Забруднення грунту вихлопними газами автотранспорту

Вступ

   Транспортно-дорожний комплекс – одне з найпотужніших джерел забруднення навколишнього середовища. Крім того, транспорт – основне джерело шуму у містах, а також джерело теплового забруднення.

   Гази, які виділяються внаслідок спалювання палива у двигунах внутрішнього згорання, містять більше 200 найменувань шкідливих речовин, у тому числі канцерогени. Нафтопродукти, залишки від стертих шин та гальмівних колодок, сипкі і пилові вантажі, хлориди, які використовують для посипання доріг взимку, забруднюють придорожні смуги та водні об’єкти.

   Важко уявити сучасну людину без автомобіля. У розвинутих країнах автомобіль вже давно став найнеобхіднішою побутовою річчю. Рівень так званої «автомобілізації» населення став одним з основних економічних показників розвитку країни і якості життя населення. Але ми забуваємо, що поняття «автомобілізації» включає в себе комплекс технічних засобів, що забезпечують рух: автомобіль та дорогу.У наш час автотранспорт є основним джерелом забруднення повітря у великих містах.

   Шкідливі речовини, під час експлуатації автотранспорту, потрапляють у повітря з вихлопними газами, випарами з паливних систем, а також під час заправки автомобіля паливом. На викиди оксидів вуглецю (вуглекислий газ і чадний газ) впливає також рельєф дороги та режим і швидкість руху автомобіля. Наприклад, якщо збільшувати швидкість авто і різко зменшувати її під час гальмування, то у вихлопних газах кількість оксидів вуглецю збільшується у 8 разів. Мінімальна кількість оксидів вуглецю виділяється при рівномірній швидкості автомобіля 60 км/год.

   Таким чином, вміст шкідливих речовин у вихлопних газах залежить від ряду умов: режиму руху автотранспорту, рельєфу дороги, технічного стану авто та ін.

    Тепер хочу спростувати один міф: дизельний двигун вважається екологічно чистішим, ніж карбюраторний. Але дизельні двигуни викидають дуже багато сажі, яка утворюється як продукт згорання палива. Ця сажа містить у собі канцерогенні речовини та мікроелементи, викид яких у атмосферу просто недопустимий. А тепер уявіть скільки цих речовин потрапляє у нашу атмосферу, якщо більшість наших потягів оснащені саме такими двигунами, бо дісталися нам у спадок від Радянського Союзу.

   Вихлопні гази накопичуються у нижніх шарах атмосфери, тобто шкідливі речовини знаходяться в зоні дихання людини. Тому автомобільний транспорт варто віднести до категорії найнебезпечніших джерел забруднення повітря поблизу автомагістралей.

   Забруднення поверхні землі транспортними і дорожніми викидами накопичується поступово, в залежності від кількості автотранспорту, що проїжджає через трасу, дорогу, магістраль і зберігається дуже довго навіть після ліквідації дорожнього полотна (закриття дороги, траси, магістралі або повна ліквідація шляху та асфальтного покриття). Для майбутнього покоління, яке найімовірніше відмовиться від автомобілів у їх сучасному вигляді, транспортне забруднення ґрунтів стане найболючішим і найважчим наслідком минулого. Можливо, що навіть під час ліквідації побудованих нашим поколінням доріг, забруднений неокислюючими металами та канцерогенами ґрунт доведеться просто прибирати з поверхні.

   Різні хімічні елементи, особливо метали, що накопичуються у ґрунтах, засвоюють рослини і через них по харчовому ланцюгу переходять в організм тварин і людини. Частина з них розчиняється і виноситься ґрунтовими водами, потім потрапляє в ріки, водойми і вже через питну воду може потрапити у людський організм.

   Найбільш поширеним і найтоксичнішим із транспортних викидів є свинець. Санітарна норма вмісту свинцю у ґрунті – 32 мг/кг.  За даними екологів вміст свинцю на поверхні  ґрунту біля траси Київ-Одеса в Україні наближається до 1000 мг/кг, але в місті, де дуже інтенсивний рух транспорту, цей показник може бути більшим у 5 разів. Більшість рослин легко переносить підвищення вмісту важких металів у ґрунті, лише при вмісті свинцю більше 3000 мг/кг починається пригнічення рослинного світу навколо дороги. Для тварин небезпечним є вміст 150 мг/кг свинцю у їжі.

