Вплив автомобільного транспорту на стан навколишнього середовища як наукова проблема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив автомобільного транспорту на стан навколишнього середовища як наукова проблема

1. Загальна характеристика складу атмосферного повітря

У життєдіяльності людини повітря є одним з головних продуктів споживання, і основною умовою існування. Адже без їжі вона може обходитись 5 тижнів, без води 5 днів, а без повітря - 5 хвилин. О крім того, нормальна життєдіяльність людини потребує повітря відповідної чистоти, а відхилення від норми, забруднення негативно впливають на організм. Тому охорона атмосферного повітря є важливою складовою проблеми оздоровлення зовнішнього середовища загалом.

Повітряна оболонка Землі формує атмосферу радіусом до 20000 м. Атмосферне повітря утворене з різних газів: 78,08% азоту; 20,95% кисню; 0,93% аргону; 0,03% вуглекислого газу; 0,01% неону; гелію; метану; радону та ін. Усі вони по-своєму важливі для людини, біосфери, формування клімату (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Основний склад сухого чистого повітря в приземному

З таблиці 1.1. видно склад атмосферного повітря включає такі компоненти: кисень(О₂), вуглекислий газ (СО₂), азот (N₂), гелій(Не), криптон(Kr), N₂O, водень(О₂), озон(О₃) [49,51].

Життя на Землі неможливе без кисню. Він є продуктом життєдіяльності зелених рослин, які виділяють його, споживаючи й розщеплюючи воду та вуглекислий газ при фотосинтезі. Усі інші живі істоти тільки споживають кисень. Вуглекислий газ надходить в атмосферу в результаті дихання живих істот, спалювання палива, гниття та розкладання органічних речовин.

У зв'язку з бурхливим розвитком промисловості й спалюванням великих обсягів палива темпи використання запасів кисню та накопичення вуглекислого газу в атмосфері різко збільшились. Унаслідок цього порушився кругообіг вуглецю в природі, що спричинило екологічну кризу - різке погіршення умов існування людини, зумовлене антропогенною дією на навколишнє середовище. Саме автомобільний транспорт, в результаті якого в повітря викидається велика кількість оксидів вуглецю, промислових газів, є основним джерелом забруднення повітря, що завдає великої шкоди природному середовищу і людям.

Забруднення атмосферного повітря-внесення в атмосферу або виникнення в ній нових, нехарактерних для неї фізичних, хімічних, біологічних речовин та перевищення природного рівня концентрацій речовин, які є складовими повітря.

Забруднення атмосфери стало глобальною проблемою, особливо гострою у розвинутих країнах. Збитки, завдані людству забрудненням атмосферного повітря, дуже великі й постійно зростають. Усе це актуалізує необхідність нарощування зусиль, спрямованих на охорону повітряного басейну [51].

Як свідчать дослідження, запаси повітря на Землі практично безмежні, вони є невичерпним ресурсом. Однак господарська, передусім промислова, діяльність людини шкідливо впливає на атмосферу, змінює склад забруднення атмосферного повітря спричинене процесами і явищами, що відбуваються у природі, та промислово-побутовою діяльністю людини.

Таблиця 1.2 - Маса забруднюючих речовин (т/рік), які викидаються в атмосферу

З таблиці 1.2. видно, що серед антропогенних викидів переважають: СО, SO_2, Pb, СО_2, H₂S [49].

2. Автомобільний транспорт як джерело забруднення довкілля

Спалювання палива. З метою одержання енергії використовують природний газ, попутний газ, скраплений газ, мазут, вугілля, торф, деревина, деякі газові промислові відходи.

Основною складовою частиною палива є органічна речовина. Органічна речовина складається з елементів: С, Н, О, Крім того у складі палива, у залежності від його природи, є сірка, азот, оксиди і сульфіди деяких металів.

При горінні палива відбувається окиснення сполук Гідрогену і Карбону з виділенням енергії:

С +0₂>СО_{2 Д}Н= -395 кДж?моль;

Н₂ + 1/20₂ >Н₂0 ДН= -287 кДж/моль.

При недостачі кисню протікають реакції:

2С + 0₂ >2С0 ДН= -111 кДж?моль;

С + СО₂ > 2С0 ДН= 172 кДж/моль.

