Действие выхлопов и энергетического загрязнения автотранспорта на качество городской среды и здоровье населения.

Большое количество компонентов, в отработавших газах двигателя, могут существовать от нескольких минут до 4–5 лет. Все выхлопные вещества с учетом их химического состава и свойств, а также по характеру воздействия на организм человека объединяют в группы.

1-я группа.В эту группу входят нетоксичные вещества, т. е. естественные компоненты атмосферного воздуха – кислород, азот, водород, водяной пар, углекислый газ. В этой группе только выбросы углекислого газа (СО₂) табл. 8.2 оказывает существенное влияние на «парниковый эффект». В чистом атмосферном воздухе содержится СО₂ только 0,03–0,04 %. Парниковые газы влияют на изменения климата на планете, т. е. ведут к потеплению.

2-я группа. К этой группе относят только оксид углерода, или угарный газ (СО), Один автомобиль (а их насчитывается в Беларуси более 2 млн.) за час работы дает в среднем 6–10 куб. м. газа. Сжигание одного литра бензина в двигателях внутреннего сгорания ведет к образованию в среднем 10 куб. м. газа, где 4 % составляет в среднем СО.

СО – продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива и других органических веществ, он не имеет цвета и запаха. На воздухе СО горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты. СО обладает выраженным отравляющим действием. Он в 300 раз больше обладает сродством к соединению с гемоглобином (Нb) крови, чем кислород, образуя карбоксигемоглобин (СОНb), СО + Нb → СОНb, который не способен связывать кислород и транспортировать его кклетками и тканям, таким образом, возникает кислородное голодание, что проявляется гипоксией и гипоксемией, т. е. нарушением функционирования всех систем организма.

Рис. 8.5. Отравление СО (угарным газом)

Острое отравление возможно при концентрации СО в воздухе, превышающей 100–200 мг/куб. м. уже через 2–5 часов. При более высоких концентрациях отравления развивается через несколько минут. Нередко отравление СО бывает:

– у водителей автотранспортных средств, при ночевках в кабине с работающим двигателем;

– при прогреве двигателя в закрытом гараже;

– на улицах и площадях с интенсивным автомобильным движением;

– в химической промышленности, при аварийных утечках газа в квартирах, при пожарах, печном отоплении жилища, дачных домиков (раннее закрытие дымоходной трубы).

Острые отравления СО могут быть легкой, средней и тяжелой степени. Легкая степень проявляется головной болью, шумом в голове, подташниванием, головокружением, слабостью и общим дискомфортом (рис. 9.5). При средней степени тяжести отмечается кратковременная потеря сознания. Приведенные выше жалобы более выражены. На фоне тахикардии люди обычно жалуются на шум в ушах и голове, головные боли, повышенную утомляемость, ослабление памяти и внимания, апатию и раздражительность, тошноту, отсутствие аппетита, бессонницу, боли в области сердца. В крайне тяжелых случаях указанные симптомы возрастают, и наступает летальный исход. Так фашисты в концлагерях уничтожали людей выхлопами автомобилей в газовых камерах.

3-я группа. Это оксиды азота: NO – оксид азота и NO₂ – диоксид азота. В камере сгорания двигателя при температуре 2800 ^оС и давлении около 1 МПа образуются оксиды азота. NO легко окисляется кислородом воздуха и образует NO_2, который имеет бурый цвет с характерным запахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет определенную опасность. В выхлопных газах автомобиля их может быть до 0,8 объемных процента. При контакте с влажной поверхностью дыхательных путей они образуют азотистую и азотные кислоты, а последние в свою очередь – нитриты и нитраты. В атмосферном воздухе окислы азота образуют кислотные осадки, которые совместно с другими кислотными осадками выпадают на поверхность Земли и оказывают свое негативное воздействие на биосферу.

Небольшие концентрации окислов азота при длительном вдыхании их с воздухом могут способствовать возникновению воспалительных процессов дыхательных путей: ринитов, фарингитов, ларингитов, трахеитов, бронхитов и поддерживать хроническую обструктивную болезнь легких.

Кроме того, под влиянием окислов азота и нитритов всасываясь в кровь, образуется метгемоглобин – стойкое соединение, уже не способное переносить кислород к тканям, что вызывает кислородную недостаточность организма. Понижается кровяное давление, возникает головокружение, сонливость, расстройство дыхания и кровообращения.

