Основы экологии и природопользования на транспорте

Содержание Введение

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

2.1 Характеристика вредных выбросов автомобильного транспорта

2.2 Характеристика атмосферного воздуха и действие на него работы автомобильного транспорта.

2.3 Последствия загрязнения окружающей среды.

2.4 Нормирование предельно допустимых выбросов на транспорте

2.5 Нормирование экологических параметров транспортных средств.

2.6 Система экологического контроля

2.7 Экологический мониторинг в ТДК

2.8 Виды наблюдений за экологическим состоянием крупных городов и населенных пунктов, расположенных вдоль магистральных дорог.

2.9 Методы и приборы для определения загрязненности воздуха производственной пылью и выхлопными газами

2.10 Прибор для определение запыленности воздуха

2.11 Методы определения расхода и скорости газа (воздуха)

3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Анализ состояния атмосферного воздуха г. Актобе

3.2 Влияние технического состояния двигателя и режима работы автомобиля на токсичность отработавших газов

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Эксплуатационные мероприятия по повышению экологичности автотранспортных средств

4.2 Альтернативные виды топлива

5. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

5.1. Конструктивные усовершенствования двигателей

5.2 Применение перспективных транспортных двигателей

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Экономические показатели применения газового транспорта

6.2 Экономические методы оценки здоровья граждан ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

В настоящее время, несмотря на поразительные достижения науки и техники, применяемые технологии еще далеки от «безотходных» природных процессов, в которых вещество и энергия лишь переходят из одной формы в другую и каждая из них находит свое место в экологических системах. Энергетика, промышленность, транспорт создают огромное количество выбросов и вещественных отходов. Повсеместно стало ощущаться их губительное воздействие на здоровье людей, растения, животных. Промышленность, транспорт и агропромышленные комплексы стали превращать экономически процветающие густо населенные районы в места опасные для жизни. Бесконтрольный рост производства и потребления ускоряет процесс ухудшения качества среды обитания, ставит под угрозу само существование человечества на Земле.

Экологическая напряженность, вызванная деятельностью транспортно-дорожного комплекса, продолжает повышаться во всем мире. Такая ситуация обусловлена, в частности, недостаточным вниманием к экологическим аспектам проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог и производственных предприятий транспорта и дорожного хозяйства. Тем не менее дорожная отрасль не значится среди наиболее загрязняющих природу отраслей экономики.

В Казахстане на загрязнения атмосферы оказывают воздействие промышленные предприятия, а в крупных городах, в частности в Актобе, существенную роль играет автомобильный транспорт. На загородных автомобильных дорогах доля автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы достигает 60−70% .

В системе транспортно-дорожного комплекса главным источником транспортного загрязнения является автомобиль. Загрязнение придорожной территории отработавшими газами, шумом, пылевидными частицами, аэрозолями, содержащими различные токсичные вещества, выживает наиболее острый, опасный для человека вид экологического воздействия, который влияет на его здоровье. Поэтому в составе общей проблемы экологической безопасности дорожно-транспортного комплекса сокращение транспортного загрязнения среды обитания человека обоснованно занимает первое место.

Для реального повышения экологической безопасности транспортно-дорожного комплекса недостаточно разработать научную базу и обосновать технические требования. Необходимо овладеть правилами экологически безопасного поведения исполнителями и руководителями всех уровней страны.

Бытующее у нас порой выражение — дорога загрязняет окружающую среду — принципиально неверно. Дорога должна защищать окружающую среду от воздействий автотранспортных средств. Ограничение воздействий самой дороги и входящих в ее комплекс сооружений на окружающую среду пределами, за которыми могут возникнуть необратимые отрицательные последствия, — задача второго направления экологической безопасности. Следует заметить, что это направление отличается наибольшей спецификой, поскольку общие исследования техногенных воздействий на природные системы выполняются применительно к точечным или площадным объектам и не учитывают последствий разделения территорий. Третье направление охватывает большое число разнообразных задач по ограничению опасных воздействий на среду в процессе строительства, а также при выполнении работ по ремонту и содержанию. Их решение связано с техническим уровнем, общей культурой и соблюдением правил экологической безопасности производства. В этой сфере действует ряд общестроительных документов и стандартов, разрабатываются и дорожные нормативы. К данному направлению примыкают и задач экологической безопасности производства дорожно-строительных материалов.

Человеческому обществу присуща способность к развитию. Остановить технический прогресс невозможно. Задача заключается в том, чтобы сделать это развитие устойчивым, устранить угрозу катастрофического экологического кризиса. Стремление к безоглядному «росту» пора заменить целью — «развитие», вкладывая в это переход от количества к качеству.

Транспорт и автомобильные дороги с их инфраструктурным комплексом оказывают на окружающую среду и отдельные экосистемы как положительное, так и отрицательное влияние. С одной стороны, нарушаются принципы функционирования экосистем, они могут деградировать и потерять устойчивость, но с другой — транспорт обеспечивает движение материальных потоков, обеспечивает комфортабельные условия жизнедеятельности людей.

