Загрязнение атмосферы в городе. Мероприятия по снижению влияния автотранспорта

    Аэрозоли  загрязняют не только атмосферу, но и стратосферу, оказывая влияние на ее спектральные характеристики и вызывая опасность повреждения озонового слоя. Непосредственно в стратосферу аэрозоли поступают с выбросами сверхзвуковых самолетов, однако имеются аэрозоли и газы, диффундирующие в стратосфере.

    Основной  аэрозоль атмосферы – сернистый  ангидрид (SO₂), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом (4 – 5 суток). По современным оценкам, на больших высотах выхлопные газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO₂  на 20%. Хотя эта цифра невелика, повышение интенсивности полетов уже в ХХ веке может сказаться на альбедо земной поверхности в сторону его увеличения. Ежегодное поступление сернистого газа в атмосферу только вследствие промышленных выбросов оценивается почти в 150 млн. т. В отличие от углекислого газа сернистый ангидрид является весьма нестойким химическим соединением. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в серный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с капельками воды, образует так называемые кислотные дожди.

    К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

    1.4.Фотохимический туман (смог)

    Фотохимический  туман представляет собой многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных  частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количестве озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. 

    1.5.Загрязнение атмосферы выбросами транспорта

    Большую долю в загрязнении атмосферы  составляют выбросы вредных веществ  от автомобилей. Сейчас на Земле эксплуатируется  около 900 млн. автомобилей, ожидается увеличение этого числа . В 1997 г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс. автомобилей на действующие дороги.

    В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26 – 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших углеводородов – 230 и твердых веществ – 2 – 5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

    Наблюдения  показали, что в домах, расположенных рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3 – 4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы, почву и растения.

    Токсичными  выбросами двигателей внутреннего  сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

    Количество  вредных веществ, поступающих в  атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и, особенно, от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине.

    Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина неэтилированным.

    Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).

    Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу  самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.

    Наибольшее  влияние на условия обитания выбросы  ГГДУ оказывают в аэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительные данные о выбросах вредных веществ в аэропортах подзывают, что поступления от ГТДУ в приземной слой атмосферы составляют, в %: оксид углерода – 55, оксиды азота – 77, углеводороды – 93 и аэрозоль – 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

    2.Вредность выхлопных газов

    Без специальных подробностей в чисто химическом аспекте воздействие отработавших газов автомобиля на живые организмы сводится к следующему:

    1. Максимальные энергетические показатели двигателя достигаются при избытке топлива, но при этом  из-за недостатка кислорода часть углеводородов бензина не окисляется до конца, что приводит к образованию элементарного углерода (сажи) и оксида углерода, оказывающего вредное воздействие на здоровье человека даже при низких концентрациях вследствие более активного взаимодействия  с гемоглобином крови.

    Хронические отравления ОКИСЬЮ УГЛЕРОДА характеризуются  неспецифическими симптомами: головная боль, головокружение, бессонница, раздражительность, нередко отсутствие аппетита, тошнота, сердцебиение и др.

    Условные  коэффициенты загрязнения воздуха окисью углерода автомобилями разных типов:

    - ВАЗ—2101 «Жигули» - 1,0;

    -ГАЗ-24 «Волга» - 1,8;

    - «Москвич-412» - 1,2;

    - грузовые малого литража - 3,3;

    - грузовые большого литража - 4,6;

    - автобусы - 4,8.

    2. В состав бензина входят алканы нормального изомерного и циклического строения, ароматические единения, ненасыщенные углеводороды с двойными и тройными связями. Эти соединения, попадающие в атмосферу вследствие испарения, а также продукты неполного сгорания топлива, взаимодействуя с оксидом азота, образуют токсичные продукты в составе смога.

    3. В условиях высоких температур в цилиндре двигателя азот окисляется кислородом до оксида аз; вызывающего общую слабость, головокружение и тошноту;

    ОКИСЛЫ  АЗОТА представляют собой непостоянную смесь окиси азота NO, двуокиси азота N02 и азотного ангидрида N205. Хронические отравления окислами азота чаще всего выражаются катаром верхних дыхательных путей, бронхитом, разрушением зубов. Отмечается также нарушение обмена веществ, мышечная  боль, нервные расстройства, понижение кровяного давления. Замечено неблагоприятное влияние окислов азота на здоровье детей.

