ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ АВТОТРАНСПОРТТА

Существует два главных направления совершенствования современных транспортных энергетических установок:

Рациональное использование топлива;

Снижение вредного воздействия транспортных средств на окружающую среду.

Баланс относительных приведенных выбросов ДВС по отдельным компонентам: СО- 5%; сажа- 2%; СНх- 1%; SO2- 8%; NOx- 70%; свинец- 14%.

Отрицательные экологические последствия автомобилизации:

Загрязнение окружающей среды: ингредиентное®воздух, вода, почва.

Загрязнение окружающей среды: параметрическое®шум, тепло, электромагнитное излучение; вибрация.

Загрязнение окружающей среды, связанное с потреблением ресурсов, затратами труда, сокращением мест обитания, гибелью живых организмов.

Безвредность автомобиля может быть обеспечена безопасностью движения, снижением шума от автотранспортных средств, снижением загрязняющих окружающую среду ингредиентов.

Безопасность движения- это тормозные механизмы, параметры которых характеризуют устойчивость, управляемость автомобиля. Это обзорность, эффективность сигнализации, подголовники, ремни безопасности, энергопоглощающая рулевая колонка, травмобезопасные детали кузова.

Снижение шума- это бесшумность двигателя, коробки передач, главной передачи, тормозных механизмов шин, плотность соединений кузова, стабильность и бесшумность в процессе эксплуатации автомобиля.

Снижение загрязняющих окружающую среду ингредиентов. Полнота сгорания топлива в ДВС, при всех режимах работы, отсутствие отравляющих компонен6тов в отработавших газах (ОГ), наличие и действие нейтрализаторов ОГ, предотвращение попадания картерных газов в атмосферу. В конечном итоге представленные мероприятия есть эксплуатационное качество автомобиля и его безопасность.

АВТОМОБИЛЬ ИСТОЧНИК ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Вредные и токсичные вещества, содержащиеся в ОГ автомобильных двигателей, могут не претерпевать каких-либо изменений в атмосфере в течение длительного времени и переноситься на значительные расстояния. Кроме того, первичные загрязнители в атмосфере при соответствующих условиях могут взаимодействовать друг с другом, образуя новые токсичные или вредные вещества, например, сульфаты, нитраты, озон, кислоты, фотооксиданты и др.

Оксиды серы и азота, находясь в атмосферном воздухе до 2-5 суток и перемещаясь с потоком воздуха на расстояние 1000 км, могут превращаться в кислоты:

SO2+NO®SO3(H2O)®H2SO3.

H2SO3+ O2® SO3+HO2·.

H2SO3+OH·® H2SO4.

NO+ O3® NO2+O2.

К основным загрязнителям атмосферы относятся сернистый газ, взвешенные частицы, СО, СО2, NOx, фотоокислители и реакционноспособные углеводороды, свинец, ртуть, кадмий, хлорированные органические соединения, нефтепродукты, микротоксины, аммиак, фреоны, металлы, радиоактивные вещества и т. д.

Наиболее токсичны из химических веществ: ртуть, мышьяк, свинец, цинк, кадмий, сернистые вещества, углеводороды (полициклические ароматические углеводороды-ПАУ). Заражая воздух и воду, они вызывают отравления, расстройство нервной системы, нарушение обмена, онкологические заболевания. Заболевания людей вызываются также повышенным уровнем шума, вибрацией, электромагнитным излучением.

Вредное воздействие для растений и животных также связаны с загрязнением природной среды токсичными веществами: газами (Н2S, HF, O3, NO2, Cl2), аэрозолями (HCl, H2SO4), тяжелыми металлами, неорганическими солями, нефтепродуктами.

Нефтепродукты являются причиной гибели микроорганизмов и фитопланктона в водоемах, отрицательно влияют на морфологические и физиологические функции растений, взывая их заболевания (хлорозы, некрозы), недостаток или избыток отдельных химических элементов в почве и в воде.

Живые организмы чутко реагируют на любые изменения в окружающей среде. Содержащиеся в ОГ СО2, а также и тепло энергоустановок способствуют образованию парникового эффекта- потепление климата в глобальном масштабе.

ИСТОЧНИКИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Основным источником загрязнения воздуха в настоящее время являются двигатели с искровым зажиганием. Однако, уменьшение токсичности автомобильных дизелей также заслуживает серьезного внимания.

ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ВРЕДНЫХ И ТОКСИЧНЫХ ВЫБРОСОВ

В любой энергоустановке (двигателе) загрязняющие выбросы образуются при сгорании топлива. Жидкое топливо для ДВС содержит достаточное количество элементов С, Н и большое количество О, N, S. Воздух же содержит N2- 78.03%; О2- 20.99%; СО2- 0.03%; инертные газы- 0.04%.

Для обеспечения процесса сгорания в ДВС подается рабочая смесь, состоящая из одной части топлива и 15 частей воздуха. Поэтому вредные и токсичные компоненты образуются в ОГ как результат сгорания рабочей смеси.

Всего в составе ОГ автомобильных ДВС содержится около 280 компонентов, которые по химическим свойствам и характеру воздействия на биосферу разделяются на нетоксичные (Н2О, Н2, О2, N2), вредные- СО2 и токсичные (СО, NOx, СНх, SO2, H2S, альдегиды, сажа, и др.).

К основным источникам образования вредных и токсичных выбросов относятся картерные газы, пары топлива, топливный бак.

Пары топлива (СхНy)- испарения топлива, которые попадают в атмосферу из топливных баков, элементов системы питания двигателей: стыков, шлангов и т. д. Состоят из углеводородов. Из-за большой вязкости дизельного топлива дизели выбрасывают меньше паров углеводородов. Здесь же также и пары горючесмазочных материалов (ГСМ) и специальных жидкостей- утечка масла, испарение антифризов.

