Забруднення атмосферного повітря

Вступ

Актуальність проблеми. Головним джерелом забруднення атмосферного повiтря в м. Києвi (70%) є автомобiльний транспорт. Науковими дослідниками виявлено, що вiтчизнянi автомобiлi екологiчно “бруднiшi” вiд захiдних моделей. Втiм не є таємницею, багато iномарок, мають спрацьовані двигуни й тому сильно забруднюють повiтря. До цього часу в якості палива використовується переважно вкрай шкiдливий етильований бензин, складовою якого є свинець. Зазвичай, двигуни авто бувають погано вiдрегульованими, тому в їхнiх газових викидах мiститься значна кількість вуглекислого газу, сажi. Наприклад: пiдраховано, якби всi труби для викиду відпрацьованих газів автомобiлiв, котрi “бiгають” вулицями м. Києва, з’єднати в одну, то утворився б жахливий кратер дiаметром у 25 метрiв, з якого викидається близько 110 тис.тонн шкiдливих газiв на рiк.

Становище погiршується ще й тим, що автомобiльнi викиди концентруються в приземному шарi повiтря, а саме, в зонi дихання людини. Для нормальної життєдiяльностi організмам необхiдне чисте повiтря. У містах, де забруднення атмосферного повітря досить суттєве, помітно знижується його прозорість. Відомо, вміст атмосферного повiтря складають: N₂ – 78,1%; О₂ – 20,9%; Аr – 0,95%; СО₂ – 0,032%. Антропотоксини - газоподібні речовини, які є продуктами життєдіяльності людини. Однією із сприятливих умов їх утворення вважають наявність диоксиду карбону. Перевищення кількості вуглекислого газу нормативних значень спричиняє їх надмірне формування. Тому вуглекислий газ є відносним показником ступеня чистоти повітря, де перебуває людина. Вміст вуглекислого газу в атмосфері впливає на інтенсивність та спектр сонячної радіації, яка досягає поверхні землі. Збільшення його кількості створює “парниковий ефект”, зумовлює потепління клімату. З цим пов’язують також поширення онкологічних захворювань.

Таким чином, розвиток цивілізації  супроводжується значними змінами  стану навколишнього природного середовища. Зокрема одним із чинників, що негативно впливають на якість повітряного середовища справедливо  вважають автомобільний транспорт. У цьому ракурсі варто розглядати проблему використання (можливо заміни) палива, мастил, інших матеріалів, здійснювати пошукові роботи конструкторського напряму, удосконалення системи управління авто тощо. Важливо, що всі пошукові роботи мають обов’язково ґрунтуватися на екологічній основі.

Проблему забруднення  атмосферного повітря досліджували науковці: Берлянд М.Е., Тищенко Н.Ф., Стольберг Ф.В.

Попри значну кількість  досліджень тема є актуальною і своєчасною, адже проблема транспорту та його впливу на довкілля і здоров’я людини посідає важливе місце в сучасній екологічній політиці всіх рівнів.

Об’єкт дослідження: процес визначення якості повітряного середовища в межах м. Києва.

Предмет дослідження: автомобільний транспорт як фактор забруднення атмосферного повітря.

Мета дослідження: дослідження стану атмосферного повітря, можливих змін його складу, під дією викидів автотранспорту та на основі цих даних розрахунки збитків заподіяних державі в результаті забруднення повітряного басейну.

Гіпотеза дослідження : результат визначення стану атмосферного повітря і дослідження зміни його складу під дією викидів автотранспорту дозволить встановити економічні збитки від забруднення атмосферного повітя в межах м. Києва та розробити рекомендації щодо поліпшення якості досліджуваного об’єкту природного середовища.

Завдання дослідження:

1. Здійснити розвідку й опрацювати матеріал щодо наукових основ проблеми впливу автомобільного транспорту на стан атмосферного повітря.

2. Проаналізувати методологічну базу дослідження стану повітря.

3. Здійснити експериментальні  дослідження стану атмосферного повітря в межах м. Києва, за допомогою ліхеноіндикації та шляхом визначення показника інтенсивності руху автотранспортом.

4. Розрахувати економічні показники збитків від забруднення атмосферного повітря автотранспортом.

5. Проаналізувати отримані дані і зробити висновки щодо впливу автотранспорту на повітряне середовище.

Робота апробована на III Всеукраїнській науково-прктичній конференції “Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України”, (13-14 грудня 2007 року, м. Запоріжжя ).

Структурно робота включає: вступ, 5 розділів, висновки, список використаних джерел, додатки. Кількість сторінок складає 97, з них 81 ст. основного тексту. Оформлення включає 6 таблиць.