Транспортные средства являются источником повышенной опасности для здоровья и жизни людей из-за возможного вовлечения в дорожно-транспортные происшествия (ДТП), загрязнения окружающей среды вредными выбросами, транспортного дискомфорта, потребления природных ресурсов, но вместе с тем несут положительные социально-экономические эффекты.

Нарушение экологического баланса окружающей среды приводит к крайне негативным последствиям. Современным обществом в производство и потребление вовлекается такое количество вещества и энергии, которое в сотни раз превосходит биологические потребности человека, что и является основной причиной современного экологического кризиса (высокий уровень и быстрое нарастание антропогенной нагрузки на окружающую природную среду).

Сегодня производственная деятельность человечества связана с использованием разнообразных природных ресурсов, охватывающих большинство химических элементов. Усиление техногенного воздействия на природную среду породило ряд экологических проблем. Самые острые связаны с состоянием атмосферы, гидросферы и литосферы.

Некоторые «изменения», такие как загрязнение воздуха или воды, могут непосредственно влиять на здоровье и жизнедеятельность организма. Другие чреваты косвенными эффектами, например, выбросы углекислого газа сказываются на климате, что в свою очередь отражается на производстве продуктов питания.

В результате накопления различных загрязнений в атмосфере, в первую очередь фреонов, происходит разрушение озонового слоя, который предохраняет земную поверхность от солнечной радиации. Загрязнения, поступающие в атмосферу, с осадками возвращаются на Землю и попадают в водоемы и почву. Сточными водами предприятий промышленности и агропромышленного комплекса загрязняются реки, озера и моря. Считается, что в водоемы попадает огромное количество различных веществ. Тяжелые металлы — свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий, попавшие в водоем, активно поглощаются животными и рыбами, которые или сами погибают, или отравляют людей, использующих их в пищу.

В настоящее время уменьшение загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, выделяемыми промышленными предприятиями и автомобильными транспортом, является одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на человека и окружающую среду. Материальный ущерб, вызываемый загрязнением воздуха, трудно оценить, однако даже по неполным данным он достаточно велик. Автомобиль не роскошь, а средство передвижения. Без автомобиля в настоящее время немыслимо существование человечества. При интенсивной урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и природной среды в городе. Таким образом, автомобиль становится конкурентом человека за жизненное пространство.

За последние десятилетия человечество окончательно убедилось, что первым виновником загрязнения атмосферного воздуха — одного из основных источников жизни на нашей планете, является детище научно-технического прогресса — автомобиль. Автомобиль, поглощая столь необходимый для протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и неживому.

Актуальность избранной для дипломного проекта темы, заключается в том, что уменьшение вредного воздействия автотранспортного комплекса на окружающую среду является одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Загрязнение атмосферы оказывает вредное воздействие на человека и окружающую среду.

Целью дипломного проекта является полномерное исследование влияния автомобильного транспорта на состояние окружающей среды и здоровье человека, поиск путей решения проблем возникших перед человечеством в связи с использованием автомобилей.

Задачами дипломного проекта являются раскрытие механизма воздействия продуктов деятельности автомобильного транспорта на окружающую среду, рассмотрение современной экологической ситуации, изучение перспектив развития экологически безопасного транспорта.

Структура дипломного проекта состоит из введения, пяти частей, заключения, списка использованной литературы и приложений.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

Человек воздействует на естественную среду своего обитания не только потребляя ее ресурсы, но и изменяя природную среду, приспосабливая ее для решения своих практических, хозяйственных задач. В силу этого человеческая деятельность оказывает существенное влияние на окружающую среду, подвергая ее изменениям, которые затем влияют и на самого человека.

Немалый вклад в загрязнение и неблагоприятное изменение окружающей среды вносит транспортно-дорожный комплекс (ТДК), который выбрасывает в атмосферу огромное количество загрязняющих отходов, что оказывает губительное воздействие на здоровье людей, растения и животных. Загрязнение природной территории отработанными газами, пылевидными частицами, аэрозолями, содержащими различные токсичные вещества, вызывают глобальные последствия в виде «парниково-образующих» и «озонообразующих» газов. На долю транспортного загрязнения среды приходится более половины техногенного загрязнения атмосферы такими токсичными веществами как окись углерода, окислы азота, углеводороды, концентрации которых в последнее время вблизи крупных городов и дорог возросли в несколько раз. Их увеличение в значительной степени зависит от транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог и инженерных сооружений.

По мере роста темпов автомобилизации человечество столкнулось с проблемами охраны окружающей среды. Автотранспорт потребляет большое количество природных ресурсов, и выделяет большое количество вредных веществ. Особое значение имеет воздействие автотранспорта на атмосферный воздух, поскольку основным источником загрязнения окружающей среды в автотранспорте являются отработавшие газы.