Картерные газы- это смесь газов, проникающих через неплотности поршневых колец из камеры сгорания в картер, и паров масла, находящихся в картере, а затем попадающих в окружающую среду. Смесь этих газов сильно раздражает слизистую оболочку системы дыхания.

Отработанные газы (СО, СНх, NOx, сажа, и др.)- представляют собой смесь газообразных продуктов полного (неполного) сгорания топлива, избыточного воздуха и различных микропримесей (газообразных, жидких и твердых частиц, поступающих из цилиндров двигателя в его выпускную систему).

Обобщая данные таблиц можно сделать вывод, что бензиновый двигатель выбрасывает СО приблизительно в 7 раз больше чем дизель, и альдегидов примерно в 3 раза больше дизельного двигателя. Выбросы остальных компонентов этих двигателей почти одинаковы. Однако дизель выбрасывает больше (примерно в 10-15 раз)SO2.

СОДРЖАНИЕ ВРЕДНЫХ И ТОКСИЧНЫХ ВЫБРОСОВ, ИХ ДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Вредные и токсичные выбросы условно делят на регламентированные и нерегламентированные. Действуют они на организм человека по разному. Токсичные выбросы: СО, NOx, CHx, RxCHO, SO3, сажа, дым.

СО- оксид углерода- это газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода в стенке, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

С+1/2СО2=СО.

Во время работы дизеля концентрация СО незначительна (0.1-0.2%). У бензинового двигателя при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5-8% (из-за работы на обогащенных смесях?).

СО вызывает нарушение нервной системы головную боль, похудение, рвоту. Это происходит потому, что СО изменяет состав крови и уменьшает образование гемоглобина, мешает процессу насыщения кислорода в организме. Гемоглобин, соединившийся с оксидом углерода, называется карбоксигемоглобином. Гемоглобин, связанный с кислородом, называется оксигемоглобином.

У людей с повышенным содержанием карбоксигемоглобина наблюдаются два важных симптома. Это снижение способности воспринимать сигналы, поступающие из внешней среды и нарушения процессов мышления.

NOx (оксиды азота)- все оксиды азота физиологически активны, относятся к третьему классу опасности. ПДК (в пересчете на NO2)- 5 мг/м3.

N2- инертный газ, активно реагирует с кислородом при высоких температурах. Выброс NOx с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота. Температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньше теплоты. Процесс сгорания замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т. е. в таких условиях выделяется меньше количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому. Для дизельных двигателей состав NOx зависит от угла впрыска топлива и времени задержки самовоспламенения.

Оксиды азота раздражают слизистую оболочку глаз и носа, разрушают легкие. В дыхательных путях оксиды азота реагируют с влагой. Оксиды азота разрушают озоновый слой.

Считается, что токсичность NOx больше в 10 раз токсичности СО.

Углеводороды (СхНy)- условно это этан, метан и др. ОГ содержат 200 разных углеводородов.

В дизельных двигателях СхНy образуются в камере сгорания из-за низкой гомогенности смеси, т. е. в случаях богатой смеси, где пламя гаснет, где слабая турбулентность воздуха, низкая температура, плохое распыление.

СхНy имеют неприятный запах, СхНy в виде паров (бензина)также токсичны.

ДВС выбрасывают большое количество СхНy, когда работает в режиме холостого хода из-за плохой турбулентности и уменьшении скорости сгорания.

СхНy раздражают глаза, нос и очень вредны для флоры и фауны. Предельные углеводороды оказывают на организм человека наркотическое действие.

Непредельные углеводороды. Олефины вызывают слезотечение, кашель, вызывают нарушения в функционировании нервной системы. Вступая в реакцию с оксидами азота, под действием солнечного света, они образуют биологически активные вещества, которые вызывают раздражение органов дыхания, а также наносят ущерб растительному и животному миру.

Полициклические ароматические углеводороды. ПАУ по степени канцерогенности делят на 4 группы:

Сильные канцирогены- это бенз-a-пирен, дибенз-a-пирен;

Канцерогены средней силы- бенз-a-флуоратен;

Не канцерогены- коронен, пирен.

ПАУ постепенно накапливаясь в организме человека до критических концентраций, стимулируют образование злокачественных опухолей.

Альдегиды. Органические соединения с общей химической формулой RxCHO, содержащие в молекуле карбонильную группу, смвязанную с атомо углерода и углеводородным радикалом (R=CH3·, C2H5· и др.). Из альдегидов в ОГ в основном присутствуют формальдегиды и акролеин. Альдегиды образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также в результате окисления тонкого слоя масла на стенке цилиндра.

Формальдегид- бесцветный газ с резким и неприятным запахом, раздражает глаза и верхние дыхательные пути, поражает центральную нервную систему.

Акролеин. Бесцветная легко летучая жидкость, также обладающая сильным раздражающим действием.

Дым. Непрозрачный газ, дым может быть белым, синим, черным. Белый и синий дым- это смесь топлива в виде капель с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации топлива.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холостом состоянии, После прогрева двигателя белый цвет исчезает. Отличие белого дыма от синего определяется размером кали топлива. Размер частиц синего дыма 0.001-0.1 мкм, белого- больше 0.1 мкм до 100 мкм. При этом белый дым образуется в интервале температур двигателя 100-3000С, а синий в интервале 300-7000С. Синий цвет дыма характерен и для дыма от масла.

Сажа (черный дым). Представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки. В ОГ дизельного двигателя сажа- это частицы (дисперсные частицы) размером 0.3-100 мкм. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.