Предполагается, что находящиеся в воздухе окислы азота, соединяясь с другими загрязнениями, образуют ниртозоамины, относящиеся к наиболее активным канцерогенам, в ряде случаев они способны вызывать злокачественные новообразования: рак, лейкоз.

4-я группа. Эта группа наиболее многочисленна. В состав группы входят различные углеводороды. Это соединения типа С_xН_y– этан, метан, бензол, ацетилен и другие токсичные вещества. В отработанных газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые, нафтеновые и ароматические. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе. Несгоревшие углеводороды – одна из причин появления белого или голубого дыма из выхлопной трубы, это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси.

Фотохимический смог. Углеводороды под действием ультрафиолетовых лучей солнца вступают в реакцию с окислами азота, а также сернистого газа (SO₂), образуются новые токсические продукты – фотооксиданты, являющиеся основой «смога» (от англ. smoke – дым и fog – туман).

Именно он стал причиной смерти 13,8 тысяч жителей в городе Данморте (США, 1948) и 4 тысяч человек в Лондоне (1952). Для образования смога необходимы: штильная, т. е. безветренная и солнечная погода, высокая относительная влажность воздуха, интенсивное движение автотранспорта, а также работа промышленных предприятий. Фотооксиданты – перекиси, свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы, которые оказывают токсические действия на организм.

5-я группа.Представлена альдегидами – органическими соединениями, содержащими альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом (СН₃, С₆Р₅). В выхлопах присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид.

Обычно альдегиды образуются на режимах холостого хода и малых нагрузках, низкой температуре сгорания в двигателе.

Формальдегид - бесцветный газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде. Обуславливает запах отработавших газов, раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, поражает центральную нервную систему.

Акролеин СН₂ = СН – СН = О – бесцветный ядовитый газ с запахом подгоревших жиров.

Уксусный альдегид СН₃СНО – газ с резким запахом и токсическим действием.

6-я группа.В данную группу входят взвешенные твердые вещества – сажа, продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар. Они могутсостоять из разных материалов: дыма, содержащего полициклические ароматические углеводороды (бензапирен), неорганической золы, тонкодисперсной пыли и др. Все они имеют размер частиц менее 1 нм и способны находиться во взвешенном состоянии в течение суток. Проблема загрязнения воздуха городов мира мелкодисперсными взвешенными частицами менее 10 мкм, признана одной из важнейших.

Сажа – частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании углеводородов топлива. Сажа может раздражать дыхательные пути и ухудшать видимость на дорогах. Наибольший вред сажи проявляется в адсорбировании на ее поверхности бензапирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на человека, чем в чистом виде.

Бензапирен – относится к полициклическим ароматическим углеводородам, химическая структура которых состоит из двух и более бензольных колец. Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомобиля часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества. Особенно много смол и сажи выбрасывается при технической неисправности мотора и форсировании работы двигателя. В этих случаях за машиной тянется видимый хвост выхлопных газов. Среди разнообразия химических веществ, содержащихся в дыме, самым сильным канцерогеном является бензапирен, который способен вызывать в живых организмах развитие злокачественных новообразований. Он является сильным канцерогеном, вызывает лейкозы, врожденные уродства. Механизм действия связан с встраиванием его молекул в молекулы ДНК. Для бензапирена не существует пороговых концентраций. Содержание бензопирена в выхлопах составляет 4 мкг/куб. м. Особенно высокие концентрации бензапирена вблизи заправочных станций, транспортных магистралей, теплоэлектростанций.

7-я группа.К этой группе относятся сернистые соединения
сернистый ангидрид, сероводород. Они появляются в выхлопах, если
используется топливо с повышенным содержанием серы, как дизельное топливо. Согласно европейским стандартам, содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стандарту – 1,7 г/л. Сернистые соединения обладают резким запахом, растворяются в воде, тяжелее воздуха. Они оказывают раздражающее действие на слизистые дыхательных путей, глаз. При высоких концентрациях сернистые соединения могут привести к нарушениям углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, а при концентрации более 0,01 % – к отравлению организма.

Сернистые соединения при соединении с водяными парами атмосферы ведут к образованию сернистой и серной кислот, которые выпадают в виде кислотных осадков со всеми вытекающими последствиями.

