Основные источники загрязнения окружающей среды и технические меры защиты от загрязнений
Транспорт – один из важнейших элементов материально-технической базы общественного производства и необходимое условие функционирования современного индустриального общества, так как с его помощью осуществляется перемещение грузов и пассажиров. Различают гужевой, автомобильный, сельскохозяйственный, железнодорожный, водный, воздушный и трубопроводный транспорт (Владимиров, 1999; Черных, 2003).
В настоящее время земной шар покрыт густой сетью путей сообщения, однако развитие различных видов транспорта, широкое развитие автотрасс привели к многократному увеличению прямого и косвенного воздействия транспорта на окружающую среду. При всем многообразии форм воздействия транспорта на окружающую природную среду их источники можно объединить в две основные группы:
· транспортные коммуникации (автодороги, железные дороги, аэродромы, трубопроводы), они воздействуют на природную среду прямо, постоянно и длительно;
· транспортные средства (автомобили, самолеты, суда), которые оказывают кратковременное влияние на природную среду (Малкин, 1992; Корчагин, 1997).
Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат около 200 химических соединений):
· оксид углерода и углеводороды (бензол, формальдегид, бенз(а)пирен) образуются при неполном сгорании топлива в условиях нехватки кислорода или слишком низких температурах горения, а также при испарении топлива;
· оксиды азота образуются при горении топлива; их количество сильно возрастает при повышении температуры сгорания;
· сажа выбрасывается преимущественно дизельными, а также газотурбинными двигателями; выброс зависит от типа двигателя,
· срока эксплуатации и от регулировки системы впрыскивания топлива;
· диоксид серы образуется при работе дизельных двигателей, поскольку дизельное топливо содержит серу;
· свинец добавляется в бензин в качестве антидетонатора, в год один автомобиль выбрасывает около 1 кг свинца;
· при работе автомобиля в атмосферу поступает также резиновая пыль, образующаяся при истирании покрышек.
При строительстве и эксплуатации дорог, трубопроводов, аэродромов происходят почворазрушающие процессы: оползни, просадки и особенно дорожная эрозия. Природные комплексы, расположенные вблизи насыпей железных и шоссейных дорог, постепенно трансформируются и деградируют.
Известно, что вдоль автотрасс, железных дорог и выходящих на поверхность нефтегазотрубопроводов почвенный покров загрязняется соединениями свинца, серы, нефтепродуктами и другими веществами.
Приземный слой воздуха вблизи автодорог загрязнен пылью, состоящие из частиц асфальта, резины, металла, свинца и другими веществами, часть которых обладает канцерогенным и мутагенным действием.
Фактором ухудшения качества среды обитания стало шумовое воздействие железнодорожных и шоссейных магистралей. Неблагоприятное воздействие на людей и других живых организмов оказывают электромагнитные поля, возникающие вдоль магистральных линий электропередач, особенно высоковольтных (Куклев, 2001).
Приоритетными направлениями снижения загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом являются:
применение новых видов автотранспорта, минимально загрязняющих окружающую среду (например, электромобиль);
рациональная организация и управление транспортными потоками;
использование более качественных или экологически чистых видов топлива (например, газ);
применение совершенных систем – катализаторов топлива и систем шумоглушения – глушителей шума.
К технологическим мероприятиям по снижению выбросов автотранспорта относятся замена топлива и двигателя; совершенствование рабочего процесса двигателя; техническое обслуживание.
В условиях города двигатель автомобиля работает 30% времени на холостом ходу, 30-40% – с постоянной нагрузкой, 20-25% – в режиме разгона и 10-15% – в режиме торможения. При этом на холостом ходу автомобиль выбрасывает 5-7% оксида углерода к объему всего выхлопа, а в процессе движения с постоянной нагрузкой – только 1,0-2,5%. Условия, приближенные к работе под высокой нагрузкой, могут быть созданы путем увеличения числа передач или более частого переключения передач на оптимальный режим с помощью компьютера. Другим вариантом решения является использование вариаторов. Для каждого вида ДВС при прочих равных условиях объем загрязняющих веществ, выделяемых в атмосферу, пропорционален расходу топлива. Поэтому экономия топлива означает сокращение выброса токсичных примесей в атмосферу.
В качестве комбинированного топлива наиболее употребительны смеси на основе бензина и спиртов. В Бразилии широко эксплуатируются автомобили, использующие в качестве топлива чистые спирты, их эксплуатация показала, что в отработавших газах резко снижено содержание оксидов азота и углеводородов. Введение спирта способствует повышению октанового числа при одновременном снижении содержания в отработавших газах оксидов азота и углеводородов.
