Тема 1 транспортная экология. Основные

Тема 1 ТРАНСПОРТНАЯ ЭКОЛОГИЯ. ОСНОВНЫЕ

ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

а) Транспортный комплекс, окружающая среда, объекты транспорта, жизненный цикл объекта транспорта.

б) Экология, транспортная экология: понятие, задачи. Виды загрязнений окружающей среды. Классификация источников загрязнений.

Жизненный цикл объекта – последовательные и взаимосвязанные стадии производства и эксплуатации: от добычи сырья до утилизации АТС после окончания срока службы.

Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов и окружающей среды.

Экосистема – это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды (например: участок леса, река, аквариум и др.).

Транспортнаяэкология – наука о системе «человек–транспорт–окружающая среда». Транспортная экология прикладная экологическая наука, изучающая природно-технические системы и взаимодействия объектов промышленности и транспорта с окружающей средой (ОС).

Задачи транспортной экологии:

- определение характера и масштабов воздействий транспорта на ОС;

- разработка стратегии охраны ОС при функционировании транспорта;

- выделение перспективных направлений развития транспорта с учетом его экологизации;

- исследование вопросов управления экологической деятельностью на транспорте.

Виды загрязнений окружающей среды.

Загрязнение – привнесение в экологическую систему новых, не свойственных ей физических, химических и биологических компонентов, либо увеличение их концентрации по сравнению с естественным уровнем, в результате чего экосистема разрушается или снижается её продуктивность.

Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в неё в количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации, предельных количествах, предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.

По происхождению загрязнения ОС подразделяются на:

- природные, вызванные какими-либо естественными явлениями, обычно катастрофическими (наводнения, извержения вулканов селевые потоки и т.д.).

- антропогенные, возникающие в результате деятельности людей.

Среди антропогенных загрязнений ОС выделяют следующие загрязнения: биологическое, химическое (вызывают изменение естественных химических свойств среды), физическое (вызывают изменение естественного физического состояния среды), микробиологическое, механическое (засорение среды агентами, оказывающими механическое воздействие без физико-химических последствий).

Непосредственными объектами загрязнений – акцепторами загрязняющих веществ служат основные компоненты биосферы: атмосфера, вода, почва. Косвенными объектами загрязнения являются составляющие биоценоза: растения, животные, микроорганизмы.

Индивидуальная опасность ЗВ определяется:

а) классом опасности;

б) санитарно-гигиеническими нормативами (S_n), мг/м³;

в) эффект суммирования вредного действия с другими веществами.

Особенности атмосферы:

- атмосфера является первичным резервуаром, приёмником ЗВ, в ней переносятся ЗВ, в ней они не накапливаются, а в дальнейшемспособствуют загрязнению почвы, воды.

- атмосфера не знает границ (трансграничный перенос). Например: кислотные дожди в РБ на 80% обусловлены выбросами ЗВ в АВ Польши и Германии.

- ЗВ в атмосфере способны к химическим, фотохимическим, фазовым превращениям;

- её состав оказывает непосредственное влияние на человека, биоту в целом.

Источники загрязнения атмосферного воздуха:

- естественные (природные): вулканы, выветривание горных пород, унос с водной поверхности, биологические процессы разложения и др.

- антропогенные;

- природно-антропогенные: лесные пожары, пожары на торфяниках и др.

Источник загрязнения атмосферы – объект, от которого загрязняющие вещества поступают в атмосферный воздух.

Источник выделения ЗВ в АВ – объект, в котором происходит образование ЗВ (процесс, операция, при выполнении которой в ОС что-то выделяется).

От источника выделения газовоздушный поток отводится в атмосферу, например, через трубу. Труба – источник выброса.

Источник выброса – технологическое и иное оборудование, технологические процессы, машины, механизмы, от которых осуществляется выброс ЗВ в атмосферный воздух.

Источники выброса:

- организованные;

- неорганизованные.

ИВ подразделяются по геометрическим характеристикам: точечные (труба), линейные (аэрационные фонари); площадные.