Сажа, попадая в дыхательные пути, вызывает хронические заболевания, загрязняет воздух, ухудшает видимость и адсорбирует на своей поверхности сильнейшие канцерогенные вещества, например, бенз-a-пирен.

PbхOy (оксиды свинца). В настоящее время этилированный бензин, являющийся основным поставщиком загрязнителей в виде оксидов свинца, не используется как топливо. Однако содержание свинца по ГОСТ 2002 года в бензине составляет 0.005 г/дм3. Поэтому в процессе длительного применения такого топлива образуются свинцовосодержащие соединения. Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу, питьевую воду. Аэрозольные соединения, содержащие свинец, вызывают также как и оксиды свинца отравление органов, нарушают функции нервно-мышечных систем, головного мозга. Свинец плохо выводится из организма, накапливаясь в нем до опасных для здоровья и жизни человека концентраций. Соединения свинца аккумулируются в растениях.

Фотохимическое загрязнение воздуха. Для светохимических реакций требуется световая энергия. Некоторые загрязнители- оксиды азота и углеводороды вступают в фотохимические реакции. В результате таких реакций образуются новые загрязнители воздуха- озон, альдегиды, а также весьма специфические органические соединения. Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения транспорта утром и вечером. Отмечаются пики выбросов в эти время суток именно оксидов азота и углеводородов. Именно эти соединения, вступая в реакцию друг с другом, обуславливают фотохимическое загрязнение воздуха. Образуются пероксиацилнитраты (ПАН). Озон вступает в реакцию с углеводородами- образуется альдегид.

SO2- (оксид серы). Образуется во время работы двигателя из топлива., получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях). Эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания. Высокая концентрация SO2 и ее производных вызывает серьезные повреждения растительности, многие материалы под действием капелек серной кислоты разрушаются. Репером воздействия серной кислоты на растительность является красновато-коричневый цвет листьев и хвои и опадание листвы и хвои.

ВЛИЯНИЕ АВТОТРАНСПОРТА НА ФЛОРУ И ФАУНУ

Загрязнение окружающей среды токсичными компонентами ОГ приводит к большим экономическим потерям в хозяйстве, т. к. токсичные вещества вызывают нарушения в росте растений, что приводит к снижению урожаев и потерям в животноводстве.

Также существуют проблемы загрязнения почвы автоотходами.

ВЫБРОС ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ АВТОМОБИЛЕЙ В ТРАНСПОРТНОМ ПОТОКЕ

Расход топлива и выброс токсичных компонентов. Совершенство конструкции автомобилей оценивается комплексом эксплуатационных свойств, среди которых одним из важнейших является топливная экономичность. Под топливной экономичностью автомобиля понимается его свойств использовать минимально возможное количество топлива при выполнении транспортной работы.

Показатели топливной экономичности регламентированы ГОСТами. Их перечень включает контрольный расход топлива, топливную характеристику транспортного средства при установившемся режиме, расход топлива в магистральном и городском циклах на дорогах, в городском цикле на стендах с беговыми барабанами, а также топливо-скоростную характеристику на магистрально-холмистой дороге.

Общий расход топлива Q обуславливается потерями энергии в двигателе (Qдвиг) и трансмиссии (Qтр), а также общим сопротивлением движению, которое складывается из сопротивления качению (Qf), аэродинамического сопротивления (Qw), сопротивления сил энергии (Qa) и сопротивления подъему (Qi).

Топливный баланс:

Q= Qдвиг+ Qтр+ Qf+ Qw+ Qi+ Qa.

При движении автомобиля малого класса по горизонтальному участку дороги со скорость 60 км/час удельный вес составляющих распределяется следующим образом: Qдвиг=65%; Qтр=9%; Qf=16%; Qw=10%.

В качестве измерителя эксплуатационного расхода топлива q используют отношение общего расхода Q топлива к пройденному пути S:

На рисунке показаны зависимости эксплуатационного расхода топлива легковым автомобилем среднего класса на городской магистрали и участке загородной дороги от скорости сообщения v=S/t (t- время движения транспортного средства).

Кривая 1 представляет собой расход топлива в зависимости от установившейся скорости, а заштрихованная зона соответствует расходу топлива при движении с экономичной скоростью.

В условиях города автомобиль движется в основном в режимах разгона и замедления, причем сочетание этих фаз может быть самым разнообразным. Все это делает невозможным движение в городских условиях с экономичными скоростями и приводит к дополнительному расходу топлива (зона меду кривыми 1 и 2).

Рассмотрим движение двух автомобилей по участку городской магистрали в свободных условиях. Пусть первый автомобиль преодолел участок со скоростью 60 км/ч практически беспрепятственно. Расход топлива первым авто составляет:

где qL- удельный расход топлива, л/км; l- протяженность участка, км.

Расход топлива вторым автомобилем Q2 будет складываться из расхода топлива на разгон Qр, на торможение Qт, на холостой ход Qхх и на движение с относительно постоянной скоростью Qv:

Q2= Qр+ Qт+ Qхх+ Qv.

Расход топлива Q2* равен:

где D0- дополнительный расход топлива, связанный с остановками автомобиля, л.

Расход D0 будет определяться числом остановок О и временем работы на холостом ходу tхх:

D0= q0∙О+ qхх∙tхх,

где q0- дополнительный расход топлива на остановку, л/ч; qхх- расход топлива на холостом ходу, л/ч.

Расход топлива q0 зависит от интенсивности и конечной скорости разгона Vр. Помимо скорости разгона на дополнительный расход топлива на остановку влияет номер автомобиля в очереди и ее состав.