При неповному згоранні кількість тепла, що виділяється, зменшується.

Домішки, що можуть бути в паливі при окиснені утворюють:

S+ 0₂ >S0₂

S0₂ - молекула стійка, але частково проходить реакція:

S0₂ + 0₂ - 2SО₃

В умовах високих температур молекули діоксигену дисоціюють:

0₂>0+0

тоді:

N₂ +0 > NО + N;

N+ 0₂ >NО +0;

2N0 + 0₂> NО₂

Органічні сполуки й у першу чергу вуглеводні, при високотемпературному окисненні утворюють альдегіди, карбонові кислоти, меркаптани.

Утворення твердих часточок (диму) залежить від складу палива й повноти згоряння, їх склад може бути самий різноманітний: пил незгорілого палива, попіл, силікати, плюмбум хлорид, цинк оксид та інші [79].

Найбільша кількість викидів у атмосферу при спалюванні палива припадає на карбон діоксид, рівень концентрації якого в атмосфері невпинно зростає. 3 1860 до 1960 рік вміст СО₂ в атмосфері зріс від 0,027 до 0,032%; з 1960 до 1970 - 0,033%, сьогодні становить - 0,034%. В атмосфері Землі знаходиться 2,5.1012 т карбон діоксиду. На Землі щорічно спалюється біля 2 млрд. т вугілля, біля 1 млрд. т нафти та газу, при цьому в атмосферу викидається 500 млн. т карбон діоксиду, 120 млн. т попелу, 60 млн. т сульфур діоксиду.

При спалюванні палива щорічно витрачається 23% кисню, що утворюється при фотосинтезі.

Таким чином, газові викиди при згорянні палива включають: карбон діоксид, карбон оксид, нітроген оксиди (N0, NО₂), сульфур оксиди (S0₂, S0), вуглеводні (СН₄, CH₂=CH₂, СН?СН), альдегіди, карбонові кислоти, меркаптани, водяну пару, тверді часточки (попіл, незгоріле паливо) та ін.

З твердими часточками газовії фази в атмосферу попадають і радіоактивні компоненти, що можуть бути в складі палива. За підрахунками при спалюванні вугілля в навколишнє середовище викидається радіоактивних компонентів більше, ніж в атомній енергетиці при безаварійній роботі. За кількісними показниками теплові електростанції є значними забруднювачами атмосфери (наприклад, по S0₂ - 53%) [79].

Транспорт. Для забезпечення життєдіяльності людство широко використовує транспорт. Біля 70% пасажирських і вантажних перевезень приходиться на дорожній транспорт. Транспортний сектор використовує різні види палива:

автомобільне паливо - 57%;

дизельне паливо - 22%;

авіаційне паливо - 12%;

котельне паливо - 7%;

інші види палива -2%.

З відпрацьованими газами двигунів та турбін в атмосферу надходить до 200 різноманітних речовин.

Усі газові викиди в атмосферу від транспортних засобів можна розділити на шість груп за їх небезпекою для людини.

Перша група динітроген, діоксиген, дигідроген, карбон діоксид, водяна пара.

Друга група - карбон оксид.

Третя - нітроген оксиди (N₂О, NО, NО₂).

Четверта - вуглеводні (етен, етин, метан, пропан, толуен, бензпірен і т.д.).

П'ята - альдегіди (метаналь, етаналь, бутаналь і т.д.)

Шоста група - сажа, оксиди металів, сполуки плюмбуму.

Кількість викидів зростає, так як зростає споживання палива (таблиця 1.З). За рік легковий автомобіль забирає з атмосфери 4350 кг діоксигену і викидає 3250 кг СО₂, 530 кг СО, 90-150 кг незгорілих вуглеводнів, 40 кг нітроген оксидів, 1 кг свинцю. Вантажний автомобіль викидає в атмосферу близько 600 кг СО на тону спаленого пального. Інтенсивність викидів тепловоза прирівнюється до інтенсивності газових викидів 15-20 вантажних чи 40-60 легкових автомобілів.

Таблиця 1.3 - Споживання пального на Україні по роках

З таблиці 1.3. видно, що кількість викидів зростає, так як зростає споживання пального.