Як можна захистити  навколишнє середовище від транспорту? Наприклад, у США будують захисні  смуги шириною 100 м з обох боків магістралі чи дороги, де дуже інтенсивний рух транспорту. За 10 років експлуатації такої дороги у її захисних смугах на кожному метрі акумулюється до 3 кг свинцю. У Голландії дозволено використовувати під посіви землю, яка знаходиться на відстані 150 м і далі від дороги, оскільки там дослідили, що у межах 150 м від магістралі у рослинах накопичується в середньому від 5 мг/кг до 200 мг/кг свинцю.

А тепер подивимося на нашу Україну: їдеш і біля дороги навіть без ніякої захисної смуги поля пшениці, рапсу, маку, буряків і т. ін. Коло дороги випасають худобу, ростуть  фруктові дерева, з яких восени збирають щедрий врожай.

Латвійські вчені встановили, що на глибині 5-10 см концентрація металів  менша, ніж на поверхні ґрунту. Найбільше  викидів накопичується на відстані 7-15 метрів від краю проїжджої частини, через 25 м концентрація знижується приблизно удвічі, а через 100 м наближається до норми. Також варто звернути увагу на те, що із загальної кількості викидів 25% залишається на самому дорожньому полотні, а решта 75% осідають на прилеглій території. Транспорт не лише забруднює навколишнє середовище, він також є джерелом шуму.

1  ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА  ЗАБРУДНЕННЯ ГРУНТУ ВИХЛОПНИМИ  ГАЗАМИ АВТОТРАНСПОРТУ

   У великих містах забруднення повітря вихлопними газами часом досягає 70—90 % загального рівня забруднень. Крім того, більш як 20 % транспортних засобів експлуатується з перевищенням установлених нормативів умісту шкідливих речовин у відпрацьованих газах. В Україні зареєстровано більше 1 млн вантажних автомобілів та близько 3 млн легкових. У великих містах частка автотранспортного забруднення в атмосфері становить великий відсоток. Так, в Ужгороді — 91%, Ялті, Полтаві — 88%, Львові — 79%, Києві — 75%. Це такі речовини, як оксиди вуглецю, вуглеводні, сажа, свинець.

   Транспортна мережа в Україні доволі густа, кількість та активність автотранспорту в містах великі, й шкоду довкіллю він завдає дуже відчутну. Основні причини цього — застарілі конструкції двигунів, використовуване паливо (бензин, а не газ чи інші, менш токсичні речовини) та погана організація руху, особливо в містах, на перехрестях. У відпрацьованих газах, що їх викидають наші автомобілі, виявлено близько 280 різних шкідливих речовин, серед яких особливу небезпеку становлять канцерогенні бензпірени, оксиди азоту, свинець, ртуть, альдегіди, оксиди вуглецю й сірки, сажа, вуглеводні. На перевезення одного й того самого вантажу автотранспортові потрібно в 6,5 рази більше палива, ніж залізничному, й у 5 разів — ніж водному. В Україні експлуатується понад 1 млн. вантажних автомобілів і далеко за 2,5 млн. легкових. Кожен із них щорічно спалює від 12 до 30 т високооктанового російського бензину, в котрому як антидетонатор застосовується свинець (концентрація свинцю в цьому бензині становить до 0,36 г/л, тоді як у бензинах Великої Британії — 0,15, США — 0,013 г/л). Відпрацьовані гази наших дизельних двигунів значно токсичніші, ніж карбюраторних, бо містять багато оксидів вуглецю, діоксидів азоту й сірки, а також сажі (до 16—18 кг на кожну тонну дизельного палива). Від транспортних газів і шуму потерпають усі міста України, особливо великі.

