РАСЧЕТ И ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ СВИНЦОМ ВДОЛЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Цель работы
Рассчитать параметры загрязнения почвы вдоль автомобильной дороги 3-ей категории и после её реконструкции по нормативам 1-ой категории.
Сделать вывод о влиянии реконструкции автодороги, предусмотреть защитные меры, экологическую эффективность которых оценить по справочным данным.
Введение
Важной отраслью в системе единого народнохозяйственного комплекса является транспорт. Он выполняет роль материальной основы разделения труда в обществе и осуществляет многообразные связи между производством и потреблением, промышленностью и сельским хозяйством, добывающей и обрабатывающей отраслями, между отдельными экономическими районами.
Единая транспортная система представляет собой совокупность следующих основных составляющих:
- перевозочные средства, куда входят подвижной состав (автомобили, прицепы, полуприцепы, транспортные трактора, локомотивы, вагоны, суда, самолёты, вертолеты, дирижабли), трубопроводы, контейнеры, поддоны, тара;
|
|
- пути сообщения, включающие автомобильные дороги, железнодорожные и водные пути, воздушные линии, монорельсовые и канатные дороги, трубопроводы, специально приспособленные для движения подвижного состава, перемещения грузов и пассажиров;
- механические устройства и механизмы: погрузочно-разгрузочные механизмы, конвейеры, бункера, пакетоформирующие машины и др.;
- сооружения: гаражи, стоянки, депо, станции технического обслуживания, ремонтные мастерские и заводы, доки, склады, погрузочно-разгрузочные пункты, терминалы, грузовые и пассажирские станции, вокзалы, аэропорты, пристани, компрессорные, насосные и автозаправочные станции.
В зависимости от типа перевозочных средств и путей сообщения выделяют следующие основные виды транспорта: железнодорожный, автомобильный, речной, морской, воздушный, трубопроводный. Оценивая роль и место в транспортной системе каждого из них, можно сказать, что в современных условиях без автотранспортного обслуживания не может обходиться практически ни одна отрасль народного хозяйства, в т.ч. химическая промышленность, включая весь персонал.
Автомобильным транспортом перевозится более 80% народнохозяйственных грузов и 90% пассажиров. Основная сфера применения автомобильного транспорта – перевозки грузов на небольшие расстояния.
Широкие границы применения автотранспорта определяются его достоинствами и преимуществами перед другими видами транспорта:
- возможностью непосредственной доставки грузов, пассажиров, т.е. «от двери к двери» (без перегрузок, пересадок);
|
|
- разнообразием типов подвижного состава по назначению, грузоподъемности, пассажировместимости, что позволяет перевозить грузы и пассажиров без накопления их на грузо- и пассажирообразующих пунктах;
- приспособленностью к перевозке грузов различных размеров и массы;
- оперативностью организации перевозок;
- малыми первоначальными капитальными вложениями;
- сравнительной дешевизной перевозки по суше благодаря использованию сети автомобильных дорог;
- высокой скоростью доставки;
- большой мобильностью, возможностью оперативно реагировать на изменение грузо- и пассажиропотоков.
К недостаткам автомобильного транспорта и сопутствующих ему процессов относятся:
- высокая себестоимость автоперевозок, что объясняется небольшой грузоподъемностью и, следовательно, невысокой производительностью подвижного состава (расходы на автоперевозки составляют до 10% себестоимости промышленной продукции, до 22% стоимости продукции сельскохозяйственного производства, до 30% стоимости строительных работ);
- потребность в значительном количестве трудовых ресурсов (на единицу транспортной работы на автотранспорте требуется трудовых затрат почти в 28 раз больше, чем на морском транспорте, в 12 – чем на речном, в 8 раз больше, чем на железнодорожном);
- высокая материалоемкость процессов производства и эксплуатации автомобилей;
- высокая энергоемкость при эксплуатации (на единицу транспортной работы автотранспорт расходует топлива почти в 14 раз больше, чем железнодорожный, морской или речной);
- рост потребления моторных топлив;
- высокий уровень опасности и вредности для жизни человека и окружающей среды: травматизм в результате дорожно-транспортных происшествий, шумовое и химическое загрязнение;
- миграция рабочей силы.
