрязнение воздуха во Франции в эти дни снизилось на 20 - 30%.

А в Италии каждые четыре недели в 145 крупных городах проводится "воскресенье без машин". И загрязнение воздуха в эти дни снижается на 30%.

Евросоюз разработал программу ALTER ("Альтернативное движение в городах"). Главная задача - максимально ужесточить нормы содержания CO в выхлопных газах. Сейчас в ALTER участвуют такие мегаполисы, как Афины, Барселона, Лиссабон, Стокгольм.

Если европейские города могут относительно спокойно обойтись несколько дней без автомобилей, то в США это невозможно. Жители штатов относятся к той категории людей, которые себя без машины не мыслят.

Поэтому там шире используются законодательные меры. Билл Клинтон, в бытность свою президентом, лично благословил ужесточение экологических требований к топливу и к автомобилям. В течение пяти лет, начиная с 2004 года содержание вредных для здоровья веществ в выхлопных газах должно быть, снижено на 95%. В Агентстве по охране окружающей среды США уже подсчитали: из-за принимаемых мер стоимость машин в среднем увеличится на 100-200 долларов. Цены на бензин повысятся на 5-6 центов. Но одновременно власти США активно помогают автомобильным компаниям в их усилиях по разработке экологически чистых двигателей. Инвестируют деньги, освобождают от налогов.

Крупнейшие мировые автомобильные концерны инвестируют миллиарды долларов в развитие технологий альтернативных видов моторного топлива и источников энергии для автомобилей. В последнее десятилетие интенсивно ведутся поиски альтернативного топлива, которое было бы дешево и не давало бы вредных выбросов. К альтернативным топливам относят все автомобильные топлива, кроме бензинов, и дизельное топливо.

Метан (сжиженный газ) - особенно перспективный газ в нашей стране для использования в автотранспорте. К его достоинствам относятся большие по сравнению с нефтью ресурсы и менее токсичный выхлоп. Однако существует проблема хранения сжатого газа на борту легковых автомобилей, так как для этого нужны легкие и прочные баллоны, изготовленные из композитных материалов, способных выдерживать давление 20 МПа.

Сжатые газы при нормальной температуре сохраняют газообразное состояние даже при высоком давлении. В жидкое состояние они переходят при температуре ниже -820С и давлении 4,5 МПа. Основной компонент - метан, присутствуют и другие углеводороды, а также углекислый газ, кислород, азот, вода, механические примеси.

Главным недостатком газобаллонной аппаратуры для сжатых газов является ее масса. Баллон из легированной стали емкостью 50 л с газом под давлением 200 МПа весит 62,5 кг, а баллон из углеродистой стали - 93 кг. Полная заправка восьми баллонов, масса которых составляет 14% грузоподъемности автомобиля, обеспечивает 200-280 км пробега. При замене бензина на сжатый природный газ мощность двигателя падает на 18-20%, скорость - на 5-6%, время разгона увеличивается на 24-30%.

Способ повышения эффективности применения сжатого природного газа состоит в увеличении степени сжатия до 10, повышении коэффициента наполнения цилиндров двигателя путем увеличения диаметра впускного трубопровода, устранении подогрева газа на впуске, изменении фаз газораспределения. Все это требует конструкционных переделок двигателя, но запасы природного газа столь значительны по сравнению с нефтью, что делают перспективным его использование. Уменьшить массу баллонов можно путем сжижения газа при низких температурах (-1600С) и хранения его в изотермических баллонах. По энергоемкости такой газ может сравниться с жидким нефтяным топливом.

По сравнению с бензином метан имеет следующие преимущества: он в 1,5-2 раза дешевле, имеет более высокую детонационную стойкость, и двигатель на нем работает мягче, ресурс его увеличивается примерно в 1,5 раза, а срок службы моторного масла возрастает вдвое.

При переводе на сжиженный газ мощность двигателя падает на 3-4%. Этого можно избежать, если смесь охлаждать во впускном тракте или повысить степень сжатия, так как октановое число у газа больше, чем у бензина. Лучше всего использовать высокую детонационную стойкость газа путем увеличения угла опережения зажигания.