Розділ 1. Вплив автомобільного транспорту на стан атмосферного повітря як наукова проблема

1.1.Загальна характеристика складу атмосферного повітря

У життєдiяльностi людини повiтря є одним з головних продуктів споживання, і основною умовою iснування. Адже без їжi вона може обходитись 5 тижнiв,без води 5 днiв, а без повітря - 5хвилин. О крiм того, нормальна життєдiяльнiсть людини потребує повiтря вiдповiдної чистоти, а вiдхилення вiд норми, забруднення негативно впливають на організм . Тому охорона атмосферного повiтря є важливою складовою проблеми оздоровлення зовнiшнього середовища загалом.

Повiтряна оболонка Землi формує атмосферу радiусом до 20000м. Атмосферне повiтря утворене з рiзних газiв : 78,08 % азоту; 20,95 % кисню; 0,93 % аргону; 0,03 % вуглекислого газу; 0,01 % неону; гелію; метану; радону та ін. Усi вони по-своєму важливi для людини, бiосфери, формування клiмату (табл. 1.1).

Таблиця 1.1

Основний склад сухого чистого повітря в приземному

З таблиці 1.1. видно склад атмосферного повітря включає такі компоненти: кисень(О₂), вуглекислий газ (СО₂), азот (N₂ ), гелій( Не), криптон(Kr ), N₂O, водень(О₂ ), озон(О₃) [49 ,51 ].

Життя на Землi неможливе  без кисню. Вiн є продуктом життєдiяльностi зелених рослин, якi видiляють його, споживаючи й розщеплюючи воду та вуглекислий газ при фотосинтезi. Усi iншi живi iстоти тiльки споживають кисень. Вуглекислий газ надходить в атмосферу в результатi дихання живих iстот, спалювання палива, гниття та розкладання органiчних речовин.

У зв’язку з бурхливим розвитком  промисловостi й спалюванням великих обсягiв палива темпи використания запасiв кисню та накопичення вуглекислого газу в атмосферi рiзко збiльшились. Унаслiдок цього порушився кругообiг вуглецю в природi, що спричинило екологiчну кризу - рiзке погiршення умов iснування людини, зумовлене антропогенною дiєю на навколишне середовище.Саме автомобільний транспорт, в результатi якого в повiтря викидасться велика кiлькiсть оксидiв вуглецю, промислових газiв, є основним джерелом забруднення повiтря, що завдає великої шкоди природному середовищу i людям.

Забруднення атмосферного повiтря-внесення в атмосферу або виникнення в  нiй нових, нехарактерних для неї  фiзичних,хімiчних, бiологiчних речовин  та перевищення природного рiвня  концентрацiй речовин, якi є складовими повiтря.

Забруднення атмосфери  стало глобальною проблемою, особливо гострою у розвинутих країнах. Збитки, завданi людству забрудненням атмосферного повiтря, дуже великi й постiйно зростають. Усе це актуалiзує необхiднiсть нарощування зусиль, спрямованих на охорону повiтряного басейну [51].

Як свiдчать дослiдження, запаси повiтря на Землi практично  безмежнi, вони є невичерпним ресурсом. Однак господарська, передусiм промислова, дiяльнiсть людини шкiдливо впливає  на атмосферу, змiнює склад забруднення атмосферного повiтря спричинене процесами i явищами, що вiдбуваються у природi, та промислово-побутовою дiяльністю людини (таблиця 1.2).

Таблиця 1.2

Маса забруднюючих речовин (т/рік),які викидаються в атмосферу

З таблиці 1.2. видно, що серед антропогенних викидів переважають : СО, SO₂ , Pb, СО₂ , H₂S [49 ].

1.2. Автомобiльний транспорт – як джерело забруднення довкiлля

Спалювання палива. З метою одержання енергiї використовують природний газ, попутний газ, скраплений газ, мазут, вугiлля, торф, деревина, деякi газовi промисловi вiдходи.

Основною складовою частиною палива є органiчна речовина. Органiчна речовина складається з елементiв: С, Н ,О , Крiм того у складi палива, у залежностi вiд його природи, є сiрка, азот, оксиди i сульфiди деяких металiв.

При горiннi палива вiдбувається окиснення сполук Гiдрогену i Карбону з видiленням енергiї:

С +0₂→СО_{2 Δ}Н= -395 кДж⁄моль;

Н₂ + 1/20₂ →Н₂0 ΔН= -287 кДж/моль.

При недостачi кисню протiкають  реакцiї:

2С + 0₂ →2С0 ΔН= -111 кДж⁄моль;

С + СО₂ → 2С0 ΔН= 172 кДж/моль.