Ежедневно на одного жителя Земли приходится свыше 20 т отходов. Основными объектами загрязнения являются атмосферный воздух, водоемы и почва. Ежедневно в атмосферу выбрасываются несколько тысяч тонн угарного газа, окислов азота, серы и других вредных веществ. И только 10% этого количества поглощается растениями. Окись серы (сернистый газ) — основной загрязнитель, источником которого являются тепловые электростанции, котельные, металлургические заводы и транспорт.

Жизнь на земле невозможна без атмосферного воздуха. Особую ценность в нем представляет кислород. Он является продуктом жизнедеятельности зеленых растений. Растения, потребляя и разлагая воду и углекислоту, при фотосинтезе выделяют кислород. Все же остальные живые существа — только потребители кислорода. Углекислый газ поступает в атмосферу в результате дыхания живых существ, сжигания топлива, гниения и разложения органических веществ.

Атмосферный воздух является источником кислорода для дыхания и углекислоты для фотосинтеза, защищает живые существа от вредных космических излучений, способствует сохранению тепла и регулирует климат.

В воздух выбрасывается большое количество углекислоты, различных промышленных газов и пыли, наносящих огромный ущерб всей природной среде и людям.

Для жизнедеятельности человека воздух является главным продуктом потребления. Но нормальная жизнедеятельность людей требует не только наличия воздуха, но и его чистоту. Любое отклонение от нормы и, следовательно, загрязнение воздуха неблагоприятно влияет на здоровье людей.

Структура заболеваний населения, по свидетельству медиков, резко изменилась в наш автомобильный век. Если до второй мировой войны одними из главных причин смерти в экономически развитых странах мира были инфекционные заболевания, то теперь возникли «автомобильные» болезни — аллергические, эндокринные, токсические.

Число их увеличивается в связи с распространением в воздухе химических веществ, которых раньше не было в окружении человека. Автомобиль влияет и на распространение бронхиальной астмы, рака легких, заболеваний глаз, нервных расстройств и т. д.

Автомобильный транспорт относится к основному источнику загрязнения окружающей среды. В крупных городах на долю транспортных средств приходится более 50% объема вредных выбросов в атмосферу. Несоответствие транспортных средств экологическим требованиям при продолжающемся увеличении транспортных потоков и плохих дорожных условиях приводит к постоянному возрастанию загрязнения воздуха оксидами азота и углерода, углеводородами и другими вредными веществами.

Для многих городов характерны превышение концентрации оксида углерода над предельно допустимой нормой в 20−30 раз. Поступающий в атмосферу оксид азота сохраняется в ней в течение 3−4 дней. В результате фотохимических реакций на солнечном свету оксид азота образует диоксид азота, который вместе с углеводородом является причиной образования смогов.

Продолжительность существования СО в атмосфере — 4 года. Возрастание концентрации оксида углерода опасно возникновением парникового эффекта, который приводит к возрастанию температуры воздуха у поверхности земли.

Продолжительность существования сернистого газа в атмосфере доходит до 10 часов. Выбросы SO2 являются причиной выпадения сернокислых осадков, способствующих закислению почвы и воды. Содержание углекислого газа в воздухе не нормируется.

Известно, что для пробега нескольких сот километров автомобиль заглатывает кислорода столько же, сколько требуется человеку для дыхания в течение целого года. А выхлопные трубы выбрасывают на уровне земли крайне вредные для здоровья вещества.

Угарному газу отведено второе место в перечне десяти главных загрязнителей окружающей среды, составленной специалистами ООН.

В выхлопных газах дизельного грузовика меньше угарного газа, но он «компенсирует» это канцерогенными веществами и окислами азота, которые в вышеназванном перечне стоят на четвертом месте.

В среднем легковой автомобиль при годовом пробеге 15тыс.км. «вдыхает» 4350 килограммов кислорода, а «выдыхает» 3250 килограмма углекислого газа, около 530 килограммов угарного газа, 93 килограмма углеводорода и 27 килограммов окислов азота. Помноженное на миллионы машин, это «дыхание» становится не просто вредным, а губительным — оно пагубно влияет на окружающую среду, угрожает здоровью людей.

Вышеприведенные данные подтверждают актуальность избранной для дипломного проекта темы и обосновывают необходимость принятия необходимых мероприятий в области экологии.

Основными причинами сложной экологической обстановки в городах, связанными с эксплуатацией транспорта, являются:

— отсутствие надлежащего контроля на предприятиях за соблюдением нормативов государственных стандартов на токсичность и дымность отработавших газов транспортных средств;

— слабый контроль за качеством реализуемого моторного топлива;

— недостаточное внимание, уделяемое переводу автотранспорта на менее токсичные виды топлива;

— въезд на территорию городов большегрузного транспорта;

— недостаточная разработанность законодательной базы, регулирующей деятельность по охране окружающей среды.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

2.1 Характеристика вредных выбросов автомобильного транспорта

Автомобильные двигатели внутреннего сгорания загрязняют атмосферу вредными веществами, выбрасываемыми с отработавшими газами, картерными газами и топливными испарениями. При этом 95−99% вредных выбросов современных автомобильных двигателей приходится на отработавшие газы, представляющие собой аэрозоль сложного, зависящего от режима работы двигателя, состава. Атмосферный воздух является окислителем топлив. При идеальном сгорании стехиометрической смеси углеводородного топлива с воздухом в продуктах сгорания должны присутствовать лишь N2, CО2, H2O. В реальных условиях отработавшие газы содержат также продукты неполного сгорания (оксид углерода, углеводороды, альдегиды, твердые частицы углерода, перекисные соединения и водород), продукты термических реакций взаимодействия азота с кислородом (оксиды азота), неорганические соединения тех или иных веществ, присутствующих в топливе (сернистый ангидрид, соединения свинца и т. д.).

