автотранспорт города воронеж. Влияние автотранспорта на состояние окружающей среды - StudentLi. Загрязнение выброс газ автотранспорт
 Скачать 328.83 Kb.
|
|
1.3 Состав отработавших газов Количество различных химических соединений, присутствующих в выбросах автомобилей, составляет около 200 наименований, в них входят очень опасные для здоровья человека и окружающей среды соединения. В настоящее время при сгорании в двигателе автомобиля 1 кг бензина почти безвозвратно расходуется более 3 кг атмосферного кислорода. Один легковой автомобиль ежечасно выбрасывает в атмосферу около 60 см3 отработавших газов, а грузовой - 120 см3 (Дробот и др., 1979). Точно определить количество вредных выбросов в атмосферу двигателями практически невозможно. Величина выбросов вредных веществ зависит от многих факторов, таких, например как: конструктивные параметры, процессы подготовки и сгорания смеси, режим работы двигателя, его техническое состояние и другие. Однако на основании данных о среднем статистическом составе смеси для отдельных видов двигателей и соответствующих им величин выбросов токсичных веществ на 1 кг израсходованного топлива, зная расход отдельных видов топлива, можно определить суммарную эмиссию. Ю.Г. Фельдман (1975) и Е.И. Павлова (2000) отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания объединили в группы по химическому составу и свойствам, а также по характеру воздействия на организм человека. Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водяной пар, и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. Вторая группа. К этой группе относятся только одно вещество - оксид углерода, или угарный газ (СО). Окись углерода образуется в цилиндре двигателя в качестве промежуточного продукта превращения и разложения альдегидов. Недостаток кислорода является основной причиной повышенных выбросов окиси углерода. Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом NO - оксид азота и NO3 - диоксид азота. Окислы азота образуются в результате обратимой термической реакции окисления азота воздуха под действием высокой температуры и давления в цилиндрах двигателя. Из общего количества окислов азота в выхлопных газах бензиновых двигателей содержится 98 - 99% окиси азота и только 1 - 2% диоксида азота, в выхлопных газах дизелей - примерно 90% и 10% соответственно. Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа Сх Ну. В отработавших газах содержится углеводороды различных гомологических рядов: алканы, алкены, алкадиены, цикланы, а также ароматические соединения. Механизм образования этих продуктов можно свести к следующим стадиям. В первой стадии сложные углеводороды, из которых состоит топливо, под действием термических процессов разлагаются на ряд простых углеводородов и свободных радикалов. Во второй стадии в условиях недостатка кислорода атомы отщепляются от образовавшихся продуктов. Полученные соединения объединяются между собой во все более сложные циклические, а затем в полициклические структуры. Таким образом, на данном этапе возникает ряд полициклических ароматических углеводородов, в том числе бенз(а) пирен. Пятая группа. Ее составляют альдегиды - органические соединения, содержащую альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом. И.Л. Варшавский (1968), Ю.Г. Фельдман (1975), Ю. Якубовский (1979), Ю.Ф. Гутаревич (1989), Е.И. Павлова (2000), установили, что из суммы альдегидов в выхлопных газах содержится 60% формальдегида, 32% алифатических альдегидов и 3% ароматических альдегидов (акролеин, уксусный альдегид, ацетальдегид и др.). Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузках, когда температуры сгорания в двигателе невысокие. Шестая группа. В нее входят сажа и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.). Ю.Г. Фельдман (1975), Ю. Якубовский (1979), Е.И. Павлова (2000), отмечают, что сажа является продуктом крегинга и неполного сгорания топлива, содержит большое количество адсорбированных углеводородов (в частности бенз(а) пирен, поэтому сажа опасна как активный переносчик канцерогенных веществ. Седьмая группа. Представляет собой сернистые соединения - такие неорганические газы как, сернистый андегрид, которые появляются в составе ОГ двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транспорте (Варшавский 1968; Павлова, 2000). Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений. Восьмая группа. Компоненты этой группы - свинец и его соединения - встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающее опасное октановое число. В состав этиловой жидкости входит антидетонатор - тетраэтилсвинец Pb(С2Н5)4. при сгорании этилированного бензина выноситель способствует удалению свинца и его оксидов из камеры сгорания, превращая их в парообразное состояние. Они вместе с отработавшими газами выбрасываются в окружающее пространство и оседают вблизи дороги (Павлова, 2000). Под воздействием диффузии вредные вещества распространяются в атмосферу, вступают в процессы физико-химического воздействия между собой и с компонентами атмосферы (Луканин, 2001). Все загрязняющие вещества делятся по степени опасности: - чрезвычайноопасные (тетраэтилсвинец, ртуть) - высокоопасные (марганец, медь, серная кислота, хлор) - умеренноопасные (ксилол, метиловый спирт) - малоопасные (аммиак, бензин топливный, керосин, оксид углерода и др) (Валова, 2001). К наиболее токсичным по отношению к живым организмам относятся угарный газ, окислы азота, углеводороды, альдегиды, диоксиды серы и тяжелые металлы. 1.4 Механизмы трансформации загрязнений В.И. Артамоновым (1968) была выявлена роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды. Способность растений очищать атмосферу от вредных примесей определяется, прежде всего, тем, насколько интенсивно они их поглощают. Исследователь предполагает, что опушенность листьев растений, с одной стороны, способствует удалению пыли из атмосферы, а с другой стороны - тормозит поглощение газов. Растения осуществляют детоксикацию вредных веществ различными способами. Некоторые из них связываются цитоплазмой растительных клеток и становятся благодаря этому неактивными. Другие подвергаются превращениям в растениях до нетоксичных продуктов, которые иногда включаются в метаболизм растительных клеток и используются для нужд растений. Обнаруживается также, что корневые системы выделяют некоторые вредные вещества, поглощенные надземной частью растений, например серосодержащие соединения. В.И. Артамонов (1968) отмечает важнейшее значение зеленых растений, которое заключается в том, что они осуществляют процесс утилизации углекислого газа. Это происходит благодаря физиологическому процессу, который свойственен только автотрофным организмам - фотосинтезу. О масштабах этого процесса свидетельствует тот факт, что за год растения связывают в форме органических веществ около 6-7% углекислого газа содержащегося в атмосфере Земли. Некоторые растения отличаются высокой газопоглотительной способностью и одновременно являются устойчивыми к сернистому газу. Движущей силой поглощения двуокиси серы является диффузия молекул через устьица. Чем сильнее опушены листья, тем меньше они поглощают сернистого газа. Поступление этого фитотоксиканта зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Если листья увлажнены, то они поглощают сернистый газ в несколько раз быстрее по сравнению с сухими листьями. Влажность воздуха также оказывает влияние на этот процесс. При относительной влажности воздуха 75% растения фасоли поглощали сернистый газ в 2-3 раза интенсивнее, чем растения, произрастающие при влажности 35%. Кроме того, скорость поглощения зависит от освещения. На свету листья вяза поглощали серу на 1/3 быстрее, чем в темноте. Поглощение сернистого газа имеет связь с температурой: при температуре 32о С растения фасоли интенсивно поглощали этот газ по сравнению с температурой 13о С и 21о С. Поглощенная листьями двуокись серы окисляется до сульфатов, благодаря чему токсичность ее резко снижается. Сульфатная сера включается в обменные реакции, протекающие в листьях, частично может накапливаться в растениях без возникновения функциональных нарушений. Если скорость поступления двуокиси серы соответствует скорости превращения ее растениями, влияние этого соединения на них невелико. Корневая система растений может выводить соединения серы в почву. Двуокись азота может поглощаться корнями и зелеными побегами растений. Усвоение и превращение NO2 листьями происходит с высокой скоростью. Восстановленный листьями и корнями азот включается затем в аминокислоты. Другие окислы азота растворяются в воде, содержащийся в воздухе, а затем усваиваются растениями. Листья некоторых растений способны усваивать угарный газ. Усвоение и превращение его происходит как на свету, так и в темноте, однако на свету эти процессы осуществляются значительно быстрее, в результате первичного окисления из окиси углерода образуется углекислый газ, который потребляется растениями в ходе фотосинтеза. Высшие растения участвуют в детоксикации бенз(а) пирена и альдегидов. Они усваивают бенз(а) пирен корнями и листьями, превращая его в различные соединения с открытой цепью. А альдегиды претерпевают в них химические превращения, в результате которых углерод этих соединений включаются в состав органических кислот и аминокислот. Моря и океаны играют огромную роль в связывании углекислого газа из атмосферы. В.