Экологическая безопасность использования антигололедных реагентов

Внимание к поведению хлоридов в природных системах объясняется их высокой обменной активностью, хорошей растворимостью в воде. Накопление химических реагентов в придорожной полосе происходит не в поверхностном слое почвы, а на глубине до 60 см, достигая грунтовых вод и зоны корневой системы растений. При отрицательных температурах и отсутствии стока реагенты интенсивно впитываются снегом и вместе с ним перебрасываются уборочными машинами в стороны от проезжей части на расстояние до 50 м. Часть солей, не вступивших в реакцию, остается на покрытии, и с брызгами от колес машин, с пылью и снегом может переноситься ветром на значительное расстояние.

Больше всего хлоридов содержится в снеге на расстоянии до 3 м от бровки земляного полотна на откосах дороги и снижается на расстоянии до 20 м, если для очистки покрытия применяются машины, сбрасывающие снег у обочин. Если используются роторные снегоочистители, разбрасывающие снег до 30 м от обочины, наблюдается два пика скопления противогололедных веществ - на расстоянии до 3 и от 15 до 20 м от бровки земполотна.

Концентрация хлористого натрия в воде 100-200 мг/л приводит к гибели некоторых видов растений, 200-500 мг/л - пресмыкающихся и насекомых, более 1000 мг/л - рыб. Даже очень низкие концентрации солей (от 10 до 20 мг/л) оказывают заметное действие на корневую систему растений. На участках с разной интенсивностью засоления изменяются численность почвенной фауны и состав доминирующих видов: полностью исчезают крупные беспозвоночные и резко снижается численность мелких. В водных экосистемах засоление оказывает воздействие на планктонные организмы и сообщества беспозвоночных.

Засоление воды и почвы является стрессовым фактором среды обитания высшей растительности - травянистой, кустарниковой, древесной. В зависимости от солеустойчивости и солевыносливости биологических видов засоление нарушает метаболизм растений, влияет на рост, размножение и расселение видов, внося деструктивные изменения в экосистемы. Соль оказывает влияние путем непосредственного воздействия на различные части растения через почву, изменяя ее структуру, щелочность, осмотическое давление, а также путем непосредственного влияния ионов солей после проникновения их в клетку растения. Симптомы повреждения растений солью выражаются в ожогах, скручивании, преждевременном опадании листьев, суховершинности стеблей, загнивании корней, сокращении вегетационного периода. Солевыносливость не является стабильным признаком растения, а представляет собой процесс, изменяющийся во времени: у неустойчивых и среднеустойчивых растений (к этому типу относится большинство видов) падает содержание веществ, способствующих повышению устойчивости, тогда как у устойчивых – применение солей вызывает положительные изменения в обмене веществ.

Интенсивным источником загрязнения придорожной среды являются места складирования пескосоляных смесей, так как в подавляющем большинстве они представляют открытые для воздействия погодно-климатических факторов площадки. В результате водной и ветровой эрозии растворы хлористых солей накапливаются в почве и приводят к гибели растительности в радиусе нескольких метров от мест хранения соли. Поэтому местоположение складов следует выбирать с учетом особенностей природной среды, рельефа местности, наличия водоемов. Кристаллические соли следует предохранять от атмосферных осадков.

Штабеля пескосоляной смеси должны закладываться на асфальтированной площадке. При этом необходимо следить, чтобы не образовывался поверхностный сток рассола от штабеля и чтобы рассол не просачивался в грунт. Воздействие хлоридов на окружающую среду выражается и в их агрессивном воздействии на конструкции дорожных сооружений, в активизации процессов атмосферной коррозии. На скорость коррозии влияют природа металла и окислителя, концентрация последнего, а также различные примеси в самом металле и в коррозионной среде - атмосфере или растворе (в основном солей SO₄ и NaCl). Влияние хлорида натрия на скорость коррозии транспортных средств и дорожных сооружений определяется концентрацией ионов хлора в электролите, образующемся при их растворении в пленке влаги при выпадении дождя, снега или наличии высокой относительной влажности воздуха.

На значительной части территории России наиболее сложным и ответственным в работе дорожно-эксплуатационных организаций является зимний период. Уровень загрязнения окружающей среды в этот период определяется комплексом дорожных, погодно-климатических, транспортных и технологических факторов, прежде всего состоянием дорожного покрытия и использованием химических реагентов для борьбы с зимней скользкостью. Значительная часть финансовых средств на зимнее содержание выделяется на приобретение противогололедных материалов. Многолетний отечественный и зарубежный опыт показывает, что хлориды являются весьма эффективным средством борьбы с зимней скользкостью на дорогах, но их использование требует точного выполнения технологически рациональных норм расхода и контроля за распределением антигололедных реагентов.

Схемы организации работ по зимнему содержанию

Степень загрязнения окружающей среды в зоне прохождения дороги зависит от стратегии (схемы) содержания в зависимости от сложившихся или ожидаемых погодных условий, используемых технологий борьбы с зимней скользкостью, норм распределения противогололедных материалов. Необходимо решить две противоположные задачи:

- уменьшить время нахождения дороги в неблагоприятном для условий движения состоянии;

- уменьшить количество противогололедных материалов, загрязняющих придорожную полосу.