Всего в отработавших газах обнаружено около 280 компонентов, которые можно подразделить на несколько групп. Группа нетоксичных веществ — азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ. Группа токсичных веществ — оксид углерода СО, оксиды азота NOx, углеводороды CnHm (парафины, олефины, ароматики и др.), альдегиды Rx*CHO, сажа. При сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы — сернистый ангидрид SCh и сероводород H2S. В отдельную группу можно отнести канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), наиболее активный из которых бенз (а)пирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в отработавших газах. В случае применения этилированных бензинов образуются токсичные соединения свинца.

Таблица 1.

Состав отработавших газов автомобильных двигателей

Необходимо отметить, что в настоящее время основным источником загрязнения воздуха являются бензиновые двигатели. Тем не менее снижение токсичности дизелей также является актуальной задачей.

Состав отработавших газов двух типов двигателей существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания (оксид углерода, углеводороды, сажа).

Основными токсичными компонентами отработавших газов бензиновых двигателей следует считать СО, CnHm, NOx и соединения свинца, дизелей — NOx, сажу.

Таблица 2.

Содержание вредных веществ в отработавших газах (в %) на характерных режимах работы автомобилей:

Таблица 3.

Источники образования вредных токсичных веществ

Пары топлива — испарение топлива из топливных баков, элементов системы питания двигателей: стыков, шлангов и т. д. Состав — углеводороды топлива различного состава.

Картерные газы — смесь газов, проникающих через неплотности поршневых колец из камеры сгорания в картер, и паров масла, находящихся в картере, а затем попадающих в окружающую среду.

Отработавшие газы (СО, СхНy, NOx, сажа и др.) — смесь газообразных продуктов полного или неполного сгорания топлива, избыточного воздуха и различных микропримесей (газообразных, жидких и твердых частиц, поступающих из цилиндров двигателя в его выпускную системы).

Рассмотрим краткие характеристики основных токсичных компонентов:

Оксид углерода (СО) — прозрачный, не имеющий запаха газ, несколько легче воздуха, практически нерастворим в воде. Поступая в организм с вдыхаемым воздухом, СО снижает функцию кислородного питания, выполняемую кровью, так как поглощаемость СО кровью в 240 раз выше поглощаемости кислорода.

СО образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активизация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода в стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

У карбюраторных двигателей при работе на малых нагрузках содержание СО достигает 5−8% при работе на обогащенных смесях. Нормой токсичности двигателя допускается 2% содержания СО при работе.

Оксиды азота (NOx) — самый токсичный газ из отработавших газов. В отработавших газах двигателей 90−99% всего количества оксидов азота составляет NO. Однако уже в системе выпуска и далее в атмосфере происходит окисление N0 — NO2. NO2 — газ красновато-бурого цвета, в малых концентрациях не имеет запаха, хорошо растворяется в воде с образованием кислот.

NOx раздражающе действует на слизистые оболочки глаз, носа, остается в легких в виде азотной и азотистых кислот, получаемых в результате их взаимодействия с влагой верхних дыхательных путей.

Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя. Считается, что токсичность NOx больше в 10 раз, чем СО. Норма NOx в воздухе -0,1мг/мЗ.

Выброс NOx с отработавшими газами зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и, соответственно увеличивается выброс NOx.

Кроме того, температура в камере сгорания зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при сгорании выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в системе, т. е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1кг. топлива к 15 кг. воздуха).

Углеводороды (СхНу) — этан, метан, бензол, ацетилен и др. (около 200 различных типов).

В дизельных двигателях СхНу образуется в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т. е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

Двигатель выбрасывает большое количество углеводородов, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания. СхНу действует раздражающе на органы зрения, обоняния и очень вредны для окружающей среды. Углеводороды от паров бензина также токсичны.

Углеводородные соединения. Наиболее активную роль в образовании смога играют олефины. Вступая в реакции с оксидами азота под воздействием солнечного облучения, они образуют озон и другие Фотооксиданты — биологически активные вещества, вызывающие раздражение глаз, горла, носа у людей, нанося также ущерб флоре и фауне.

Дым — непрозрачный газ. Может быть белым, синим, черным. Цвет зависит от состояния отработавших газов. Белый и синий дым — это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара. Образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации. Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, затем исчезает из-за нагрева. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Дым также отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность. Черный дым состоит из сажи.