Увеличение расхода топлива i-тым автомобилем учитывается коэффициентом очередности Коч.

Неравномерность скоростного режима для магистрали непрерывного движения оценивается с достаточной точностью параметрами транспортного потока, т. е. параметрами конечной скорости разгона, коэффициентом очередности, а также коэффициентом задержки.

Однако данный параметр применительно к городской магистрали неточен. Поэтому введен еще и параметр градиента скорости. Градиент скорости Ivотражает относительную долю неустановившихся режимов движения за единицу времени. Кроме того, Iv характеризует уровень транспортной загрузки, загрязнение атмосферы токсичными компонентами ОГ, расход топлива.

В свободных условиях движения значения градиента скорости малы, а скорость наибольшая. С увеличением уровня загрузки возрастает взаимное влияние автомобилей, водители которых вынуждены постоянно реагировать на изменение дорожной ситуации, растет неравномерность движения- скорость падает. Это приводит к повышению показателей удельного расхода. Вычисление градиента скорости возможно по пространсвенно-временной характеристике режима движения с использованием метода «плавающего» автомобиля.

На рисунке представлена зависимость изменения расхода топлива при непрерывном движении от градиента скорости.

Для всех типов автомобилей повышение плотности движения приводит к росту градиента скоростей.

Значения удельных расходов топлива в зависимости от состояния транспортного потока приведены в таблице.

Дополнительный расход топлива в зоне перекрестка потоком автомобилей в значительной степени определяется длительностью цикла светофорного регулирования.

Довольно широкий диапазон изменения расхода топлива объясняется многообразием условий движения в городах, поэтому в каждом конкретном случае оценить эффективность определенного мероприятия можно, если учесть все параметры транспортного потока.

Снижение расхода топлива и, следовательно, вредных выбросов от автотранспортных средств достигается:

Сокращением числа пересечений транспортных и пешеходных потоков.

Снижением уровня загрузки магистралей.

Оптимизацией состава транспортного потока.

Оптимизацией скоростного режима.

Оптимизацией цикла регулирования.

Внедрением АСУД.

Натурные обследования загрязнения воздуха автомагистралей. Эти обследования необходимы для оценки существующего состояния в системе управления дорожным движением, состояния окружающей среды, обоснования мероприятий по их улучшению, корректировки параметров управления транспортными потоками и организации их движения, разработки объемов и очередности реконструкции магистралей.

Предварительные наблюдения проводят, используя предвижные лаборатории, которые за час работы осуществляют 2-3 замера в разных (но близкорасположенных) пунктах маршрута. Применяют комбинированные способы, т. е. характеристики транспортного потока определяют на всех интересующих участках. Загрязнение воздуха измеряют в конкретных точках только на части из них. В остальных точках значения концентраций вредных примесей определяют методом расчета. Место отбора проб воздуха на перегоне выбирают на краю проезжей части (на уровне бордюра). При отборе проб воздуха в емкости учетчик находятся на газоне или тротуаре. При использовании передвижной лаборатории автомобиль ставят на газон. Точка наблюдения (отбора проб воздуха) должна располагаться не ближе 30 м от пешеходного перехода, автомобильных стоянок, остановок общественного транспорта. Нельзя определять загрязнение атмосферного воздуха вредными компонентами ОГ автомобилей во время выпадения осадков- дождя или снега, а также при тумане или метели.

Для определения концентраций загрязняющих веществ используют лабораторные и экспресс-методы. Экспресс-методы основаны на прокачивании воздуха через индикаторные трубки с помощью ручного аспиратора. Лабораторные методы подразделяются на два вида: определение концентраций примесей непосредственно на месте наблюдения и отбор воздуха в емкости с последующим анализом проб в лаборатории.

Определение выброса вредных веществ транспортными потоками. Автомобиль загрязняет воздух веществами, которые выбрасываются с отработавшими и картерными газами, попадают в атмосферу в результате сгорания и испарения топлива. При этом основная масса вредных выбросов приходится на ОГ. Биологически активные- это СО, NOx, CxHy, альдегиды, дым, сажа, углеводородные соединения канцерогенной группы.

В таблице приведены характеристики работы двигателя автомобиля и показатели токсичности в цикле городского движения.

Наиболее неблагоприятными с позиций токсичной характеристики двигателя являются режимы разгона, замедления и холостого хода.

Для экологической оценки автомобильных двигателей как источника загрязнения используют показатели, учитывающие состав и количество ОГ, а также энергетические показатели автотранспортных средств.

Количество компонента, выделяемого двигателем в единицу времени (г/ч) рассчитывается по формуле:

где Ci- концентрация рассматриваемого токсичного компонента, г/м3;

Qoi- объемный расход ОГ, м3/ч.

ЗАЩИТА ОТ НЕГАТИВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ АВТОМОБИЛЯ

Шум автомобиля и транспортного потока. В таблице приведены источники городского шума.

Преобразование энергии в любой машине, в том числе и движущемся автомобиле, связано с ее рассеиванием в окружающем пространстве. Одним из каналов такого рассеивания являются звуковые волны. Они представляют собой колебательное движение частиц упругой среды, возникающее в результате колебания поверхности излучателя или какого-либо аэродинамического процесса. Источником шума в движущемся автомобиле являются поверхности силового агрегата двигателя, системы впуска и выпуска, поверхности агрегатов трансмиссии. Шум возникает также при взаимодействии кузова автомобиля с потоком воздуха при движении, взаимодействии шин с покрытием дороги, колебании элементов подвески и кузова от возмущений дроги и др. В таблице представлено распространение звуковой энергии автомобиля от его различных частей.