ИВ по высоте: высокие (свыше 50 м); средней высоты (10-50 м); низкие (2-10 м); наземные (менее 2 м).

ИВ подразделяются на: стационарные и мобильные.

Специфика передвижных источников загрязнения (автомобилей) проявляется:

• в высоких темпах роста численности автомобилей по сравнению с ростом количества стационарных источников;

· в их пространственной рассредоточенности (автомобили распределяются по территории и создают общий повышенный фон загрязнения);

• в непосредственной близости к жилым районам (автомобили заполняют все местные проезды и дворы жилой застройки);
• в более высокой токсичности выбросов автотранспорта по сравнению с выбросами стационарных источников;
• в сложности технической реализации средств защиты от загрязнений на подвижных источниках;
• в низком расположении источника загрязнения от земной поверхности, в результате чего отработавшие газы автомобилей скапливаются в зоне дыхания людей и слабее рассеиваются ветром по сравнению с промышленными выбросами и выбросами от стационарных источников транспорта, которые, как правило, имеют дымовые и вентиляционные трубы значительной высоты.

Перечисленные особенности подвижных источников приводят к тому, что автотранспорт создает в городах обширные зоны с устойчивым превышением санитарно-гигиенических нормативов загрязнения воздуха.

 

Тема 2 ИНГРЕДИЕНТНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Тема 3 МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ВЫБРОСОВ

В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ ОТ АВТОТРАНСПОРТА

д) Организационно-правовые, архитектурно-планировочные, конструкторско-технические, эксплуатационные мероприятия.

Тема 4 УМЕНЬШЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Ж) Уменьшение токсичности бензиновых двигателей. Нейтрализация отработавших газов автомобилей. Термическая нейтрализация..

З) Каталитический нейтрализатор: устройство, принцип действия.

Термическая нейтрализация

В системе выпуска ДВС продолжается процесс окисления продуктов неполного сгорания топлива, происходящий в цилиндрах двигателя. Его можно интенсифицировать созданием в системе выпуска благоприятных для этого условий: повышением температуры и временем реакции, подачей в зону окисления дополнительного воздуха.

Термический нейтрализатор представляет собой теплоизолированную емкость со специальной организацией течения отработавших газов, устанавливаемую в выпускной системе двигателя и осуществляющие термическое доокисление токсичных компонентов за счет собственного тепла отработавших газов. В термоизоляционных камерах происходит дожигание промежуточных продуктов сгорания окиси углерода и углеводородов в оксид углерода СО₂ и воду. Особенность термического нейтрализатора – наличие градиента температур между его внутренней и наружной поверхностью ≈500÷600°С. В качестве материалов применяются хромоникелевые, железохромоалюминиевые или хромоалюминиевые сплавы.

Недостаки:

- некоторое снижение мощности и увеличение удельного расхода топлива двигателем из-за возрастания противодавления в системе выпуска;

- невозможность нейтрализации оксидов азота.

Тема 5 УМЕНЬШЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

И) Уменьшение токсичности дизельных двигателей. Нейтрализация отработавших газов автомобилей: сажевый фильтр.

Тема 6 ПРИМЕНЕНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДОВ

ТОПЛИВА И ЭНЕРГИИ

Электродвигатели

В электрических транспортных средствах используется генератор, в качестве накопителя энергии используется аккумулятор. Его можно заряжать различными способами:

1) через первичные производители энергии (например, солнечная батарея на крыше);

2) через зарядные устройства, которые подключаются к электросети.

«–» Зарядка аккумулятора от электрической сети влечет за собой потерю энергии и загрязнение окружающей среды при производстве электроэнергии из традиционных источников энергии.

Использование солнечных батарей:

«–» низкий КПД и зависимость от погоды.

Вследствие перечисленных недостатков использование электродвигателей целесообразным является только в заповедных территориях, историческом центре города, остро нуждающихся в чистом воздухе и др.

Электромобили (ЭМ)

Один из первых работающих ЭМ был построен американским изобретателем Томасом Эдисоном в 1889 г.

