Экология транспорта. Учебное пособие

В. Ю. Прохоров, Д. В. Акинин, Н. В. Гренц

ЭКОЛОГИЯ ТРАНСПОРТА

Учебное пособие

Ай Пи Эр Медиа Саратов • 2019

4

ВВЕДЕНИЕ

Важным фактором общественного развития является состояние природной среды, так как локальное влияние человека на природу перерастает в глобальное. В процессе хозяйственной деятельности происходит преобразование всех компонентов биосферы (атмосферы, гидросферы, литосферы), при этом нарушаются сложившиеся в течение миллионов лет связи между живыми организмами и средой их обитания. Это приводит к истощению природных ресурсов, снижению качества окружающей среды и разрушению природных ландшафтов.

Всвязи с этим большое внимание на современном этапе отводят выявлению и учету основных источников загрязнения, анализу природы и химического состава загрязнений, характеру их воздействия на отдельные компоненты биосферы (водные ресурсы, воздух, почву), а также поиску путей снижения ущерба от загрязнений окружающей среды.

Вряду проблем сохранения и улучшения среды обитания человека одной из серьезнейших является снижение выброса в атмосферу токсичных веществ с отработавшими газами автомобилей.

Основные процессы, приводящие к повышенному загрязнению окружающей среды, связаны с получением энергии в различных формах. На автомобилях, тракторах источниками механической энергии являются двигатели внутреннего сгорания. В местах, где используются машины с двигателями внутреннего сгорания, наблюдается повышенное загрязнение воздуха, почвы и водоемов.

Кроме того, эксплуатация автотракторных средств предполагает применение различных материалов — топлива, масел, пластичных смазок, технических жидкостей, которые в большинстве своем являются токсичными.

Выделение вредных веществ автомобилями имеет существенные отличия от выделения их различными промышленными предприятиями, так как выбросы отработавших газов происходят непосредственно в зону дыхания человека. Ввиду специфики двигателей внутреннего сгорания выбросы токсичных веществ при сжигании топлива автомобилями значительно больше, чем при сжигании его в стационарных топочных устройствах.

Однозначно доказано, что движители автотракторных мобильных средств существенно изменяют структуру и физические (плотность, пористость, фильтруемость) свойства почвы. В результате воздействия гусениц и колес на почву создаются высокие давления в пятне контакта, что приводит к гибели червей, улиток и других организмов, обитающих в верхних слоях почвы.

Еще один источник экологической опасности — шум, создаваемый при работе двигателя, механизмов трансмиссий и ходовых систем. Длительное шумовое воздействие рассматривается как один из факторов, вызывающих повышенную заболеваемость.

5

В условиях непрерывного роста автомобильного парка наиболее серьезными проблемами, которые предстоит решить человечеству, являются ухудшение экологии в результате технических воздействий и истощение природных ресурсов нефти и газа.

Эти проблемы определяющим образом повлияют на развитие автомобильной отрасли промышленности в ближайшие десятилетия.

Совершенствование автомобиля шло по пути возрастающего приспособления его к требованиям относительно скорости, мощности, экономичности, эргономичности, дизайна и т.д. В настоящее время на первый план выходит требование улучшения приспособленности автомобиля к окружающей среде с экологической точки зрения.

Таким образом, проблема снижения экологического воздействия автотракторных мобильных средств на окружающую среду и человека является комплексной и актуальной, а данное пособие поможет студентам глубже узнать проблемы экологичности автомобильного транспорта и способы защиты окружающей среды, так как при изучении дисциплины «Экология транспорта», студенты должны:

Знать:

–сущность и основные понятия экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта;

–особенности взаимоотношения технических объектов с окружающей природной средой;

–негативные воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду;

Уметь:

–анализировать собственное поведение в природе, руководствоваться чувством личной ответственности за состояние окружающей среды;

–применять полученные знания в целях обеспечения экологической безопасности на автомобильном транспорте;

