Ежегодно на дорогах увеличивается число автомобилей. В потоке движутся новые и старые машины, оставляющие черный дым. Загрязнению окружающей среды автомобильными выхлопными газами отводится первое место. Опасный побочный продукт работы двигателя наносит вред экологической системе и человеку.
Факт. Городом “черного неба” называют российский Красноярск. Это дни, когда стоит безветренная погода и автомобильные выбросы висят над городом. С 2014 года количество таких дней резко увеличилось.
Что такое выхлопные газы
При работе двигателя сгорает топливо, образуя газы. Они удаляются выхлопной системой, которая снабжена фильтрами. У исправного автомобиля газы бесцветные, очищенные от вредных частиц.
Кратковременное изменение цвета не несет опасности и говорит об исправности машины. Черные и белые выхлопы, сохраняющиеся длительное время, содержат ядовитые компоненты.
Состав выхлопных газов
Отработанные газы состоят почти из 200 канцерогенных и токсичных веществ.
Таблица №1
| Компоненты | % в карбюраторном двигателе | % в двигателе на дизельном топливе | Токсичность |
| Азотистые соединения | 75-76 | 75-77 | — |
| Кислород | 0,2-7 | 1,5-17 | — |
| Водород | 0-4,8 | — | — |
| Пар | 3,5-5 | 0,4-3,9 | — |
| Углерод | 4-11 | 1-9 | — |
| Угарные газы | 0,4-11 | 0,01-4 | токсичные |
| Углеводороды | 0,1-2,9 | 0,008-0,4 | токсичные |
| Альдегиды | 0-1,9 | 0,001-0,008 | токсичные |
| Оксиды серы | 0,002 | 0,03 | токсичные |
| Сажа | 0,039 | 1,2 | канцероген |
| Бензапирен | 0,01 | 0,01 | канцероген |
Справка. Одна машина выбрасывает 1 кг канцерогенов, которые сохраняются в воздухе до 4-5 лет.
Состав выхлопных газов зависит от топлива, на котором работает автомобиль. Бензиновый двигатель содержит большую долю свинца, дизельный – сажу. В российских городах проблема усугубляется отсутствием контроля выхлопов на содержание вредных частиц.
Объем выхлопных газов
Количество отработанных газов определяют расходом топлива. Норма указывается производителем в технических характеристиках автомобильного транспорта. Объем выхлопных газов рассчитывают по схеме – 1 кг сожженного бензина образует 15,5 кг различных газовых смесей.
Бензиновый двигатель выбрасывает в воздух от 0,7 до 0,8 г/см3, автомобиль, работающий на дизельном топливе, оставляет 0,8 г/см3. До 75% свинца, окисей углеродов, азота загрязняют атмосферу, из них 40% выпадает на почву, остальное остается в воздухе.
Учитывая количество машин на улицах городов, можно представить концентрацию выхлопных газов, которыми дышит человек.
Дополнительная информация. Уровень загазованности в Москве превышает допустимые нормы в 30 раз. Более 120 дней в году над столицей висит смог.
Влияние выхлопных газов на окружающую среду
Автомобильные выбросы загрязняют окружающую среду. У неисправной машины выхлоп канцерогенных веществ увеличивается в 3-4 раза. Все это поднимается в атмосферу, вызывая катаклизмы.
Выбросы стоят на первом месте по загрязнению атмосферных слоев. Это вызывает глобальное потепление, становится причиной кислотных дождей.
Газовые выхлопы стали причиной подтопления стран Запада в 2002 году. Были затоплены Франция, Германия, Чехословакия, Италия. Вызвали засуху и смог на территории центральной России.
Горячий воздух выхлопов, встречаясь с воздушными потоками Гольфстрима, нагревает атмосферу, что вызывает обильные осадки и подтопления.
Справка. 1 автомобиль, проехавший 10-15 тыс. км, расходует около 2-х тонн топлива, сжигая при этом 28 тонн воздуха, из которых 5 тонн кислорода. При этом он выделяет в атмосферу 690-700 кг угарного газа ежегодно.
Влияние на человека
За прошедшие полвека количество автотранспорта резко увеличилось. Выхлопные газы навсегда заполнили города и стали основным источником химического загрязнения воздуха. Они наносят непоправимый вред здоровью человека.
Угарный газ выхлопов бесцветен и не имеет запаха. Заполняя дыхательные пути, вызывает отравления организма, головную боль, тошноту, обмороки, летальный исход. Все зависит от дозы попавшего в организм вещества.
Оксиды серы и свинца – это канцерогены, вызывающие злокачественные новообразования, бронхит, сужают сосуды мозга, разрушают нервную систему. При длительном вдыхании CO2 (угарный газ) наступает смерть. Взаимодействие частиц образует смог, который с каждым вдохом отнимает здоровье.
Влияние на природу
Загрязнение атмосферы уже сегодня сказывается на “легких” планеты – лесах. Состояние, в котором находится зеленый покров, показывает степень загрязненности воздуха.
Примером служит “Комсомольская роща”, высаженная у трассы Москва – Санкт-Петербург. Постоянный поток выхлопов автомобилей, снижает естественный газообмен. Листва, покрытая сажей и пылью, не поглощает кислород, теряет цвет. Деревья плохо растут, появляется корявость, они ослаблены.