8-я группа.Представляет свинец и его соединения, которые добавлялись в горючее карбюраторных автомобилей. Сейчас соединения свинца (тетроэтилсвинец) во все марки автомобильного топлива, в большинстве стран мира, не добавляются. В США подобный запрет был введён ещё в 1972 году, а в Европейском союзе – с 1.01.2000 года, в Китае – 2001 году, а также в других странах Европы в том числе и Беларуси

9-я группа.Это комплексная смесь всех токсических и нетоксических компонентов выхлопных газов, а также промышленных выбросов, которые в крупных городах создают смог. Его условно можно разделить на три яруса: нижний, залегающий между домами, образуется выхлопными газами и поднятой пылью; второй, «питаемый» дымом отопительных систем, располагается над домами на высоте около 20–30 м; третий – это выделения промышленных предприятий – скапливается на высоте 50–100 м.

10-я группа.Энергетическое загрязнение: шум, вибрации, электромагнитные загрязнения.

* Шумовое воздействие. На психическое состояние человека наиболее сильно влияет акустические колебания, лежащие в диапазоне частот от 16 Гц до 22 кГц. Шум оказывает раздражающее воздействие, снижает самообладание, влияет на характер принимаемых решений, особенно для водителя в процессе работы (рис. 8.6) интенсивность шума (в дБА) составляет от:

– легкового автомобиля – 70–80;

– автобуса – 80–85;

– грузового автомобиля – 80–90;

– мотоцикла – 90–95.

Источником шума на автомобиле являются: двигатель, коробка передач, ведущий мост, вентилятор, выхлопная труба, всасывающий трубопровод, шины.

Транспортные средства являются источниками, прежде всего внешних шумов, беспокоящих всех людей, находящихся в пределах их досягаемости, т. е. 16 % ущерба приходится на последствия шумового воздействия транспорта на население.

Нормирование транспортных шумов установлено международ­ными нормами. Максимально допускаемые уровни шума составляют: для легковых автомобилей – 80 дБА, автобусов и грузовых автомобилей, в зависимости от массы и вместимости – от 81 до 88 дБА.

Рис. 8.6. Уровни шума и действие их на организм человека.

* Вибрации. Для водителя и пассажиров вторым источником
дискомфорта являются колебания и вибрации, которые воздействуют на водителя, пассажиров и на окружающие объекты. Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело, вызывая сотрясение всего организма, а локальная вибрация передается через руки. Водитель подвергается одновременно общей и локальной вибрации, а пассажир и пешеход, находящийся рядом с проезжей частью, – общей.

Уровень вибрации определяется скоростью движения, ровно­стью дорожного покрытия, конструкционными особенностями подвески автомобиля, и его техническим состоянием. Колебания автомобиля близки к параметрам колебаний отдельных органов человека, поэтому вибрации оказывают отрицательное влияние на те органы человека, частоты колебаний которых совпадают с частотой вибрации автомобиля.

Вибрации, возникающие при движении автомобиля, не только воздействуют на водителя и пассажиров, но и передаются через дорожное покрытие в окружающее пространство. Они могут превышать допустимый для человека уровень на удалении от проезжей части до 10 м. Для предотвращения воздействия вибраций на организм человека применяют различные виброгасители и демпфирующие устройства (амортизаторы, демпферы, рессоры, пружины и т.д.)

* Электромагнитные излучения. Они связаны с вихревыми электрическими и магнитными полями. Их общее поле называют электромагнитным. Электромагнитное поле проявляется в работе всех электротехнических приборов и установок: система зажигания автомобиля (свечи), распределитель, высоковольтные провода, приборы электро­оборудования автомобиля – первичные излучатели электромагнитных излучений, а элементы кузова, детали моторного отсека, капот, крылья, решетка радиатора – вторичные. Автомобиль является сравнительно малым источником электромагнитного излучения. Мощность возрастает у электромобилей. Электромагнитные поля с высокой плотностью энергии оказывают вредное воздействие на организм человека, и зависит от частоты или длины волн.

11-я группа.Автокатастрофы. По данным литературы, третья часть площади города приходится на дороги и автостоянки. Строительство дорог в большей степени стимулирует увеличение транспортных потоков и, как следствие, снижение средней скорости перемещения.

С ростом численности автомобильного парка при относительной стабилизации протяженности дорожной сети и развития технических средств регулирования движения произойдет:

– рост дорожно-транспортного травматизма;

– увеличение уровней загрязнения вредными веществами атмосферного воздуха, почвы, водоемов и грунтовых вод.

Рис. 8.7. Ежегодные жертвы автомобильных катастроф в мире

Ежегодно в мире в автокатастрофах погибает 0,2 млн. человек, 0,5 млн. становятся инвалидами, 10 млн. получают травмы (рис. 8.7.).