document(10)

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра горнопромышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

Экологические проблемы загрязнения атмосферы автотранспортом

Методические указания для проведения практических занятий по дисциплине «Экология» для студентов технических направлений

подготовки

Новокузнецк

2014

2

УДК 504.3.054(07) Э 400

Рецензент

кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой теплоэнергетики и экологии СибГИУ

Коротков С.Г.

Э 400 Экологические проблемы загрязнения атмосферы автотранспортом : метод. указ. / Сиб. гос. индустр. уни-т ; сост. : Н.К. Коротких, Н.В. Темлянцев, Ю.Ю. Ложкина, Д.С. Беляева – Новокузнецк : Изд. центр СибГИУ, 2014. – 29 с.

Представлены основные теоретические сведения о влиянии автотранспорта на окружающую среду и человека, приведена подробная методика расчета количества выбросов от транспортных средств.

Предназначено для студентов всех специальностей и направлений подготовки при изучении предметов: «Экология», «Общая экология», «Теоретические основы защиты окружающей среды», «Физические и химические методы защиты окружающей среды», «Процессы и аппараты защиты окружающей среды».

Печатается по решению методической комиссии по совершенствованию учебно-методической работы горного института.

3

Содержание

1 Влияние автотранспорта на окружающую среду и человека…………………………………………………………………...4

2 Загрязнение атмосферы подвижными источниками автомобильного транспорта……………………………….…………….6

3Шумовое воздействие автотранспорта……………………....10

4Методика расчета выбросов загрязняющих веществ автотранспорта в атмосферный воздух………………………………..14

4.1Легковые автомобили…………………………………..14

4.2Грузовые автомобили…………………………………..17

4.3Автобусы………………………………………………...22

5Индивидуальные задания для самостоятельного расчета задачи……………………………………………………………..……...25

6Контрольные вопросы …………………………………...…...27

Библиографический список……………………………………....27

4

1 Влияние автотранспорта на окружающую среду и человека

В своей практической деятельности человек использует различные виды транспорта: автомобильный, железнодорожный (наземный и подземный), воздушный, водный (речной и морской), а также рельсовый и безрельсовый наземный электротранспорт (трамваи, троллейбусы).

Резкое увеличение автотранспорта в мире, особенно в конце ХХ – начале ХХI вв., явилось основным источником загрязнения воздушной среды городов вредными (загрязняющими) веществами и в настоящее время привело к возникновению мировой экологической проблемы. По состоянию на 1 января 2013 года в РФ эксплуатируется порядка 50,5 млн. единиц транспортных средств. Причем основную часть из них – 76,7% (38,7 млн. единиц) составляют легковые автомобили, без которых в современном мире немыслимо существование человека. Тенденции дальнейшего роста автопарка в РФ создают реальную экологическую опасность для общества и окружающей среды.

Воздействие автотранспорта на природную среду, живые

организмы и человека имеет

ряд негативных

последствий

(рисунок 1) [1-6].

Воздействие автотранспорта на ОС

Потребление ресурсов

Загрязнение ОС

(энергетических,

материальных, земельных)

Ингредиентное

Параметрическое

(шумовое,

(воздух, вода, почва)

вибрационное,

тепловое,

электромагнитное)

Экологическое

(сокращение мест обитания,

фактор беспокойства,

разделяющий эффект, гибель

Рисунок 1 – Воздействие

живых организмов)

автотранспорта на ОС

5

Автомобильный парк ежегодно потребляет более 50 млн. т. топлива, причем его доля от общего числа источников загрязнения атмосферы достигла 40 %, в том числе в городах 50 – 60 %, в мегаполисах 85 – 90 % [1]. 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.

Автомобили при движении вне дорог уплотняют верхний слой почвы, разрушая растительный покров. Бензин и масла, пролитые на землю, приводят к гибели растений. Оксиды свинца, содержащиеся в отработанных газах автомобилей, заражают деревья и кустарники. Плоды фруктовых деревьев, растущих вблизи дорог с интенсивным движением, нельзя употреблять в пищу. Ядовиты и цветы, растущие на разделительных полосах. Под колесами автомобилей ежегодно погибают тысячи животных, миллионы птиц, бесчисленное множество насекомых.