«+» Основные преимущества ЭМ заключаются в отсутствии выброса ОГ и бесшумности работы. Расходы на ремонт относительно небольшие. ЭМ обладают хорошей маневренностью, динамичностью. Что делает привлекательным применение ЭМ в городских условиях.

«–» Основным препятствием широкого распространения электромобиля является небольшой запас хода.

Говоря об экологической чистоте электромобиля по сравнению с традиционным АТС, необходимо рассматривать их полный жизненный цикл, т.е.: производство самого электромобиля и электроэнергии. Считать ЭМ экологически безопасным нельзя, т.к. он лишь выносит источник загрязнения за пределы движения ТС: силовые электростанции являются мощными загрязнителями атмосферы. Установлено, что для пробега 1 км легковому автомобилю необходимо затратить
0,31 кВт·ч электроэнергии. Для получения такого количества электроэнергии необходимо сжечь на электростанции 0,43 кг угля, в результате чего выделяются в атмосферу значительное количество загрязняющих веществ.

Конкурентоспособность ЭМ определяется в первую очередь качеством аккумуляторной батареи.

Важные показатели аккумуляторной батареи – мощность и энергия. Для быстрого разгона, преодоления подъемов и движения с максимальной скоростью аккумуляторная батарея должна обладать большой мощностью, а для увеличения запаса хода – высоким запасом энергии. Аккумуляторная батарея должна иметь продолжительный срок службы, допускать быструю зарядку, надежно работать в большом интервале температур, не саморазряжаться во время стоянки, не требовать обслуживания.

 

Перспективными системами электропитания являются топливные элементы (ТЭ).

Основа любого ТЭ – 2 электрода, соединенные электролитом. В ТЭ электроны отбираются у реагирующих веществ на одном электроде, отдают свою энергию в виде электрического тока и присоединяются к реагирующим веществам на другом. На аноде окисляется, т.е. отдает электроны, восстановитель (топливо СО или Н2), свободные электроны с анода поступают во внешнюю цепь, а положительные ионы удерживаются на границе анод-электролит. С другого конца цепи электроны подходят к катоду, на котором идет реакция восстановления (присоединения электронов окислителем О2). Затем ионы окислителя переносятся электрическим током к катоду.

Рисунок 7.1 – Механизм действия топливного элемента

 

В ТЭ сведены 3 фазы: 1) газ (топливо, окислитель);

2) электролит (проводник ионов);

3) металлический электрод (проводник электронов).

В ТЭ происходит преобразование энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию. Электроды и электролит в реакции не участвуют.

«–» Недостатком использования ТЭ является то, что топливо требуется готовить. Для ТЭ водород получают электролизом воды, плазмохимической реакцией и др.

 

Гибридный двигатель

Гибридный двигатель совмещает в себе различные типы двигателей и накопителей энергии: электродвигатель и ДВС.

Различают 2 вида гибридных двигателей:

1) серийный гибридный двигатель – автомобиль всегда работает при помощи электродвигателя (ДВС → крутит генератор → электрическая энергия → питание на движение и заряд аккумуляторной батареи).

2) Параллельный гибридный двигатель (двойной двигатель) – попеременно работают ДВС и электродвигатель.

«–» Недостаток: большой вес автомобиля с гибридным двигателем из-за совмещения двух различных приводных механизмов.

Рациональнее всего применение этих двигателей в тяжелых транспортных средствах, где больше места для установки приводных механизмов (например, трамвай с гибридным двигателем, троллейбус).

 

И РАСТИТЕЛЬНЫЙ МИР

- Ландшафтные нарушения в результате негативного воздействия транспортного сооружения;

- Воздействие на животный и растительный мир;

- методы снижения ландшафтного загрязнения.

Ландшафтное загрязнение приводит к разрушению местообитания организмов и нарушению регенерационный способности природных ландшафтов. В результате экосистемы деградируют, разрушаются.

Основная причина ландшафтных нарушений – воздействие на окружающую среду дороги как инженерного сооружения, которое появляется в виде рассечения природной среды дорожной трассой (фрагментация ландшафта); снижения продуктивности почв; развития геодинамических процессов (эрозия, оползни, суффозия и т.п.), что приводит к потоплению, осушению, изменению уровня грунтовых вод.

