Влияние пыли на здоровье человека

Степень запыленности воздуха при движении автомобильного транспорта зависит от следующих факторов: времени года, типа покрытия дороги и вида почвы, направления ветра, интенсивности движения, грузоподъемности автомобиля, типа шин.

Основной частью пыли является кварц. На городских магистралях в уличной пыли обнаруживаются также примеси кальция, кадмия, свинца, хрома, цинка, меди, железа. Присутствие перечисленных примесей определяется функционированием автомобильного транспорта и обработкой магистралей антиобледенительными составами. Увеличивают выброс пыли шины, оснащенные шипами. Износ дорожного полотна при их использовании в зимний период составляет 2-4 мм. В целом ряде стран использование шипованных шин запрещено, за исключением ограниченного числа автомобилей специального назначения. Воздействие пыли увеличивает скорость изнашивания машин и механизмов и оказывает вредное влияние на организм человека. Вредное воздействие пыли на организм человека зависит от ее дисперсности, твердости частиц, формы пылинок и т. д. Мелкодисперсная пыль наиболее опасна, потому что оседает в легких и бронхах и при длительном вдыхании приводит к возникновению профессиональных заболеваний. Особенно опасны для организма кислотосодержащие аэрозоли, адсорбирующие канцерогенные вещества. Первые нарушают кислотное равновесие тканевых клеток; вторые, постепенно накапливаясь в организме, могут явиться причиной возникновения злокачественных опухолей.

Роль автотранспорта, а значит и выбросов от него, во всем мире растет. Сейчас в мире ежегодно выпускается около 25 млн. машин. К 2000 г. численность мирового автопарка приблизилась к 500 млн. машин из них 400 млн. легковых. В среднем же нормально эксплуатируемый автомобиль в сутки выбрасывает 4 кг только углекислого газа! Для многих городов России выбросы автотранспорта являются превалирующими.

Известно, что количество бензапирена в выхлопных газах резко возрастает на режимах торможения автомобилей - до 50-100 мг за 1 мин работы на низкосортном бензине. Если это количество распределить равномерно, оно способно создать концентрацию, равную ПДК, в громадном объеме воздуха - чуть меньше 1 км³. Пути снижения вредного воздействия этих выбросов следующие.

• Отказ от этилированного бензина для исключения выбросов соединений свинца и уменьшения непредельных углеводородов. Переход на газ или неэтилированный бензин (токсичность при этом снижается в 18-22 раза), повышение полноты сгорания за счет автоматического управления процессом, специальных систем и регулировок. Это сказывается и на расходе бензина. Уже сегодня в Японии достигнут уровень 2,5 л на 100 км.

• Замена карбюраторных двигателей, где это возможно, дизельными, дающими менее вредные выбросы.

• Решение вопросов по созданию электротранспорта, в т.ч. по величине пробега с одной зарядки и снижению выбросов от аккумуляторных батарей. Перевод общественного транспорта на электрическую тягу там, где нет дефицита энергии (метро, троллейбусы и др.)

Загрязнение среды соединениями свинца вызывает все большее опасение, прежде всего за счет именно автотранспорта. В 1995 г. выброшено в РФ около 5,7 тыс. т соединений свинца, из них почти 4 тыс. т - от автомобилей, 700 т - от предприятий цветной металлургии; по 400 т - от авиационных и ракетных двигателей, ТЭЦ; 200 т - от предприятий лакокрасочной, стекольной и оборонной промышленности. Отказ от этилированного бензина может снизить загрязнение соединениями свинца в несколько раз.

Значительна роль архитектурно-планировочных мероприятий и зеленых насаждений в снижении количества и уменьшении вредности выбросов. Специальные развязки и объезды, улучшение качества дорог и ликвидация ненужных участков торможения могут увеличить среднюю скорость движения транспорта. При этом, если скорость возрастает, к примеру, с 20 до 60 км/ч, общее количество выбросов уменьшится в 4-5 раз, а наиболее вредных (например, бензапирена) - еще значительнее. При остановке у светофоров выбросы вредных веществ увеличиваются в 1,5-2 раза даже по сравнению с движением на первой скорости. Дороги с интенсивным движением следует выносить за пределы жилых и рекреационных зон или хотя бы защищать эти зоны «зеленым щитом» от загазованности. Даже однорядная высадка деревьев с кустарниками (высотой 1,5 м) на ширине 3-4 м снижает уровень загазованности на 10-15%, а при 4-х рядах шириной 30-50 м - на 60-70%. В НИИ им. Курчатова подсчитано, что во избежание гибельного «парникового эффекта» нужно уменьшить сжигание органического топлива в 2 раза за ближайшие 20 лет. Но того же эффекта можно добиться увеличением площади зеленых насаждений на 1-2 млн. км² при стабилизации сжигаемой массы на сегодняшнем уровне.

