Загрязняющие вещества
Отходящие газы двигателей содержат сложную смесь, из более чем двухсот компонентов, среди которых немало канцерогенов. Основным параметром, влияющим на интенсивность загрязнения окружающей среды является тип двигателя автомобиля. В таблице 1 указаны виды выбросов загрязняющих веществ от различных типов двигателей автомобилей.
Таблица 1
Основные виды выбросов загрязняющих веществ от различных типов двигателей автомобилей.
| Тип двигателя | Топливо | Основные виды загрязнений | Примеры |
| Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания | Бензин | Углеводороды, оксид углерода, оксиды азота | Автомобили, автобусы, самолеты, мотоциклы |
| Двухтактный двигатель внутреннего сгорания | Бензин (с добавлением масла) | Углеводороды, оксид углерода, оксид азота, твердые вещества | Мотоциклы вспомогательные моторы |
| Дизель | Лигроин | Оксиды азота, твердые вещества | Автобусы, трактора, машины, поезда |
Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива.
К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СХHY), окислы азота (NOX), бенз(а)пирен, альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% СХHY и 98% NOX, картерные газы по – 5% СХHY, 2% NOX, а топливные испарения – до 40% СХHY. Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания являются сажа, окись углерода, углеводороды, альдегиды.
Количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, зависит от целого ряда факторов. На выбросы оксида углерода значительное влияние оказывает рельеф дороги и режим движения автомашины. Так, например, при ускорении и торможении в отработавших газах увеличивается содержание оксида углерода почти в 8 раз. Минимальное количество оксида углерода выделяется при равномерной скорости автомобиля 60 км/ч. Выбросы оксидов азота максимальны при отношении воздух - топливо 16:1.
Таким образом, значения выбросов вредных веществ в отработавших газах автотранспорта зависят от целого ряда факторов: отношения в смеси воздуха и топлива, режимов движения автотранспорта, рельефа и качества дорог, технического состояния автотранспорта и др. Состав и объёмы выбросов зависят также от типа двигателя. Выбросы основных загрязняющих веществ значительно ниже в дизельных двигателях. Поэтому принято считать их более экологически чистыми. Однако дизельные двигатели отличаются повышенными выбросами сажи, образующейся вследствие перегрузки топлива. Сажа насыщена канцерогенными углеводородами и микроэлементами; их выбросы в атмосферу недопустимы.
1.4 Загрязнение почв и водной среды горюче-смазочными материалами
На почву и в поверхностные водоёмы со сточными водами автотранспортного комплекса и от ливневой канализации поступают, в основном, нефтепродукты и взвешенные вещества. В поверхностных стоках с проезжей части автомобильных дорог содержатся, кроме взвешенных частиц и нефтепродуктов, тяжёлые металлы (свинец, кадмий и др.) и хлориды, которые в зимний период применяются для борьбы с гололёдом. В среднем годовой сброс хлоридов за пределы дорог со стоками и снегом составляет около 500 тыс. т. кроме того, в окружающую среду поступает ежегодно около 35 тыс. т сажевых частиц в результате истирания автомобильных шин на дорогах [12].
Загрязнение воздуха ухудшает качество среды обитания всего населения придорожных территорий и контрольные санитарные и природоохранные органы обоснованно обращают на него первоочередное внимание. Однако распространение вредных газов имеет все же кратковременный характер и с уменьшением или прекращением движения также снижается. Все виды загрязнения воздуха через сравнительно короткое время переходят в более безопасные формы.
Загрязнение поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливается постепенно, в зависимости от числа проходов транспортных средств и сохраняется очень долго даже после ликвидации дороги. Для будущего поколения транспортное загрязнение почвы останется тяжелым наследством прошлого. Не исключено, что при ликвидации построенных нами дорог загрязненную неокислившимися металлами почву придется убирать с поверхности.
