Качество атмосферного воздуха в крупных

ЗАПЫЛЕННОСТЬ И ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

В РЕЗУЛЬТАТЕ РАБОТЫ ТРАНСПОРТА

Методическое пособие

для практических занятий по дисциплине

«Основы экологии и энергосбережения»

Минск БГУИР 2009

УДК 632.151(075.8)

ББК 20.18я73

З14

Р е ц е н з е н т:

профессор кафедры психологии и эргономики БГУИР,

д-р мед. наук И. С. Асаенок

А в т о р ы :

И. И. Кирвель, М. А. Бобровничая, В. И. Камлач, Н. В. Цявловская

З14

Запыленность и загрязнение атмосферы в результате работы транс-порта : метод. пособие для практич. занятий по дисц. «Основы экологии и энергосбережения» / И. И. Кирвель [и др.]. – Минск : БГУИР, 2009. – 24 с.

ISBN 978‑985‑488‑423‑3

Рассмотрены проблемы загрязнения атмосферы и шумового загрязнения в результате работы автотранспорта, освещены статистические показатели данной экологической проблемы, приведена методика расчета количества вредных выбросов в атмосферу, представлено практическое задание по оценке экологичности различных видов топлива. Пособие предназначено для студентов всех специальностей и форм обучения БГУИР.

УДК 632.151.(075.8)

ББК 20.18я73

ISBN 978-985-488-423-3 Ó УО «Белорусский государственный

университет информатики

и радиоэлектроники», 2009

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Запыленность воздуха – важнейший экологический фактор, сопровождающий человека повсюду. Пылью считаются любые взвешенные в воздухе твердые частицы. Безвредных пылей не существует. Экологическая опасность пылей для человека определяется их природой и концентрацией в воздухе. Пыли можно подразделить на две большие группы.

1. Мелкодисперсная пыль, состоящая из легких и подвижных частиц размером до нескольких десятков и сотен микрон (1 микрон равен 10^{-3 мм). Та}кая пыль может находиться в воздухе длительное время – «витать». Она попадает с воздухом в легкие при дыхании, может накапливаться в организме.

2. Крупнодисперсная пыль, состоящая из тяжелых и малоподвижных частиц. Такая пыль быстро выпадает из воздуха при отсутствии ветра, образуя пылевые отложения (например на мебели). Отложения пыли являются источниками вторичного загрязнения воздуха.

В 1 см³ воздуха в закрытом помещении может содержаться до 10⁶ пылинок различного размера, природы и степени опасности. Пыль может содержать органические вещества (частицы биогенного происхождения – растительного, животного и антропогенного) и неорганические вещества (частицы почвы, строительных материалов, синтетических моющих средств, различных химических веществ и др.). На пылевых частицах могут поселяться вредные микроорганизмы, адсорбироваться еще более мелкие частицы вредных веществ (например тяжелых металлов, органических соединений). Наиболее токсичны пыли, содержащие сложные белковые молекулы и простейшие организмы (живые и отмершие), например, пыль белково-витаминного концентрата, пыль хитинового покрова отмерших бытовых насекомых – мух, тараканов, муравьев и т.п. Такие пыли вызывают аллергические заболевания как при вдыхании, так и при попадании на кожу (при контакте). Некоторые виды пылей могут создавать взрывоопасные смеси с воздухом (древесная, хлопковая, мучная и т.п.).

Основным видом транспорта, влияющим на экологическое состояние воздуха, является автомобильный. В Республике Беларусь на 10 млн жителей приходится около 1,9 млн автомобилей, т.е. примерно 1 автомобиль на 5 человек. И хотя этот уровень несколько выше среднемирового, по европейским меркам он весьма невысок. Автомобиль является источником загрязнения воздуха пылью. Пыль образуется при стирании покрышек, выделяется с отработавшими газами. Увеличения количества взвешенной в воздухе и осевшей на поверхности пыли объясняется также повышенным износом асфальтового покрытия автомобильных дорог вследствие применения ошипованных шин. Например, за год эксплуатации покрышки одного легкового автомобиля истираются на 1 кг. Источниками поступления загрязняющих веществ в воздух являются отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания, испарение топлива с топливной системы. Определяющая доля выбросов вредных веществ (56 %) принадлежит грузовым автомобилям. Структура выбросов автомобильного транспорта представлена 200 веществами, из которых самыми опасными являются: оксид азота (NO), угарный газ (СО), углеводороды – несгоревшее топливо, бензопирен, свинец и т.д. Один усредненный автомобиль за 6 лет эксплуатации выбрасывает в атмосферу 9 т СО₂, 0,9 т СО, 0,25 т NO и 80 кг углеводородов. Около 50 % соединений свинца в атмосферу поступает от легковых автомобилей и 2/3 оксида азота – от грузовых автомобилей (рис.1.1) [1].

Рис. 1.1. Структура выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта

Повышенное содержание СОи NO можно обнаружить в выхлопных газах неотрегулированного двигателя, а также двигателя в режиме прогрева. Приближенный состав выхлопных газов автомобилей представлен в табл. 1.1 [2].

