Расчет и оценка уровня загрязнения почв свинцом вдоль автомобильных дорог
Цель работы
Рассчитать параметры загрязнения почвы вдоль автомобильной дороги 3-ей категории и после её реконструкции по нормативам 1-ой категории.
Сделать вывод о влиянии реконструкции автодороги, предусмотреть защитные меры, экологическую эффективность которых оценить по справочным данным.
Введение
Важной отраслью в системе единого народнохозяйственного комплекса является транспорт. Он выполняет роль материальной основы разделения труда в обществе и осуществляет многообразные связи между производством и потреблением, промышленностью и сельским хозяйством, добывающей и обрабатывающей отраслями, между отдельными экономическими районами.
Единая транспортная система представляет собой совокупность следующих основных составляющих:
- перевозочные средства, куда входят подвижной состав (автомобили, прицепы, полуприцепы, транспортные трактора, локомотивы, вагоны, суда, самолёты, вертолеты, дирижабли), трубопроводы, контейнеры, поддоны, тара;
- пути сообщения, включающие автомобильные дороги, железнодорожные и водные пути, воздушные линии, монорельсовые и канатные дороги, трубопроводы, специально приспособленные для движения подвижного состава, перемещения грузов и пассажиров;
- механические устройства и механизмы: погрузочно-разгрузочные механизмы, конвейеры, бункера, пакетоформирующие машины и др.;
- сооружения: гаражи, стоянки, депо, станции технического обслуживания, ремонтные мастерские и заводы, доки, склады, погрузочно-разгрузочные пункты, терминалы, грузовые и пассажирские станции, вокзалы, аэропорты, пристани, компрессорные, насосные и автозаправочные станции.
В зависимости от типа перевозочных средств и путей сообщения выделяют следующие основные виды транспорта: железнодорожный, автомобильный, речной, морской, воздушный, трубопроводный. Оценивая роль и место в транспортной системе каждого из них, можно сказать, что в современных условиях без автотранспортного обслуживания не может обходиться практически ни одна отрасль народного хозяйства, в т.ч. химическая промышленность, включая весь персонал.
Автомобильным транспортом перевозится более 80% народнохозяйственных грузов и 90% пассажиров. Основная сфера применения автомобильного транспорта – перевозки грузов на небольшие расстояния.
Широкие границы применения автотранспорта определяются его достоинствами и преимуществами перед другими видами транспорта:
- возможностью непосредственной доставки грузов, пассажиров, т.е. «от двери к двери» (без перегрузок, пересадок);
- разнообразием типов подвижного состава по назначению, грузоподъемности, пассажировместимости, что позволяет перевозить грузы и пассажиров без накопления их на грузо- и пассажирообразующих пунктах;
- приспособленностью к перевозке грузов различных размеров и массы;
- оперативностью организации перевозок;
- малыми первоначальными капитальными вложениями;
- сравнительной дешевизной перевозки по суше благодаря использованию сети автомобильных дорог;
- высокой скоростью доставки;
- большой мобильностью, возможностью оперативно реагировать на изменение грузо- и пассажиропотоков.
К недостаткам автомобильного транспорта и сопутствующих ему процессов относятся:
- высокая себестоимость автоперевозок, что объясняется небольшой грузоподъемностью и , следовательно, невысокой производительностью подвижного состава (расходы на автоперевозки составляют до 10% себестоимости промышленной продукции, до 22% стоимости продукции сельскохозяйственного производства, до 30% стоимости строительных работ);
- потребность в значительном количестве трудовых ресурсов (на единицу транспортной работы на автотранспорте требуется трудовых затрат почти в 28 раз больше, чем на морском транспорте, в 12 – чем на речном, в 8 раз больше, чем на железнодорожном);
- высокая материалоемкость процессов производства и эксплуатации автомобилей;
- высокая энергоемкость при эксплуатации (на единицу транспортной работы автотранспорт расходует топлива почти в 14 раз больше, чем железнодорожный, морской или речной);
- рост потребления моторных топлив;
- высокий уровень опасности и вредности для жизни человека и окружающей среды: травматизм в результате дорожно-транспортных происшествий, шумовое и химическое загрязнение;
- миграция рабочей силы.