Человек способен воспринимать колебания звука в воздушной среде в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц.

Транспортный шум является одним из наиболее опасных параметров загрязнений окружающей среды.

Пространство, в котором существует и распространяется звуковая волна, является звуковым полем. Изменение физического состояния среды в звуковом поле, обусловленное наличием звуковых волн, характеризуется звуковым давлением (р), т. е. разностью между значением полного давления и средним давлением, которое обычно наблюдается в воздушной среде при отсутствии звуковых волн. Единицей измерения давления является Паскаль П=1 Н/м2.

Звуковые колебания характеризуются частотой f, которая определяется через скорость распространения звука С и длину волны l. В изотропных средах длина волны связана с частотой и скорость звука зависимостью:

С=343.1 м/с при 200С.

Значения звукового давления, интенсивности звука и звуковой мощности изменяются в очень широких пределах. Так, звуковое давление самого тихого звука, который может воспринять человек, составляет 2×10-5 Н/м2, а верхний предел может достигать 2×104 Н/м2. Для такого широкого диапазона целесообразно использовать относительные единицы, выраженные в логарифмических единицах децибелах (дБ). За единицу сравнения для звукового давления принято пороговое звуковое давление, равное 2×10-5 Н/м2.

Уровень интенсивности звука:

Где I0- пороговая интенсивность звука на частоте f=1000 Гц, которая соответствует пороговому звуковому давлению р0=2×10-5 Н/м2. Множитель 10 применяется, чтобы получить более мелкие единицы измерения шума- десятые доли бела.

Весь спектр шума поделен на отдельные участки- октавы. Октав- это полоса частот, в которой конечная частота в 2 раза больше начальной: fк=2 fн.

В гигиене труда принято рассматривать восемь октав со среднегеометрическими с частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.

Шум автомобиля является широкополосным шумом. Для оценки воздействия на человека такого шума применяются частотные корректировки, характеристики которых обозначаются буквами А, В, С. Характеристика А, соответствующая частотам выше 600 Гц, приближает измерение шума к восприятию звука человеком.

На рисунке представлена зависимость уровня шума от скорости легкового автомобиля на 1 передаче (1), на 2 передаче (2), на 3 передаче (3) и на 4 передаче (4).

БЖ. Загрязнение. 2 семинар.

Загрязнение экологии

Загрязнение – это изменение химических, биологических, физических характеристик природных сред, которые нас окружают (земля, воздух, вода и т.д.), которое приводит или может привести к ухудшению экологического равновесия флоры и фауны, истощению сырьевых ресурсов человека и повлиять на его производственные и жизненные процессы.

Загрязнение воздуха

В современном мире, огромное влияние на загрязнение воздуха и атмосферы планеты оказывают промышленные предприятия и транспортные средства. Процессы промышленной деятельности человека, имеющие непосредственное отношение к загрязнению воздуха:

· Сжигание топлива в котлах, печах и двигателях внутреннего сгорания автомобилей, способствующее образованию смога с большой концентрацией оксидов азота.

· Сжигание топлива реактивными самолетами и выпускаемые ими выхлопы, вредящие озоновому слою атмосферы.

· Выбросы газов промышленными предприятиями.

· Производственная деятельность предприятий.

· Сжигание высокосернистых углей на тепловых электростанциях.

· Сжигание горючих ископаемых материалов и выброс в атмосферу углекислого газа.

· Выбросы вентиляционных шахт атомных электростанций и других помещений с другими видами энергетических установок.

Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на живые организмы несколькими путями:

1) доставляя аэрозольные частицы и ядовитые газы в дыхательную систему человека и животных и в листья растений;

2) повышая кислотность атмосферных осадков, которая, в свою очередь, влияет на изменение химического состава почв и воды;

3) стимулируя такие химические реакции в атмосфере, которые приводят к увеличению продолжительности облучения живых организмов вредоносными солнечными лучами;

4) изменяя в глобальном масштабе состав и температуру атмосферы и создавая таким образом условия, неблагоприятные для выживания организмов.

Дыхательная система имеет ряд защитных механизмов, предохраняющих от воздействия загрязняющих веществ, содержащихся в воздухе. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Слизистая оболочка носовой полости, гортани и трахеи задерживает и растворяет мелкие частицы и некоторые вредные газы. Если в дыхательную систему попадают загрязняющие вещества, человек чихает и кашляет. Таким образом эвакуируются загрязненный воздух и слизь. К тому же верхние дыхательные пути выстланы сотнями тонких ресничек мерцательного эпителия, находящихся в постоянном движении и перемещающих вверх по гортани слизь вместе с попавшей в дыхательную систему грязью, которые либо проглатываются, либо удаляются наружу.

Постоянное длительное воздействие побочных продуктов табачного дыма и загрязненного воздуха приводит к перегрузке и переполнению защитных систем человека, в результате развиваются болезни дыхательной системы: аллергическая астма, рак и эмфизема легких, хронические бронхиты

Кислотные осадки. Попадание в почву или в водоемы разных кислот, например серной (H2SO4) или азотной (HNO3), в результате выпадения кислотных осадков (аномально кислых дождей и снега) причиняет вред живым организмам и способствует разрушению различных конструкций. Подобные явления довольно часто наблюдаются в районах значительной концентрации промышленных предприятий, использующих ископаемое топливо.

Ущерб, причиняемый биоте при выпадении кислотных осадков, наиболее заметно выражен в лесах и на озерах. Определенные виды деревьев, в частности сосны, особенно чувствительны к изменению кислотности почвы. От кислотных дождей сильно пострадали большие площади лесов в Новой Англии, Канаде и скандинавских странах. В некоторых случаях растения служат индикаторами подобных воздействий: листья покрываются пятнами или обесцвечиваются. Перенасыщение кислотами, связанное с весенним стоком в озера и реки талых вод, может оказать пагубное воздействие на рыб и другие водные организмы.