Один літак ТУ-154 при злеті й посадці викидає в атмосферу в 100 раз більше шкідливих речовин ніж автомобіль. У результаті роботи двигунів тільки одного авіалайнера, що здійснює політ з Європи в Америку, викидається в атмосферу більше 76 т продуктів згоряння вуглеводневого палива (СО₂, СО, SО₂, NО, РЬВг₂ та ін.), а також значна кількість твердих часточок (сажа, вуглеводні, сульфати).

Таблиця 1.4 - Питомі викиди речовин двигунами транспорту

З таблиці 1.4. видно, що питомі викиди шкідливих речовин двигунами транспорту найбільші у дизельних двигунів.

Вихлопні гази транспорту вміщують цілий ряд вуглеводнів, крім того, у двигуні утворюються канцерогенні циклічні вуглеводні та їх похідні. Газові викиди транспорту в атмосфері зазнають впливу сонячного світла, що приводить до фотохімічних реакцій, у результаті яких утворюється NО₂, 0_з, пероксиди, 3,4 - бензпірен (С₂₂Н₁₄) та інші сполуки.

Крім газового викиду, через викидні труби (так званий - організований вихід), на транспорті є витрати пального через негерметичність системи: паливний бак - циліндр двигуна. У результаті випаровування з місць пропусків, паливо поступає в атмосферу [79].

3. Характеристика складників - забруднювачів довкілля під час роботи двигунів автомобілів

повітря автомобільний забруднювач двигун

Джерелами викидів шкідливих речовин автомобільних двигунів внутрішнього згоряння є:

а) відпрацьовані гази;

б) картерні гази;

в) випаровування з системи живлення.

Процентний розподіл шкідливих викидів між трьома джерелами забруднення такий:

Основні джерела випаровування палива - паливний бак карбюратор. Вони стосуються більше бензинових двигунів, дизельне паливо має меншу здатність випаровуватися, і паливна система дизеля більш герметична [71].

Картерні гази - утворюються в результаті прориву газів крізь нещільності циліндро-поршевої (групи з камери згорання в картер. Тут вони змішуються з парами олив і палива, яке змивається зі стінок циліндру. Треба відмітити, що картерні гази дизеля разів у 10 менше токсичні за картерні гази бензинових двигунів.

Сучасні автомобілі мають переважно замкнуту систему вентиляції картеру, яка практично унеможливлює викиди шкідливих речовин у атмосферу. Вони також надходять у циліндри двигунів і там згорають. Картерні гази і випаровування складаються, в основному, з вуглеводнів.

Отже, основну небезпеку щодо забруднення довкілля і зокрема атмосферного повітря мають відпрацьовані гази. У відпрацьовані гази входить більше 1000 різних шкідливих речовин, які чинять негативний вплив на людину і довкілля, 200 з них розпізнано. Основними серед них є: оксид вуглецю (СО), вуглеводні (загальна формула альдегіди (загальна формула RСНО), канцерогенні речовини, до яких належать складні ароматичні вуглеводні поліциклічної будови (основний елемент - найтоксичніший і якого найбільше, бенз(б) пірен - С₂₀Н₁₂), оксиди азоту (загальна формула NО), сполуки сірки (основна сполука - двооксид сірки S0₂), тверді частинки (в основному сажа, що складається з вуглецю - С), сполуки свинцю(PbO₄).

Таблиця 1.5 - Граничний вміст основних шкідливих речовин у ВГ бензинових двигунів і дизелів

З таблиці 1.5. видно, що граничний вміст шкідливих речовин для бензинових двигунів і дизелів суттєво відрізняється один від одного [15].

4. Характеристика впливу викидів автотранспорту на здоров'я людини

Результати антропогенного впливу на природу поставили людство на грань екологічної кризи і самознищення. Поширилися небезпечні за розмірами впливу на природу і людину процеси, що забруднюють акваторію Світового океану, прісних водоймищ, повітря, ґрунт, призводять до спустошення раніше родючих земель, катастрофічно знищують лісові масиви і т. ін. Несприятливі екологічні умови перетворились на постійний елемент життєдіяльності людства, що мають суттєвий вплив на різні сфери людської діяльності: економіку і політику, моральний і психічний стан та здоров'я людини. За даними ВОЗ, понад 80% усіх захворювань людини пов'язано з тими чи іншими аспектами екологічного порушення в біосфері [48].