При использовании пропан-бутановой смеси в отработавших газах в 4-10 раз снижается концентрация оксида углерода. В Канаде, Италии и США автомобили активно переводятся на использование природного газа. В отработавших газах резко снижается содержание сажи, оксида углерода и ряда органических соединений.
В качестве перспективных топлив могут быть использованы также аммиак и водород, причем водород особенно перспективен с экологической точки зрения, так как при его сгорании образуются преимущественно пары воды.
Для очистки отработавших газов от бензиновых двигателей чаще всего применяют платинопалладиевые и платинородиевые катализаторы. В последнее время внедряются и более сложные составы, содержащие платину, родий, палладий и цирконий на гранулированном оксиде алюминия.
К планировочным мероприятиям относятся организация пересечения улиц на разных уровнях, подземных (надземных) пешеходных переходов и озеленение магистралей и улиц. Другим направлением является вынесение источника загрязнения за пределы селитебной территории, что достигается рациональным трассированием городских магистралей. Важное значение имеют сооружение магистралей-дублеров, а также организация функционирования системы хранения, паркования и технического обслуживания автомобилей.
К санитарно-техническим мероприятиям относится рециркуляция и нейтрализация отработавших газов.
К административным – установление нормативов качества топлива и допускаемых региональных выбросов; вывод из города транзитного транспорта, складских баз и терминалов; выделение полос движения общественного транспорта и скоростных дорог безостановочного движения. Разработка альтернативных видов автотранспорта.
В городских условиях весьма перспективным считается использование полуавтономных троллейбусов. Такой троллейбус оснащен аккумуляторами, позволяющими преодолевать до 10 км автономно.
Солнечный электромобиль представляет собой комплекс, включающий электрический автомобиль и солнечный коллектор, который обеспечивает перезарядку аккумуляторной батареи во время его движения или стоянки.
Идеальный автомобиль для города – электромобиль. Он приводится в движение электродвигателем, который, в свою очередь, получает энергию от аккумуляторных батарей.
Электромобиль почти не дает выбросов вредных веществ, у него большой крутящий момент на малых скоростях вращения, кроме того, он предпочтительнее с точки зрения удельной мощности и более компактен, он требует меньше регулировок, не потребляет много масла, проще система охлаждения, а топливная – вообще отсутствует, кроме того, он излучает значительно меньше шума, чем автомобили с дизельным или бензиновым приводом. Шведские автостроители разработали гибридную модель автомобиля, у него два двигателя – электрический, питаемый от аккумулятора, и газотурбинный, потребляющий дизельное топливо.
В автомобиле с инерционным двигателем в качестве накопителя энергии используется маховик. Такое нововведение позволяет обойтись без двигателя, коробки скоростей, радиатора, стартера и выхлопной трубы. Электроток от стационарного источника используется для раскрутки супермаховика из легких, но прочных на разрыв углеродных волокон. Когда он наберет обороты, напряжение отключается. Однако вращение продолжается несколько часов, поскольку супермаховик заключен в герметичную капсулу, из которой выкачан воздух, а магнитный подвес устраняет трение в подшипниках
Промышленность строительных материалов. Крупным источником твердых частиц, загрязняющих природную среду, являются цементные заводы, известковые печи, установки по производству магнезита, асфальта, печи обжига кирпича.
Согласно оценкам специалистов производство цемента и других вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительного и технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных веществ, оксида углерода, диоксида серы и оксидов азота, сероводорода, формальдегида, толуола, бензола, оксида ванадия, ксилола.
Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Существуют два способа получения целлюлозы (основы для производства бумаги) – сульфитный и сульфатный. При сульфитном загрязняются преимущественно водные источники, при сульфатном – воздушный бассейн.
Характерными загрязняющими веществами, производимыми этими предприятиями, являются: твердые вещества, оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, толуол, сероводород, ацетон, ксилол, бутилацетат, этилацетат, метилмеркаптан, формальдегид. Сточные воды при сульфитной технологии различаются по типу основных загрязняющих веществ, образуя коросодержащие, волокно-, каолино-, щелоко- и хлорсодержащие стоки.
Эти сточные воды, попадая в водоемы, приводят к накоплению токсичных илов, к повышению биологической потребности кислорода, резкому ухудшению качества воды, гибели ценных пород рыб.
Города, вблизи которых расположены предприятия целлюлозно-бумажной промышленности, являются наиболее неблагополучными с экологической точки зрения, независимо от того, какая технология применяется (Денисов, 2007).