Земной шар покрывают более 11,5 млн.км магистральных дорог с твердым покрытием, подразделяясь на скоростные автострады, основные дороги, объездные и загородные дороги.
К числу благ и выгод, реализуемых в результате прокладки автомобильных дорог, относят:
- пригодность дорог для использования в любую погоду без ограничений;
- облегчение доступа к рынкам сбыта местной продукции;
- возможность доступа в новые центры производства, обеспечивающие занятость;
- более благоприятные условия для получения медицинской помощи и пользования другими видами социальных услуг;
- укрепление местной экономики.
К негативным воздействиям строительных и ремонтно-профилактических работ, а также эксплуатации автомобильных дорог причисляют:
- уничтожение растительного покрова при расчистке участков от кустов и пней, профилировании и сооружении дорожного полотна;
- нарушении схем естественного дренажа;
- изменение высоты уровня грунтовых вод;
- оползни, эрозия, заиление рек и озер;
- загрязнение воздуха и почвы установками для приготовления асфальта;
- помехи на путях движения диких и домашних животных, препятствия для местных жителей;
- нарушение эстетики ландшафта или уничтожение памятников культуры;
- визуальное загрязнение ландшафта придорожными рекламными щитами;
- увеличение доступа людей к участкам девственной природы прочим районам, ещё не затронутым хозяйственной деятельностью;
- накопление мусора и прочих отходов в придорожной полосе;
- загрязнение воды и почвы в результате разлива топлива или масел либо накопления загрязняющих веществ на дорожном покрытии.
Конкретные данные о средних эксплуатационных нормах расхода топлива для автомобилей различных типов приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1. Средние эксплуатационные нормы расхода топлива (л) на 1 км пути
№ | Тип автомобиля | Gi, л/км |
1. | Легковые (карбюраторные) автомобили | 0,11 |
2. | Малые грузовые карбюраторные автомобили (до 5 тонн) | 0,16 |
3. | Грузовые карбюраторные автомобили (5 тонн и более) | 0,33 |
4. | Грузовые дизельные автомобили | 0,34 |
5. | Карбюраторные автобусы | 0,37 |
6. | Дизельные автобусы | 0,28 |
Автомобильный транспорт наиболее агрессивен в сравнении с другими видами транспорта по отношению к окружающей среде. Он является мощным источником ее химического, механического, шумового и теплового загрязнения.
|
|
Вследствие физико-механических процессов в цилиндрах двигателей действительный состав отработавших газов очень сложный и включает более 200 компонентов, значительная часть которых токсична (табл.3.2).
Таблица 3.2. Ориентировочный состав отработавших газов карбюраторных и дизельных двигателей
Компоненты | Пределы концентраций компонентов | |
Карбюраторные двигатели (бензиновые с искровым зажиганием) | Дизельные двигатели | |
Азот, % объема | 74 – 77 | 76-78 |
Кислород, % объема | 0,2 – 8,0 | 2-18 |
Пары воды, % объема | 3,0 – 13,5 | 0,5-10,0 |
Диоксид углерода, % объема | 5,0 – 12,0 | 1,0-12,0 |
Углеводороды (суммарно), % об. | 0,01-3,0 | 0,01-0,5 |
Оксид углерода, % объема | 0,1-10,0 | 0,01-0,3 |
Оксиды азота, % объема | 0,05-0,6 | 0,005-0,2 |
Альдегиды, % объема | 0,0-0,2 | 0,0-0,05 |
Оксиды серы (суммарно), мг/м3 | 0,0-0,003 | 0,0-0,015 |
Сажа, мг/м3 | 0,0-100 | 0,0-20000 |
3,4 Бенз(а)пирен, мг/м3 | 0,0-25 | 0,0-10,0 |
Соединения свинца, мг/м3 | 0,0-60 | - |
Источники основных токсичных веществ в выбросах автомобилей и их соотношение приведены на рис.3.1 и в табл.3.3.
Рис.3.1. Источники токсичных выбросов
Таблица 3.3. Распределение основных типов токсичных веществ по источникам выбросов, %
Вид двигателя | Отработавшие газы | Картерные газы | Топливные испарения | ||||||
СО | СnНm | NхOу | СО | СnНm | NхOу | СО | СnНm | NхOу | |
Карбюраторный | |||||||||
Дизельный |
Вредные выбросы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) можно разделить на регулируемые (нормируемые) и нерегулируемые (ненормируемые).
