Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Антропогенное загрязнение атмосферы и вклад в него автотранспорта
1.1 Загрязнение атмосферы автотранспортом 6
1.1.1 Автомобиль и его воздействие на окружающую среду и население
1.1.2 Магистрали и их воздействие на загрязнение окружающей среды
1.1.3 Выбросы автотранспорта 15
1.1.4 Пути снижения автотранспортного загрязнения 19
1.2 Аэрогенное загрязнение автотранспорта в г. Красноярске и в Красноярском крае
1.2.1 Структура загрязнения атмосферы 24
1.2.2 Аэрогенное загрязнение г. Красноярска и вклад в него 28 автотранспорта
1.3 Контроль загрязнения атмосферы автотранспортом 31
1.3.1 Структура мониторинга загрязнения и его реализация в Красноярском крае
1.3.2 Методы учета 34
Программа исследований 39
Глава 2. Объекты и методы исследования 42
2.1 Объекты исследования 42
2.2 Методы исследования загрязнения воздушной среды автотранспортом
2.2.1 Определение содержания оксида углерода 44
2.2 2 Определение общего содержания примесей в воздушной среде примагистрального пространства
2.2.3 Оценка загрязнения атмосферы г. Красноярска основными компонентами автотранспортных выбросов
2.2.3 Рассеивание загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта г. Красноярска
Глава 3 Загрязнение атмосферы г. Красноярска выбросами автотранспорта
3.1 Суммарная масса, динамика и стоимость выбросов автотранспорта г. Красноярска
3.1.1 Насыщенность воздушной среды загрязнениями автотранспорт
3.1.2 Экономический ущерб загрязнения автотранспорта 72
3.1.3 Расчеты модели рассеивания загрязненности выбросами автотранспортных средств атмосферы г. Красноярска
3.2 Загрязнение уличной атмосферы выбросами автотранспорта
3.2.1 Интенсивность движения и загазованность улиц города 86
3.2.2 Временная динамика загрязнения уличной атмосферы выбросами автотранспортных средств
Глава 4. Загрязнение воздушной среды и здоровье населения. автотранспортом. Пути его снижения. Рекомендации
4.1. Автотранспортное загрязнение и здоровье населения 103
4.2 Реализация мер по снижению загрязнения атмосферы автотранспортными средствами
4.3 Пути снижения загрязнения воздушной среды АТС и его негативного воздействия на здоровье населения
Выводы 116
Список использованных источников 119
Приложения 136
- Загрязнение атмосферы автотранспортом
- Определение содержания оксида углерода
- Экономический ущерб загрязнения автотранспорта
Введение к работе
В условиях интенсивной антропогенной деятельности, которая развивалась без четкой политики в области техники и экологии, экологическая безопасность окружающей природной среды представляется одной из наиболее актуальных проблем, далекой от разрешения. Крупные промышленные города являются центрами острейших экологических проблем. При размещении в окружающей среде промышленных предприятий создается сознательное допущение вероятности причинения вреда окружающей среде и здоровью населения.
В последнее время все отчетливее проявляются такие последствия урбанизации как загрязнение городской среды, неконтролируемый рост отходов производства и потребления, развитие эрозионных процессов на нарушенных территориях, рост числа аварий на производстве (1). Интенсификация этих процессов отражена в Экологической доктрине Российской Федерации (2). Среди ее основных пунктов указывается на необходимость снижения негативного воздействия транспорта. Надежное и устойчивое развитие общества в XXI невозможно без развития региональных и глобальных транспортных коммуникаций.
Красноярский край превратился в крупнейший промышленный регион с крайне напряженным транспортным движением. Автотранспорт является одним из основных секторов экономики края, играющий важнейшую роль в удовлетворении потребностей населения в перевозках. По территории края помимо транссибирской железной дороги проходят три важнейшие республиканские автомагистрали и имеется достаточно развитая улично-дорожная сеть. На фоне очевидных преимуществ развития разветвленной транспортной сети проявляется рост негативного ее воздействия на природную среду - многократное превышение нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ вблизи магистралей.