Бутан - наиболее калорийная и легкосжимаемая часть топливной смеси. Для создания давления насыщенных паров баллон заправляют не более чем на 90%.

Сжиженный газ (пропан-бутан). В Европе это топливо, получаемое из попутных нефтяных газов, называется LPG (Liqefied petroleum gas - сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 20 МПа, LPG сжижается уже при 0,6-0,8 МПа. В ЕС сегодня насчитывается около 2,8 млн. машин, работающих на LPG. Фирмы, занимающиеся переоборудованием топливных систем автомобилей под LPG, за свою работу берут около 2 тыс. евро. Кроме того, компания Isuzu в заводских условиях под заказ устанавливает на свою 3,5-литровую модель Trooper 100-литровый баллон под этот газ. В США 80% нефтепродуктов получают уже не из нефти, а из попутных газов - пропана-бутана и этана, в то время как в России из-за устаревших НПЗ, созданных большей частью в 1960-х годах, только присматриваются к переработке попутных нефтяных газов (мы перерабатываем только 72% добываемой нефти, остальное теряем, в то время как в развитых странах перерабатывается до 95% добываемой нефти).

Газоконденсатное топливо - это природная смесь легкокипящих нефтяных углеводородов, находящаяся в газообразном состоянии под давлением 4,9-9,8 МПа при температуре -1500С.

Добавка спиртовых смесей к бензину может уменьшить выбросы токсичных компонентов в отработанных газах в пределах 10-15%, а в Москве, где уже 4,5 млн. автомобилей, такое мероприятие позволит сократить выбросы до 7-10%. Поскольку у этих смесей более низкая фотохимическая реактивность, то уменьшение выбросов составит 15-17%.

Спирты относятся к числу синтетических топлив, из которых наиболее известны метанол и этанол. При содержании в топливе спирта до 10% не требуется изменять конструкцию двигателя, а введение спирта повышает октановое число с 88 до 94 при одновременном снижении содержания оксидов азота и углеводородов в выхлопных газах.

Метанол - метиловый или древесный спирт. Сырьем служат природный газ и нефтяные остатки. Синтез проводится под давлением 25-60 МПа в присутствии катализаторов при температуре 300-4000С. Его стоимость превышает в 1,5-2 раза стоимость бензина. Применение метанола требует изменения конструкции двигателя, так как ухудшается пуск двигателя при низких температурах. Добавка 3-5% метанола позволяет использовать бензин с меньшим октановым числом и заменять этилированный бензин на неэтилированный.

Метиловый спирт не содержит тех углеводородных примесей, которые имеются в бензине, сгорает в двигателе полнее, поэтому в атмосферу попадает гораздо меньше оксида углерода. Кроме того, он менее взрывоопасен при столкновении автомобилей - поэтому его применяют в гонках «Формула-1». Но и недостатков у этого вида топлива достаточно много. Главный из них - плохое смешивание неполярного бензина с высокополярным спиртом. Чтобы преодолеть этот недостаток, в Германии используют третичный бутиловый спирт (СН₃)₃СОН, растворяющийся в бензине и в метиловом спирте. Другой недостаток - гигроскопичность горючей смеси, насыщенный водяными парами метиловый спирт вызывает коррозию металла. К тому же при его сгорании образуется на 40% энергии меньше, и, значит, чаще придется заправлять автомобиль. Тем не менее с 1990-х годов на метаноле работает общественный транспорт Стокгольма, в результате в 5 раз снизился выброс вредных веществ, уменьшилась и их токсичность.

Этанол - этиловый или винный спирт, вырабатывается из злаков, картофеля, сахарного троcтника и других культур, применяется как в смеси с бензином, так и в чистом виде. Этанол добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 года активно использует этанол - в стране более 14 млн. автомобилей ездит на этом топливе. Кроме того, концерн Ford сейчас готовит к производству модель Focus FFV, которая будет заправляться топливом под названием Е 85 - смесью, состоящей из 85% эталона и 15% бензина.