Значительный ущерб автомобили наносят коммунальному хозяйству городов и населенных пунктов: повышенная концентрация окислителей в воздухе приводит к преждевременному разрушению металлических конструкций, железобетона, архитектурных памятников и др.

На производство и эксплуатацию автомобилей расходуются миллионы тонн высококачественных материалов, что обуславливает истощение различных природных ресурсов.

Общая протяженность мировой сети автомобильных дорог с твердым покрытием превышает 10 млн. км, что соответствует площади свыше 30 млн. га. Расширение улиц и площадей приводит к увеличению территорий городов, а, следовательно, постоянному удлинению дорог. В результате теряется полезная площадь земли.

Установлено, что основную долю шумовых и вибрационных воздействий в городской среде вносит транспорт. Уровень шума на улицах крупных городов и промышленных центров достигает 120 – 130 дБ. Вибрационное воздействие негативно сказывается как на здоровье человека, так и на целостности инженерных сооружений (мостов, тоннелей, дамб), может провоцировать такие природные явления как оползни, сходы лавин, приводит к быстрому износу зданий и сооружений, исторических памятников и культурных ценностей.

6

Воздействия тепловых выбросов транспорта в крупных городах вызывает локальное повышение температуры воздуха над отдельными транспортными магистралями, дорожной сетью города или регионом в целом. В результате изменяется тепловой режим городских территорий.

Уже сегодня электромагнитное поле (ЭМП) на 18 – 32 % территории городов формируется в результате и с учетом автомобильного движения. Автомобиль является сравнительно маломощным источником электромагнитного излучения, однако проблема электромагнитного излучения существует, она связана с большим числом электрических источников на улицах города и проникновением этого излучения в жилую застройку. Эта проблема стала более актуальной в условиях быстрого развития транспорта, в том числе электромобилей.

2 Загрязнение атмосферы подвижными источниками автомобильного транспорта

Загрязнение атмосферы происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, режима работы двигателя и его технического состояния. Отработавшие газы ДВС содержат около 280 различных веществ и соединений. Период их существования длится от нескольких минут до 4 – 5 лет. Все выбрасываемые двигателем вредные вещества можно подразделить по воздействию на окружающую среду на три группы: нейтральные, неядовитые и ядовитые [5].

Кнейтральным компонентам отработавших газов, т. е. к

веществам, которые не нарушают физических свойств атмосферы, можно отнести азот, поскольку в процессе выполнения рабочего цикла количество азота, отбираемое из атмосферы и возвращаемое в нее, практически не изменяется. Отработавшие газы содержат также незначительное количество водорода и кислород, по тем или иным причинам не участвовавший в реакции.

Кнеядовитым компонентам отработавших газов относятся вещества, оказывающие косвенное негативное воздействие на свойства атмосферы. Это диоксид углерода, кислородсодержащие углероды, метан. Данные компоненты являются причиной экологических катастроф, таких как образование фотохимического смога, парникового эффекта, озоновых дыр.

7

Кядовитым компонентам отработавших газов относятся оксид углерода, оксиды азота, углеводороды (в том числе ароматического ряда), различного типа кислоты, соединения свинца, серы и дисперсные частицы. Эти вещества оказывают прямое негативное воздействие на организм человека и окружающую среду. Наиболее опасными из них являются полициклические ароматические углеводороды, обладающие канцерогенной активностью. Канцерогены – это вещества, способствующие возникновению и развитию злокачественных опухолей.

Кнепосредственно нормируемым вредным веществам относятся:

Диоксид углерода (углекислый газ) СО2 – является основным парниковым газом. Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65 %.

Монооксид углерода (угарный газ) СО – продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива, который не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе монооксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты и превращаясь в углекислый газ.

Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием. Вступая в реакцию с гемоглобином крови, оксид углерода не дает ему возможности снабжать организм кислородом.

Отравлению угарным газом часто подвержены люди, находящиеся в непосредственной близости от потоков автомобилей, особенно в «пробках», а также в закрытых, плохо проветриваемых помещениях рядом с работающим двигателем. Характер отравления оксидом углерода зависит от его концентрации в воздухе, длительности воздействия и индивидуальной восприимчивости человека. Легкая степень отравления вызывает пульсацию в голове, потемнение в глазах, повышенное сердцебиение. При тяжелом отравлении сознание затуманивается, возрастает сонливость. При очень больших дозах угарного газа (свыше 1 %) наступают потеря сознания и смерть.

