Привет студент

1.2 Распространение и трансформация отработавших газов автомобиля в атмосфере

Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу с отработавшими газами около 200 различных компонентов. Самая большая группа соединений - углеводороды. Эффект падения концентраций атмосферных загрязнений, то есть приближение к нормальному состоянию, связан не только с разбавлением отработавших газов воздухом, но и со способностью самоочищения атмосферы. В основе самоочищения лежат различные физические, физико-химические и химические процессы. Выпадение тяжелых взвешенных частиц (седиментация) быстро освобождает атмосферу только от грубых частиц. Процессы нейтрализации и связывания газов в атмосфере проходят гораздо медленнее. Значительную роль в этом играет зеленая растительность, поскольку между растениями идет интенсивный газообмен. Скорость газообмена между растительным миром в 25 - 30 раз превышает скорость газообмена между человеком и окружающей средой в расчете на единицу массы активно функционирующих органов. Количество атмосферных осадков оказывает сильное влияние на процесс восстановления. Они растворяют газы, соли, адсорбируют и осаждают на земную поверхность пылевидные частицы.

Автомобильные выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям.

Так, твердые частицы размером более 0,1 мм оседают на подстилающих поверхностях в основном из-за действия гравитационных сил.

Частицы, размер которых менее 0,1 мм, a также газовые примеси в виде CO, С_nН_m, NO_x, SO_x распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии. Они вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы, и их действие проявляется на локальных территориях в пределах определенных регионов.

В этом случае рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения и зависит от многих факторов.

Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами объектов АТК зависит от возможности переноса рассматриваемых загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности, метеорологических условий распространения.

Компоненты вредных выбросов с повышенной реакционной способностью, попадая в свободную атмосферу, взаимодействуют между собой и компонентами атмосферного воздуха. При этом различают физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

Примеры физического реагирования: конденсация паров кислот во влажном воздухе с образованием аэрозоля, уменьшение размеров капель жидкости в результате испарения в сухом теплом воздухе.

Жидкие и твердые частицы могут объединяться, адсорбировать или растворять газообразные вещества.

Реакции синтеза и распада, окисления и восстановления осуществляются между газообразными компонентами загрязняющих веществ и атмосферным воздухом. Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие - при появлении для этого благоприятных условий - необходимых реагентов, солнечного излучения, других факторов.

При выполнении транспортной работы существенным является выброс соединений углерода в виде CO и С_nН_m.

Монооксид углерода в атмосфере быстро диффундирует и обычно не создает высокой концентрации. В атмосфере он может окисляться до СО₂ при наличии примесей - сильных окислителей (О, О₃), перекисных соединений и свободных радикалов. Токсичность оксида углерода СО обусловлена способностью соединиться с гемоглобином крови со скоростью в 200 раз большей, чем у кислорода, поэтому при вдыхании СО наступает кислородное голодание с соответствующими физиологическими последствиями. СО - газ легче воздуха и в приземном слое атмосферы не накапливается. В закрытых гаражах у работников может наступить «тихая смерть» при концентрации угарного газа 0,1-1 % во вдыхаемом воздухе, при концентрации СО в воздухе: 0,0016 - 0,01 % - хроническое отравление уже через несколько часов; 0,01-0,05 % - слабое отравление через 1 час; 1 % - потеря сознания после нескольких вдохов.

Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими атмосферными загрязнениями, прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются перекиси, свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы.

В свободной атмосфере сернистый газ (SО₂) через некоторое время окисляется до сернистого ангидрида (SО₃) или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности углеводородами. Окисление сернистого ангидрида в серный происходит в свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакциях. В обоих случаях конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде. Его интенсивно поглощают почвенные микроорганизмы.

B сухом воздухе окисление сернистого газа происходит крайне медленно. В темноте окисления SO₂ не наблюдается. При наличии в воздухе оксидов азота скорость окисления сернистого ангидрида увеличивается независимо от влажности воздуха.

Сероводород и сероуглерод при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются в свободной атмосфере медленному окислению до серного ангидрида. Сернистый ангидрид может адсорбироваться на поверхности твердых частиц из окислов металлов, гидрооксидов или карбонатов и окисляться до сульфата.