   Автомобільні викиди  в атмосферу містять вуглецю  діоксид, вуглеводні, бенз (а) пірен,  сполуки свинцю, кадмію, міді, марганцю, цинку. Встановлено, що рівень  забруднення грунту уздовж автомагістралей  залежить від інтенсивності руху  автотранспорту, тривалості експлуатації  доріг, відстані від автодорожнього  полотна. У поверхневому (0-5 см) шарі  грунту на відстані 10-15 м від  автомагістралі з інтенсивністю  руху до 10 тис. транспортних одиниць  на добу міститься 600-1000 мг /кг  заліза, 20 мг /кг цинку, 10 мг /кг свинцю, 02 мг /кг кадмію. При значній інтенсивності  руху машин з бензиновими двигунами  концентрація свинцю в грунті  вздовж автодоріг може досягати 300-500 мг /кг, концентрація бенз (а)  пірену - 50 мг /кг. До того ж встановлено, що бенз (а) пірен міститься не тільки в поверхневому шарі грунту, а й поширюється вглиб (до 2 м), що робить вірогідним його надходження в підземні води. Природно, що вирощування будь-яких сільськогосподарських рослин поблизу автомагістралей небезпечно для здоров'я населення внаслідок їх забруднення важкими металами та бенз (а) піреном.

1.1 ВПЛИВ АВТОТРАНСПОРТУ  НА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ

 
   Джерелами викидів шкідливих речовин є відпрацьовані і гази автомобільних двигунів, випаровування з системи живлення, підтікання пального і мастил у процесі роботи та обслуговування автомобілів, а також продукти зносу фрикційних накладок зчеплення, накладок гальмівних колодок, шин. Потрапляючи в атмосферу, водойми, грунт шкідливі речовини, що викидаються автомобільним транспортом, негативно впливають на біосферу.

   Найбільшу небезпеку становить забруднення атмосфери відпрацьованими газами автомобільних двигунів [1]. До числа шкідливих компонентів відносяться і тверді викиди, що містять свинець і сажу, на поверхні якої адсорбуються циклічні вуглеводні. Закономірності розповсюдження в навколишньому середовищі твердих викидів відрізняються від закономірностей, характерних для газоутворюючих продуктів. Окремі фракції, осідаючи поблизу від центра емісії на поверхні грунту і рослин, в результаті накопичуються у верхньому шарі грунту. Дрібні фракції утворюють аерозолі і розповсюджуються з повітряними масами на великі відстані [3]. Зауважимо, що з наведених у табл. 10.2.4 компонентів азот, кисень, вода і діоксид вуглецю не токсичні, решта - токсичні. Хоча діоксид вуглецю не токсичний компонент, нагромадження його в атмосфері небезпечне, оскільки призводить до виникнення так званого парникового ефекту [1]. Оксид вуглецю. Він утворюється переважно в бензинових двигунах при роботі на багатих паливоповітряних сумішах.

   Причиною виникнення оксиду вуглецю в цьому випадку є нестача кисню для повного окислення вуглецю, який входить до складу палива. Незначна кількість оксиду вуглецю, що утворюється під час роботи на бідних сумішах, у тому числі і в дизелях, є продуктом проміжного окислення вуглецю, який через нестачу часу на процес згоряння не встигає доокислитись до діоксиду вуглецю. Оксид вуглецю - високотоксична сполука. Оксид вуглецю інертний і зберігається в повітрі 0,1-5 років. Підвищення його концентрації виникає в тунелях, гаражах, інтенсивних транспортних потоках [1].

   Токсичний вплив оксиду азоту при його викидах проявляється в двох шарах атмосфери - страто- і тропосфері. В стратосфері він пов'язаний з існуванням захисного шару Землі. Каталітичне руйнування озонового шару NО2 спричиняє недопустиме зростання біологічно активної радіації і ставить під загрозу існування біосфери. Частина оксиду азоту потрапляє в стратосферу з тропосфери. Оксид азоту зберігається в оточуючій його атмосфері протягом 3-4 днів [5]. Вуглеводні. У відпрацьованих газах міститься кілька десятків різних вуглеводнів, які різняться за токсичністю.        Джерелом вуглеводневих сполук є шари паливної суміші, прилеглі до стінок камери згоряння, де відбувається гасіння полум'я, частини камери згоряння, в яких через нерівномірний розподіл суміші виникає нестача кисню, а також циліндри, що працюють з пропусками запалювання та згоряння.   Вуглеводневі сполуки, які потрапляють в атмосферу, є також однією з складових, що утворює смоги у великих містах. Особливу небезпеку становить наявність у складі вуглецю канцерогенних речовин, які викликають захворювання на рак (наприклад, бензапірен) [1].