–разрабатывать рациональную стратегию и тактику обеспечения экологической безопасности в рамках своей профессиональной деятельности;

Владеть:

–основами методологии научного познания;

–профессиональным языком предметной области знания;

–навыками организации профессиональной деятельности и оценки ее эффективности, руководствуясь чувством личной ответственности за сохранение здоровья населения;

6

1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

В ряду проблем сохранения и улучшения среды обитания человека одной из серьезнейших является снижение выброса в атмосферу токсичных веществ с отработавшими газами автомобилей. Определяется это весьма значительной долей загрязнения воздуха в зоне дыхания человека, создаваемой отработавшими газами автомобильных двигателей и которая во многих городах при современном уровне автомобилизации достигает 80–90 % всех загрязнений, а также отличается высокой токсичностью веществ, содержащихся в отработавших газах автомобилей.

Количество автомобилей в мире превысило 800 млн и продолжает увеличиваться. Выделение вредных веществ автомобилями имеет существенные отличия от выделения их различными промышленными предприятиями. Эти отличия определяются выбросами отработавших газов непосредственно в зону дыхания человека, многочисленностью и мобильностью источников выделения токсичных веществ, концентрацией автомобилей в городах и т.п. В настоящее время человечество сжигает в год около 1,5 млрд тонн моторных топлив. Ввиду специфики двигателей внутреннего сгорания (малое время реакции горения, холодные стенки камеры сгорания и значительно большее, чем для стационарных топочных устройств, отношение поверхности камеры сгорания к ее объему) выбросы токсичных веществ при сжигании топлива автомобилями значительно больше, чем при сжигании его в стационарных топочных устройствах. Выбросы токсичных веществ при сжигании различного вида топлива представлены в таблице 1.1.

Так, выбросы бензиновых и дизельных двигателей различны. Дизельный двигатель всегда работает со значительным избытком воздуха, давление в камере сгорания существенно выше, в результате резко снижаются применительно к бензиновому двигателю выбросы оксида углерода и несгоревших углеводородов при увеличенном образовании оксидов азота. Кроме того, в выбросах дизельных двигателей всегда содержится сажа, которой нет в отработавших газах бензиновых двигателей (при правильной регулировке двигателя и отсутствии детонационного горения).

Автомобильный транспорт, по имеющимся оценкам, является источником выброса более 90 % оксида углерода, более 60 % углеводородов и их кислородопроизводных, около 50 % оксидов азота от всех техногенных выбросов. Количество токсичных выбросов автомобилями определяется конструкцией их двигателей и качеством применяемых топлив. Улучшение эксплуатационных и

7

экологических свойств топлив и совершенствование автомобильных двигателей являются задачами первостепенной важности, особенно в нашей стране.

При эксплуатации автотранспортных средств происходит износ резиновых шин и тормозных накладок, что приводит к образованию резиновой и асбестосодержащей пыли. Выход резиновой пыли в зависимости от типа и пробега транспортных средств составляет 1,35–53,2 кг/авт. в год (для легковых автомобилей — 1,35; грузовых — 17,1; автобусов — 53,2), асбестосодержащей пыли — 0,8– 1,5 кг/авт. в год.

Автомобильный транспорт является источником параметрического (энергетического) загрязнения окружающей среды — шума, вибрации, оказывающих неблагоприятное воздействие на организм человека.

Процесс эксплуатации автомобильного транспорта связан с использованием инженерных сооружений — дорог, мостов, путепроводов. Автомобильная дорога как инженерное сооружение при строительстве на местности нарушает природные ландшафты, изменяет режим стока поверхностных и грунтовых вод, оказывает другие негативные воздействия.

Таким образом, на этапе эксплуатации автомобильного транспорта весьма значимым является учет экологических ограничений, особенно на урбанизированных территориях.