Земной шар покрывают более 11,5 млн.км магистральных дорог с твердым покрытием, подразделяясь на скоростные автострады, основные дороги, объездные и загородные дороги.
К числу благ и выгод, реализуемых в результате прокладки автомобильных дорог, относят:
- пригодность дорог для использования в любую погоду без ограничений;
- облегчение доступа к рынкам сбыта местной продукции;
- возможность доступа в новые центры производства, обеспечивающие занятость;
- более благоприятные условия для получения медицинской помощи и пользования другими видами социальных услуг;
- укрепление местной экономики.
К негативным воздействиям строительных и ремонтно-профилактических работ, а также эксплуатации автомобильных дорог причисляют:
- уничтожение растительного покрова при расчистке участков от кустов и пней, профилировании и сооружении дорожного полотна;
- нарушении схем естественного дренажа;
- изменение высоты уровня грунтовых вод;
- оползни, эрозия, заиление рек и озер;
- загрязнение воздуха и почвы установками для приготовления асфальта;
- помехи на путях движения диких и домашних животных, препятствия для местных жителей;
- нарушение эстетики ландшафта или уничтожение памятников культуры;
- визуальное загрязнение ландшафта придорожными рекламными щитами;
- увеличение доступа людей к участкам девственной природы прочим районам, ещё не затронутым хозяйственной деятельностью;
- накопление мусора и прочих отходов в придорожной полосе;
- загрязнение воды и почвы в результате разлива топлива или масел либо накопления загрязняющих веществ на дорожном покрытии.
Конкретные данные о средних эксплуатационных нормах расхода топлива для автомобилей различных типов приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1.Средние эксплуатационные нормы расхода топлива (л) на 1 км пути
| № | Тип автомобиля | Gi, л/км |
| 1. | Легковые (карбюраторные) автомобили | 0,11 |
| 2. | Малые грузовые карбюраторные автомобили (до 5 тонн) | 0,16 |
| 3. | Грузовые карбюраторные автомобили (5 тонн и более) | 0,33 |
| 4. | Грузовые дизельные автомобили | 0,34 |
| 5. | Карбюраторные автобусы | 0,37 |
| 6. | Дизельные автобусы | 0,28 |
Автомобильный транспорт наиболее агрессивен в сравнении с другими видами транспорта по отношению к окружающей среде. Он является мощным источником ее химического, механического, шумового и теплового загрязнения.
Вследствие физико-механических процессов в цилиндрах двигателей действительный состав отработавших газов очень сложный и включает более 200 компонентов, значительная часть которых токсична (табл.3.2).
Таблица 3.2. Ориентировочный состав отработавших газов карбюраторных и дизельных двигателей
| Компоненты | Пределы концентраций компонентов | |
| Карбюраторные двигатели (бензиновые с искровым зажиганием) | Дизельные двигатели | |
| Азот, % объема | 74 – 77 | 76-78 |
| Кислород, % объема | 0,2 – 8,0 | 2-18 |
| Пары воды, % объема | 3,0 – 13,5 | 0,5-10,0 |
| Диоксид углерода, % объема | 5,0 – 12,0 | 1,0-12,0 |
| Углеводороды (суммарно), % об. | 0,01-3,0 | 0,01-0,5 |
| Оксид углерода, % объема | 0,1-10,0 | 0,01-0,3 |
| Оксиды азота, % объема | 0,05-0,6 | 0,005-0,2 |
| Альдегиды, % объема | 0,0-0,2 | 0,0-0,05 |
| Оксиды серы (суммарно), мг/м3 | 0,0-0,003 | 0,0-0,015 |
| Сажа, мг/м3 | 0,0-100 | 0,0-20000 |
| 3,4 Бенз(а)пирен, мг/м3 | 0,0-25 | 0,0-10,0 |
| Соединения свинца, мг/м3 | 0,0-60 | - |
Источники основных токсичных веществ в выбросах автомобилей и их соотношение приведены на рис.3.1 и в табл.3.3.
Рис.3.1. Источники токсичных выбросов
Таблица 3.3.Распределение основных типов токсичных веществ по источникам выбросов, %
| Вид двигателя | Отработавшие газы | Картерные газы | Топливные испарения | ||||||
| СО | СnНm | NхOу | СО | СnНm | NхOу | СО | СnНm | NхOу | |
| Карбюраторный | |||||||||
| Дизельный |
Вредные выбросы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) можно разделить на регулируемые (нормируемые) и нерегулируемые (ненормируемые).