При неповному згораннi кiлькiсть тепла, що видiляється, эменшується.

Домiшки, що можуть бути в  паливi при окисненi утворюють:

S+ 0₂ →S0₂

S0₂ — молекула стiйка, але частково проходить реакцiя:

S0₂ + 0₂ — 2SО₃

В умовах високих температур молекули дiоксигену дисоцiюють:

0₂→0+0

тодi:

N₂ +0 → NО + N;

N+ 0₂ →NО +0;

2N0 + 0₂→ NО₂

Органiчнi сполуки й у першу чергу вуглеводнi, при високотемпературному окисненнi утворюють альдегiди, карбоновi кислоти, меркаптани.

Утворення твердих часточок (диму) залежить вiд складу палива й повноти эгоряння, їх склад може бути самий рiзноманiтний: пил незгорiлого палива, попiл, силiкати, плюмбум хлорид, цинк оксид та iншi [79].

Найбiльша кiлькiсть викидiв у атмосферу при спалюваннi палива припадає на карбон дiоксид, рiвень концентрації якого в атмосферi невпинно зростає. 3 1860 до 1960 рiк вмiст СО₂ в атмосферi зрiс вiд 0,027 до 0,032%; з 1960 до 1970 — 0,033%, сьогоднi становить — 0,034%. В атмосферi Землi знаходиться 2,5.1012 т карбон дiоксиду. На Землi щорiчно спалюється бiля 2 млрд. т вугiлля, бiля 1 млрд. т нафти та газу, при цьому в атмосферу викидається 500 млн. т карбон дiоксиду, 120 млн. т попелу, 60 млн. т сульфур дiоксиду.

При спалюваннi палива щорiчно  витрачається 23% кисню, що утворюється при фотосинтезi.

Таким чином, газовi викиди при згоряннi палива включають:

карбон дiоксид, карбон оксид, нiтроген оксиди (N0, NО₂), сульфур оксиди (S0₂ , S0), вуглеводнi (СН₄, CH₂=CH₂, СН≡СН), альдегiди, карбоновi кислоти, меркаптани, водяну пару, твердi часточки (попiл, незгорiле паливо) та iн.

З твердими часточками газовії фази в атмосферу попадають i радiоактивнi компоненти, що можуть бути в складi палива. За пiдрахунками при спалюваннi вугiлля в навколишнє середовище викидається радiоактивних компонентiв бiльше, нiж в атомнiй енергетицi при безаварiйнiй роботi. За кiлькiсними показниками тепловi електростанцiї є значними забруднювачами атмосфери (наприклад, по S0₂ - 53%) [79].

Транспорт. Для забезпечення життєдiяльностi людство широко використовує транспорт. Бiля 70% пасажирських i вантажних перевезень приходиться на дорожний транспорт. Транспортний сектор використовує рiзнi види палива:

автомобiльне паливо — 57%;

дизельне паливо — 22%;

авiацiйне паливо — 12%;

котельне паливо — 7%;

iншi види палива —2%.

З вiдпрацьованими газами двигунiв та турбiн в атмосферу  надходить до 200 рiзноманiтних речовин.

Усi газовi викиди в атмосферу  вiд транспортних засобiв можна  роздiлити на шiсть груп за їх небезпекою для людини.

Перша група динiтроген, дiоксиген, дигiдроген, карбон дiоксид, водяна пара.

Друга група — карбон оксид.

Третя — нiтроген оксиди (N₂О, NО, NО₂).

Четверта — вуглеводнi (етен, етин, метан, пропан, толуен, бензпiрен i т.д.).

П’ята — альдегiди (метаналь, етаналь, бутаналь i т.д.)

Шоста група — сажа, оксиди металiв, сполуки плюмбуму.

Кiлькiсть викидiв зростає, так як зростає споживання палива (таблиця 1.З). За рiк легковий автомобiль забирає з атмосфери 4350 кг дiоксигену i викидає 3250 кг СО₂, 530 кг СО, 90-150 кг незгорiлих вуглеводнiв, 40 кг нiтроген оксидiв, 1 кг свинцю. Вантажний автомобiль викидає в атмосферу близько 600 кг СО на тону спаленого пального. Інтенсивнiсть викидiв тепловоза прирiвнюється до iнтенсивностi газових викидiв 15-20 вантажних чи 40-60 легкових автомобiлiв.

Таблиця 1.3

Споживання пального на Українi по роках

З таблиці 1.3. видно , що кількість  викидів зростає , так як зростає споживання пального.