Автомобильные выхлопы превышают объемы выбросов железнодорожного транспорта. Ежегодно только российские машины пополняют воздух 21,5 млн. тонн ядовитых веществ.
Внимание! В конце 2019 года в Тольятти ухудшились метеоусловия из-за накопления выбросов в нижнем слое атмосферы. Ситуация продолжалась 2 недели, ей был присвоен оранжевый уровень опасности.
Как защититься от выхлопных газов
Человек знает, что загрязнение воздуха выхлопами автомобилей приносит вред, но не каждый задумывается о защите от них. Чтобы сохранить здоровье, нужно принимать меры предосторожности:
- Меньше вредных веществ выделяет автомобиль, едущий со скоростью от 40 до 80 км/ч. На скоростных трассах никто не соблюдает такой режим. Поэтому полезнее ехать с закрытыми окнами, с включенным кондиционером.
- На время стоянки двигатель лучше выключить. Работающий двигатель неподвижного авто затянет дым к пассажирам.
- При перевозке негабаритного груза не всегда удается закрыть крышку багажника. В таком случае нужно закрыть окна и включить вентиляцию на полную мощность. Давление воздуха не даст отработанным газам заполнить салон.
- Новый и исправный автомобиль вырабатывает меньше ядовитых газов. Поэтому нужно вовремя исправлять неисправности.
- Салон машины нужно проветривать утром и вечером с отключенным двигателем.
- Установка угольного фильтра защитит салон от попадания опасных выхлопов.
Проблема загрязнения атмосферы автомобильными выхлопными газами касается и пешеходов:
- при ходьбе нужно избегать дорог с оживленным движением;
- для прогулок выбирать парки;
- не открывать окна, выходящие на улицу с автомобильным движением;
- для занятий спортом на свежем воздухе нужно обратить внимание на зеленую зону;
- если частный дом стоит вблизи улиц с интенсивным движением, хорошей идеей станет посадить живую изгородь, которая воспрепятствует попаданию выхлопов на участок;
- при сильной загазованности прикрывать органы дыхания.
Для защиты используют специальные средства для органов дыхания, медицинская маска не поможет.
Заключение
Ядовитые выхлопные газы вредны для окружающей среды и человека. Они содержат большое число отравляющих веществ. Их объем ежегодно увеличивается, усугубляя проблему загрязненности. Для сохранения здоровья нужно принимать меры предосторожности и знать, как защититься от вредных веществ.
Воздействие двигателей внутреннего сгорания на окружающую среду — Экобаланс
17 сентября 2018
На сегодняшний день к двигателю внутреннего сгорания предъявляются очень жесткие нормы загрязнения, которые требуют всё более хорошего оборудования для очистки выхлопных газов.
Например, в США в Калифорнии (где большая концентрация автомобилей) действуют такие нормы, что если бы такой автомобиль попал бы на наших улицах в пробку, то в выходящих из выхлопной трубы этого автомобиля газах содержание вредных веществ было бы меньше, чем в воздухе, поступающем в мотор, и у нас ездили бы по улицам «очистители воздуха».
Загрязнения двигателями внутреннего сгорания
Почему же тогда безупречно работающий двигатель внутреннего сгорания производит загрязняющие вещества?
В бензиновых и дизельных моторах используются очень разные топлива, которые содержат больше всего углеводороды CH. Помимо этого в топливах есть еще некоторые добавки и увеличители октанового числа. При реакции соединений оксида углерода (СО) и кислорода воздуха образуется диоксид углерода, или углекислый газ (CO2) и водяной пар (H2O).
Результатом неполного сгорания является то, что выхлопные газы содержат больше или меньше вредных соединений.
Неполное сгорание может быть обусловлено коротким временем горения топлива в цилиндрах мотора, разницей температур горения (более насыщенная смесь, при которой повышается температура горения), разница температуры воздуха, поступающего в мотор (если воздух забирается из-под капотного пространства, где температура поднялась до 70 oC, то в таком расширенном воздухе количество кислорода меньше по сравнению с наружным воздухом с температурой 25 oC). Также неполное сгорание может быть по причине неисправности системы зажигания и других факторов, из-за чего в выхлопные газы содержат больше или меньше вредных веществ.
По науке в воздухе 78% азота (N) и 21% кислорода (O2), остальной 1% образуют другие газы.
Для того чтобы при сжигании топливной смеси было как можно меньше вредных остатков горения, смесь должна быть такой консистенции, что на 1 кг бензина приходилось бы 14,7 кг (не литров) воздуха.
То же отношение, выраженное в литрах: на 1 литр бензина 9500 литров воздуха (данные BOSCH Gasoline-Engine Management).
Компоненты, содержащиеся в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания
Компоненты, содержащиеся в выхлопных газах можно разделить на вредные и безвредные.
Безвредные вещества:
- Азот N2
- Кислород O2
- Диоксид углерода CO2 (парниковый эффект)
- Водяной пар H2O
В выхлопных газах всегда есть кислород. Если большая его часть не израсходована, то состав такой смеси слишком ненасыщенный, или до процесса сгорания не было корректного смешивания кислорода и топлива. При нормальном горении содержание остаточного кислорода очень маленькое, потому как большая часть его всегда используется.