Прямым следствием этого стало наблюдаемое ухудшение состояния здоровья населения, прежде всего женщин детородного возраста и детей.
В последнее время наряду со стабилизацией и даже некоторым снижением эмиссии промышленных объектов в крае постоянно нарастает вклад загрязнений от автотранспорта (3). Его вредные, в том числе и канцерогенные вещества, создают опасные концентрации на уровне дыхания человека и из-за слабого рассеяния оказывают негативное воздействие на здоровье. Из-за низкого выброса они намного опаснее промышленных источников, поллютанты которых благодаря высоким трубам рассеиваются на большие расстояния. В отличие от эмиссии промышленных и энергетических объектов выбросы автотранспорта изучены сравнительно мало.
Задачи прогноза и управления транспортными потоками и экологической ситуацией весьма актуальны. Процедура принятия управленческого решения относительно массовых потоков автотранспорта очень дорога, а в иных случаях и невозможна. Сложившееся положение указывает на важность и срочность проведения таких работ. Сложность их решения связана с бытующим подходом к ним как к второстепенным, с недостаточным финансированием экологических проблем и устаревшей нормативно-правовой базой эксплуатации автомобильного парка.
Основополагающие способы реализации системы управления качеством атмосферного воздуха законодательно заявлены, однако организационный механизм управления, а также обеспечивающее его функционирование нормативно-методическое обеспечение разработано не в полном объеме, что серьезно сдерживает реализацию мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ автотранспорта в атмосферный воздух. Его осознание как приоритетного источника загрязнения, опасного для здоровья и жизни населения, радикальным образом изменяет такое отношение.
Загрязнение атмосферы автотранспортом
Вклад загрязнений атмосферы транспортом, особенно автомобилями, неуклонно возрастает, что обусловлено в первую очередь увеличением их численности и объемом транспортных услуг. Если в 50-ом году их было 48, 80-ом - 181, то в 2000-ом - свыше 604 млн. штук. Уровень автомобилизации в среднем составляет 10 % для населения высокоразвитых стран, а в США — 70 %. В последнее время он растет гораздо быстрее (на 27 % с 1996 по 1999 гг.) роста народонаселения (4 %, с 5,8 до 6 млрд.) (13-15). В 2002 г. численность автомобильного парка России возросла на 5,4 % и составила на 1.01.2003 г. 27,79 млн. ед., включая 22,47 млн. легковых автомобилей (на 6 % больше по сравнению с предыдущим годом). К 2005 г. по имеющимся оценкам автомобильный парк России вырастет на 20-25 % и приблизиться к 32 млн. единиц. При этом численность легковых автомобилей увеличится на 25-36, грузовых - на 5-6, автобусов - на 2-3 %. К 2010 г. ожидается дальнейшее увеличение численности автопарка до 41-42 млн. единиц (16-22). Динамика роста российского автомобильного парка является одной из самых высоких в мире, что связано в первую очередь с увеличением числа легковых автомобилей, и составляет за период с 1992 по 1999 год в среднем ежегодно 8-9 %. В то же время этот процесс происходит в условиях существенного отставания экологических показателей отечественных автотранспортных средств (АТС) и используемых моторных топлив от достигнутого мирового уровня, а также отставания в развитии и техническом состоянии улично-дорожной сети. Несмотря на интенсивный рост автомобильного парка средний «возраст» его остается значительным и составляет в целом по стране около 10,5 лет, а в отдельных регионах России — от 9,4 до 13,6 лет.
Выхлопные газы в экономически развитых странах - основная причина смогов, кислотных дождей и, как следствие, многих заболеваний, прежде всего городского населения. При этом из всех транспортных средств автомобиль выбрасывает наибольшее количество вредных продуктов. Так, в 80-ых годах в США из 96 млн. т общей массы угарного газа в выбросах автотранспорта его находилось 66, морского транспорта - 1,5, авиации - 1,0 и железнодорожного - 0,3 млн. т.
Нагляднее вклад транспортных загрязнений в общее загрязнение воздушной среды виден при сопоставлении объемов основных компонентов их валовых выбросов на примере США (таблица 1.1).