Один лiтак ТУ-154 при злетi й посадцi викидас в атмосферу в 100 раз бiльше шкiдливих речовин нiж автомобiль. У результатi роботи двигунiв тiльки одного авiалайнера, що здiйснює полiт з Європи в Америку, викидається в атмосферу бiльше 76 т продуктiв згоряння вуглеводневого палива (СО₂, СО, SО₂, NО, РЬВг₂ та iн.), а також значна кiлькiсть твердих часточок (сажа, вуглеводнi, сульфати).

Таблиця 1.4

Питомі викиди речовин  двигунами транспорту (г на кг пального)

З таблиці 1.4. видно , що питомі викиди шкідливих речовин двигунами транспорту найбільші у дизельних двигунів.

Вихлопнi гази транспорту вмiщують цiлий ряд вуглеводнiв, крім того, у двигунi утворюються канцерогеннi циклiчнi вуглеводні та їх похiднi. Газовi викиди транспорту в атмосферi зазнають впливу сонячного свiтла, що приводить до фотохiмiчних реакцiй, у результатi яких утворюсться NО₂, 0_з, пероксиди, 3,4-бензпiрен (С₂₂Н₁₄) та iншi сполуки.

Крiм газового викиду, через викиднi труби (так званий — органiзований вихiд), на транспортi є витрати пального через негерметичнiсть системи: паливний бак — цилiндр двигуна. У результатi випаровування з мiсць пропускiв, паливо поступає в атмосферу [79].

1.3.Характеристика складників - забруднювачів довкілля під час роботи двигунів автомобілів

Джерелами викидiв шкiдливих речовин автомобiльних двигунiв  внутрiшнього згоряння є:

а) вiдпрацьованi гази;

б) картернi гази;

в) випаровування з  системи живлення.

Процентний розподiл  шкiдливих викидiв мiж трьома джерелами  забруднення такий:

Основнi джерела випаровування  палива — паливний бак карбюратор. Вони стосуються бiльше бензинових двигунiв, дизельне паливо має меншу здатнiсть випаровуватися, і паливна система дизеля бiльш герметична [71].

Картернi гази — утворюються  в результатi прориву газiв крiзь нещiльності цилiндро-поршевої( групи з камери згорання в картер. Тут вони змiшуються з парами олив i палива, яке змивається зi стiнок цiлiндру. Треба відмiтити, що картернi гази дизеля разiв у 10 менше токсичнi за картернi гази бензинових двигунiв.

Сучаснi автомобiлi мають переважно замкнуту систему вентиляцiї картеру, яка практично унеможливлює викиди шкдливих речовин у атмосферу. Вони також надходять у цилiндри двигунiв i там згорають. Картернi гази i випаровування складаються, в основному, з вуглеводнiв.

Отже, основну небезпеку  щодо забруднення довкiлля i зокрема атмосферного повтря мають вiдпрацьовані гази. У вiдпрацьованi гази входить бльше 1000 рiзних шкiдливих речовин, якi чинять негативний вплив на людину і довкiлля, 200 з них розпiзнано. Основними серед них є: оксид вуглецю (СО), вуглеводнi (загальна формула альдегiди (загальна формула RСНО), канцерогеннi речовини, до яких належать складнi ароматичнi вуглеводнi полiциклічної будови (основний елемент — найтоксичніший i якого найбiльше, бенз(α)пірен — С₂₀Н₁₂), оксиди азоту (загальна формула NО), сполуки сiрки (основна сполука — двооксид сiрки S0₂), тверді частинки (в основному сажа, що складається з вуглецю — С), сполуки свинцю(PbO₄).

Таблиця 1.5

Граничний вміст основних шкідливих речовин у ВГ бензинових двигунів і дизелів

З таблиці 1.5. видно, що граничний вміст шкідливих речовин для бензинових двигунів і дизелів суттєво відрізняється один від одного [15].

1.4 Характеристика впливу викидів автотранспорту на здоров’я людини

Результати антропогенного впливу на природу поставили людство  на грань екологiчної кризи i самознишення. Поширилися небезлечнi за розмiрами влливу на природу i людину процеси, шо забруднюють акваторiю Свiтового океану, прiсних водоймищ, повiтря, грунт, призводять до спустошення ранiше родючих земель, катастрофiчно знищують лiсовi масиви i т. iн. Несприятливi екологiчнi умови перетворились на постiйний елемент життєдіяльності людства, що мають суттєвий вплив на рiзнi сфери людської дiяльностi: економiку i полiтику, моральний i психiчний стан та здоров’я людини. За даними ВОЗ, понад 80 % усiх захворювань людини пов’язано з тими чи iншими аспектами екологiчного порушення в бiосферi [48].

Зупинимося на основних несприятливих екологiчних процесах, зумовлених антропогенним впливом на природу i його дiєю на здоров’я людини.