Загрязнение воды

Загрязнение почвы и истребление видов флоры и фауны

Почва – это экологическая среда, которая дает человеку растительную пищу. С каждым годом из-за загрязнения, эрозии и других причин, количество гектаров распахиваемой земли во всем мире уменьшается. Почву загрязняют бытовыми и промышленными отходами, заливают ядовитыми веществами, способствуя сокращению плодородных земель на планете. Канцерогены, нефть и нефтепродукты, минеральные удобрения, химикаты, продукты радиоактивного распада и прочие промышленные отходы уничтожают почву, делая ее безжизненной, непригодной для выращивания растений.

Не менее печально обстоит дело с уничтожением флоры - растительного покрова земли. Вырубка лесов по всему миру с каждым годом увеличивается, что самым непосредственным образом вредит экологии. Ведь леса являются источником притока кислорода и уменьшения углекислого газа. Подобный процесс создает необходимое равновесие. Нарушение этого равновесия может пагубно повлиять на всю экологическую систему Земли. Не стоит забывать, что срубить дерево можно за минуту, а чтобы вырастить понадобятся многие годы.

Также продолжает увеличиваться количество обитателей фауны, которые заносятся в красную книгу, как исчезающие, редкие виды.

· Вот некоторые решения, которые могли бы способствовать защите окружающей среды и предотвращению экологических катастроф:

· Создание и изготовление более эффективного электронного оборудования, которое позволило бы избежать больших затрат энергии, а соответственно выхлопов углекислого газа при освещении, отоплении и кондиционирования воздуха в зданиях.

· Либо наладить производство более экономичных по расходу топлива автомобилей, либо же искать альтернативные виды топлива, что гораздо эффективнее.

· Установить на всех предприятиях, выбрасывающих опасные вещества в атмосферу и водоемы, многоступенчатые системы очистки.

· Использовать другие источники энергии. Имеются в виду источники энергии, не связанные с ископаемым топливом.

· Перерабатывать отходы. Подобный метод является эффективным методом рационального использования отходов.

· Не допускать несанкционированного, нелегального выброса отходов. Утилизировать отходы только на специализированных заводах.

Введение

Антропогенное загрязнение окружающей среды оказывает выраженное воздействие на формирование популяционного здоровья населения, особенно в связи с изменением социально-экономических условий. Неуклонный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду, прежде всего, отражается на здоровье населения, ухудшается качество продуктов с/х, преждевременно разрушаются жилища, металлоконструкции промышленных и гражданских сооружений, приводит к гибели флоры и фауны. Поступающие в атмосферу оксиды углерода, серы, азота, углеводороды, соединения свинца, пыль оказывают различное токсическое воздействие на организм человека. Именно потому сейчас стоит очень остро проблема « окружающая среда и здоровье человека». По этой причине автор заинтересовался данным вопросом, ведь самочувствие, собственное здоровье и здоровье наших детей волнует нас больше всего, так как окружающая среда и организм человека тесно связаны между собой.

Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей природной среды предполагает денежную оценку негативных изменений в широком спектре последствий: ухудшение здоровья человека, вынужденного дышать загрязненным воздухом, пить воду, содержащую вредные примеси и есть загрязненные продукты; изменение возможностей развития и воспитания личности вследствие исчезновения привычного ландшафта и природы, изменение климата, и денежную оценку негативных условий существования человека.

В Российской Федерации сложилась неблагоприятная, а в некоторых районах даже острая экологическая обстановка. В неблагоприятной санитарно-гигиенической обстановке проживают 109 млн. человек, или 73% всего населения. Серьезные эколого-гигиенические проблемы характерны и для жителей города Новый Уренгой. Существующая неблагоприятная эколого-гигиеническая обстановка предопределяет то, что в литературе широко обсуждается вопрос о влиянии загрязнения окружающей среды на состояние здоровья населения. Оценка значимости загрязнения среды по биологическим ответам организма человека, по показателям здоровья более объективна, чем сопоставление концентраций отдельных загрязнителей с гигиеническими нормами, т.к. интегрально учитывает влияние всех, в том числе не идентифицированных, загрязнителей, их комплексное и комбинированное действие на организм человека.

Влияние антропогенных и природных факторов на флору, фауну, здоровье населения и общую экологическую ситуацию

Влияние антропогенных и природных факторов на флору

Изучение влияния человека и его хозяйственной деятельности на изменения растительного покрова входит в компетенцию фитоценологии, которая в последнее время обращает на это большое внимание, особенно в связи с вопросами охраны окружающей среды. Однако в решение этих проблем все больше включаются экологи разных профилей. Эколог не может пройти мимо основных аспектов влияния антропогенного экологического фактора, который исторически является самым молодым, новым. С момента появления человека на Земле его влияние на природу, на всю биосферу нарастало так быстро, что В. И. Вернадский выделил особую так называемую ноосферу, и в настоящее время мы уже не можем найти на нашей планете какого-либо сообщества, практически не подвергшегося тому или иному воздействию человека.