   Розповсюдження сірчаного газу в повітряному середовищі відрізняється великою нерівномірністю. Сірчаний газ не отруйний, але в сполученні з іншими забрудненнями і вологою подразнює очі, ніс та горло, шкідливо впливає на легені, вбиває рослини, викликає корозію металів і зменшує прозорість атмосфери. При середньодобовій концентрації в повітряному середовищі більше 0,05 мг/м3 сірчаного газу, що справляє токсичний вплив на флору, фауну, людину. Менші концентрації сірчаного газу в результаті зіткнення з водою призводять до закислення води і грунту [5].

   Наявність сполук свинцю у відпрацьованих газах є наслідком додавання тетраетилсвинцю в бензини для підвищення октанового числа. Свинець не повністю потрапляє в атмосферу після згоряння палива - від 70 до 75% загальної його кількості, що міститься у бензинах. Певна кількість сполук свинцю потрапляє в повітря при безпосередньому випаровуванні бензинів з паливного бака та карбюратора. Сполуки свинцю у повітрі знаходяться протягом 1-4 тижнів. В атмосфері свинець швидко з'єднується з слідами йоду, утворюючи стабільну сполуку Pb, яка перешкоджає проходженню сонячної радіації [1]. Вуглекислий газ. Вміст в повітрі вуглекислого газу не нормований. Зростання концентрації вуглекислого газу небезпечне в тому відношенні, що при поглинанні довгохвильового теплового проміння створює "парниковий ефект", що обумовлює перегрів поверхні землі. Тривалість знаходження вуглекислою газу в повітрі - 4 роки. Вміст в повітрі вуглекислого газу знижує вміст в ньому кисню і тим самим зменшує значення порогових, небезпечних для людини концентрацій токсичних речовин [5].

   Найхарактернішими для відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння є акролеїн, формальдегід та ацетальдегід. Альдегідам властива висока токсичність, неприємний запах та подразнююча дія. Сажа. При неповному згорянні палива з відпрацьованими газами викидається сажа. Вона утворюється в камерах згоряння двигунів внаслідок пролізу палива при високих температурах і тиску в середовищі з нестачею кисню. Особливо багато сажі утворюється в дизелях. Головна небезпека, яку несе сажа, в тому, що вона може бути носієм канцерогенних речовин, які адсорбуються на поверхні її частинок [1]. Вплив небезпечних речовин на навколишнє середовище може викликати незворотні зміни і навіть загибель флори і фауни. Особливо істотні відхилення від екологічної рівноваги викликають інциденти з небезпечними вантажами. Наприклад, загибель чи захворювання тварин при потраплянні хімічних речовин в стічні води, знищення лісових масивів в результаті пожежі, що виникає при перевезенні легкозаймистих речовин і т.д. Вплив автомобільного транспорту на флору і фауну. Автомобільний транспорт негативно впливає на природу загалом і на фауну зокрема. Це виражається в забрудненні природного середовища і доріг, руйнуванні місць проживання тварин, розсіченні дорогами сезонних і добових ділянок тварин, зіткнення останніх з транспортними засобами. Значну роль відіграє придорожня рослинність і прилягаючі біотипи. На ділянках, де дорога робить досить круті підйоми і спуски, ліс близько підходить до полотна, гине переважна частина тварин. Автомобільні дороги інколи загороджують традиційні шляхи міграції тварин, відокремлюючи місця їх проживання від місць живлення чи полювання, порушуючи екологічну рівновагу в природі. Багато автомобільних доріг проходять по заповідниках, національних парках і лісах, де на проїжджу частину потрапляють дикі тварини. Соковиті трави в зелених куточках міст спонукають багатьох господарів використовувати цей дар природи для поповнення фуражних запасів приміських ферм. Але сінокосу потрібно бути на луках подалі від автомобільних доріг. Міські трави не для ферм. Вся зелень в містах виконує роль фільтрів навколишнього середовища. Одні накопичують і виводять за межі своєї зони більше свинцю, другі - сірки, треті - хлору. Використання рослинної продукції придорожної зони не рекомендується у зв'язку з підвищеним вмістом в ній важких металів і отруйних поліциклічних сполук [З].