Оксиды азота NxOy (главным образом NO – оксид азота и NO2 – диоксид азота). 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,

8

хорошо растворяющийся в воде с образованием кислот. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.

При контакте диоксида азота с влажной поверхностью (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) образуются азотная и азотистая кислоты, раздражающие слизистые оболочки и поражающие альвеолярную ткань легких. При высоких концентрациях оксидов азота (0,004 – 0,008 %) возникают астматические проявления и отек легких. Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не имеет неприятных ощущений и не предполагает отрицательных последствий. При длительном воздействии оксидов азота в концентрациях, превышающих норму, люди заболевают хроническим бронхитом, воспалением слизистой желудочно-кишечного тракта, страдают сердечной слабостью, а также нервными расстройствами.

Оксиды азота оказывают отрицательное воздействие и на растительность, образуя на листовых пластинах растворы азотной и азотистой кислот. Этим же свойством обусловлено влияние оксидов азота на строительные материалы и металлические конструкции. Кроме того, они участвуют в фотохимической реакции образования смога.

Углеводороды СxНу (более 40 загрязняющих веществ разного уровня агрессивности и токсичности) образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе. Вступая под действием солнечных лучей в реакцию с оксидами азота, образуют озон и другие биологически активные вещества, вызывающие раздражение горла, глаз, носа и заболевания этих органов, а также наносят ущерб растительному и животному миру.

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

Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бенз(а)пирен С20Н12, содержащийся в отработавших газах бензиновых двигателей и дизелей. Он хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бенз(а)пирен стимулирует образование злокачественных опухолей.

9

Альдегиды (НСОН) – раздражают глаза и верхние дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, почки и печень.

Вотработавших 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.

Соединения серы (SO2, H2S, сульфаты) – 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 обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека. В результате нарушается белковый обмен, поражаются легкие и верхние дыхательные пути. Кроме того, сернистый ангидрид губительно воздействует и на растительный мир.

Свинец и его соединения – встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина. Под воздействием свинца нарушается синтез гемоглобина, возникает заболевание дыхательных путей, мочеполовых органов, нервной системы. Признаки свинцового отравления – анемия, головные боли, мышечная боль. Особенно опасны соединения свинца для детей дошкольного возраста.

Сажа 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. Наибольший вред сажи заключается в адсорбировании на ее поверхности бенз(а)пирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде.

Всвязи со столь негативным влиянием автотранспорта на окружающую среду, в России были введены государственные

10

стандарты, устанавливающие требования к предельно допустимым концентрациям выбросов вредных веществ [7,8].

Система мероприятий по снижению загрязнений атмосферного воздуха от автотранспорта [3] представлена в таблице 1.

Таблице 1 – Система мероприятий по снижению загрязнений атмосферного воздуха от автотранспорта

Планировочно-		Технологические				Санитарно-	Административно-
градостроительные						технические	технические
Выделение		Замена		двигателя		Каталити-	Установка
скоростных	дорог	на	более		эконо-	ческий дожиг	нормативов
безостановочного		мичный		и	менее	выхлопных	качества топлива
движения и	полос	токсичный				газов
движения
общественного
транспорта
Организация		Замена		топлива		Фильтрация	Установление
пересечения улиц на		(улучшение				твердых	допустимых
разных уровнях		качества,				частиц	региональных
		альтернативные					нормативов
		виды топлива)					выбросов
Организация		Совершенство-				Установка	Вывод	из	города
под(над)земных		вание		рабочего		трехступен-	транзитного
пешеходных		процесса двигателя				чатых систем	транспорта
переходов						нейтрализаци
Озеленение		Расширение			парка	и выхлопных	Вывод	из	города
примагистральных и		и	использования			газов	складских		баз,
свободных		муниципального					терминалов и т.д.
территорий		электротранспорта
		(метро, трамвай,
		троллейбус)

3 Шумовое воздействие автотранспорта

Значительным воздействием автомобильного транспорта на окружающую среду, особенно в городах, является производимый автомобилями шум. Шумом называются любые нежелательные для человека звуки, мешающие труду или отдыху, создающие акустический дискомфорт.

Воздействие шума на живые организмы неоднозначно и отличается степенью восприятия. Объективными показателями шумового воздействия являются интенсивность, частота звуков и продолжительность воздействия.

11