Более половины всех поллютантов составляет оксид углерода, основным поставщиком которых является автотранспорт (23). Остальные из этих соединений также находятся в составе его выбросов. Прежде всего это относится к углеводородам и оксидам азота, на которые приходится соответственно 52 и 39 % от всего объема этих загрязнителей (24,25).
Транспортные средства относятся к наиболее мощным источникам поступления в атмосферу большого количества вредных соединений. В их составе найдено свыше 300 компонентов, среди которых имеются и канцерогенные вещества (26,27). По своим масштабам загрязнение воздуха автотранспортом, промышленными и энергетическими предприятиями становятся близкими (28-31). В таблице 1.2 указаны выбросы от промышленных предприятий Мп), Таблица 1.2 - Выбросы основных загрязняющих веществ в атмосферу на территории Российской Федерации за период 1996 - 2000 гг. В миллионах тонн Загрязняющие вещества Годы автотранспорта (Ma) и их сумма (М). Видно, что, начиная с 1997 г., происходит незначительный, но постоянный рост выбросов загрязняющих веществ автотранспорта в атмосферу. Их масса уменьшалась с 1990 по 1997 гг., затем с 1998 по 2000 гг. выросла почти 10 %. За этот же период содержание оксида углерода и диоксида азота в атмосфере возросли на 12-17 %, что связано с непрерывным ростом автопарка в городах и наличием большого количества неисправных автомобилей. Их вклад дополняется выбросами воздушного, железнодорожного и водного транспорта, машинотракторного парка (32,33,34). Основными компонентами выбросов автотранспорта в нашей стране являются: оксид углерода, на долю которого приходится 78, летучие органические соединения (ЛОС) - 14 и оксиды азота — 8 % от их общей суммы. Вклад транспорта в общее загрязнение окружающей среды в СССР оценивался на уровне 25 % и угарному газу — 50 % (35-40). В настоящее время в России существует широкий диапазон оценок загрязнения им атмосферы - от 25 до 80 %. Нижняя граница характерна для ее общего баланса, верхняя - для крупнейших административных центров или для территорий с практическим отсутствием промышленных предприятий. Так, в 80-ые годы в воздушный бассейн гг. Москвы и Ленинграда автотранспорт поставлял соответственно оксида углерода 96,3 и 88,1 %, углеводородов 64,4 и 79 %, оксидов азота - 32,6 и 31,7 %. По экспертным оценкам, более чем в 150 городах России именно автотранспорт оказывает преобладающее влияние на загрязнение воздушного бассейна. В этот список попадают Сочи, Анапа, Ессентуки, Кисловодск, Нальчик, Пятигорск, Минеральные Воды и ряд крупнейших центров с населением более 500 тысяч человек: Ростов-на-Дону, Воронеж, Краснодар, Пенза, Тюмень и др. (41,42) Во многом такое состояние обусловлено эксплуатацией автомобилей с неотрегулированными двигателями. Их правильная и своевременная регулировка позволяет снизить вредные выбросы в 1,5 раза, а оборудование нейтрализаторами - в 5-6 раз (43).
Ситуация, связанная с загрязнением выбросами автотранспорта, усугубляется условиями аэрации населенных мест, которые определяют процесс рассеяния примесей. Он существенно отличается от рассеяния выбросов стационарных промышленных источников. Автотранспортная эмиссия вредных веществ в нижний слой атмосферы определяет высокий уровень их приземных концентраций. Их максимальное содержание фиксируется на высоте 50-150 см от земной поверхности, т.е. находится в зоне дыхания человека. Уровень концентрации оксидов азота, углерода и других вредных ингредиентов на улицах российских городов в 10-20 раз превышает ПДК (44-47).