Соединения азота, поступающие в атмосферу от объектов АТК, представлены в основном NO и NO₂. Выделяемый в атмосферу монооксид азота под воздействием солнечного света интенсивно окисляется атмосферным кислородом до диоксида азота.

Кинетика дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать ультрафиолетовые лучи и диссоциировать на монооксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога. Вне закрытых помещений такие концентрации не обнаруживаются. Однако во влажной среде окислы азота превращаются в агрессивную азотистую кислоту, быстро взаимодействующую с другими компонентами выбросов, что приводит к повреждению даже листьев культурных растений.

По данным государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды Тулаской области в 2009 году показатели выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта приведены в таблице 1.1 [5].

Таблица 1.1 – Показатели выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта, зарегистрированного в Тулаской области, за 2009 год, тонн / год [5]

На рисунке 1.4 приведена картина экологического загрязнения придорожной территории для типовой автомобильной дороги [6]. Однако, применительно к районам восточного Оренбуржья эта картина существенно усугубляется постоянным действием ветров и пыльных бурь.

Зона влияния дороги – придорожная полоса местности, расположенная на расстоянии 200-3000 м от каждой кромки проезжей части. В этой зоне наблюдаются разовые превышения фоновых загрязнений атмосферы, отдельные изменения параметров гидрологии и микроклимата, фиксируются изменения флоры и фауны.

Именно для локализации вдоль дорог выбросов ДВС, которые могут аэрогенно переноситься на значительные расстояния, экологические стандарты предусматривают многополосные лесозащитные насаждения. Однако дороги восточного Оренбуржья не обеспечены подобными лесозащитными экранами и не имеют подлеска из районированных сортов кустарника.

Резервно-технологическая зона дороги – придорожная полоса местности, расположенная на расстоянии 12-30 м от каждой кромки проезжей части. В этой зоне полностью переформирован ландшафт, наблюдается систематическое загрязнение атмосферы и почвы выше ПДК. Расположение на отдых или длительное пребывание людей в резервно-технологической зоне опасно и не допускается, она предназначена для сооружений дорожного комплекса, защитных насаждений и прокладки инженерных коммуникаций.

Санитарно-защитная зона дороги – придорожная полоса местности, расположенная на расстоянии 150-300 м от каждой кромки проезжей части. В этой зоне существенно изменен ландшафт, загрязнение атмосферы превышает ПДК, в почвах происходит накопление загрязняющих веществ, которое за расчетный срок эксплуатации может достичь ПДК.

Рисунок 1.4 – Экологическая схема придорожной территории[6]

Большое значение для уменьшения загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами имеет технический контроль за состоянием автомобилей. Хотя все транспортные средства должны проходить технический осмотр ежегодно, а автобусы два раза в год – это даёт малый эффект, так как большинство наших станций технического обслуживания не оборудованы современными средствами диагностики.

Ещё одним средством защиты окружающей среды от вредных выбросов является установка нейтрализаторов. Кроме того, актуальны идей перехода на альтернативные виды топлива и совершенствования конструкций двигателей.

Благодаря этим усовершенствованиям загрязнение атмосферного воздуха заметно уменьшается. И всё же полностью удалить токсичные вещества из отработавших газов не удаётся [7].

Загрязнение водных объектов в процессе эксплуатации автомобильных дорог происходит вследствие попадания транспортных выбросов на поверхность земли в бассейнах стока, в подземные воды и непосредственно в открытые водоемы.

До недавнего времени сток рассматривался как источник загрязнения, не представляющий серьезной опасности для водоемов и почв. Но исследования показали, что в них присутствуют значительные концентрации таких загрязняющих веществ, как углеводороды и ионы тяжелых металлов. Причинами загрязнения являются утечки бензина, масел от транспортных средств, накопление химических веществ на дорогах (аварии грузового транспорта, выщелачивание дождевыми водами органических и минеральных соединений).