Диоксид углерода (CO2) и водяной пар – остатки горения. Чем больше количество (CO2), тем более полным было горение топливной смеси. Во время горения топлива в цилиндрах мотора остается около 14% (CO2). За это время, когда выхлопные газы проходят катализатор и достигают выхода выхлопного коллектора, повышается объем диоксида углерода до 15%-16%.
Возникший в результате деятельности человека смог промышленных предприятий, выхлопные газы автомобилей и дымовые потоки современных реактивных самолетов больше всего нарушают экологическое равновесие. Содержание углекислого газа в продукте горения углеродосодержащих топливных веществ в течение последних лет сильно возросла.
Находящийся в атмосфере углекислый газ препятствует тепловому обмену, который обусловливает чрезмерное нагревание днем и охлаждение ночью. Сжигая фоссильные топливные вещества, человек выбрасывает в атмосферу огромное количество углекислого газа. CO2 образует над землей купол, сохраняющий тепло, это явление ученые называют парниковым эффектом и газ – углекислым газом.
Каждый продавец при продаже нового автомобиля должен указывать, сколько граммов CO2 производит данный автомобиль при прохождении 1 км. Количество CO2 можно уменьшить с уменьшением расхода топлива.
Вредные вещества:
МОНООКСИД УГЛЕРОДА ИЛИ УГАРНЫЙ ГАЗ (СО)
Угарный газ возникает тогда, когда в составе поступающей в цилиндры мотора смеси слишком мало кислорода. На количество кислорода могут влиять засоренный воздушный фильтр или положение дроссельной заслонки (закрыта или открыта), и, конечно, играет свою роль забытый в закрытом положении воздушный клапан.
Большое количество оксида углерода СО возникает, если топливная смесь слишком насыщенная. Продолжительность жизни мотора зависит от состава поступающей в цилиндры смеси. Наибольшее количество СО в выхлопных газах образуется во время горения топливной смеси в цилиндрах.
При соприкосновении с воздухом СО реагирует относительно быстро и образуется диоксид углерода СО2. Угарный газ для человека вреден и опасен.
Он связывается с красными кровяными тельцами и снижает способность усваивать кислород, так как организм не хочет усваивать углекислый газ и кровные тельца остаются со своей «нагрузкой» на более долгое время, чем обычно. Большее, чем 0,3% содержание угарного газа во вдыхаемом воздухе в течение определенного времени может быть для человека смертельным.
НЕСГОРЕВШИЕ ЧАСТИЦЫ БЕНЗИНА ИЛИ УГЛЕВОДОРОДЫ (НС)
Малое количество кислорода в поступающей в мотор горючей смеси (которое содействует неполному сгоранию в цилиндрах мотора и исходя из этого увеличению количества угарного газа) влияет при неполном сгорании и на увеличение углеводородных соединений и копоти. Также этому способствует и позднее зажигание (если позднее, то остается мало времени на горение топлива) и вышедшая из строя система зажигания (высоковольтные провода, свечи, сломанные контакты), также и насыщенная смесь.
В результате уменьшения давления поступающего в форсунки топлива или засорения форсунок топливные частицы становятся слишком большими и для полного сгорания требуют большего времени, чем получают.
Так называемые «ароматические водородные соединения» имеют острый запах и способствуют возникновению рака.
Водородные соединения при взаимодействии с оксидом азота на солнечном свете образуют смог, который практически без запаха, но раздражает слизистую и обладает наркотическим действием.
В больших количествах несгоревшие частицы топлива вредны для человеческого здоровья и оказывают влияние, например, на исчезновение лесов.
ОКСИД АЗОТА (NOx)
Основной компонент воздуха азот N2 (около 70%) при нормальных условиях не реагирует с кислородом. Но при больших температурах и давлении (например, в процессе горения топлива в цилиндрах двигателя) происходит химическая реакция, в результате которой образуется монооксид азота (NO).
На выходе из цилиндров мотора и реагируя с кислородом, образуется диоксид азота NO2. Эти соединения называют оксидами азота в степени икс (NO+ NO2 = NOx).
Количество NOx зависит от температуры горения в цилиндрах в кубической функции, то есть если температура горения повышается (при более насыщенной смеси),то NOx увеличивается в 3 раза в степени.
Для того чтобы уменьшить содержание оксидов азота, в современных автомобилях используют систему возврата выхлопных газов (EGR).
Принцип работы: если автомобиль движется по шоссе с одинаковой скоростью, то часть выхлопных газов направляется обратно в цилиндры, и состав топливной смеси ухудшается, температура горения уменьшается и количество NX газа уменьшается до разов «в кубе» Оксид азота в больших количествах раздражает дыхательные органы и появляются признаки отравления. При взаимодействии с солнечным светом и углеводородами оксиды азота способствуют появлению смога и возникновению кислотных дождей. По оценкам ученых содержащийся в выхлопных газах оксид азота влияет на урожайность. Исследование, проведенное в Италии показывает, что выхлопные газы существенно ухудшают качество спермы у молодых и мужчин среднего возраста.
СВИНЕЦ И СОЕДИНЕНИЯ СВИНЦА
Поскольку в настоящее время в основном используется бензин без содержания свинца, или этилированный бензин, то больше не приходится говорить о соединениях свинца в автомобильном топливе.
ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ
Твердые частицы – очень маленькие, которые образуются в процессе несовершенного горения из топлива и масла. Черный дым, который выделяет дизельный мотор при больших нагрузках, в большом количестве содержит твердые частицы.