Сажа — бесформенное тело без кристаллической решетки. В отработавших газах дизельных двигателей сажа состоит из неопределенных частиц размерами 0,3−100мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, для того чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом.

Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, состава топливно-воздушной смеси.

Существуют другие факторы образования сажи — зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная турбуленция смеси.

При вдыхании сажи ее частицы вызывают негативные изменения в системе дыхательных органов человека. Если относительно крупные частицы сажи размером 2−10мкм. легко выводятся из организма, то мелкие, размером 0,5−2мкм., задерживаются в легких, дыхательных путях, вызывают аллергию. Как и любая аэрозоль, сажа загрязняет воздух, ухудшает видимость на дорогах, но, самое главное, на саже адсорбируются ароматические углеводороды, в том числе канцерогенный бенз (а)пирен, токсичные свойства которого хорошо известны.

Норма сажи в отработавших газах составляет 0,8г/мЗ. Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц (при размере частиц меньше 0,01мкм сажа сжигается полностью).

Оксиды свинца (РЬО) возникают в отработавших газах карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин для повышения октанового числа и уменьшения детонации, т. е. быстрого, взрывного сгорания отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000м/с, сопровождающегося значительным повышением давления газов. РЬО выбрасывается с отработавшими газами в виде аэрозолей в соединении с бромом, фосфором, хромом. Аэрозоли попадая в организм при дыхании, через кожу и с пищей, вызывают отравление, приводящее к нарушению функций органов пищеварения, нервно-мышечных систем, мозга. Свинец плохо выводится из организма и может накапливаться в нем до опасных концентраций.

Сернистый ангидрид (SO2) — бесцветный, с острым запахом газ. Раздражающее действие на верхние дыхательные пути объясняется поглощением SO2 влажной поверхностью слизистых оболочек и образованием в них кислот. Этот газ вызывает раздражение глаз, кашель, нарушает белковый обмен и ферментативные процессы. SO2 и H2S также очень опасны для растительности.

SO2 образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти.

Альдегиды (RxCHO). В отработавших газах присутствуют в основном формальдегид и акролеин (СгНзСНО).

Формальдегид — бесцветный газ с резким и неприятным запахом, раздражает глаза и верхние дыхательные пути, поражает центральную нервную систему, печень, почки. Акролеин также обладает сильным раздражающим действием.

Альдегиды образуются при сжигании топлива при низких температурах, при обедненной смеси, из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра. Именно эти газы определяют запах отработавших газов.

2.2 Характеристика атмосферного воздуха и действие на него работы автомобильного транспорта

Атмосфера — это воздушная оболочка земного шара. Вертикальная протяженность ее достигает примерно 20 000 км. Верхняя граница атмосферы условна, следы воздуха обнаруживаются и на значительно большей высоте (30 000−35 000км.). Около 95% всей массы атмосферы содержится в слое до 20 000 км., а приблизительно 50% в слое до 5 км.

Атмосферный воздух — смесь различных газов. В его составе содержится приблизительно 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа. На долю остальных газов (неон, гелий, метан, ксенон, радон и др.) приходится примерно 0,01%.

Важнейшая задача экологии — определение путей, направлений и способов защиты воздушной среды (атмосферы) от газопылевого загрязнения, шумов, электромагнитного и радиоактивного излучений. Последние три воздействия часто объединяют термином «физическое загрязнение».

Атмосфера играет роль защитной тепловой оболочки, предохраняющей землю от резких перепадов температуры. Только для дыхания одному человеку в сутки требуется около 20 м³ воздуха. Без пищи человек может прожить пять недель, без воды пять — дней, а без воздуха — пять минут. Кроме того, подсчитано, что при отсутствии атмосферы среднегодовая температура приземного слоя составляли бы — 23оС.

Основная часть воздуха содержится в нижних слоях атмосферы, имеющий сложный характер по высоте. Нижний слой наиболее плотный. Он определяет погоду и содержит около 80% воздуха, простирается до 12 — 15 км и называется тропосферой (давление на высоте 3 км составляет почти 0,7 от земного, а на высоте 9км — 0,3. Над тропосферой до высоты40 км находится стратосфера и озоновый слой, поглощающий ультрафиолет.

От 40 км до 1300 км расположена ионосфера. Слой ионизированного газа, определяющего отражения и прохождения радиоволн.

Выше ионосферы (до 10 тыс. км) располагается экзосфера. В атмосфере постоянно происходит отклонения температуры, давления и влажности от расчетных величин, вызывающие ветры, приводящие к переносу загрязнений.

Основной компонент воздуха — азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и примеси (неон, криптон, ксенон). В воздухе содержатся пары воды и двуокись углерода (СО2 около 0,03%, что составляет 1,561 012 т.).