Определение содержания оксида углерода
Наиболее объемным вредным компонентом отработанных газов АТС .. является оксид углерода. Для его количественного определения используется стандартная методика, базирующаяся на структуре и численности движущихся по улицам автомобилей (147,148). Содержание СО в данном случае рассчитывается по формуле 1: Ксо = (0,5 + О, О IN KJKJCyKJCJCu (1) где 0,5 - фоновое загрязнение атмосферного воздуха оксидом углерода нетранспортного происхождения, мг/м ;
N - суммарная интенсивность движения автомобилей на магистрали, авт/ч;
Кт - коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух оксида углерода;
Ка - коэффициент аэрации местности;
Ку - коэффициент изменения загрязнения воздуха СО в зависимости от
& продольного уклона; Kc - коэффициент изменения вклада СО в зависимости от скорости ветра;
Кв - коэффициент, учитывающий влажность воздуха;
Кп - коэффициент повышения загрязнения воздуха оксидом углерода у
% пересечений магистрали.
Расчет по данной формуле требует подсчета как всего потока автомобилей, так и его отдельных видов (легковые, автобусы и т.д.).
Коэффициент токсичности определяется как средневзвешенный для потока автотранспорта по формуле 2:
Кт =ZPtKTi (2)
где Pi - состав движения автомобилей определенного типа, выраженный в долях от целого;
Кті - коэффициент, определяемый видом транспорта (таблица Б.2, приложение Б).
Значения других коэффициентов, характеризующих влияние остальных факторов на распространение оксида углерода на местности, также определяются эмпирическим путем. Их величины сведены в таблице Б.З, приложение Б.
Введение данных по вкладу отдельных видов автотранспорта в потоках и соответствующих коэффициентов позволяет оценить риск населения, проживающего в придорожном пространстве.
Для количественной оценки примесей воздуха широко применяются окислительные методы. Один из них — метод общей окисляемости — успешно использовался для анализа воздуха, загрязненного парами бензина (151). Позднее было показано, что бихроматным способом определяется содержание терпеноидов, ароматических соединений, спиртов, альдегидов, сложных эфиров, органических кислот (152-158). Его основой служит окисление загрязнителей атмосферы бихроматом калия в концентрированной серной кислоте с последующей количественной оценкой израсходованного в реакции кислорода. Есть все основания полагать, что метод общей окисляемости может эффективно использоваться для анализа загрязнения уличного пространства. Для его оправданного применения необходимо определить полноту улавливания примесей бихроматной смесью и условия проведения анализов.
Загрязнение автотранспорта обусловлено его выбросами, картерными газами и испарением из топливной системы. Их основными компонентами являются оксиды азота, углерода, серы, углеводороды разного состава, спирты, альдегиды (115). В соответствии с приводимыми сведениями в состав модельной смеси, используемой при разработке методики, входили углеводороды (гексан : гексен : бензол = 6:2:2) — 80 %, спирты (этиловый : метиловый = 5:5) - 10 % и альдегиды (ацетальдегид) - 10 %. Влияние различных факторов, имеющих место при проведении анализа, изучалось на установке, приведенной на рисунке 2. Она состоит из системы очистки воздуха и камеры смешения, а также поглотителей с раствором бихромата калия и аспиратора. Система очистки включает 3 последовательно соединенных склянки Дрекселя с серной кислотой, раствором едкого натра и силикагеля. Она обеспечивает очистку протягиваемого воздуха от примесей, который поступает в эксикатор с бюксом, где находится модельная смесь. Потеря ее массы позволяет судить о насыщенности потока анализируемыми компонентами. Усредненный в ресивере поток в поглотителях протягивается через рабочий раствор. В них воздух освобождается от захваченных им примесей и выбрасывается.
1 - система очистки воздуха,
2 - камера смешения,
3 - система нагревания,
4 - реверсивная емкость,
5 - поглотители с рабочими растворами,
6 - аспиратор.
Между реверсивной емкостью и поглотителями находится трехходовой кран, наличие которого позволяет, минуя их, продувать систему в промежутках между отдельными опытами. Кроме того, при проведении экспериментов экстрактор помещается в водяную баню, что дает возможность регулировать концентрацию загрязнителей в потоке.
При проведении опытов по определению полноты выделения из протягиваемого воздуха примесей исследовали влияние следующих факторов:
- скорости протягивания потока через бихроматный раствор;
- числа поглотителей с раствором;
- интервала между завершением протягивания воздуха и нагреванием отработанных растворов;
- температуры воздушной среды;
- интенсивности загрязнения воздуха;
- расстояния от дорожного полотна.