Это происходит, поскольку при больших нагрузках в моторе возникает дефицит воздуха и часть топлива не сгорает. Твердые частицы являются причиной возникновения рака дыхательных путей. При работе дизельного мотора угарного газа СО образуется относительно мало.
Углеводород – отход рабочего процесса дизельного мотора, он содержит плохо пахнущие компоненты и является причиной появления смога.
Снижение вредных соединений, содержащихся в выхлопных газах, на требуемый уровень не такое легкое дело, как можно считать. С твердыми частицами казалось бы просто – сделаем процесс горения более эффективным, количество частиц в выхлопных газах уменьшится и расход топлива уменьшится тоже. Более эффективным процесс горения топлива можно сделать с увеличением количества воздуха.
Дизельные моторы работают лучше с излишком воздуха, то есть в камеру сгорания подается немного больше воздуха, чем это необходимо для горения впрыскиваемого топлива. Обычно о воздухе, необходимом для горения, заботится турбокомпрессор.
Так как воздух, прошедший через турбокомпрессор, горячий и расширенный, его следует охладить, чтобы в ограниченное пространство камеры сгорания вместить как можно большее количество кислорода. Для этого используется промежуточный охладитель.
Эффективность увеличивает и повышение температуры горения, что не совсем правильно, поскольку это в свою очередь способствует увеличению оксида азота.
Если мы хотим уменьшить количество соединений NOX, появляются некоторые моменты: понижение температуры горения, которое уменьшило бы количество оксида азота, делает процесс горения неэффективным и увеличивает появления СО и твердых частиц.
Поэтому балансируют производители моторов в поиске между комбинациями наименьших нормам выбросов выхлопных газов и меньшего расхода топлива. Если достигаются хорошие результаты в области выбросов выхлопных газов, то неизбежно увеличивается расход топлива.
Прежде всего, расход топлива увеличивается за счет снижения температуры горения.
Влияние режимов работы автомобилей на количество токсичных выбросов
Автомобильные двигатели обычно работают на неустановившихся режимах с переходом от режима холостого хода на разгон, на движение с постоянной или переменной скоростью и режим торможения.
При таких изменениях режимов работы меняется как объем, так и концентрация токсичных выбросов. В качестве примера в табл. 5.
14 приведены концентрации токсичных выбросов СО, CnOnr NOv в зависимости от различных режимов работы двигателя.
Таблица 5.14
Изменение концентрации СО, CwOm, NOA. в зависимости от режимов работы двигателя
| Токсичные вещества | Концентрация токсичных выбросов, % | |||
| холостой ход | разгон | постоянная скорость | торможение | |
| Бензиновой двигатель: окись углерода СО | 6,9 | 2,9 | 2,7 | 3,9 |
| Дизельный двигатель: углеводороды CnOm окись азота N0 |
Самая большая концентрация оксида углерода наблюдается на холостом ходу бензинового двигателя (6,9%). Однако при оценке токсичности выбросов двигателя следует учитывать не только концентрацию.
Самый большой объем выбросов получается при разгоне автомобиля (45—50%), когда включается в работу ускорительный насос, в результате резко возрастает расход топлива и обогащение горючей смеси, а следовательно, и выброс токсичных компонентов.
Скорость движения автомобиля существенно влияет на величину токсичных выбросов. Минимальное выделение вредных веществ происходит у грузовых автомобилей при постоянной скорости движения 50—60 км/ч, а легковых — примерно при 70 км/ч, т.е. когда наблюдается минимальный расход горючего.
С уменьшением скорости движения автомобиля количество токсичных выбросов возрастает. Так, на горизонтальном участке дороги при снижении скорости в три раза (с 60 до 20 км/ч) выброс оксида углерода СО увеличивается в 2,5 раза.
На городских улицах, где транспорт часто останавливается на перекрестках, перед светофорами и двигается неравномерно с ускорениями и замедлениями, СО выделяется гораздо больше по сравнению с равномерным движением на автомагистралях (табл. 5.15).
Чем больше остановок, тем больше вредных веществ (СО, С„От) выбрасывается автомобилем.
Таблица 5.15
Выбросы токсичных веществ в зависимости от режима движения
| Режим движения | Токсичные выбросы легкового автомобиля, г/км | ||
| СО | с„ои | NO.v | |
| Безостановочное | 18,2 | 1,37 | 1,0 |
| Движение автомобиля при наличии: светофора | 19,6 | 1,5 | 1,07 |
| одного перекрестка | 21,5 | 1,56 | 1,06 |
| двух перекрестков | 24,2 | 1,62 | 1,05 |
Несколько другая картина наблюдается при оценке выбросов NOx: чем больше перекрестков, тем меньше выбросов в атмосферу N0,.. Это объясняется тем, что при частых остановках автомобиля температура в камере сгорания остается сравнительно низкой и выбросы NOv снижаются. При равномерном безостановочном движении, когда температура в камере в сгорания повышается, выбросы NOx несколько повышаются.
Влияние автотранспорта на окружающую среду
Обоснована актуальность проблемы экологической безопасности автомобильного транспорта, показано влияние его эксплуатации на окружающую среду, определены векторные направления по повышению экологической безопасности автомобильного транспорта.