Воздействия на растительный и животный мир могут быть:

- прямыми (механические, повреждения, уничтожение, отравление производственными отходами, отработавшими газами транспортных средств или строительных машин, влияние шума и т.п.);

- косвенными, которые обусловлены изменением среды обитания.

Обоснованием проектных решений должны служить выполненные по данным экологических обследований оценки возможного количественного или качественного ущерба лесам, охотничьим и редким животным и птицам, промысловым и ценным видам рыбы, а также сельскохозяйственному производству.

Не допускается прокладка автомобильных дорог с транзитным движением по территории заповедников и заказников, санитарно-защитным (кроме подходов к мостам) и санитарно-курортным зонам, охраняемым урочищам и зонам, отнесенным к памятникам природы и культуры.

Назначать места перехода через водотоки и проектировать подходы к мостам необходимо с учетом максимального сохранения водоохранных зон и лесных полос по берегам.

В местах возможного повышения уровня грунтовых вод необходимо устраивать водоотвод или дренирование, а в местах понижения - предупреждать изменение направления и расхода подпочвенного стока водопропускными и дренажными устройствами.

При расчистке полосы для дорожных работ не допускается складирование лесоматериалов, порубочных отходов, выкорчеванных пней в пределах отведенных земель и на территории леса за границами отвода. Проектом подготовительных работ должны быть предусмотрены специальные места для временного складирования отходов с указанием способов и путей их вывоза к месту захоронения, переработки или сбыта. Вывоз древесины и отходов от расчистки должен выполняться в течение сезона порубочных и корчевальных работ (предпочтительно в зимнее время).

При проложении автомобильной дороги через лес загрязнение придорожной территории отработавшими газами за пределами полосы отвода (по окиси углерода) не должно превышать (по расчету): разовая концентрация - 3 мг/м³; среднесуточная - 1 мг/м³.

При проложении трассы через хвойные леса следует учитывать повышение опасности возгорания сухих материалов вследствие выброса с отработавшими газами раскаленных частиц твердых материалов, а также небрежного обращения с огнем водителей и пассажиров.

Правилами противопожарной безопасности предусмотрено:

- устройство минерализированных полос по границам полосы отвода и вокруг деревянных мостов, расположенных в хвойных лесах на сухих почвах.

 

Таблица 9.1 – Ширина минерализированных полос по границам полосы отвода автомобильных дорог

Характер растительного покрова	Ширина полосы, метров
Лишайник, мох зеленый	1,0-1,5
Ягодники, вереск	1,5-2,5
Травяной покров	2,5-4,0

 

- специальные противопожарные разрывы.

Места, предлагаемые для рекреационного использования, включая площадки отдыха, стоянки для остановки автомобилей и т.п., должны быть отделены от территорий иного назначения естественными (водотоки, болота, труднопроходимые заросли и т.п.) или искусственными (проволочные изгороди, валы, канавы) преградами.

При расчете потребной площади для рекреации следует учитывать экологически допустимую нагрузку на естественный ландшафт в соответствии с таблицей 9.2.

 

Таблица 9.2 - Экологически допустимые нагрузки на естественный ландшафт

Тип местности	Экологически допустимая нагрузка, чел/га
Лес хвойный	3,0
Лес лиственный	4,5-8
Лесной луг
Лесопарк	15-25
Пляжи	до 1000

 

Основным методом защиты животных при проектировании автомобильных дорог является максимальное сохранение природного ландшафта и исключение по возможности непосредственных воздействий на среду их обитания.

Для предотвращения уничтожения животных при движении транспорта, что может привести также к ДТП - выбор другой трассы (в местах обитания животных, особенно нуждающихся в охране):

- на пересечениях путей миграции животных с дорогами с интенсивностью движении более 2000 авт./сутки следует: устраивать ограждения по границе полосы отвода не менее, чем на 0,5 км в каждую сторону от установившегося пути движения животных (металлическая сетка из оцинкованной проволоки с размером ячеек 70-100мм, высотой от 1,2 до 2,8м в зависимости от вида животных).

