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.
Основная часть пыли – 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. Селкодисперсная 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 его вредное влияние на окружающую среду во всем мире растет. Сейчас в мире ежегодно выпускается до 40 млн машин. К 2010 г. численность мирового автопарка приблизилась к 600 млн машин из них 500 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 предельно-допустимой концентрации (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 том числе 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 окружающей среды соединениями свинца, прежде всего за счет именно автотранспорта, вызывает все большее опасение. В 2010 г. в Российской Федерации выброшено около 6 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 автомобилей 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 четырех 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 два 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.
Пагубное влияние транспорта на состояние окружающей среды вызывает необходимость применения 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, представляющего 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, не токсичен.
В таблице приведено сопоставление удельных выбросов в процентах для ДВС автомобилей по результатам комплексных испытаний при условии, что выбросы от ДВС на неэтилированном бензине приняты за 100 %.
Содержание токсичных компонентов в выхлопных газах ДВС, %
| Вид топлива | Токсичные компоненты выхлопных газов | ||||
| CO | CxHy | NOx | Сажа | Бензапирен | |
| Бензин | Нет | ||||
| Бензин (двигатели с нейтрализаторами) | 25 – 30 | Нет |
Анализ показывает что, применение газа сокращает выбросы:
окислов углерода в 3 – 4 раза; окислов азота в 1,5 – 2 раза; углеводородов (не считая метана) в 3 – 5 раз; частиц сажи и двуокиси серы (дымность) дизельных двигателей в 4 – 6 раз.
Особо следует остановиться на выбросах углеводородов. Фотохимический смог образуется в результате химического взаимодействия оксидов азота и углеводородов, попадающих в воздух с выхлопными газами автотранспорта, под действием солнечного излучения, которые претерпевают в атмосфере фотохимическое окисление. Продукты этих реакций называются фотохимическими окислителями. Это агрессивные химические соединения, токсичные для растений, животных и человека. Фотохимический смог наблюдается в виде голубоватой дымки или беловатого тумана из-за образования аэрозольных частиц. Фотохимический смог вызывает головные боли, тошноту, раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, ухудшает состояние при хронических респираторных заболеваниях.
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 снижаются уровень шума на 3 – 8 дБ и время заправки. Все это обеспечивает быструю окупаемость затрат при переводе 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.
Кроме сжиженного (сжатого газа) многие специалисты предрекают большое будущее жидкому водороду как практически идеальному с экологической точки зрения моторному топливу. Но существуют проблемы, связанные и со свойствами самого водорода, и с 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.
В основу методики расчета выбросов вредных веществ автомобильным транспортом заложен нормируемый удельный выброс по автомобилям отдельных групп (грузовые, автобусы, легковые) для каждого типа двигателя (бензиновый, дизельный) в зависимости от движения по городу или вне населенных пунктов. При этом выброс вредных веществ корректируется в зависимости от ряда наиболее существенных факторов.
Ход работы Вариант 1
Выберите участок автотрассы вблизи учебного заведения (места жительства, отдыха) длиной 0,5 – 1 км, имеющий хороший обзор.
Определите число единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 мин. Получив у преподавателя расчетные данные по длине участка, приступайте к вычислениям. При этом следует заполнить табл. 1. Таблица 1 Число единиц автотранспорта
| Тип автотранспорта | Всего за 20 мин | За 1 ч, Nj | Общий путь за 1 ч Lj, км |
| Легковые автомобили (бензиновые, дизельные) | |||
| Грузовые автомобили | |||
| Автобусы (бензиновые, дизельные) | |||
| Газели |
Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть определено расчетным методом. Исходные данные для расчета количества выбросов:
- число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы в единицу времени;
- нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в табл. 2). Таблица 2
Нормы расхода топлива
| Тип автотранспорта | Удельный расход топлива Yj (л/км), дизельное топливо | Удельный расход топли- ва Yj (л/км), бензин |
| Легковые автомобили | 0,09 – 0,11 | 0,11 – 0,13 |
| Автобусы дизельные | 0,38 – 0,41 | – |
| Автобусы бензиновые | – | 0,41 – 0,44 |
| Грузовые автомобили | 0,31 – 0,34 | – |
| Газель | – | 0,15 – 0,17 |
Значения эмпирических коэффициентов К, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в табл. 3. Таблица 3
Коэффициенты выброса
| 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 |
Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу (л/км).