Установлено, что значительное влияние на интенсивность загрязнения окружающей среды от автотранспорта оказывает плохое состояние технического обслуживания автомобилей, низкое качество топлива, слабое развитие системы управления транспортными потоками.
Отмечено, что загрязнение окружающей среды автомобильными выбросами происходит не только от выхлопных газов, но и от испарений самого топлива из топливной системы автомобиля, утечки топлива из-за негерметичности и т. д.
Ключевые слова: автомобильный транспорт, выхлопы, парниковые газы, загрязнение, окружающая среда.
Воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду очень значительно, поскольку транспорт выступает в качестве основного потребителя энергии и сжигает большую часть мировой нефти. В транспортном секторе именно автомобильный транспорт является крупнейшим источником глобального потепления. [4]
Другие экологические последствия эксплуатации автомобильного транспорта включают пробки на дорогах и автомобильное разрастание городов, которые могут занимать естественную среду обитания и сельскохозяйственные угодья.
Снижение автомобильных выбросов во всем мире будет иметь значительное положительное влияние на качество воздуха, на снижение кислотных дождей, смога, изменение климата. Воздействие автомобильных выхлопов на здоровье человека также вызывает обеспокоенность.
Оксиды углерода и азота, углеводороды, соединения, содержащие серу, — это тот опасный «коктейль», который мы употребляем каждый день на улицах нашего города. Вреден для человека и автомобильный шум — он влияет не только на слух, но и на развитие гипертонии, язвы желудка и диабета.
Загрязнение автомобильным транспортом приводит к появлению кратко- и долгосрочных эффектов на окружающую среду. Вследствие автомобильных выхлопов выделяется широкий спектр газов и твердых веществ, воздействие которых приводит к интенсификации глобального потепления, выпадению кислотных дождей. Шум двигателя и разливы топлива также приводят к загрязнению.
- Загрязнение автомобильным транспортом оказывает воздействие по нескольким направлениям:
- ‒ глобальное потепление:
- ‒ загрязнение воздуха, воды и почвы;
- ‒ влияние на человеческое здоровье.
Во время эксплуатации автомобиля с двигателями внутреннего сгорания источниками выбросов вредных веществ являются: отработанные газы; картерные газы; испарения из систем питания; неконтролируемый разлив на грунт эксплуатационных материалов. В отработанных газах автомобилей находится большое количество свинца, который вместе с солями других металлов попадает в почву, в поверхностные и грунтовые воды и поглощается растениями, которые затем использует и потребляет человек.
Выхлоп из автомобилей содержит различные парниковые газы, такие как монооксид углерода и оксид азота. Эти газы обладают способностью блокировать солнечные лучи, которые отражаются от поверхности Земли.
Эта солнечная энергия попадает в атмосферу Земли и вызывает отклонения в температуре. Это один из основных факторов глобального потепления [9].
Используя сложные климатические модели, Межправительственная группа экспертов по изменению климата прогнозирует, что глобальная средняя температура поверхности поднимется с 1,4 ℃ до 5,8 ℃ к концу 2100 года [3].
Вредное воздействие глобального потепления на окружающую среду проявляется в таких негативных последствиях как опустынивание, увеличение таяния снега и льда, повышение уровня моря, сильные штормы и экстремальные природные явления [9].
Большинство автомобилей изготавливаются для обеспечения идеального сжигания топлива, но через некоторое время, когда автомобиль подвергается износу, двигатель не может эффективно функционировать, что приводит к выбросу токсичных веществ.
Эти загрязнители вредны для живых существ и вызывают множество заболеваний органов дыхания и рака легких у людей. Токсичные газы могут также разрушать растения, которые являются важной составляющей экологического цикла.
Одной из самых больших угроз, которую загрязнение автомобилей создает для окружающей среды, является истощение озонового слоя. Озоновый слой предотвращает попадание вредных ультрафиолетовых (УФ) лучей в нашу атмосферу. УФ-лучи могут вызывать множество заболеваний и изменять генетический состав живых существ.
Хотя хлорфторуглероды (ХФУ) были запрещены к использованию в автомобилях, страны, где правила регулирования и контроля менее строгие, все еще используют их [6].
Загрязняющие вещества автотранспорта, возникающие на дорогах, распространяются через обочины дорог, тротуары, имеющиеся пространства между зелеными насаждениями и домами, расположенными вдоль улицы внутрь кварталов и дворов жилого района. Здесь существует сложный механизм формирования биоклиматических и экологических состояний через взаимодействие автотранспортных средств с дорогой и ее инфраструктурами (светофоры, обочины и прочее).
Загрязнение от автомобилей также влияет на качество воды, поскольку диоксид серы и диоксид азота становятся причиной выпадения кислотных дождей. Масло и топливо, просачиваясь из автомобилей, попадает в почву вблизи автомагистралей, а выбросы топлива и твердых частиц из автомобильных выхлопов загрязняют озера, реки и водно-болотные угодья.
Масло, которое вытекает из автомобилей из-за утечек, смешивается с ливневой водой и загрязняет природные ресурсы воды. Обследования, проведенные на протяжении многих лет, показали, что городской сток был одним из крупнейших источников ухудшения качества воды.