Дождевой, талый и поливомоечный сток загрязнен веществами неорганического происхождения - твердыми частицами из отработавших газов, противогололедными солями, пылью, маслами, частицами грунта. Твердые частицы находятся в стекающей воде во взвешенном состоянии, а нефтепродукты в состоянии эмульсии или в виде растворов, часть которых взаимодействует с битумом асфальтобетонных дорожных покрытий. Все это наносит существенный ущерб водоемам, принимающим сток.

Органы санитарного надзора обоснованно требуют от дорожных эксплуатационных организаций нормального содержания водоемов, находящихся в зоне непосредственного воздействия (защитной полосе) дороги.

Трассу автомобильных дорог рекомендуется прокладывать в обход водоохранных зон, выявляя водохранилища, расположенные в крупных зонах отдыха, а также водохранилища, вода из которых используется для питья. В пределах этих зон запрещается устраивать площадки для технического обслуживания автомобилей.

Попадание транспортных выбросов на поверхность земли в бассейнах стока приводит к загрязнению водных объектов. Наиболее распространено попадание в воду нефтепродуктов:

- отдельные цветные пятна: 4 мл/м²;

- серебристые пятна: 10-50 мл/м²;

- яркие цветные полосы: >80 мл/м²;

- сплошная тусклая пленка: >0,2 л/м²;

- темная сплошная пленка: > 0,5 л/м² . [8 ]

В целях решения задач по охране атмосферного воздуха Тулаской области от загрязнения автомобильного транспорта предлагаются следующие мероприятия, которые можно разделить на две группы:

а) мероприятия, призванные планировочными средствами обеспечить
благоприятные санитарно-гигиенические условия в местах проживания населе­ния;

б) мероприятия, способствующие снижению антропогенных нагрузок на
природную среду или минимизирующие негативные воздействия этих нагру­зок.

а) Организационные мероприятия:

- проведение полной инвентаризации передвижных источников загряз­
нения воздушного бассейна, создание единого информационного банка данных
источников;

- внедрение новых (более совершенных и безопасных) технологических
процессов, исключающих выделение в атмосферу вредных веществ;

- установка и совершенствование газоочистных и пылеулавливающих установок;

- организация системы контроля за выбросами автотранспорта, в первую очередь во всех районных центрах;

- в бесснежный период в сухую погоду необходим полив улиц, особенно в центральных частях городов для предотвращения попадания пыли, содер­жащей частицы токсичных веществ в дыхательные пути и на кожу горожан;

- организация системы мониторинга, дальнейшее развитие системы
контроля загрязнения атмосферного воздуха в селитебной зоне и на автомаги­стралях городов и крупных населенных пунктов.

б) Планировочные мероприятия:

- расширения площадей декоративных насаждений, состоящих из дос­таточно газоустойчивых растений;

- создание зеленых защитных полос вдоль автомобильных дорог и озе­ленение улиц и санитарно-защитных зон;

- совершенствование и развитие сетей автомобильных дорог области
(доведение технического уровня существующих федеральных и территориаль­ных дорог в соответствии с ростом интенсивности движения, реконструкция
наиболее загруженных участков дорог на подходах к городам крупным населенным пунктам и строительство обходов с целью вывода из них транзитных потоков).

В России с 20 ноября 2010 года вступили в силу поправки в ПДД, требующие, чтобы в светлое время суток на всех движущихся транспортных средствах с целью их обозначения были включены фары ближнего света или дневные ходовые огни. При этом преимущество дневных ходовых огней в том, что количество расходуемого для их работы топлива в несколько раз меньше, чем при использовании ближнего света фар. Но 95 % автомобилистов России не используют дневные ходовые огни, как это принято за рубежом, а ограничиваются фарами ближнего света. В то время как фары светятся, потребляя электричество, электричество забирается из аккумулятора, а туда попадает из генератора, который вращаясь, отбирает энергию работы двигателя. Единственный источник энергии для двигателя – это сжигание бензина.

При движении в любых режимах скоростей фары требуют дополнительного расхода топлива. При включенных световых приборах увеличивается расход топлива на 7%, а соответственно увеличивается количество вредных выбросов.

Приведенные данные обуславливают необходимость проведения дополнительного анализа, связанного с принятием решения о целесообразности включенных световых приборов в условиях городской черты в светлое время суток.