WYDZIAŁ GÓRNICZY 30-11-98 r

GO, Rok V , semestr IX

rok akademicki 1998/99

Projekt nr 1

Temat : Wpływ skrzyżowania autostrad na środowisko

Wykonał : Franczyk Robert

1. Wstęp

Intensywny rozwój motoryzacji bezpośrednio wiąże się z powstawaniem wielu nowych

problemów. Wśród nich na szczególną uwagę zasługuje zanieczyszczenie powietrza

atmosferycznego. Motoryzacja wywiera znaczący wpływ na kształtowanie warunków

zdrowotnych wielu miast i osiedli. Zagrożenie wytwarzane przez spaliny silników jest tym

większe, jeśli zważyć, że ich toksyczne składniki są wydalane bezpośrednio do atmosfery, często

na obszarach gęsto zaludnionych, gdzie zabudowa znacznie ogranicza naturalną wymianę

powietrza. Również w Polsce mamy od pewnego czasu do czynienia z narastającym problemem

nadmiernego zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego toksycznymi składnikami spalin

emitowanych przez środki transportu. Szczególnie ostro problem ten występuje w centralnych

dzielnicach dużych miast takich jak np. Warszawa , Kraków , czy Wrocław.

Szkodliwe oddziaływanie transportu samochodowego na środowisko przejawia się w różnych formach i w różnym nasileniu w zależności od obszaru oraz rodzaju środków transportowych używanych do przemieszczania osób i ładunków. Najpowszechniejszymi przejawami tego oddziaływania są :

• zajmowanie terenu i odbieranie glebie jej produkcyjnej funkcji,

• wyczerpywanie nieodnawialnych surowców zużywanych przez transport,

• zużywanie tlenu zawartego w powietrzu atmosferycznym,

• zanieczyszczanie atmosfery,

• zanieczyszczanie wód podziemnych oraz odkrywkowych,

• zmiana stosunków wodnych wskutek powstawania lub modernizowania powiązań transportowych,

• wycinanie drzew i krzewów,

• niszczenie roślinności przez środki transportowe,

• zatruwanie roślinności szkodliwymi substancjami za pośrednictwem atmosfery, wody i gleby,

• naruszanie kompleksów roślinnych wskutek powstawania lub modernizacji powiązań transportowych oraz związane z tym zmiany w szacie roślinnej,

• szkody wyrządzone zwierzynie w wyniku ruchu środków transportowych,

• odbieranie zwierzętom typowych dla nich warunków bytowania,

• wdzieranie się wytworów cywilizacji (przedmiotów, obiektów, ścieków, hałasu) do miejsc, które powinny zachować swój naturalny urok,

• zeszpecenie sieci osadniczej (miast, osiedli, wsi) budowlami transportowymi nie dostosowanymi do charakteru otoczenia,

• szkody wyrządzone zabytkom kultury materialnej (uszkodzenia wskutek wibracji
  i zanieczyszczenia),

• wypadki śmiertelne, obrażenia i inne choroby powodowane przez transport,

• pogorszenie warunków życia ludzi w sieci osadniczej wskutek tworzenia skomplikowanych układów transportowych.

2. Dane

1. Usytuowanie skrzyżowania :

Rozpatrywany obiekt znajduje się w południowo-zachodniej części polski , niedaleko od Wrocławia. Skrzyżowanie to jest miejscem przecięcia się autostrad A4 - prowadzącej z Wrocławia do Zgorzelca i A1- biegnącej z Wałbrzycha do Ustki. W pobliżu skrzyżowania znajdują się dwie stacje CPN. Występuje tam stosunkowo duże natężenie ruchu samochodów osobowych i ciężarowych. Obiekt położony jest na terenie częściowo zalesionym, a częściowo objętym produkcją rolniczą.

2. Udział poszczególnych komponentów w ogólnej masie substancji toksycznych emitowanych w wyniku spalania 1 Mg materiałów pędnych :

Substancja toksyczna	Silniki wysokoprężne	Silniki gaźnikowe
Tlenek węgla Węglowodory Tlenki azotu Tlenki siarki Ołów	41,0 % 8,2 % 35,4 % 15,4 % *	90,9 % 5,1 % 3,5 % 0,4 % 0,1 %

• Natężenie ruchu

Średnie natężenie ruchu w rozpatrywanym rejonie wynosi około 50000 pojazdów / dobę.

1. Natężenie hałasu

- wartość maksymalna 80 dB

- wartość średnia 50 dB

3. Określenie rodzajów zagrożeń ( geneza , oddziaływanie ) :

1. Składniki toksyczne spalin

W silnikach spalinowych zasadniczymi źródłami substancji zanieczyszczających powietrze są układy :

- wydechowy

- przewietrzania skrzyni korbowej

- zasilania paliwem.