Экономический ущерб загрязнения автотранспорта
Эмиссия автотранспорта, как одна из главных и опасных для здоровья населения загрязнителей атмосферы, наносит серьезный экономический ущерб, который может быть рассчитан как стоимость неблагоприятного воздействия выбрасываемыми автотранспортными средствами продуктами. Этот ущерб рассчитывается двояким образом. Во-первых, исходя из массы загрязнителей, попадающих в атмосферу от автотранспорта, и нормативов платы за них. Во-вторых, по расходу топлива и плате за продукты его сгорания, попадающие в окружающую среду. При этом следует отметить, что расчеты по первому варианту получаются заниженными. Они не учитывают сверхнормативные выбросы автотранспорта, которые в условиях г. Красноярска оцениваются в 10 %.
При расчете по первому из вариантов стоимость загрязнения воздуха определяется как сумма произведений массы отдельных компонентов выбросов (таблица 3.2) на нормативы платы за них. Последние установлены Постановлением Правительства № 344 (166) с учетом соответствующих региональных коэффициентов (раздел 2.2.2). Результаты проведенных расчетов представлены в таблице 3.5.
Общая стоимость за загрязнение атмосферы выбросами автотранспорта найдена равной 850 тыс. руб., а с учетом сверхнормативных - до 1 млн., руб. Причем ущерб за выбросы индивидуального транспорта вдвое выше, чем служебного. Согласно Федеральному закону «Об охране окружающей среды» плата за загрязнение автотранспортом взимается лишь с юридических лиц. Владельцы индивидуальных автомобилей не платят за выбросы. Актуальна постановка вопроса о целесообразности платы за него владельцами последнего, ее правовой основы и механизма реализации. Размер надбавки за 1л сжигаемого бензина, равный частному от деления стоимости платы на его расход, составляет 0,26 коп., а годовой, при условии его потребления 1000 л (до 30 л/сут) — 25-30 руб. Вместе с тем создание на его основе бюджетного целевого фонда будет способствовать решению проблемы улучшения состояния воздействия среды на человека, в том числе и за счет снижения загрязнения автотранспортом.
Максимальная плата за выбросы связана с эксплуатацией грузового транспорта, составляющего около 40 % от общей суммы. Для легковых автомобилей она снижается до 29,4 %, а автобусов - до 31,1 %. При этом для автобусов и грузовых машин ущерб выше для служебного, а легковых -индивидуального парка.
Плата за отдельные компоненты выбросов существенно отличается от их массы. Их отношение для превалирующего оксида углерода снижается в 7 раз и стоимость за попадание в атмосферу составляет 10,5 % от общей суммы. В случае легковых автомобилей она уменьшается до 9,6 %. Обратная зависимость свойственна для оксидов азота. При массе около 6 % их плата возрастает до 62,8-63,7 %. Высока стоимость и за наличие в выбросах соединений свинца. По видам собственности ее значение близкое (20,7-17,8 %), по типам автотранспорта — существенно отличается: для автобусов — 2,6 %, грузовых.машин — 8,8 % и легковых автомобилей — 7,6 %. Плата за достаточно различные по массе углеводороды (9,3 %) и сернистый газ (0,6 %) взимается на уровне 2,3-4,8 %.
Результаты расчета стоимости за загрязнение воздушной среды, проведенные по расходу топлива и нормативам платы за его использование, приведены в таблице 3.6.
Стоимость платы за загрязнение атмосферы, рассчитанная по этому варианту, как в стоимостном, так и в процентном выражении ниже по сравнению с суммарной покомпонентной платой и различается примерно на 10 %. Более заметно различие для индивидуального (56,7 тыс. руб.), чем для служебного (22,0 тыс. руб.) транспорта.
Сопоставление стоимости платы по типам и видам собственности автотранспорта позволяет детальнее проанализировать разницу в расчетах, проведенных по обоим вариантам. Для исключения влияния абсолютных результатов расчетов стоимость в сравнительных целях взята в процентном отношении
Похожие диссертации на Оценка воздействия выбросов автотранспортных средств на воздушную среду города и их минимизация