Подземные резервуары для хранения топлива, на которых размещены заправочные станции, также становятся причиной попадания тысяч тонн загрязняющих веществ в воду из-за утечки. Эти загрязнители влияют на баланс водной среды, поскольку вследствие эвтрофикации происходит быстрое разрастание водорослей, уровень воды падает.
Это, в свою очередь, приводит к гибели рыбы и других водных организмов. Кроме того, загрязняющие вещества, которые перемещаются по водоему, по пищевой цепочке попадают в человеческий организм.
Использование автомобилей приводит к возрастанию шумового загрязнения, вследствие которого произошло нарушение экологического цикла, и многие животные испытали в связи с этим проблемы в поведении.
Помимо воздействия на окружающую среду, шумовое загрязнение может вызвать ряд заболеваний у людей, таких как высокое кровяное давление и психический стресс По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), по воздействию на здоровье человека шум уступает только загрязнению воздуха. Это является основной причиной не только потери слуха, но также болезней сердца, проблем с обучением детей и нарушения сна [7].
Хотя общепризнано, что один автомобиль не способен вызывать шумовое загрязнение, но в тех случаях, когда люди используют модифицированные глушители для изменения звука своих машин, шум, создаваемый одним транспортным средством, равен уровню, создаваемому сотнями транспортных средств. Кроме того, люди склонны использовать тяжелые стереосистемы, способные создавать оглушительные уровни шума. Стандартная стереосистема имеет усилители с конфигурацией 5 Вт. Однако динамики, используемые в машинах, имеют усилители мощностью 700 Вт.
- Анализируя современный этап развития мирового производства и эксплуатации автомобиля, необходимо сказать, что влияние автомобильного транспорта на загрязнение окружающей среды и на здоровье людей обусловлено тем, что:
- ‒ деятельность основной массы автомобильного транспорта сконцентрирована в местах с высоким показателем населения — городах, промышленных центрах;
- ‒ вредные выбросы от автомобилей осуществляются в низких, приземных слоях атмосферы, где проходит основная жизнедеятельность человека;
- ‒ отработанные газы двигателей автомобилей содержат высококонцентрированные токсичные компоненты, которые являются основными загрязнителями атмосферы.
- Наибольший выброс токсичных веществ в отработавших газах автомобилей происходит при неправильно отрегулированном карбюраторе, системе зажигания, форсунках, топливном насосе высокого давления, а также при неисправностях системы выпуска отработавших газов [2].
При неисправности этих систем и механизмов выделение вредных веществ в отработанных газах увеличивается в несколько раз.
При хорошо отрегулированном карбюраторе содержание окиси углерода на всех режимах работы двигателя не превышает предела 0,5–0,2 %, что соответствует норме работы двигателя на средних оборотах, и в то же время при неисправном или не отрегулированном карбюраторе его содержание увеличивается в 2,5–5,0 раз. Вредные выбросы автомобильного транспорта существенно зависят от режима работы двигателя и качества используемого горючего.
- Таким образом, повседневная эксплуатация автомобилей заключается в использовании эксплуатационных материалов, нефтепродуктов, природного газа, атмосферного воздуха, и сопровождается все это негативными процессами, а именно:
- ‒ загрязнением атмосферы;
- ‒ загрязнением воды;
- ‒ загрязнением земель и почв;
- ‒ шумовыми, электромагнитными и вибрационными воздействиями;
- ‒ выделением в атмосферу неприятных запахов;
- ‒ выбросом токсичных отходов;
- ‒ тепловым загрязнением.
- Влияние автомобильного транспорта на окружающую среду проявляется:
- ‒ во время движения автомобилей;
- ‒ при техническом обслуживании;
- ‒ при функционировании инфраструктуры, обеспечивающей его действие.
- Для обеспечения экологически устойчивого развития экологической безопасности автомобильного транспорта необходимо эффективное использование имеющихся инфраструктур, снижение потребностей на перевозки и готовность перехода к использованию экологически чистых транспортных средств, а при разработке конструкций новой автомобильной техники нужно рассматривать экологические приоритеты автомобиля с учетом его полного жизненного цикла.
- Литература:
- Ефименко К. М. Загрязнение окружающей среды автотранспортом города Шахты / К. М. Ефименко, О. В. Самоходкина // Приоритетные направления развития образования и науки: материалы III Междунар. науч.–практ. конф. (Чебоксары, 11 нояб. 2017 г.) / редкол.: О. Н. Широков [и др.] — Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2017. — С. 14–19.
- Cars, Trucks, and Air Pollution. — December 5, 2014. — [Electronic resource]. Access Mode: https://www.ucsusa.org/clean-vehicles/vehicles-air-pollution-and-human-health/cars-trucks-air-pollution#.WyVDIqczbIU
- COP 23 — UN Climate Change Conference in Bonn. — [Electronic resource]. Access point: https://www.cop23.de/en/
- Fuglestvet et al. Climate forcing from the transport sectors // Center for International Climate and Environmental Research. — 2008. — [Electronic resource]. Access Mode: https://www.researchgate.net/publication/5670799_Climate_forcing_from_the_transport_sectors
- Health Effects from Automobile Emissions. — [Electronic resource]. Access Mode: https://fortress.wa.gov/ecy/publications/publications/0002008.pdf
- Jenny Green. Effects of Car Pollutants on the Environment. — March 13, 2018. — [Electronic resource]. Access Mode: https://sciencing.com/effects-car-pollutants-environment-23581.html
- Noise // Official web-site if WCO Europe. — [Electronic resource]. Access Mode: http://www.euro.who.int/en/health-topics/environment-and-health/noise/noise
- Rodrigue, Dr. Jean-Paul. The Environmental Impacts of Transportation // The Geography of Transport Systems. — April 2016. — [Electronic resource]. Access Mode: https://transportgeography.org/?page_id=5711
- When will the Arctic be ice free? — October 5, 2016. — [Electronic resource]. Access Mode: http://sciencenordic.com/when-will-arctic-be-ice-free
Основные термины (генерируются автоматически): автомобильный транспорт, окружающая среда, глобальное потепление, автомобиль, газ, отрегулированный карбюратор, шумовое загрязнение, экологическая безопасность, загрязнение воздуха, экологический цикл.