Автотранспорт — один из важнейших компонентов общественного и экономического развития, поглощающий значительное количество природных ресурсов и оказывающий серьезное влияние на окружающую среду. Транспорт играет важную роль в экономике и повседневной жизни людей. Использование практически всех видов транспорта на всех континентах возрастает и по объему перевозимых грузов, и по количеству тонно-километров, и по числу перевозимых пассажиров. Существенна роль транспорта и в загрязнении окружающей среды. Кроме того, транспорт является одним из основных источников шума в городах и вносит значительный вклад в тепловое и прочее загрязнение окружающей среды.

Автотранспорт тесно взаимодействует с окружающей природной средой потребляя необходимый для его работы атмосферный воздух, водные ресурсы, углеводородное сырье (топливо, смазочные материалы).

Основными процессами при воздействии транспорта и автомобильных дорог с их инфраструктурным комплексом на окружающую среду являются:

— горение, термогазодинамические процессы в двигателях, технологических печах и устройствах сжигания твердых, жидких и газообразных ископаемых топлива для получения электрической, тепловой энергии, пара, сжатого воздуха;

— каталитическая нейтрализация, абсорбция, перегонка жидкостей, жидкостная экстракция, адсорбция, сушка, растворение и экстрагирование, кристаллизация, массообмен, реализуемые на этапах жизненного цикла объектов транспорта;

— испарение, потери топлива, эксплуатационных жидкостей, лакокрасочных и других материалов при создании, обслуживании и ремонте транспортной техники;

— износ деталей, узлов машин, элементов транспортных средств, дорожной одежды (выбросы частиц конструкционных материалов, продуктов износа шин, дорожного покрытия, функциональных материалов);

— пластическая деформация, механическая, электромеханическая обработка материалов, очистка деталей на этапах жизненных циклов объектов транспорта; виброакустическое излучение движущихся объектов транспорта и частей машин, а также электромагнетическое излучение электрических машин и электронных устройств, используемых для управления в технологических процессах реализации жизненных циклов объектов транспорта и управления движением, другие виды энергетического загрязнения;

— ландшафтные нарушения.

Наиболее значительный урон окружающей среде наносят выхлопные газы, представляющие собой продукт переработки в двигателях внутреннего сгорания автомобиля рабочей смеси (смесь воздуха и топлива). Отработавшие газы можно назвать основным элементом вредного воздействия автомобиля на окружающую природную среду.

Образование токсичных веществ — продуктов неполного сгорания и окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ, связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания — расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива.

Таким образом, наибольший ущерб от работы автотранспортных средств наносится атмосферному воздуху. Особенно остро проблема загрязнения атмосферного воздуха стоит в городах. Учитывая темпы урбанизации, наблюдаемые во всем мире эта проблема приобретает катастрофический характер. Автомобильный парк, являющийся одним из основных источников загрязнения окружающей среды, сосредоточен в основном в городах. Если в среднем в мире на 1 км² территории приходится пять автомобилей, то плотность их в крупнейших городах развитых стран во много раз выше. Во всех странах мира продолжается концентрация населения в крупных городских агломерациях. В городах с населением 100 тыс. и более проживает свыше 3 млрд. человек, т. е. почти в 10 раз больше по сравнению с началом столетия. Опережающие темпы роста численности городского населения характерны для менее индустриально развитых стран.

С развитием городов и ростом городских агломераций всё большую актуальность приобретают своевременное и качественное транспортное обслуживание населения, а также охрана окружающей среды от негативного воздействия городского, особенно автомобильного транспорта. Автомобили сжигают огромное количество ценных нефтепродуктов, а также воздуха, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом, атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентрирована в крупных и крупнейших городах, воздух этих городов не только обедняется кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов.

Эффективным мероприятием по снижению вредного влияния автомобильного транспорта на горожан является организация пешеходных зон с полным запретом въезда транспортных средств на жилые улицы. Менее эффективное, но более реальное мероприятие — это введение системы пропусков, дающих право на въезд в пешеходную зону только специальным автомобилям, владельцы которых живут в конкретной зоне жилой застройки. При этом должен быть полностью исключён сквозной проезд автотранспорта через жилой квартал.

В наше время, воздействие автотранспорта на окружающую средусамая насущная и актуальная проблема современного общества. Последствия этого воздействия сказываются не только на нашем поколении, но могут сказаться и на будущем поколении, если мы не примем серьёзные меры по снижению и даже устранению последствий воздействия и самого воздействия.

2.3 Последствия загрязнения окружающей среды

Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется прежде всего в поражении верхних дыхательных путей, под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает.

Загрязненная атмосфера вызывает увеличение числа заболеваний дыхательных путей. Состояние атмосферы сказывается на показателях заболеваемости даже в разных районах индустриальных городов. Например, в Москве предрасположенность к бронхиальной астме, бронхиту, конъюнктивиту, фарингиту, тонзиллиту, хроническим отитам на 40−60% выше в районах с повышенным уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

Загрязнения оказывают и другие неблагоприятные воздействия, приводя к таким проблемам как парниковый эффект, озоновые «дыры», смоги, «кислотные дожди».

Накопление углекислого газа в атмосфере — одна из основных причин парникового эффекта, возрастающего от разогревания Земли лучами Солнца. Этот газ не пропускает солнечное тепло обратно в космос.