Життя людини без використання кисню з атмосфери неможливе. Зменшення вмiсту кисню в повiтрi спричинює кисневий голод, який супроводжується запамороченням, болем в областi потилицi, зниженням гостроти зору, нудотою. Зменшенням вмiсту кисню до 8 % веде до падiння температури тiла, анурiї, зневоднення i смертi.

Іонiзоване повiтря має лiкувальнi властивостi. Природно iонiзоване повiтря є в горах, поблизу водоспадiв, серед буйної зеленi, в зонi морського прибою, поблизу гейзерiв i т. л. Невелика концентрацiя негативних iонiв пiдвищує працездатнiсть, знижує кисневу нестачу, має лiкувальну дiю при рядi захворювань [60].

Дiоксид вуглецю, що є кiнцевим продуктом окислення вуглецю, у концентрацiях 1—2 % не впливає негативно на органiзм людини. При збiльшеннi концентрацiї понад З % призводить до прискорення дихання, головного болю, шуму у вухах, пiдвищення артерiального тиску, серцебиття. Подальше пiдвищення концентрацій призводить до смертi. Важливу роль у життi людини i природи вiдiграє озон (О₃), який має сильнi окислювальнi властивостi. Озоновий екран Землi затримує згубне для всього живого короткохвильове випромiнювання Сонця.

В останнi роки зменшення озонового шару Землi i виникнення «озонових дiрок» пов’язують з дiєю фреонiв, що входять до складу антропогенних аерозолей.

Гранично допустимий вмiст озону в повiтрi 0,000 1 мг/л. У великих концентрацiях вiн викликає подразнення слизових оболонок верхнiх дихальних шляхiв, головний бiль, стомлюванiсть, слабкiсть, пiдвищення потовидiлення, а в концентрацiї 0,02 мг/л може розвинутися пневмонiя. Iснуючi джерела природного забруднення атмосфери прийнято дiлити за походженням на бiогеннi та абiогеннi. До перших вiдносяться гази i твердi частинки, якi потрапляють в атмосферу при розкладi органiчних речовин, а також внаслiдок життєдiяльностi живих органiзмiв. Забруднювачi абiогенного походження — гази i пил, що надходять у повiтря при вулканiчнiй дiяльностi, з гейзерiв i гарячих джерел, внаслiдок пилових бур.

Найбiльшу небезпеку для життя людини й живої природи мають забруднювачi повiтря штучного (техногенного) походження. Внаслiдок дiяльностi людини в атмосферу щорiчно надходять понад 1500 млн. т дiоксиду сiрки, 200 млн т оксиду вуглецю, понад 40 млн т вуглеводiв i 20 млн т оксиду азоту. Цi гази змiшуються з газами атмосфери, частинками пилу, найменшими краплинками рiдини й утворюють аерозолi (тумани i дим), що стали вiзитними картками промислових мiст i селищ [60].

Понад 20 млрд. т дiоксиду вуглецю викидається в атмосферу вiд згоряння рiзних видiв палива, що спалюються людиною. Його вмiст в атмосферi в останнє десятирiччя невпинно збiльшується. Дiоксид вуглецю не тiльки токсично дiє на органiзм людини, а викликає ще й глобальне потеплiння в бiосферi, яке зумовлено так званим «парниковим ефектом» i веде до змiни клiмату з непередбаченими наслiдками для всьогo живого.

При спалюваннi палива атмосфера  насичу’ться ще одним продуктом неповного згоряння — оксидом вуглецю, гранично допустимi концентрацiї якого в атмосферi не повиннi перевищувати 0,03 мг/л. Ця сполука хiмiчно бiльш активна до гемоглобiну кровi нiж кисень. Вона витiсняє кисень i не дає можливостi нормально функцiонувати дихальним ферментам. В органiзмi людини замiсть оксигемоглобiну утворюєтъся карбоксигемоглобiн.

У повiтрi можугь також  знаходитись рiзнi вуглеводи, частина  яких має токсичнi й канцерогеннi для органiзму властивостi.

Господарська дiяльнiсть людини суттєво впливає на кругообiг речовин у природi (особливо азоту). При спалюваннi вугiлля, нафти, торфу, деревини та iнших речовин вiдбувається збагаченням бiосфери азотом. Надходячи в атмосферу, оксиди азоту взаемодiють з парами води й утворюють кислотнi сполуки, якi випадають на поверхню землi у виглядi кислотних дощiв, згубних для всього живого.

Таблиця 1.6

Вплив вихлопних газiв автомобiлiв на здоров’я людини (за Х.Ф. Френчем, 1992 рiк)