Для выбора наиболее рациональной схемы организации работ по зимнему содержанию дорог следует сравнить все возможные способы ее осуществления с точки зрения безопасности движения, экологии и экономии средств. Расмотрим четыре схемы организации работ по борьбе с зимней скользкостью, отличающихся степенью учета погодных условий, что приводит в итоге к различному количеству расходуемых противогололедных материалов и времени нахождения дороги в неблагоприятном состоянии.

Традиционная схема организации зимнего содержания состоит в том, что погодные условия при проведении работ по борьбе со скользкостью практически не учитываются. Существующая организация метеорологического обеспечения дорожных организаций не способствует повышению эффективности проведения работ по борьбе с зимней скользкостью, т.к. не позволяет учитывать оперативную текущую и ожидаемую погодную ситуацию и, следовательно, выбирать оптимальные нормы распределения противогололедных материалов для ликвидации зимней скользкости. Используемые в эксплуатационных подразделениях машины для зимнего содержания дорог не позволяют дифференцировать нормы расхода противогололедных материалов в зависимости от погодных условий. При данной схеме зимнего содержания работы по борьбе с зимней скользкостью начинаются с момента ее обнаружения, причем расходы хлоридов не отражают их действительной потребности для ликвидации скользкости.

Схема организации работ, при которой выбор норм распределения противогололедных материалов зависит от температуры воздуха в момент начала работ по борьбе со скользкостью. В соответствии с рекомендациями ВСН 20-87 нормы расхода ПГМ зависят от вида применяемых солей, от вида и толщины снежно-ледяных отложений и от температуры воздуха. Продолжительность нахождения покрытия в условиях зимней скользкости принимается по первой схеме организации работ. Для определения температуры воздуха и измерения количества осадков ВСН 20-87 рекомендует организацию простейших дорожных метеопостов. Однако их обустройство требует специальных приборов, дополнительной штатной единицы и постоянного проведения измерений и не получило широкого распространения в дорожных организациях.

Преимущество данной схемы организации работ состоит в возможности контроля на метеопостах температурного режима, что позволяет корректировать нормы распределения противогололедных материалов при изменении температуры воздуха.

Схема организации работ, учитывающая минимальную температуру воздуха в период образования скользкости. Использование норм расходов хлоридов по средней температуре воздуха в период образования скользкости с учетом прогноза минимальной температуры дает возможность исключить досыпку соли или отказаться от ее применения.

Наиболее эффективными с экологической и экономической точки зрения являются профилактические мероприятия, основанные на использовании краткосрочных специализированных метеорологических прогнозов. Использование оперативной метеорологической информации и краткосрочного дорожного прогноза зимней скользкости с малой заблаговременностью (от 1 до 3 часов) позволяет предотвратить образование скользкости за счет своевременного распределения противогололедных материалов с минимальными нормами. Нормативные документы рекомендуют проводить профилактическую обработку снежных отложений на покрытии с целью предотвращения образования снежного наката при снегопадах с интенсивностью свыше 0,5 мм/ч (в пересчете на воду). Для выбора норм распределения необходимо учитывать не только температуру воздуха и снега, но и количество осадков, интенсивность и продолжительность их выпадения, которые определяют количество циклов обработки покрытия.

Продолжительность каждого цикла обработки состоит из чередующихся этапов: выдержки, обработки снежных отложений реагентами, интервала срабатывания реагента, сгребания и сметания снега. При снегопадах с интенсивностью менее 0,5 мм/ч рекомендуется патрульная снегоочистка без использования химических реагентов. Трудность использования данного метода состоит в необходимости определения интенсивности осадков в период их выпадения.

Результаты моделирования состояния покрытия, информация о количестве случаев образования и продолжительности нахождения скользкости на покрытии, а также наличие подробной метеорологической информации позволяют рассчитать действительную потребность в противогололедных материалах и ресурсах для зимнего содержании дорог, обеспечить требуемую безопасность движения, оценить экологическую ситуацию придорожной полосы.

Применение метода профилактической обработки с использованием специализированных дорожных прогнозов позволяет экономить 880-1100 т соли на 100 км для дорог I категории, 474-645 т - для дорог II категории, 428-570 т - для дорог III категории, 374-500 т - для дорог IV категории, а также уменьшить время нахождения покрытия в экологически неблагоприятном состоянии, увеличить скорость движения транспортных средств. При переходе на профилактические мероприятия продолжительность нахождения покрытия в условиях зимней скользкости снижается почти в 8 раз. Предотвращение скользкости и сохранение покрытия в сухом или мокром состоянии в 90 % случаев снижает уровень выбросов СО в 1,6 раза, NO₂ - в 4,25 раза. Предотвращение образования снежного наката в 90 % случаев позволяет снизить выбросы NO₂ в 2,5 раза, а очистка покрытия от рыхлого снега снижает их в 2,75 раза.

Однако и профилактический метод борьбы со скользкостью во время снегопадов не экологичен, так как снегопады могут иметь большую продолжительность, количество осадков или их высокую интенсивность, что по нормам ВСН 20-87 приводит к значительному расходу противогололедных материалов (в отдельные годы до 2 - 2,5 кг/м²), что наносит ущерб природной среде.