К нормируемым вредным выбросам относятся: СО, СnНm, NхOу, дымность (дым) и сажа, а также твердые частицы (ТЧ, для зарубежных стандартов).
|
|
Ненормируемые вредные компоненты включают твердые частицы, основные элементы (углерод, водород, азот), следы металлов, летучие соединения, сульфаты, диоксид серы, сероводород, цианиды, альдегиды, аммиак, фенолы, индивидуальные ПАУ и пахучие вещества.
В процессе функционирования автотранспорта в почву попадают: сернистые соединения, образующие с влагой кислоту, зола, сажа, свинец, нефтепродукты, масла, различные отходы, мусор, а также сточные воды, содержащие вредные для окружающей среды вещества.
Соединения свинца входят в состав ненормированных выбросов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, работающих на этилированном бензине, причем при сжигании 1 т этилированного бензина грузовые автомобили выбрасывают в атмосферу в среднем 0,5 кг соединений свинца, а легковые – 0,8-0,85 кг. При этом 20% общего количества продуктов сгорания составляют вредные для здоровья человека аэрозольные соединения свинца, образующиеся на базе антидетонационных присадок и выделяющиеся частично в виде оксидов, а главным образом в виде хлоридов и бромидов свинца (хлористый, бромистый свинец, оксид, фосфат, сульфат свинца); 80% продуктов сгорания выпадает в виде твердых частиц размером до 25 мкм и водо-растворимых соединений на поверхности прилегающих к дороге земель.
Загрязнение почв свинцом заметно проявляется при определенном уровне транспортной нагрузки – более 400 транспортных средств в час. В результате вдоль автомобильных дорог формируется геохимическая аномалия свинца (рис.3.2), имеющая форму вытянутого уплощенного эллипса шириной 100-200 м и высотой не более 5 м над уровнем дороги. В свою очередь граница загрязнения почвы свинцом может находиться на расстоянии 500 м от полотна автомобильной дороги.
Необходимо учесть, что характер аккумуляции свинца в придорожной зоне сильно зависит от метеофакторов (осадков, ветра), в связи с чем параметры этого процесса на практике чрезвычайно изменчивы. Исследования образцов почвы и растений, отобранных вблизи автомобильной дороги напряженностью 700 транспортных средств в сутки, показали, что существует тенденция к повышению содержания свинца с ростом транспортной нагрузки и к снижению его по мере удаления от края полотна.
Рис.3.2. Пространственное расположение геохимической аномалии Pb (поперечный разрез)
Предельно допустимое количество[15] (ПДКп) свинца в почве по общесанитарному показателю ПДКп (Pb) = 32 мг/кг. Токсичность и степень накопления свинца в почве определяется свойствами почвы, типом транспортной нагрузки и формами накопления, сочетание которых создают большое разнообразие загрязнений валового содержания свинца в почве.
Для здоровья человека угрожающим является содержание свинца в почве 50 мг/кг, т.к. в этом случае свинец накапливается не только в почве на глубине пахотного слоя или фильтрации воды атмосферных осадков вдоль дорог, но и в растениях и включается в высоких дозах в трофические цепи. При этом сами растения мало восприимчивы к действию соединений свинца, но они создают опасность при использовании их в качестве корма для животных и пищи для людей. В странах ЕЭС рекомендовано принять в качестве допустимой нормы 10 мг Pb на 1 кг сухой массы кормов.
Универсальной методики для быстрой рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами, сейчас не существует, хотя есть попытки снизить степень их загрязнения внесением извести и фосфатов для иммобилизации (связывания) металлов, обработкой химическими хелатными комплексообразователями и механическим перемешиванием.
Одновременно, надо иметь в виду, что вблизи автомобильных дорог соединения свинца аккумулируются на поверхности растений в соответствии с расстоянием от источника выброса, увеличивая тем самым концентрацию тяжелого металла в продуктах органической массы (рис.3.3).
Рис. 3.3. Содержание свинца в растениях в зависимости от их расположения от дороги: 1 – лес; 2 – поле; 3 – поле за живой изгородью