Глава 14. Охрана окружающей среды
Воздействие автомобильного транспорта на загрязнение атмосферного воздуха.
При экологической оценке дорожно-транспортного комплекса (ДТК) первоочередное внимание уделяют воздействиям, возникающим при движении автотранспортных средств.
Эти воздействия называют транспортными загрязнениями.
К транспортным загрязнениям относятся три типа загрязнений:
- Параметрические, связанные с непроизводительными потерями энергии (шум, вибрация, электромагнитные излучения, выделение тепла).
- Механические воздействия, в которые входят прямые силовые действия на элементы окружающей среды (ДТП, гравиметрическое воздействие, которое проявляется в разрушении конструкций, изменении естественных силовых полей).
- Ингредиентные воздействия, включающие собственно материальные выбросы.
С позиций экологической безопасности для практики проектирования и эксплуатации автомобильных дорог наиболее важное значение имеют ингредиентные транспортные загрязнения.
Ингредиентные транспортные загрязнения.
Основным источником загрязнения воздушного бассейна являются:
- токсичные вещества, выбрасываемые с ОГ (отработавшими газами);
Большая часть (80%) токсичных компонентов отработавших газов рассеивается в воздухе над проезжей частью и придорожной территорией.
Причем и концентрация достаточно быстро убывает по мере удаления от дороги.
Уровень содержания токсичных веществ тем выше, чем выше интенсивность движения транспорта.
- картерные газы;
- топливные испарения из системы питания автомобилей (0, 6-1, 4 л. в сутки);
- испарения при заправке автомобилей (1, 4 г на 1 л заливаемого топлива);
- испарения при хранении топлива (55-70 г на 1 т в сутки);
- канцерогенные вещества в их составе;
- сажа с адсорбированными на ней полиароматическими углеводородами (ПАВ);
- асфальтовая и грунтовая пыль;
- продукты износа тормозных накладок, содержащих 30% асбеста
Структура выбросов.
Топливо, используемое в искусственно инициированном процессе окисления-сгорания с целью получения при этом энергии, не исчезает бесследно.
Все присутствующие в нем химические элементы, несмотря на интенсивные физические воздействия, возвращаются природе в виде загрязняющих среду выбросов.
Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС) содержат сложную смесь, насчитывающую более 200 химических соединений.
В основном это газообразные вещества и небольшое количество твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии (табл. 1, 2).
Газовая смесь состоит:
- из инертных газов, проходящих через камеру внутреннего сгорания без изменений;
- продуктов сгорания;
- несгоревшего окислителя.
Твердые частицы – продукты дегидрирования топлива, металлы, и др. вещества, которые содержатся в топливе и не могут сгореть.
Средний состав отработавших газов двигателей
| Компоненты | Проценты (объемные) | ||
| Двигатели с искровым зажиганием | Дизельные двигатели | Примечание | |
| Азот | 74... 77 | 76... 78 | токсичный |
| Кислород | 0, 3…8 | 2.. . 18 | _ // _ |
| Водяной пар | 3, 0... 5, 5 | 0. 5... 4 | _ // _ |
| Двуокись углеводорода | 5, 0... 12, 0 | 1... 10 | _ // _ |
| Окись углерода | 0, 5.. . 10 | 0, 01. .. 0, 5 | нетоксичный |
| Окислы азота | 0... 0. 8 | 0, 0002... 0, 5 | _ // _ |
| Углеводороды | 0. 2. .. 3 | 0, 009... 0, 5 | _ // _ |
| Альдегиды | 0 …0, 2 | 0, 0001... 0, 009 | _ // _ |
| 0... 0, 04г/м3 | 0, 01... 1 г/м3 | _ // _ | |
Содержание вредных веществ при сжигании 1 т жидкого нефтяного топлива в двигателях автомобилей, не оборудованных системами нейтрализации ОГ (кг/т топлива)
| Тип автотранспортного средства и двигателя | Содержание вредных веществ, кг | ||
| СО | СnHm | NOх | |
| Легковые автомобили с бензиновымиДВС | 207 | 43 | 24 |
| Грузовые АТС: - УАЗ, УРАЗ, автобусы РАФ и УАЗ с бензиновыми двигателями | 214 | 39 | 22 |
| ГАЗ, автобусы ПАЗ, КаВЗ с бензиновыми ДВС | 177 | 37 | 21 |
| ЗИЛ, УРАЛ, автобусы ЛАЗ, ЛИАЗ с бензиновыми двигателями | 182 | 38 | 21 |
| ЗИЛ, КАМАЗ, МАЗ (2-осн), автобусы ЛИАЗ, Икарус с дизелями | 35 | 12, 5 | 67, 3 |
| МАЗ (3-осн.), КрАЗ с дизелями | 36 | 12, 8 | 69 |
| Стационарные дизели и транспортные (в т. ч. железнодорожные) | 25 | —--- | 90, 0 |
По химическим свойствам, характеру воздействия на организм, вещества, составляющие ОГ подразделяются:
- на нетоксичные (N2, CO2, H2O, H2)
- на токсичные (СО, CnHm, NOx, H2S, альдегиды и др.)