По сравнению с доиндустриальной эпохой концентрация двуокиси углерода в атмосфере увеличилась на 28%. Если человечество не примет меры, чтобы сократить выбросы этих газов, к середине будущего века средняя глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1,5—4,5С.

Последняя цифра относится к высоким российским широтам. Произойдет перераспределение осадков на территории страны, увеличится число засух, изменится режим речного стока и режим работы гидроэлектростанций. Растает верхний слой вечной мерзлоты, занимающий в России около 10 млн. м2 (60% территории страны), что повлияет на устойчивость фундаментов инженерных сооружений. Уровень Мирового океана поднимется к 2030 г. на 20 см, что приведет к затоплению низколежащих побережий.

Одним из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом является автомобильный транспорт. Есть несколько путей борьбы с этим видом загрязнений: техническое совершенствование двигателей, топливной аппаратуры; повышение качества топлива, снижение содержания токсичных веществ в выхлопных газах в результате применения дожигателей топлива, каталитических катализаторов; использование альтернативных видов топлива и др.

Существует мощный потребитель СО2 — это растительность суши, потребляющая 20−30 млрд. т. углерода в форме СО2, и водоросли мирового океана, потребляющие около 40 млрд. т. углерода в год. Однако они не в состоянии переработать атмосферу, в связи с чем проблема глобального потепления является насущной и решение которой требует безотлагательных мер.

Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра. Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет иммунную систему организма.

Озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т. газа, наибольшая концентрация — на высоте 20—25 км; если гипотетически сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.

Запуск мощных ракет, полеты реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора — миллионов гектаров леса — пожарами и хищнической рубкой массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и химической продукции в быту — главные факторы разрушения озонового экрана Земли.

В 1987 г. правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписали Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие вдвое сократить производство фторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой. Более поздние соглашения (в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в Копенгагене) содержат призыв постепенно прекратить производство таких веществ.

В 1997 г. исполнилось 10 лет с момента подписания Монреальского протокола. За это время осуществлялось широкое международное сотрудничество по охране озонового слоя Земли. Благодаря согласованным усилиям международного сообщества за эти годы производство и потребление веществ, наиболее опасных для озонового слоя, сократилось более чем вдвое. Остановлен рост содержания в атмосфере озоноразрушающих веществ. Ученые полагают, что уже в ближайшие годы начнется восстановление озонового слоя. Но пока эта проблема остается актуальной.

С 30-х гг. над Лос-Анджелесом в теплое время года стал появляться смог — туман влажностью около 70%. Это явление назвали фотохимическим туманом, так как для его возникновения необходим солнечный свет, вызывающий сложные фотохимические превращения смеси углеродов и окислов азота, поступивших в воздух в результате автомобильных выбросов, в вещества, значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные загрязнения.

Фотохимический туман сопровождается неприятным запахом, резко снижается видимость, у людей воспламеняются глаза, слизистые оболочки носа и горла, возникает удушье, обостряются легочные заболевания, бронхиальная астма. Фотохимический туман повреждает и растения. Сначала на листьях появляется водное набухание, через некоторое время нижние поверхности листьев приобретают серебристый или бронзовый оттенок, а верхние становятся пятнистыми с белым налетом. Затем наступает быстрое увядание.

Фотохимический туман вызывает коррозию металлов, растрескивание красок резиновых и синтетических изделий, портит одежду. Нарушает работу транспорта.

В настоящее время во многих крупных городах мира — Нью-Йорке, Чикаго, Бостоне, Детройте, Токио, Милане — образуется фотохимический туман. В городах России подобных явлений не наблюдалось, однако условия для них могут возникнуть.

Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся их жертвами. На территории России в 1996 г. вместе с осадками выпало более 4 млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. В Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на 1 км².

Увеличение кислотности водоемов приводит к гибели рыб и водяных растений.

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры. Прочный, тверды мрамор, смесь окислов кальция (СаО и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSO4). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу — шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне — Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70−80% обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях отместа промышленного сброса.

Таким образом, проблема «кислотных дождей» также является актуальной.

2.4 Нормирование предельно допустимых выбросов на транспорте

Нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ, а также вредных микроорганизмов и других биологических веществ, загрязняющих атмосферный воздух, воду и почву, устанавливаются с учетом производственных мощностей объектов ТДК и данных о наличии мутагенного эффекта и вредных последствий по каждому источнику загрязнения — согласно действующим нормативам предельно допустимых концентраций вредных веществ в окружающей природной среде.

Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ дают экологическую и санитарно-гигиеническую оценку состояния окружающей природной среды, но не указывают на источник вредного воздействия и не регулируют его поведение. Эту функцию выполняют нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ).

Согласно ГОСТ 17.2.3.02−78 (Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями) ПДВ устанавливаются для каждого источника загрязнения при условии, что выбросы вредных веществ от данного источника или от совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создадут приземную концентрацию, превышающую их предельно допустимые концентрации (ПДК) для населения, растительного и животного мира.