Определяющее внимание транспорта на состояние окружающей среды требует особого внимания к применению новых экологически чистых видов топлива. К ним относится, прежде всего, сжиженный или сжатый газ. Важность этого вопроса для России подтверждается тем, что на уровень федерального закона вынесен законопроект «Об использовании природного газа в качестве моторного топлива», вызвавший очень большой интерес не только у специалистов транспорта, но и у экологов.

В мировой практике в качестве моторного топлива наиболее широко используется сжатый природный газ, содержащий не менее 85% метана. По энергоемкости 1 м природного газа эквивалентен 1 л бензина марки А-76.

В меньшей степени распространено применение попутного нефтяного газа, представляющую собой смесь, преимущественно - пропана и бутана. Для замещения 1 л бензина требуется 1,3 л сжиженного нефтяного газа, а экономическая эффективность его по эквивалентным затратам на топливо в 1,7 раз ниже, чем у сжатого газа. Следует отметить, что природный газ, в отличие от нефтяного газа, не токсичен.

Особо следует остановиться на выбросах углеводородов, которые претерпевают в атмосфере фотохимическое окисление под действием ультрафиолетового облучения. Продукты этих окислительных реакций образуют так называемый смог. В бензиновых двигателях основное количество углеводородов приходится на этан и этилен, а в газовых - на метан. Легче всего под воздействием ультрафиолетового излучения окисляются непредельные углеводороды, такие, как этилен. Предельные углеводороды, включая метан, более стабильны. Поэтому в ограничительных стандартах автомобильных выбросов ряда стран углеводороды учитываются без метана, хотя пересчет ведется на метан.

Важно иметь в виду, что при использовании газового топлива увеличивается моторесурс двигателя - в 1,4-1,8 раза; срок службы свечей зажигания - в 4 раза; моторного масла - в 1,5-1,8 раза; межремонтный пробег - в 1,5-2 раза. При этом снижается уровень шума на 3-8 дБ и время заправки. Все это обеспечивает быструю окупаемость затрат на перевод транспорта на газомоторное топливо.

Внимание специалистов привлекают вопросы безопасности использования газомоторного топлива. В целом взрывоопасная смесь газовых топлив с воздухом образуется при концентрациях в 1,9-4,5 раза больших, чем с бензином и дизельным топливом, что снижает опасность образования такой смеси.

Однако определенную опасность представляют утечки газа через неплотность соединений. В этом отношении наиболее опасен сжиженный нефтяной газ, который в результате утечки образовывает местные скопления, способные «разливаться», что при возгорании увеличивает очаг пожара.

Отечественный и мировой опыт эксплуатации автомобилей не на газомоторном топливе, однако, не позволяет считать их более опасными, чем автомобили на бензине, если к этому добавить имеющийся в России на сегодня комплекс технических средств, обеспечивающих применение газа на транспорте, то необходимо признать, что переход на газомоторное топливо -вопрос ближайшего времени. Он диктуется экономическими, экологическими и технологическими соображениями.

Кроме сжиженного (сжатого газа) многие специалисты предрекают большое будущее жидкому водороду, как практически идеальному, с экологической точки зрения, моторному топливу. Но существуют проблемы, связанные как со свойствами самого водорода, так и его производством. Как горючее для транспорта водород удобнее и безопаснее в жидком виде, где в пересчете на 1 кг он превосходит по калорийности керосин в 6,7 раза и жидкий метан в 1,7 раза. В то же время плотность жидкого водорода меньше, чем у керосина почти на порядок, что требует больших баков, которые необходимо теплоизолировать, что также влечет за собой дополнительный вес и объем. Высокая температура горения водорода приводит к образованию значительного количества экологически вредных окислов азота, если окислителем является воздух. Истинный перелом в мировой топливной базе на основе водорода, может быть, достигнут путем принципиального изменения способа его производства, когда исходным сырьем станет вода, а первичным источником энергии - солнце или сила падающей воды.