Токсичные газообразные вещества делятся на несколько подгрупп.
Самая многочисленная подгруппа токсичных веществ состоит из углеводородов.
По токсичности углеводороды значительно отличаются один от другого, но чаще всего их рассматривают в сумме.
Альдегиды представлены тремя ядовитыми и обладающими резким запахом соединениями.
Сажа и свинец находятся в отработавших газах в твердом агрегатном состоянии.
Токсичность этих веществ также очень велика.
Характеристики вредного воздействия компонентов отработавших газов автомобилей на организм человека.
По степени воздействия на организм человека токсичные вещества подразделяются на 4 класса:
1 - чрезвычайно опасные,
2-высоко опасные,
3 -умеренно опасные,
4 - мало опасные.
Для них установлены предельно допустимые концентрации:
- предельно допустимая концентрация в рабочей зоне (ПДКрз);
- предельно допустимая среднесуточная концентрация в атмосфере населенных мест (ПДКсс);
- максимальная разовая предельно допустимая концентрация в воздухе населенных мест (ПДКмр).
Оксид углерода (СО)
- прозрачный, не имеющий запаха газ, который не растворяется в воде (4-й классопасности).
Длительность его существования в атмосфере - от 2 месяцев до 3 лет. Поступая в организм с вдыхаемым воздухом, СО быстро поглощается кровью и блокирует возможность гемоглобина снабжать организм кислородом.
Окись углерода (СО) нарушает окислительные процессы в организме человека, так как вступает в реакцию с гемоглобином крови, замещая в нем кислород.
Очень часто наступает отравление даже небольшими дозами СО.
В первую очередь это относится к водителям, работникам ГАИ и пешеходам в крупных городах.
Отравление выражается в появлении головных болей, общей депрессии и снижении работоспособности.
Отравление СО может быть и причиной дорожно-транспортных происшествий, так как даже при небольшом уровне загрязнения у водителей заметно снижается внимание и замедляется реакция.
СО в ряде стран считается основным токсичным веществом.
Диоксид азота (NO2)
- газ красновато-бурового цвета, в малых концентрациях без запаха, хорошо растворяется в воде (2-й класс опасности).
Образующаяся, в результате взаимодействия NO2 с влагой воздуха, азотная кислота разрушает легочную ткань и верхние дыхательные пути.
При этом отравление организма происходит постепенно и каких-либо нейтрализующих это действие средств нет. В больших концентрациях NО2, пагубно действует на нервную систему человека, увеличивает число больных астмой.
Окислы азота (NOx) при взаимодействии с водой образуют азотную и азотистую кислоты, которые разрушают легкие человека.
Также NОxпоражает слизистую оболочку глаз, сердечнососудистую систему.
Углеводороды (СН)
- в выбросах представлены низкомолекулярными соединениями, образующимися в результате неполного сгорания топлива, полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) и альдегидами.
В целом, их действие отнесено к 4-му классу опасности. Однако некоторые виды ПАУ, в частности бенз(а)пирен, являются канцерогенными веществами (1-й класс опасности).
В составе отработавших газов содержится несколько десятков различных углеводородных соединений.
Особенно опасным является присутствие в CnHm канцерогенных веществ, вызывающих раковые заболевания.
Наиболее полно изученным канцерогенным веществом является ароматический углеводород бенз-а-пирен или 3, 4-бенз-а-пирен. Среднесуточная концентрация бенз-а-пирена в воздухе крупного города может достигнуть 3 мкг/100 м3 при норме 0, 1 мкг/100 м3.
Резкое увеличение заболеваний раком легких в последнее время связывают с повышением содержания канцерогенов в атмосферном воздухе.
Альдегиды (RCHO)
-имеют резкий и неприятный запах, раздражают глаза и верхние дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, почки, печень (2-й класс опасности).
Сажа (С)
- вызывает негативные изменения в системе дыхательных органов (3-й класс опасности).
Сажа также очень опасный компонент отработавших газов.
Помимо углерода, сажа является носителем канцерогенных
углеводородов, адсорбирующихся на ее поверхности.
Диоксид серы (SО2)
- бесцветный, с острым запахом газ, который, взаимодействуя с влагой воздуха, образует серную кислоту (3-й класс опасности).
Нарушает белковый обмен, поражает легкие и верхниедыхательные пути.
В отработавших газах карбюраторного двигателя содержатся также в малых количествах окислы серы, которые угнетающе действуют на кроветворные органы.