Под выбросами понимается поступление вещества из соответствующего источника в атмосферу [ГОСТ 17.2.1.04−77 (Охрана Природы. Атмосфера. Источники и метеорологические факторы загрязнения. Промышленные выбросы Термины и определения)]; сброс — поступление вещества, находящегося в сточных одах, в вводный объект [ГОСТ 17.1.1.01−77 (Охрана природы, гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения)].

Регулирование выбросов вредных веществ автотранспортом практически началось с 1970 г. Его развитие идет по трем вправлениям: первое — разработка и совершенствование нормативов выбросов вредных веществ и выхлопных газов автомобиля, второе — повышение экономичности двигателя, третье — внедрение малотоксичного экологически чистого топлива.

2.5 Нормирование экологических параметров транспортных средств

Нормируются экологические требования к объектам транспорта и транспортным технологиям в виде предельно допустимых норм выброса токсичных веществ с отработавшими азами транспортных средств, уровней шума, вибрации, электромагнитных полей, удельных объемов потребления отдельных видов природных ресурсов, уровня комфорта и др.

Эти нормы напрямую не связаны с ПДК отдельных примесей в атмосферном воздухе, воде, почве на конкретных площадях территории и устанавливаются как компромисс в удовлетворении разнонаправленных требований (общественная потребность, техническая возможность реализации, стоимость). Подходы к решению этой комплексной проблемы (взаимоувязки экологических нормативов объектов транспорта с санитарно-гигиеническими нормами) можно найти, например, в работе.

Нормирование токсичности отработавших газов транспортных средств осуществляется с целью получения сопоставимых оценок экологического совершенства различных конструкций и управления уровнем воздействия на ОС. Комплекс стандартов включает два вида испытаний: проверку автотранспортного средства (АТС) в эксплуатации экспресс-методами и сертификационные испытания автомобилей или двигателей на стендах.

Эксплуатационные испытания осуществляются без снятия двигателя с автомобиля портативной аппаратурой и предназначены для оценки технического состояния АТС путем измерения концентрации в отработавших газах двигателей с искровым зажиганием СО и СХНУ, также дымности дизелей.

Сертификационные испытания (приемочные, инспекционные) АТС производятся при сертификационных испытаниях на заводах или в специальных центрах. Токсичность оценивается при выполнении заданной совокупности режимов, называемых циклами.

Для оценки экологических показателей АТС полной массой до 3,5 т применяются 5 типов испытаний на специальных стендах, в результате которых проверяется соответствие нормам:

— уровня содержания в выхлопных газах СО, СХНУ, NOX,

твердых частиц после запуска холодного двигателя при имитации движения автомобиля;

— концентрации СО в режиме холостого хода;

— выбросов картерных газов;

— выбросов в результате испарения топлива из системы питания;

5 — долговечности устройств, предназначенных для предотвращения загрязнения воздуха.

В табл. 4 приведены значения норм выбросов новых автомобилей типа Ml, N1 в европейских странах по первому типу испытаний (в ездовых циклах). (Приложение № 1)

Экологические нормативы (токсичность отработавших газов) остальных типов транспортных средств, а также тракторов, судов устанавливаются по результатам испытаний только двигателей на тормозных стендах. Динамика значений норм выбросов дизельных грузовых и пассажирских АТС типов М2, МЗ, N2, N3 в европейских странах приведена в табл. 5.

Таблица 4.

Динамика значений норм выбросов легковыми АТС массой до 1250 кг, г/км

Примечание. Числитель/знаменатель — бензиновые/дизели.

* - Россия с 1999 г.

** - CxHy+NOx

*** - Проект Таблица 5.

Динамика норм выбросов дизельных грузовых АТС и автобусов, г/(кВт-ч)

Примечание: * - Неметановые углеводороды.

** - Россия с 1999 г.

*** - Проект Таблица 6.

Нормы токсичности бензиновых грузовых АТС и автобусов российского производства

2.6 Система экологического контроля

Транспортно-дорожный комплекс является одним из загрязнителей окружающей среды и вносит в нее неблагоприятные изменения. Особенность его в том, что ни автомобиль, ни дорогу нельзя изолировать от мест обитания людей и чем больше плотность населения, тем выше потребность в автомобильном транспорте.

Факторы воздействия автомобильных дорог и транспорта на окружающую среду следует разделить на следующие виды:

— акустическое загрязнение (шум, вибрация и др.);

тепловое загрязнение (образуется в результате испарения органических вяжущих материалов с поверхности покрытия при воздействии солнечной энергии и динамической нагрузки);

— физическое загрязнение атмосферного воздуха углекислым (угарным) газом, пылью, сажей и др.;

— химическое загрязнение, источниками которого могут быть как технологические процессы, так и транспортные средства. При борьбе с зимней скользкостью или при обеспыливании дорог без покрытия часто применяются различные виды химических реагентов. Химически токсичные вещества находятся и в составе строительных материалов, получаемых из отходов химической промышленности.