- устройство специальных проходов (переходов) для диких животных, скотопрогонов (туннелей) для домашних животных; зеленых или ландшафтных мостов (экодуков); пропускных сооружений (туннелей) для крупных животных; пропускных сооружений для земноводных и мелких животных; проходов для выдр (при пересечении дорогами водоемов или путей миграции выдр по суше), барсуков; устройств, помогающих пересекать животным проточные воды.

- в местах вероятного пересечения дорог дикими животными следует: - устанавливать предупредительные дорожные знаки, катафоты, отражающие в темное время свет приближающейся машины и отпугивающие животных.

- для укрытия животных в придорожной зоне за пределами полосы отвода следует предусматривать устройство убежищ путем посадки плотного кустарника видов, используемых для живых изгородей, ели и др. Необходимо учитывать, что посадки плодовых деревьев и кустарников привлекают диких животных к дороге.

Защита ихтиофауны

В случаях, когда трасса дороги или мостовой переход пересекают водные объекты, имеющие рыбопромысловое значение или такие объекты попадают в зону влияния дороги, в проекте следует предусматривать специальные меры защиты водной фауны.

Если в акте выбора трассы установлена возможность ущерба рыбным запасам, заказчик обязан поручить специализированной рыбохозяйственной научной или проектной организации определить размер ущерба и выдать рекомендации по компенсационным мероприятиям.

Если в качестве компенсационных мероприятий рекомендуется строительство самостоятельного рыбоводного объекта, заказчик дорожного сооружения должен принять на себя функции заказчика по его строительству, проектирование выполняется специализированными учреждениями. Строительство компенсационных объектов осуществляется одновременно с основным сооружением за счет заказчика.

Для обеспечения сохранности рыбы и других форм водной флоры и фауны на всех водных объектах не допускается производственное загрязнение водоемов и водотоков, проектирование без согласования с природоохранными органами каких-либо земляных работ, изменяющих очертание берегов, устройство или разрушение валов, каналов, назначение в пределах защитных зон взрывных или гидротехнических работ.

Следует избегать размещения мостовых переходов и трасс автомобильных дорог в местах нерестилищ, зимовальных ям и местах нагула рыбной молоди. При пересечении пойменных проток, служащих для прохода рыбы на нерест, необходимо предусматривать пойменные отверстия, гидравлический режим которых должен обеспечивать нормальное продвижение рыбы к нерестилищам. Отверстия мостов через водотоки должны обеспечивать наименьшее изменение бытовых условий протекания потока, а скорости в русле под мостом быть приемлемыми для прохода рыбы.

Система водоотводных устройств на мостах и подходах к ним должна обеспечивать наиболее эффективное смешение стоков с водой водоема, а при недопустимости сброса - сбор в водоочистные сооружения. Для очистки сточных вод могут применяться простейшие типовые сооружения: пруды-отстойники, рассеивающие выпуски, очистные закрытые сооружения.

 

 

Тема 1 ТРАНСПОРТНАЯ ЭКОЛОГИЯ. ОСНОВНЫЕ

ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

а) Транспортный комплекс, окружающая среда, объекты транспорта, жизненный цикл объекта транспорта.

б) Экология, транспортная экология: понятие, задачи. Виды загрязнений окружающей среды. Классификация источников загрязнений.

Жизненный цикл объекта – последовательные и взаимосвязанные стадии производства и эксплуатации: от добычи сырья до утилизации АТС после окончания срока службы.

Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов и окружающей среды.

Экосистема – это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды (например: участок леса, река, аквариум и др.).

Транспортнаяэкология – наука о системе «человек–транспорт–окружающая среда». Транспортная экология прикладная экологическая наука, изучающая природно-технические системы и взаимодействия объектов промышленности и транспорта с окружающей средой (ОС).

Задачи транспортной экологии:

- определение характера и масштабов воздействий транспорта на ОС;

- разработка стратегии охраны ОС при функционировании транспорта;

- выделение перспективных направлений развития транспорта с учетом его экологизации;

- исследование вопросов управления экологической деятельностью на транспорте.