Таблица 1.1

Приближенный состав (% по объему) выхлопных газов автомобилей

Компоненты отработавших газов	Состав выхлопных газов
Оксид азота	8,0 – 10,0
Сажа	0,3 – 3,5
Пары воды	3,0 – 5,5
Диоксид углерода	5,0 – 12,0
Оксид углерода	70,5 – 78,0
Углеводороды	6,0 – 18,0
Диоксид серы	0,2 – 0,8
Альдегиды	0,1 – 0,2
Сернистый газ	0,002 – 0,03

На выбросы оксида углерода значительное влияние оказывает рельеф дороги и режим движения автомобиля. Так, например, при ускорении и торможении в отработавших газах увеличивается содержание СОпочти в 8 раз. Минимальное количество СОвыделяется при равномерной скорости автомобиля 60 км/ч (рис. 1.2), гдеK_mV – коэффициент изменения выбросов в зависимости от скорости движения.

Концентрация вредных веществ в выхлопных газах зависит также и от режима работы двигателя (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Концентрация вредных веществ в выхлопных газах

Режим работы двигателя	Оксид углерода, мг/л	Углеводороды, мг/л	Оксиды азота, мг/л
Холостой ход	4,0 – 12,0	2,0 – 6,0	4,0 – 8,0
Принудительный холостой ход	2,0 – 4,0	8,0 – 12,0	2,5 – 4,0
Средние нагрузки	0 – 1,0	0,8 – 1,5	-
Полные нагрузки	2,0	0,7 – 0,8	-

Состав и объем выбросов зависят также от типа двигателя (табл.1.3). Как видно из таблицы, выбросы загрязняющих веществ значительно ниже в дизельных двигателях. В топливе для дизельных двигателей нет свинцовых присадок, а выброс СОна 50 – 90 % ниже, чем у бензинового собрата. Поэтому принято считать их более экологически чистыми. Однако дизельные двигатели отличаются повышенными выбросами сажи. Сажа насыщена канцерогенами и их выбросы в атмосферу недопустимы.

Таблица 1.3

Количество выбросов вредных веществ в зависимости от типа двигателя

Вещество	Двигатель
Карбюраторный	Дизельный
Оксид углерода (% по объему)	1,0 – 12,0	0,01 – 0,5
Оксид азота, мг/л	0,05 – 8,0	0,002 – 0,5
Углеводороды, мг/л	0,8 – 6,0	0,01 – 0,5

В связи с тем что выхлопные газы автомобилей поступают в нижний слой атмосферы, вредные вещества находятся практически в зоне дыхания человека. Попадая в кровь, СО действует на красные кровяные шарики – эритроциты, которые теряют способность транспортировать кислород. В результате наступает кислородное голодание, что прежде всего сказывается на центральной нервной системе. При вдыхании оксид азота в дыхательных путях соединяется с водой и образуются азотная и азотистая кислота. В результате возникают не только раздражения слизистых, но и весьма тяжёлые заболевания. Считается, что окислы азота в 10 раз опаснее для организма, чем окись углерода. Типичным представителем канцерогенных веществ, т.е. веществ, способствующих возникновению раковых опухолей, является бензапирен. Автомобиль – источник изменения температуры воздуха в городах. Если в городе одновременно движется 100 тыс. машин, то это равно эффекту, производимому одним миллионом литров горячей воды. Автомобиль – один из источников шумового загрязнения города. В городах с интенсивным автомобильным движением уровень шума превышает 70 дБ (децибел). На автомагистралях крупных городов Беларуси количество шума составляет 70 – 85 дБ, допустимая норма – 60 дБ (табл. 1.4)[3].

Таблица 1.4

Оценка основных источников транспортного шума

Вид транспорта	Эквивалентный уровень шума, дБ
Легковые автомобили (на расстоянии 7,5 м)
Автобусы и грузовые автомобили	78 – 83
Железнодорожный (на расстоянии 20 м)	90 – 101
Воздушный	98 – 105

Именно в развитии автотранспорта и, следовательно, во всё большем засорении городского воздуха автомобильными газами многие учёные видят главную причину увеличения смертности от рака лёгких. Частота этого заболевания в городах намного выше, чем в сельской местности [4].

Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта загрязняющих веществ в атмосферу:

– перевод автомобилей на дизельные двигатели. Возрастающий интерес к дизельному двигателю связан не только с удешевлением эксплуатации автомобилей, но и уменьшением загрязнения окружающей среды;

– газ вместо бензина. Это позволит не только повысить чистоту воздушного бассейна в крупных городах, но и высвободить для нужд народного хозяйства немало дефицитного жидкого топлива;

– электромобиль. Считается целесообразным перевод автомобилей на электротягу, особенно в крупных городах. Оценки показывают, что к 2025 г электромобили могут составить 15 % от общего числа автомобилей мира;

– внедрение альтернативных видов топлива. Биогаз состоит на 60–70 % из метана (с теплотворной способностью – 5000 ккал на 1 м³).