Лекция № 18. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТ АВТОТРАНСПОРТА
ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ОТ АВТОТРАНСПОРТА
Характеристика
автотранспорта как источника загрязнений
На современном этапе развития экономики
автомобильный транспорт играет важнейшую роль в обеспечении экономического
роста и социального развития государства.
По статистике автомобильный транспорт
выполняет около 60% перевозок грузов и около 55% перевозок пассажиров, а с
учетом личных легковых автомобилей — не менее 65% перевозок пассажиров, с
тенденцией дальнейшего увеличения этих показателей.
Автомобильный транспорт
является одной из важнейших составляющих транспортного обеспечения безопасности
страны.
Начало второй половины XX столетия
ознаменовалось интенсивным процессом автомобилизации общества. Развитие
автомобильного транспорта предопределило две четко выраженные и противоречивые
тенденции.
С одной стороны, достигнутый уровень автомобилизации, отражая
технико- экономический потенциал развития общества, способствовал
удовлетворению социальных потребностей населения, а с другой — обусловил
увеличение масштаба негативного воздействия на общество и окружающую среду,
приводя к нарушению экологического равновесия на уровне биосферных процессов.
Очевидная позитивность первой тенденции повлекла за собой ярко выраженные
нежелательные последствия. К концу прошлого века возникла и повсеместно
проявила себя, накрепко обосновавшись, новая угроза жизненно важным интересам
личности, общества, государства — реальная экологическая опасность для
жизнедеятельности, связанная с достигшим гигантских масштабов уровнем
автомобилизации.
Актуальность данной темы обусловлена
возрастающим количеством автомобильного транспорта и решением проблемы его
воздействия на качество городской среды и здоровье населения.
Во-первых, автотранспорт потребляет
значительное количество природных материалов и сырья, и прежде всего, не
возобновляемых и дефицитных энергоносителей, таких, например, как нефть, а
во-вторых, загрязняет окружающую среду. Одним из основных факторов негативного
воздействия автотранспорта па окружающую среду является загрязнение
атмосферного воздуха выхлопами газа.
Принцип работы автомобильных двигателей
основан на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив
нефтяного происхождения в тепловую, а затем механическую энергию.
Жидкие
топлива в основном состоят из углеводородов, газообразные, наряду с
углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При
сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар,
углекислый газ) и токсичные вещества.
Последние являются продуктами сгорания или
побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись
углерода СО, углеводороды С„;Н„, окиси азота (NO и N02), обычно обозначаемые
NOA.
Кроме перечисленных веществ вредное воздействие на организм человека
оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные
вещества, сажа и альдегиды.
Основным токсичным компонентом
отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является
окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за
недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его
частях.
Основным источником токсичных веществ,
выделяющихся при работе дизельных двигателей, являются отработавшие газы.
Химический состав выбросов зависит от
вида и качества топлива, технологии его производства, способа сжигания в
двигателе и его технического состояния. Один автомобиль ежегодно поглощает из
атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными
газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг
различных углеродов.
- Анализ влияния автомобильного транспорта
на окружающую среду и человека показывает, что с точки зрения наносимого
экологического ущерба автотранспорт лидирует во всех видах негативного
воздействия: загрязнение воздуха — 95%, шум — 49,5, воздействие на климат —
68%. Специфика источников загрязнения (автомобилей) проявляется: - • в высоких темпах роста численности
автомобилей; - • их пространственной рассредоточенности
(автомобили распределяются по территории и создают общий повышенный фон
загрязнения); - • их непосредственной близости к жилым
районам (автомобили заполняют все местные проезды и дворы жилой застройки); - • более высокой токсичности выбросов
автотранспорта; - • сложности технической реализации
средств защиты от загрязнений на подвижных источниках; - • низком расположении источника
загрязнения от земной поверхности, в результате чего отработавшие газы
автомобилей скапливаются в зоне дыхания людей (приземном слое) и слабее
рассеиваются естественным образом (даже при ветре) но сравнению с промышленными
выбросами, которые, как правило, осуществляются через дымовые и вентиляционные
трубы на значительной высоте. - Основными причинами ухудшения
экологической обстановки в городе являются значительный рост автомобильного
парка, медленное развитие транспортной инфраструктуры, недостатки в организации
движения, отставание эксплуатационной базы, низкие экологические характеристики
автомобилей, несоответствие качества используемого моторного топлива
современным требованиям.
Как уже отмечалось, автотранспорт
загрязняет воздух оксидом углерода, оксидами азота и серы, углеводородами,
альдегидами, сажей, а также свинцом и его соединениями.