Зупинимося на основних несприятливих екологічних процесах, зумовлених антропогенним впливом на природу і його дією на здоров'я людини.

Життя людини без використання кисню з атмосфери неможливе. Зменшення вмісту кисню в повітрі спричинює кисневий голод, який супроводжується запамороченням, болем в області потилиці, зниженням гостроти зору, нудотою. Зменшенням вмісту кисню до 8% веде до падіння температури тіла, анурії, зневоднення і смерті.

Іонізоване повітря має лікувальні властивості. Природно іонізоване повітря є в горах, поблизу водоспадів, серед буйної зелені, в зоні морського прибою, поблизу гейзерів і т. л. Невелика концентрація негативних іонів підвищує працездатність, знижує кисневу нестачу, має лікувальну дію при ряді захворювань [60].

Діоксид вуглецю, що є кінцевим продуктом окислення вуглецю, у концентраціях 1-2% не впливає негативно на організм людини. При збільшенні концентрації понад З% призводить до прискорення дихання, головного болю, шуму у вухах, підвищення артеріального тиску, серцебиття. Подальше підвищення концентрацій призводить до смерті. Важливу роль у житті людини і природи відіграє озон (О₃), який має сильні окислювальні властивості. Озоновий екран Землі затримує згубне для всього живого короткохвильове випромінювання Сонця.

В останні роки зменшення озонового шару Землі і виникнення «озонових дірок» пов'язують з дією фреонів, що входять до складу антропогенних аерозолів.

Гранично допустимий вміст озону в повітрі 0,000 1 мг/л. У великих концентраціях він викликає подразнення слизових оболонок верхніх дихальних шляхів, головний біль, стомлюваність, слабкість, підвищення потовиділення, а в концентрації 0,02 мг/л може розвинутися пневмонія. Існуючі джерела природного забруднення атмосфери прийнято ділити за походженням на біогенні та абіогенні. До перших відносяться гази і тверді частинки, які потрапляють в атмосферу при розкладі органічних речовин, а також внаслідок життєдіяльності живих організмів. Забруднювачі абіогенного походження - гази і пил, що надходять у повітря при вулканічній діяльності, з гейзерів і гарячих джерел, внаслідок пилових бур.

Найбільшу небезпеку для життя людини й живої природи мають забруднювачі повітря штучного (техногенного) походження. Внаслідок діяльності людини в атмосферу щорічно надходять понад 1500 млн. т діоксиду сірки, 200 млн. т оксиду вуглецю, понад 40 млн. т вуглеводів і 20 млн. т оксиду азоту. Ці гази змішуються з газами атмосфери, частинками пилу, найменшими краплинками рідини й утворюють аерозолі (тумани і дим), що стали візитними картками промислових міст і селищ [60].

Понад 20 млрд. т діоксиду вуглецю викидається в атмосферу від згоряння різних видів палива, що спалюються людиною. Його вміст в атмосфері в останнє десятиріччя невпинно збільшується. Діоксид вуглецю не тільки токсично діє на організм людини, а викликає ще й глобальне потепління в біосфері, яке зумовлено так званим «парниковим ефектом» і веде до зміни клімату з непередбаченими наслідками для всього живого.

При спалюванні палива атмосфера насичується ще одним продуктом неповного згоряння - оксидом вуглецю, гранично допустимі концентрації якого в атмосфері не повинні перевищувати 0,03 мг/л. Ця сполука хімічно більш активна до гемоглобіну крові ніж кисень. Вона витісняє кисень і не дає можливості нормально функціонувати дихальним ферментам. В організмі людини замість оксигемоглобіну утворюється карбоксигемоглобін.

У повітрі можуть також знаходитись різні вуглеводи, частина яких має токсичні й канцерогенні для організму властивості.

Господарська діяльність людини суттєво впливає на кругообіг речовин у природі (особливо азоту). При спалюванні вугілля, нафти, торфу, деревини та інших речовин відбувається збагаченням біосфери азотом. Надходячи в атмосферу, оксиди азоту взаємодіють з парами води й утворюють кислотні сполуки, які випадають на поверхню землі у вигляді кислотних дощів, згубних для всього живого.

Таблиця 1.6 - Вплив вихлопних газів автомобілів на здоров'я людини (за Х.Ф. Френчем, 1992 рік)

Размещено на Allbest.ru