И. Артамонов (1968) в своей работе описывает каким образом происходит этот процесс: газы лучше растворяются в холодной воде, чем в теплой. По этой причине углекислый газ интенсивно поглощается в холодных областях, и осаждается в виде карбонатов. Особо внимание В.И. Артамонов (1968) уделял роли почвенных бактерий в детоксикации угарного газа и бенз(а) пирена. Наибольшую СО-связывающую активность проявляют богатые органикой почвы. Активность почвы возрастает с повышением температуры, достигая максимума при 30о С, температура выше 40о С способствует выделению СО. Масштабы поглощения угарного газа почвенными микроорганизмами оцениваются по-разному: от 5-6*108 т/год до 14,2*109 т/год. Микроорганизмы почвы разрушают бенз(а) пирен и превращают его в различные химические соединения. В.Н. Луканиным и Ю.В. Трофименко (2001) были изучены механизмы трансформации компонентов ОГ ДВС в окружающей среде. Под влиянием транспортных загрязнений изменения в окружающей среде могут происходить в общепланетарном, региональном и локальном уровнях. Такие автотранспортные загрязнители как диоксид углерода, оксиды азота являются «парниковыми» газами. Механизм возникновения «парникового эффекта» заключается в следующем: солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, частично абсорбируется ею, а частично отражается. Некоторая часть этой энергии поглощается «парниковыми» газами, парами воды и не проходит в космическое пространство. Тем, самым нарушается глобальный энергетический баланс планеты. Физико-химические трансформации на локальных территориях. Такие вредные вещества, как оксид углерода, углеводороды, оксиды серы и азота, распространяются в атмосфере под воздействием диффузии, других процессов и вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы. Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие - при появлении для этого благоприятных условий - необходимых реагентов, солнечного излучения, других факторов. Монооксид углерода в атмосфере может окисляться до диоксида углерода при наличии примесей - окислителей (О, О3), оксидных соединений и свободных радикалов. Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими загрязнениями прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются пироксиды. Свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы. В свободной атмосфере диоксид серы через некоторое время окисляется до SO3 или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности углеводородами, в свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакций. Конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде. Кислотные осадки попадают на поверхность в виде кислотных дождей, снега, тумана, росы, образуется не только из оксидов серы, но и оксидов азота. Соединения азота, поступающие в атмосферу от объектов транспорта, представлены в основном оксидом и диоксидом азота. При воздействии солнечного света оксид азота интенсивно окисляется до диоксида азота. Кинетика дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать ультрафиолетовые лучи и диссациировать на оксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога. Фотохимический смог представляет собой многократную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождается инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником называемых свободных радикалов, отличающихся реакционной способностью. Загрязнение поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливается постепенно и сохраняется долгое время и после ликвидации дороги. А.В. Староверова и Л.В. Ващенко (2000) исследовали трансформации тяжелых металлов в почве. Ими, установлено, что попавшие в почву тяжелые металлы, прежде всего их мобильная форма, претерпевают различные трансформации. Один из основных процессов, влияющих на их судьбу в почве - закрепление гумусовым веществом. Закрепление осуществляется в результате образования солей тяжелых металлов с органическими кислотами. Адсорбции ионов на поверхности органических коллоидных систем или закомплексование их гумусовыми кислотами. Миграционные возможности тяжелых металлов при этом понижаются. Именно этим в значительной мере объясняется повышенное содержание тяжелых металлов в верхнем, то есть наиболее гумусированном слое. Компоненты отработавших газов ДВС, попадая в окружающую среду, подвергаются трансформации под действием абиотических факторов. Они могут распадаться на более простые соединения, или, взаимодействуя между собой образовывать новые токсичные вещества. Также трансформации ОГ участвуют растения и почвенные бактерии, которые включают токсичные компоненты ОГ в свой метаболизм. Таким образом стоит отметить, что загрязнение фитоценозов различными поллютантами носит неоднозначных характер и нуждается в дальнейшем изучении. |