Вся история человечества связана с тем или иным его влиянием на флору и растительность. Сначала это была деятельность кочевников, а когда им на смену пришли земледельцы, она усилилась особенно из-за выжигания и вырубки лесов для получения новых посевных участков. Вырубка лесов в странах Средиземья, в Малой Азии, Месопотамии, т. е. в районах древнейшей культуры, привела к значительной ксерофитизации, опустыниванию этих территорий. В Африке и в Индии сокращение площадей тропических лесов обусловило увеличение площадей саванн; то же происходило и в Южной Америке. В Средней Азии в районах древнейшей культуры по берегам Амударьи и Сырдарьи, а также в Центральной Азии и Северной Америке усиленное развитие животноводства вызвало распространение подвижных барханных песков. В Северной Америке сведение лесов вызвало эрозию, и появились обширные пространства так называемых бэд лэнд. Эпоха великих географических открытий вела к расширению заноса и завоза все новых и новых видов, которые иногда быстро распространялись в новых условиях. Влияние человека связано с общественными формациями, здесь надо учитывать, конечно, и социально-экономический аспект. Обычно принято различать бессознательное и сознательное воздействие человека на природу.

Сокращение ареалов или даже уничтожение видов. Этот хорошо всем известный процесс происходит под влиянием многих сторон деятельности человека. Иногда человек сознательно уничтожает некоторые виды. Так, в Скандинавских странах уничтожен барбарис, являющийся, как известно, промежуточным хозяином ржавчины хлебных злаков. В нашей флоре насчитывается много исчезающих видов, занесенных в Красную книгу.

Орошение, обводнение, осушение. Орошение -- это искусственное увлажнение почвы для получения более высоких урожаев. В аридной зоне человек создает особые ландшафты -- оазисы, имеющие своеобразную экологическую обстановку. Обводнением называют сооружение дополнительных водных источников (прудов, колодцев, скважин), которые предназначены для улучшения водоснабжения. Однако с орошением (особенно с неправильным) в пустынной зоне связано неприятное явление -- вторичное засоление почв. При отсутствии дренажа такие участки вторично засоленных почв обычно исключаются из пользования. Длительное существование примитивного орошаемого земледелия в пустынной зоне привело к широкому развитию такыров. Осушение применяют на заболоченных пространствах. Осушение заболоченного леса, как правило, увеличивает продуктивность, но снижение уровня грунтовых вод может вызвать иссушение соседних, не заболоченных лесов, обмеление рек, берущих начало в заболоченных районах, и т. д.

Наконец, огромное влияние на растительность человек оказывает, конечно, тем, что занимает все новые и новые площади под искусственные агрофитоценозы (посевы, посадки и т. п.).

В настоящее время вряд ли возможно найти на планете сообщество растений или животных, которое не подвергалось бы прямому или косвенному влиянию со стороны человека.

Вся история человечества связана с тем или иным влиянием на флору и растительность. Сначала это была деятельность кочевников; после появления земледелия влияние на флору усилилось из-за выжигания и вырубки лесов для получения новых посевных участков. Вырубка лесов в странах Средиземноморья, в Малой Азии, Месопотамии (в регионах древних культурных цивилизаций) привела к значительной ксерофитизации растительности и опустыниванию территорий. В Африке, в Индии, в Южной Америке сокращение площадей тропических лесов обусловило увеличение площади саванн. В Центральной Азии и Северной Америке усиленное развитие животноводства, помимо опустынивания, вызвало распространение подвижных барханных песков. Эпоха великих географических открытий вела к расширению заноса и завоза все новых и новых видов, которые зачастую быстро распространялись в новых условиях.

Обычно речь идет о бессознательном и сознательном воздействии человека на природу и на ее растительные компоненты (см. Классификацию антропогенных воздействий - в курсе лекций по общей экологии)

Бессознательное влияние (сбор растений, вырубка и выжигание лесов) обычно выгодно человеку, но отрицательно сказывается на растительности. Бессознательный отбор человеком привел к созданию многих культурных растений, история которых большей частью неизвестна. Человек часто действует бессознательно и в настоящее время, распространяя семена, споры и плоды вследствие мощного развития различных видов транспорта.

Сознательное воздействие также может быть положительным или отрицательным. Например, искусственный отбор является эффективным средством улучшения тех или иных видов и сортов или создания новых пород культурных растений. Разумная вырубка леса в пределах годичного прироста древесины и при соблюдении правил возобновления может существенно повысить продуктивность лесов; санитарные рубки помогают избавиться от больных деревьев. Однако превышение изъятия древесины сверх годичного прироста, вырубка лесов на горных склонах, уничтожение растительности в санитарно-защитных или водоохранных зонах представляют примеры сознательного и негативного влияния.

Среди основных направлений влияния человека на растения и растительность следует выделить следующие:

1. Обогащение флоры или изменение состава растительности. В этом направлении до последнего времени преобладало бессознательное обогащение флоры. Например, целый ряд синантропных растений всегда сопутствовал человеку при его расселении, но большинство таких видов относится к сорным и не представляющих практической ценности. Среди них выделяют:

Археофиты, существовавшие еще с доисторических времен (лопух, лебеда, василек посевной и др.);

Неофиты, представляющие сорные виды нового времени (элодея – «водяная чума», энотера и др.);

Апофиты, местные виды, легко переходящие на культурные поля (льнянка, чина клубненосная, шалфей, люцерна желтая часто появляются на свежераспаханных полях).

Пришлые виды, приуроченные к посевам, называют сегетальными (василек, костер посевной), а сорняки, предпочитающие свалки мусора у домов или возле дорог - рудеральными (лопух, белена, крапива).

Сознательно культивируемые в ботанических садах, парках или зеленых зонах экзотические иноземные растения иногда переходят в местную дикую фауну, т.е. акклиматизируются и натурализуются. При этом они вынуждены конкурировать с местными аборигенными видами и противостоять новым климатическим условиям. Лишь некоторые эврибионтные виды с широкой экологической амплитудой и большим количеством семян могут внедриться в состав местной флоры. Примеры: недотрога мелколистная (Impftiens parviflora) из Средней Азии и аир (Acorus calamus) из Турции прижились в средней полосе России. Легче проходит акклиматизация и натурализация у водных растений (например, у элодеи) в силу сходности экологических условий водной среды.