КАЧЕСТВО АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В КРУПНЫХ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕНТРАХ

Город Минск относится к городам с высокой плотностью эмиссий вредных веществ на единицу площади, однако благодаря хорошим условиям рассеивания индекс загрязнения атмосферы – один из самых низких среди крупных промышленных центров (рис. 2.1) [1].

в атмосферном воздухе областных центров

Однако динамика выбросов от передвижных источников за последние 15 лет свидетельствует о возрастании объемов с 1998 г. (рис. 2.2) [1].

Рис. 2.2. Динамика выбросов загрязняющих веществ

от передвижных источников

Важным фактором, определяющим выбросы от автотранспорта, является характер и качество потребляемого топлива. Автотранспорт столицы использует в качестве топлива в основном бензин и дизельное топливо; в меньшей степени используются автомобили, работающие на сжиженном нефтяном газе и сжатом природном газе (табл. 2.1) [1]. В последние годы сокращается доля автомобилей, потребляющих низкооктановый бензин.

Таблица 2.1

Распределение транспортных средств по видам используемого топлива (2005 г.)

Наименование показателей	Количество, ед.
Автомобили, конструкция которых позволяет использовать:
только бензин	17,3
только диз. топливо	10,8
сжиженный нефтяной газ	0,2
сжатый природный газ	0,3

В настоящее время свыше 33 % автомобилей находится в эксплуатации более 13 лет. По данным Минского городского управления статистики, 91,6 % транспортных средств, находящихся на балансе организаций и предприятий, технически исправны. Однако состояние многих автомобилей по дымности и токсичности отработавших газов неудовлетворительное.

Максимальные концентрации формальдегида в воздухе составляют: на пр. Независимости (Ботанический сад) — 4,8 ПДК, на ул. Московской (почта) – 4,3 ПДК, на пр. Партизанском — 4,6 ПДК. Выше средней по городу загрязненность воздуха формальдегидом наблюдалась в районах ул. Ванеева, Плеханова, Кирова, Семенова, Брилевской, Долгобродской, Руссиянова, Никифорова, Ротмистрова, Селицкого и проспекта Пушкина.

Максимальные концентрации оксида углерода отмечены на ул. Ванеева (4,8 ПДК) и проспекте Партизанском (4,6 ПДК).

Максимальные концентрации диоксида азота в воздухе составляют в районе улиц: Радиальной, проспекта Независимости, Судмалиса, площади Свободы (табл. 2.2) [1].

Таблица 2.2

Среднемесячные концентрации диоксида азота (в долях ПДК), 2005 г.

Адрес	Месяц
1. Пр. Независимо- сти	0,3	0,4	0,7	1,2	0,4	0,7	1,7	0,3	0,1	0,4	0,7	0,4
2. Ул. Судмалиса	0,3	0,5	0,8	0,8	0,8	0,8	1,1	0,3	0,3	0,2	0,3	0,2
3. Ул. Тимирязева	0,1	0,1	0,2	0,3	0,1	0,2	0,3	0,2	0,3	0,2	0,2	0,2
4. Ул. Челюскинцев	0,2	0,3	0,5	0,4	0,4	0,4	0,4	0,5	0,4	0,2	0,2	0,2
5. Ул. М. Богдано- вича	0,2	0,2	0,3	0,2	0,2	0,3	0,3	0,4	0,3		0,4	0,3
6. Пл. Свободы	-	-	1,1	0,3	0,5	0,5	0,5	0,6	0,5	0,4	0,4	0,3
7. Ул. Казинца	0,3	0,4	0,5	0,4	0,41	0,5	0,4	0,5	0,5	0,4	0,5	0,5
8. Ул. Щорса	0,1	0,2	0,2	0,1	0,7	0,1	0,2	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
9. Ул. Радиальная	0,4	0,6	1,0	0,7	0,8	-	1,0	0,7	0,7	0,5	0,5	0,5
10. Ул. Шаранго- вича	-	-	-	0,2	0,3	0,1	0,4	0,4	0,2	0,2	0,3	0,3

Формальдегид (муравьиный альдегид), химическая формула HCHO – бесцветный газ с резким запахом. Служит сырьем в производстве фенолоформальдегидных смол, карбамидных смол, изопрена и других важных продуктов.

Данные табл. 2.2 свидетельствуют о том, что в годовой динамике существенный рост максимальных концентраций диоксида азота в воздухе наблюдается в теплый период года, что обусловлено более активными процессами трансформации химических веществ под влиянием солнечного излучения. Повышенную концентрацию формальдегида в различных функциональных зонах города Минска «обеспечивают» два основных источника загрязнения – вредные выбросы от работы промышленных предприятий и автотранспорт (рис. 2.3) [1].

Рис. 2.3. Динамика среднемесячных концентраций формальдегида

в различных функциональных зонах города Минска