Ход работы:

1) Определение числа единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 минут, 1 часа; L=2,38 км.

Расчет общего пути за 1 час ( , где j – обозначение типа автотранспорта; L – длина участка, км; Nj – число автомобилей каждого типа за 1 час.)

Тип автотранспорта	Кол-во автомобилей за 20 мин. в одном направлении	Интенсивность движения за 1 час, Nj (в обоих направлениях)	Средний эксплуатационный расход топлива л/км, Yj	Общий путь, Lj за 1 час
Легковые автомобили			0,12	2513,3
Грузовые автомобили (бенз.)			0,17	114,3
Автобусы (бенз.)			0,37	99,96
Грузовые автомобили (диз.)			0,34	57,1
Автобусы (диз.)			0,28	199,9

2) Определение количество топлива (Qj, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле: Qj = Lj*Yj, где Lj - общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей, Yj - удельный расход топлива Yj (л на 1 км) каждого типа за 1 час (L, км); Определение общего количества сожженного топлива каждого вида.

Q_легк. = 2513,3 ∙ 0,12 = 301,6 л.

Q_{груз. бенз.} = 114,3 ∙ 0,17 = 19,4 л.

Q_{авт. бенз.} = 99,96 ∙ 0,37 = 37 л.

Q_{груз. диз.} = 57,1 ∙ 0,34 = 19,4 л.

Q_{авт. диз.} = 199,9 ∙ 0,28 = 56 л.

Расход топлива

Тип автомобиля	Nj	Qj
		Бензин	Дизельное топливо
Легковые автомобили		211,1	90,5
Автобусы
Грузовые автомобили		19,4	19,4
Всего	∑Q	267,5	165,9

3 Рассчитываем объем выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива(К·Q).Значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице:

Вид топлива	Значение коэффициента (К)
Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

q_{co авт. бенз.} = 0,6 ∙ 267,5 = 160,5 л.

q_{co авт. диз.} = 0,1 ∙ 165,9 = 16,6 л.

q_{C6H6 авт. бенз.} = 0,1 ∙ 267,5 = 26,8 л.

q_{C6H6 авт. диз.} = 0,03 ∙ 165,9 = 5 л.

q_{NO2 авт. бенз.} = 0,04 ∙ 267,5 = 10,7 л.

q_{NO2 авт. диз.} = 0,04 ∙ 165,9 = 6,6 л.

Объем выбросов

Вид топлива	∑Q, л	Кол-во вредных веществ, л   Угарный Газ Углеводороды Диоксид азота
Бензин	267,5	160,5	26,8	10,7
Диз. топливо	165,9	16,6		6,6
Всего	V, л	177,1	31,8	17,3

4) Расчет массы выделившихся вредных веществ (m, гр) по формуле:

; расчет количества чистого воздуха, необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды.

Вид вредного вещества	Кол-во, л	Масса, г	Объем воздуха для разбавления, м3	Значение ПДК, мг/м3
Угарный газ	177,1	221,375	59 033,3
Углеводороды	31,8	110,73	21 200	1,5
Диоксид азота	17,3	35,5	432 500	0,04

m_CO = 177,1 ∙ 28 / 22,4 = 221,375 гр.

m_C6H6 = 31,8 ∙ 78 / 22,4 = 110,73 гр.

m_NO2 =17,3 ∙ 46 / 22,4 = 35,5 гр.

V₁ = 177 100 / 3 = 59 033,3 м³

V₂ = 31 800 / 1,5 = 21 200 м³

V₃ = 17 300 / 0,04 = 432 500 м³

5) Расчет необходимого объема воздуха для разбавления на исследуемом участке. Данный участок имеет длину 2380м, ширину (4·2,75м + 2·7м = 25м), высоту 1,6 м. V_воз = 2380*25*1,6=95200

Суммарное количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ:

V=59 033,3 + 21 200 + 432 500 = 512 733,3 м³

Вывод: Принимая во внимание то, что вблизи исследуемого участка дороги находятся жилые и общественные здания, а содержание вредных веществ в атмосфере значительно превышает норму и практически отсутствует растительность, можно сделать вывод, что в районе исследуемого участка автомагистрали сложилась неблагоприятная экологическая обстановка, негативно воздействующая на человека.