2. Сокращение ареалов и местообитаний, а также прямое уничтожение растений происходит очень часто, Иногда сознательно уничтожаются некоторые виды: например, в Скандинавии уничтожают барбарис, который является промежуточным хозяином ржавчины хлебных знаков. Большой ущерб растительности наносится неконтролируемым сбором лекарственных растений. Многие виды растений относятся к числу исчезающих и внесены в Красные книги различного уровня.

3. Прямое воздействие человека на растительный покров проявляется при распашке земель, вырубке лесов, выпасе домашних животных, выкашивании и выжигании растений, особенно на лугах и в степях.

4. Влияние человека на флору сказывается при различных мелиоративных мероприятиях – при орошении, обводнении или осушении отдельных территорий. Орошение – это искусственное увлажнение почв для получения более высоких урожаев. Известно, что продуктивность орошаемых угодий превосходит аналогичные показатели богарных земель в несколько раз. Однако с орошением, особенно с избыточным, в засушливых зонах связано такое негативное экологическое явление как вторичное засоление почв. При отсутствии дренажных систем участки вторично засоленных почв, как правило, исключаются из сельскохозяйственного землепользования. В аридных зонах и пустынях человек создает возле источников воды особые ландшафты – оазисы – со своеобразной экологической обстановкой. При обводнении сооружаются дополнительные водные источники (пруды, колодцы, скважины), которые предназначены для улучшения водоснабжения, но при этом безвозвратная откачка воды ухудшает условия существования растений. Осушение земель обычно практикуют на заболоченных пространствах. Как правило, это увеличивает продуктивность осушаемых участков, но сопровождается множеством побочных негативных явлений: снижение уровня грунтовых вод, обмеление и высыхание рек на соседних незаболоченных участках и т.д.

5. Ухудшение условий существования растений происходит и в результате загрязнения воздуха, вод и почв. Задымление, воздействие вредных газов, кислотные дожди являются неотъемлемыми последствиями промышленной деятельности.

6. Создание замусоренных (рудеральных) местообитаний способствует появлению специфической флоры. Свалки бытовых отходов характеризуются повышенным содержанием азота из-за большого количества разлагающейся органики, поэтому многие произрастающие на таких свалках растения относятся к нитрофилам. Напротив, отвалы и терриконы практически не содержат почвенного гумуса, но выброшенные пустые породы богаты разнообразными токсическими веществами, к которым немногие растения могут приспособиться. Значительные площади, которые занимают подобные «памятники» промышленного производства, требуют различных методов рекультивации и фитомелиорации.

7. Наиболее значительное воздействие человека на растительность связана с тем, что под искусственные фитоценозы требуется все больше площадей. Однако создаваемые агроэкосистемы характеризуются обедненным составом растительности в силу преобладающей монокультуры сельскохозяйственного производства.

Воздействие загрязнителей на флору, фауну и на человека

из "Проектирование аппаратов пылегазоочистки"

Наибольший ущерб растениям причиняют дисперсные загрязнители, соединения металлов, фтора, оксиды серы и азота. Пылевые и зольные отложения на зеленой массе ограничивают процессы фотосинтеза, а соединения металлов подавляют их и действуют как клеточные яды. Соединения фтора снижают продуктивность леса, вызывая высыхание и гибель деревьев. Оксиды серы и азота повреждают зеленую массу и разлагают хлорофилл. Особенно чувствительны к ним хвойные породы деревьев. Загрязнение воздушной среды оказывает вредное воздействие на флору и через почву, где кислотные дожди уничтожают почвенные бактерии, червей, разлагают гумус, вымывают необходимые растениям элементы.
Влияние загрязненной атмосферы на животный мир и человека во многом сходно. Загрязнители могут вызывать интоксикации, хронические и онкологические заболевания, увеличивать число мутаций, снижать репродуктивность и срок жизни.
Многочисленная и, как правило, разрозненная информация по животному миру подтверждает, что загрязнители чаще всего действуют специфично на различные виды животных, поражая определенные органы и функции. Одним из общих проявлений последствий загрязнения воздушной среды является летальность кислотных дождей для животных, обитающих в водоемах и почве. Если pH воды в водоемах понижается до 5, наблюдается массовая гибель рыб, а вода с pH менее 4,5 вообще непригодна для жизни животных. В целом загрязнение окружающей среды сказывается на животном мире более заметно, чем на человеческом сообществе ежегодно фауна планеты Земля становится беднее еще на несколько видов.
Непосредственный ущерб здоровью человека наносят мелкие аэровзвеси и газообразные загрязнители. Дисперсные частицы с размерами менее 5 мкм могут достигать легких, не задерживаясь в носоглотке и альвеолах. Отдельные виды пыли могут вызывать специфические заболевания силикатная, угольная, алмазная и некоторые другие - пневмокониозы, асбестовая - онкологические. Очень опасна мелкая пыль, на которой сорбированы кислоты, кислотообразующие газы, токсичные соединения и радионуклиды.
Степень воздействия загрязнителей на организм человека зависит от огромного числа причин, обусловленных состоянием самого организма, внешними условиями, видом загрязнителя, другими факторами. Весьма существенными показателями являются токсичность, концентрация и время экспозиции загрязнителя. В общем случае принято считать, что долговременное воздействие малых концентраций опаснее кратковременного воздействия концентрированных веществ, разумеется, если полученная доза не близка к летальной.