8

1.1. Экологическая оценка выбросов токсичных веществ

Количественная оценка выбросов токсичных веществ не характеризует их экологической роли, так как отрицательное воздействие разных веществ на человеческий организм изменяется в очень широких пределах. Токсичность вещества оценивается его предельно допустимой концентрацией (ПДК). Применение шкалы ПДК позволяет устанавливать степень вредности различных выбросов. При этом существует большая неопределенность в величинах ПДК для углеводородов и их оксипроизводных, которые определяются суммарно и имеют ПДК, отличающиеся на три порядка. Усреднение в данном случае проблематично, поэтому примем для этой группы значение ПДК, равное ПДК диоксида азота (в нормах предельно -допустимых выбросов (ПДВ) стран ЕС до 2000 г. углеводороды и их оксипроизводные и оксиды азота лимитировались суммарно). Для СО, NО2, сажи среднесуточные ПДК составляют 3; 0,04; 0,05 мг/м3 соответственно.

Если при сжигании 1 кг топлива выделяется GA гр. вещества А, имеющего предельно -допустимую концентрацию ПДКА, то степень его концентрации в воздухе будет равна ПДК при условии, если объем загрязненного воздуха равен GA / ПДКА. Такая же степень загрязнения воздуха веществом В будет при GВ / ПДКВ = GA / ПДКА, и суммарное загрязнение воздуха различными токсичными веществами можно рассчитать через вес одного вещества, принятого за эталон.

где А — эталон.

Примем за эталон оксид углерода. Тогда выбросы легковых автомобилей, соответствующие нормам Евро-4, можно представить в таблице 2.

Таблица 2

Выбросы легковыми ТС массой до 1250 кг по нормам Евро-4 в пересчете на СО, г/км

9

Из данных таблицы следует, что в общей токсичности отработавших газов роль оксида углерода невелика — он обуславливает менее 2 % суммарной токсичности для дизельных и менее 6 % для бензиновых двигателей (фактически «вклад» оксида углерода в общую токсичность отработавших газов еще меньше, т.к. в табл. 2 не учитываются выбросы SО2). Более 75 % токсичности отработавших газов дизельных двигателей составляют оксиды азота, для бензиновых двигателей половина токсичности обусловлена углеводородами и их оксипроизводными и более 40 % — оксидами азота.

1.2. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в воздух автотранспортом

Углеводороды и их производные.

Существует два источника выбросов углеводородов автотранспортом:

1)испарение углеводородов (и их производных, если они содержатся в бензине) при транспортировке и хранении бензина, при заправке автомобилей, из топливной системы двигателей. Для дизельного топлива потери от испарения несущественны, для бензинов потери от нефтезавода до использования в двигателе достигают 2 %;

2)углеводороды и их кислородопроизводные, выбрасываемые с отработавшими газами. Полного сгорания углеводородов не происходит даже при очень значительном избытке воздуха, так как в пристенном слое камеры сгорания температура низкая, и горение не происходит.

Существующими методами определяются суммарно углеводороды и продукты неполного окисления (более 200 индивидуальных веществ), их токсичности сильно отличаются.

Наиболее токсичными из этих веществ являются бензол, формальдегид, ацетальдегид, полициклические ароматические углеводороды.

Алканы малотоксичны. Алкены оказывают раздражающее действие на дыхательные пути и слизистые оболочки. Диеновые углеводороды малотоксичны, но легко вступают в фотохимические реакции с озоном и диоксидом азота, что приводит к образованию смога. Значительно токсичнее арены, они угнетающе действуют на органы кроветворения (костный мозг, селезенку); бенз(α)пирен (3, 4 — бензпирен) является одним из самых сильных изученных канцерогенов. Альдегиды вызывают сильное раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, могут провоцировать пневмонию и отек легких. Спирты обладают наркотическим действием, фенол раздражает кожу, угнетает дыхание. Анилин и его производные — кровяные яды, действующие на гемоглобин.

10