Топливо и отработавшие
газы двигателей автомобилей по-разному влияют на организм человека, но наиболее
токсичными являются свинец и его соединения. При отравлении оксидом углерода
появляются головные боли, удушье, боли в животе и рвота, сонливость, учащенное
сердцебиение.
Отравлениям такого рода подвержены водители, работники службы
движения и пешеходы в больших городах.
Загрязнение окружающей среды токсичными
компонентами отработавших газов приводит к большим экономическим потерям. Это связано
прежде всего с тем, что токсичные вещества вызывают нарушения в росте растений,
приводят к снижению урожаев и потерям в животноводстве.
Грунтовые и поверхностные воды в большей
степени подвержены опасности загрязнения топливом, маслами и смазочными материалами.
Пленка из углеводородов на поверхности воды затрудняет процессы окисления,
отрицательно влияет на живые организмы и изменяет качество воды.
На концентрацию в воздухе токсичных
веществ влияют сорт топлива, тип двигателя, скорость и равномерность движения,
состав транспортного потока и интенсивность движения, возможности распределения
этих продуктов в атмосфере (топографические, метеорологические и климатические
условия — направление и скорость ветра, чистота и влажность воздуха, туман и
температура воздуха и др.). Концентрация вредных продуктов уменьшается с
удалением от проезжей части дороги, причем тем заметнее, чем выше скорость
ветра. В плотно застроенных и плохо проветриваемых районах городов, у
перекрестков концентрация таких веществ растет.
Еще одним фактором воздействия
транспорта на окружающую среду и человека является шум, создаваемый двигателем
внутреннего сгорания, шасси автомобиля (в основном механизмами трансмиссии и
кузова), а также в результате взаимодействия шин с дорожным покрытием.
Интенсивность шума зависит от топографии местности, скорости и направления
ветра, температурного градиента, влажности воздуха, наличия и типа шумозащитных
сооружений и др.
Влияние
режимов работы автомобилей на количество токсичных выбросов
Автомобильные двигатели обычно работают
на неустановившихся режимах с переходом от режима холостого хода на разгон, на
движение с постоянной или переменной скоростью и режим торможения. При таких
изменениях режимов работы меняется как объем, так и концентрация токсичных
выбросов.
Самая большая концентрация оксида углерода наблюдается на холостом
ходу бензинового двигателя (6,9%). Однако при оценке токсичности выбросов
двигателя следует учитывать не только концентрацию.
Самый большой объем
выбросов получается при разгоне автомобиля (45-50%), когда включается в работу
ускорительный насос, в результате резко возрастает расход топлива и обогащение
горючей смеси, следовательно, и выброс токсичных компонентов.
Скорость движения автомобиля существенно
влияет на величину токсичных выбросов. Минимальное выделение вредных веществ
происходит у грузовых автомобилей при постоянной скорости движения 50-60 км/ч,
а легковых — примерно при 70 км/ч, т.е.
когда наблюдается минимальный расход
горючего. С уменьшением скорости движения автомобиля количество токсичных
выбросов возрастает. Так, на горизонтальном участке дороги при снижении
скорости в три раза (с 60 до 20 км/ч) выброс оксида углерода СО увеличивается в
2,5 раза.
На городских улицах, где транспорт часто останавливается на перекрестках,
перед светофорами и двигается неравномерно с ускорениями и замедлениями, СО
выделяется гораздо больше по сравнению с равномерным движением на
автомагистралях (табл.).
Чем больше остановок, тем больше вредных веществ
(СО, С„Оm) выбрасывается автомобилем.
Таблица
Выбросы токсичных веществ в зависимости
от режима движения
| Режим движения | Токсичные выбросы легкового автомобиля, г/км | ||
| СО | C„Оn | NO.v | |
| Безостановочное | 18,2 | 1,37 | 1,0 |
| Движение автомобиля при наличии: светофора | 19,6 | 1,5 | 1,07 |
| одного перекрестка | 21,5 | 1,56 | 1,06 |
| двух перекрестков | 24,2 | 1,62 | 1,05 |
Несколько другая картина наблюдается при
оценке выбросов NOx: чем больше перекрестков, тем меньше выбросов в атмосферу
N0,. Это объясняется тем, что при частых остановках автомобиля температура в
камере сгорания остается сравнительно низкой и выбросы NOv снижаются. При
равномерном безостановочном движении, когда температура в камере в сгорания
повышается, выбросы NOx несколько
Оценка
уровня загрязнения атмосферного воздуха токсичными выбросами автомобилей
Как уже отмечалось, во время движения
автомобиля происходит выброс в атмосферу отработавших газов, в составе которых
наибольше место занимают СО, С,NOv, а также соединения свинца.
Для обеспечения
безопасности людей, животных и растительности необходимо знать величину
концентрации токсичных газов в атмосферном воздухе и скорость распространения
их от дороги, что позволяет рассчитать ширину санитарно-защитной зоны.
При этом
следует учитывать, что величина выброса, состав и распространение отработавших
газов существенно зависят от режима работы двигателя, продольного профиля
дороги (подъемы, спуски, площадки для стоянки), технического состояния,
интенсивности и скорости движения автомобиля, типа и состояния дорожного
покрытия, направления и скорости ветра.
Загрузка...