К нормируемым вредным выбросам относятся: СО, СnНm, NхOу, дымность (дым) и сажа, а также твердые частицы (ТЧ, для зарубежных стандартов).
Ненормируемые вредные компоненты включают твердые частицы, основные элементы (углерод, водород, азот), следы металлов, летучие соединения, сульфаты, диоксид серы, сероводород, цианиды, альдегиды, аммиак, фенолы, индивидуальные ПАУ и пахучие вещества.
В процессе функционирования автотранспорта в почву попадают: сернистые соединения, образующие с влагой кислоту, зола, сажа, свинец, нефтепродукты, масла, различные отходы, мусор, а также сточные воды, содержащие вредные для окружающей среды вещества.
Соединения свинца входят в состав ненормированных выбросов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, работающих на этилированном бензине, причем при сжигании 1 т этилированного бензина грузовые автомобили выбрасывают в атмосферу в среднем 0,5 кг соединений свинца, а легковые – 0,8-0,85 кг. При этом 20% общего количества продуктов сгорания составляют вредные для здоровья человека аэрозольные соединения свинца, образующиеся на базе антидетонационных присадок и выделяющиеся частично в виде оксидов, а главным образом в виде хлоридов и бромидов свинца (хлористый, бромистый свинец, оксид, фосфат, сульфат свинца); 80% продуктов сгорания выпадает в виде твердых частиц размером до 25 мкм и водо-растворимых соединений на поверхности прилегающих к дороге земель.
Загрязнение почв свинцом заметно проявляется при определенном уровне транспортной нагрузки – более 400 транспортных средств в час. В результате вдоль автомобильных дорог формируется геохимическая аномалия свинца (рис.3.2), имеющая форму вытянутого уплощенного эллипса шириной 100-200 м и высотой не более 5 м над уровнем дороги. В свою очередь граница загрязнения почвы свинцом может находиться на расстоянии 500 м от полотна автомобильной дороги.
Необходимо учесть, что характер аккумуляции свинца в придорожной зоне сильно зависит от метеофакторов (осадков, ветра), в связи с чем параметры этого процесса на практике чрезвычайно изменчивы. Исследования образцов почвы и растений, отобранных вблизи автомобильной дороги напряженностью 700 транспортных средств в сутки, показали, что существует тенденция к повышению содержания свинца с ростом транспортной нагрузки и к снижению его по мере удаления от края полотна.
Рис.3.2. Пространственное расположение геохимической аномалии Pb (поперечный разрез)
Предельно допустимое количество[15] (ПДКп) свинца в почве по общесанитарному показателю ПДКп (Pb) = 32 мг/кг. Токсичность и степень накопления свинца в почве определяется свойствами почвы, типом транспортной нагрузки и формами накопления, сочетание которых создают большое разнообразие загрязнений валового содержания свинца в почве.
Для здоровья человека угрожающим является содержание свинца в почве 50 мг/кг, т.к. в этом случае свинец накапливается не только в почве на глубине пахотного слоя или фильтрации воды атмосферных осадков вдоль дорог, но и в растениях и включается в высоких дозах в трофические цепи. При этом сами растения мало восприимчивы к действию соединений свинца, но они создают опасность при использовании их в качестве корма для животных и пищи для людей. В странах ЕЭС рекомендовано принять в качестве допустимой нормы 10 мг Pb на 1 кг сухой массы кормов.
Универсальной методики для быстрой рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами, сейчас не существует, хотя есть попытки снизить степень их загрязнения внесением извести и фосфатов для иммобилизации (связывания) металлов, обработкой химическими хелатными комплексообразователями и механическим перемешиванием.
Одновременно, надо иметь в виду, что вблизи автомобильных дорог соединения свинца аккумулируются на поверхности растений в соответствии с расстоянием от источника выброса, увеличивая тем самым концентрацию тяжелого металла в продуктах органической массы (рис.3.3).
Рис. 3.3. Содержание свинца в растениях в зависимости от их расположения от дороги: 1 – лес; 2 – поле; 3 – поле за живой изгородью