Накапливающиеся в почве химические элементы, особенно металлы, охотно усваиваются растениями и через них по пищевой цепи переходят в организм животных и человека. Часть их растворяется и выносится стоковыми водами, попадает затем в реки, водоемы и уже через питьевую воду также может оказаться в организме человека. Действующие нормативные документы требуют пока сбора и очистки стоков только в городах и водоохранных зонах. Учет транспортного загрязнения почвы и водоемов на территории прилегающей к дороге, необходим при проектировании дорог 1 и 2 экологического класса для оценки состава загрязнения почвы сельско-хозяйственных и селитебных земель, а также для проектирования очистки дорожных стоков.
Наиболее распространенным и токсичным транспортным загрязнителем, считается свинец. Он относится к распространенным элементам: его среднемировой кларк (фоновое содержание) в почве считается 10 мг/кг. Примерно такого же уровня достигает содержание свинца в растениях (на сухую массу). Общесанитарный показатель ПДК свинца в почве с учетом фона - 32 мг/кг.
По некоторым данным содержание свинца на поверхности почвы на краю полосы отвода обычно составляет до 1000 мг/кг, но в пыли городских улиц с очень большим движением может быть в 5 раз больше. Большинство растений легко переносят повышенное содержание в почве тяжелых металлов, только при содержании свинца более 3000 мг/кг возникает заметное угнетение. Для животных опасность вызывает уже 150 мг/кг свинца в пище.
В США в конце 70-х годов были опубликованы данные исследований, свидетельствующие, что в каждом погонном метре защитной полосы шириной 100 м дороги с интенсивностью движения 90 тыс. авт./сут за 10 лет эксплуатации аккумулировалось 3 кг свинца [29]. Это послужило действенным аргументом в пользу ограничения применения свинцовых добавок. По данным, полученным в Голландии, при общем фоновом содержании свинца в траве 5 мг/кг сухого веса, на обочинах его оказалось в 40 раз, а на разделительной полосе - в 100 раз больше [31]. Эти данные дали основание запретить использование дня фуража травы в полосе 150 м от автомагистралей.
Согласно выполненных латвийскими учеными замеров концентрация металлов в почве на глубине 5-10 см вдвое меньше, чем в поверхностном слое до 5 см. Наибольшее количество отложений обнаружено на расстоянии 7-15 м от края проезжей части. Установлено, что через 25 м концентрация снижается примерно вдвое и через 100 м приближается к фоновой [12]. Учитывая, однако, что до половины свинцовых частиц не выпадает сразу на землю, разносится с аэрозолями, выбросы свинца, хоть и в меньшей концентрации, могут откладываться на больших расстояниях от дороги.
По данным ряда наблюдений из общего количества выбросов твердых частиц, включая металлы, примерно 25 % остается до смыва на проезжей части, 75 % распределяется на поверхности прилегающей территории, включая обочины. В зависимости от конструктивного профиля и площади покрытия в сточные дождевые или смывные воды попадает от 25 % до 50 % твердых частиц [12].
В странах с высоким уровнем автомобилизации озабоченность вызывает загрязнение придорожной полосы остатками аварий, выброшенными старыми автомобилями. Только во Франции их число в 70-х годах достигало 1-1,5 млн. в год. Наряду с уборкой придорожной полосы за счет эксплуатационного финансирования установлены высокие штрафы за покинутый автомобиль. Очень жестко наказывается и выбрасывание на дорогах банок, бутылок и другого мусора. Конечно, результативность борьбы с загрязнением придорожных земель пользователями дороги зависит от общего порядка и качества содержания. Известно, например, что в США средние по штатам расходы на уборку дорог от мусора достигают 1 млн. долларов в год.
1.5 Предупреждение дорожной эрозии и оврагообразования
При решении задачи сбережения плодородия земель важнейшее значение имеет сохранение плодородного слоя почвы, который представляет собой сложную органоминеральную систему, требующую для своего существования определенных условий. На каждом гектаре почвенного слоя содержится более 1т бактериальной биомассы, обеспечивающей жизнедеятельность множества растительных и животных организмов и дающих около 99% продуктов питания человеку. Эти весьма ценные плодородные качества почв сравнительно легко и быстро уничтожаются в результате воздействия эрозии, различных механических повреждений, пестицидов, органических и других веществ. Процесс же восстановления плодородия почв очень сложен и длителен, например, чтобы воссоздать слой плодородной почвы толщиной 10 см требуется около 100 лет.