    4. СЕРА, содержащаяся в бензине, окисляется до диоксида серы, нарушающего процесс дыхания и способствующего повышению кислотности атмосферных осадков.

    5. При горении бензина в условиях высоких температур и недостатка кислорода образуются ароматические углеводороды, среди которых наиболее опасны полициклические производные, обладающие канцерогенными свойствами, особенно 3,4-бенз(а)пирен.

    6. На стадии воспламенения топлива, а тем более при пуске двигателя или его работе без нагрузки, т. е. в условиях избытка кислорода, осуществляется синтез альдегидов, оказывающих наркотическое действие на центральную нервную систему.

    7. Для предупреждения детонации в бензин добавляют антидетонаторы, наиболее эффективным среди которых является тетраэтилсвинец (С2 Н5)4Рb, вводимый в бензин в смеси с дибром- и дихлорэтаном в целях превращения образующегося в камерах сгорания оксида свинца в летучие галогениды. Попадание последнего в атмосферу весьма опасно вследствие возможного накопления свинца в крови и тканях человека и животных, в плодах растений, листьях деревьев, чуть ли не во всех живых организмах. СВИНЕЦ, содержащийся в выхлопе автомобилей, работающих на этилированном бензине, в концентрациях до 1 мг/м3 способен накапливаться в почве особенно примагистральных территорий. Поступая в организм человека, свинец способен там накапливаться. Свинцовое хроническое отравление проявляется в виде вегетативной дистонии нервной системы, изменений в белых и красных кровяных тельцах, снижении общей сопротивляемости организма.

    Вредное влияние отработавших газов проявляется  не только по отношению к человеку, но и ко всей окружающей природной среде.

    Наряду  с выбросами САЖИ все виды городского транспорта создают на своих маршрутах линейные очаги ПЫЛЕНИЯ, поднимая в воздух значительные количества  твердых частиц асфальтового покрытия с покрышек автотранспорта.

    2.1.Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта

 Мероприятия  по снижению выбросов  автотранспорта можно разделить на технические, организационные и градостроительные, а также применяется нормирование и регулирование токсичности выхлопа автомобилей.

    Оценка  автомобилей по токсичности  выхлопов. Большое значение имеет повседневный контроль над автомашинами. Все автохозяйства обязаны следить за исправностью выпускаемых на линию машин. При хорошо работающем двигателе в выхлопных газах окиси углерода должно содержаться не более допустимой нормы.

    В принятом стандарте на токсичность  предусмотрено дальнейшее ужесточение нормы, хотя они и сегодня в России жестче европейских: по окиси углерода—на 35%, по углеводородам—на 12%, по окислам азота—на 21%.

    Градостроительные мероприятия предусматривают выделение  транспортной зоны, новые системы регулирования уличного движения, которые сводят к минимуму возможность образования пробок, потому что, останавливаясь , затем набирая скорость, автомобиль выбрасывает в несколько раз больше вредных веществ, чем при равномерном движении.

    Эти мероприятия включают строительство объездных дорог в обход городов, которые принимают весь поток транзитного транспорта, который раньше нескончаемой лентой тянулся по городским улицам. В этом случае резко снижается интенсивность движения в городе, уменьшается шум, чище становится воздух.

    Организационные  мероприятия – регулирование  транспортных потоков и уличного движения, максимальное развитие общественного транспорта, жёсткий контроль над техническим состоянием транспортных средств.

    Например, в Москве создана автоматизированная система управления дорожным движением «Старт». Благодаря совершенным техническим средствам, математическим методам и вычислительной технике она позволяет оптимально управлять движением транспорта во всем городе и полностью освобождает человека от обязанностей непосредственного регулирования автомобильных потоков. «Старт» на 20—25% сократит задержки транспорта у перекрестков, на 8—10% уменьшит количество дорожно-транспортных происшествий, улучшит санитарное состояние городского воздуха, увеличит скорость сообщения общественного транспорта, снизит уровень шумов.