Do podstawowych substancji toksycznych wydalanych ze spalinami należą : tlenek węgla, tlenki azotu i siarki, węglowodory, aldehydy, sadza oraz w przypadku paliw etylizowanych ołów i jego związki. Najpoważniejszym źródłem emisji tych substancji jest układ wydechowy, który emituje przeciętnie 65% i prawie całą ilość powstających tlenków azotu, tlenku węgla, aldehydów, tlenków siarki i związków ołowiu.

Ze skrzyni korbowej wydostaje się do atmosfery średnio 20% węglowodorów emitowanych przez pojazd i stanowi to główną emisję z tej części silnika. Także układ zasilania paliwem charakteryzuje się głównie emisją węglowodorów, która spowodowana jest odparowywaniem składników paliwa z gaźnika ( około 9% węglowodorów emitowanych przez pojazd ) i ze zbiornika paliwowego (około 6% . węglowodorów emitowanych przez pojazd ).

Oprócz wyżej wymienionych zanieczyszczeń gazowych gazy spalinowe zawsze zawierają pewne ilości cząstek stałych o rozdrobnieniu koloidalnym. Na przykład na każdy kilogram spalanej ( powszechnie używanej w Polsce ) benzyny etylizowanej przypada przeciętnie 2 g emitowanego pyłu, przy czym pył ten może zawierać do 20% ołowiu, głównie w postaci chlorków i bromków, a także tlenków.

Według Zedlowicza przebieg reakcji łańcuchowej spalania można przedstawić w formie następujących reakcji :

- okres inicjowania reakcji spalania

RH + O2 => R + H2O

R + O2 => RO2

- dalsze możliwe przebiegi reakcji łańcuchowej spalania

1. RO2 + RH => ROOH + R ROOH => RO + OH

2. RO2 => RCHO + OH OH + RH => R + H2O

3. RO2 => HCHO + RO

HCHO + O2 => CO + 2 OH

HCO + HO2

HCO + O2 => CO2 + OH

Powyższe reakcje nie obejmują całego, dość skomplikowanego, procesu spalania paliw. Niemniej dostatecznie jasno uzasadniają one pojawienie się w spalinach, obok dwutlenku węgla, takich toksycznych składników jak tlenek węgla czy formaldehyd. Specyficzne warunki panujące wewnątrz cylindra ( podwyższone ciśnienie i temperatura ) umożliwiają nie tylko zachodzenie wyżej opisanych reakcji łańcuchowych z udziałem cząsteczek paliwa, lecz także prowadzą do reakcji rekombinacji pomiędzy cząsteczkami składników samego powietrza. Przykładem tego typu reakcji, istotnej dla stopnia toksyczności spalin silnikowych, jest łączenie azotu z tlenem, prowadzące do powstawania tlenków azotu.

Odrębnym problemem są emitowane w spalinach związki ołowiu. Ich obecność w spalinach wynika ze stosowania dodatków do paliwa, mających na celu osiągnięcie dostatecznie dużej liczby oktanowej. Najbardziej rozpowszechnionym z tych dodatków jest czteroetylek ołowiu {Pb(C₂H₅)₄}, stosowany jako dodatek przeciwstukowy w ilości 0,15 * 1,5 g/kg benzyny, wykazujący zarazem zdolność do podwyższenia liczby oktanowej benzyny. Ołów w paliwie w procesie spalania tworzy połączenia z bromem i chlorem dodawanymi w celu ułatwienia wydalania ołowiu w postaci tlenku PbO₂ z komory spalania, oraz z fosforem i siarką (zanieczyszczeniami w paliwie). Część tlenku ołowiu osadza się na ściankach komory spalania oraz w układzie wylotowym silnika. Około 70 * 80 % ołowiu zawartego w paliwie emitowane jest z gazami wylotowymi do atmosfery .

Ołów wchłonięty przez organizm człowieka może przebywać w nim wiele lat i nie ulega wydalaniu ani neutralizacji. Oprócz chorób płuc i dróg oddechowych ołów po przedostaniu się do mózgu może powodować stany agresji.

2. Hałas

W silnikach spalinowych istnieje wiele źródeł hałasu. Hałas powstały w czasie pracy silników spalinowych wywołany może być procesami aerodynamicznych oraz może mieć pochodzenie mechaniczne. Hałas o charakterze aerodynamicznym generowany jest podczas procesu ssania, spalania i wydechu, a także podczas procesu odprowadzania spalin. Na hałas powstały w procesie spalania zasadniczy wpływ ma przebieg w czasie zmian ciśnienia wewnątrz cylindra. Związane jest to ze sposobem przejścia procesu sprężania w proces spalania oraz z szybkością narastania ciśnienia. Przejście procesu sprężania w proces spalania związane jest ze zjawiskiem tzw. niekontrolowanego spalania. Spalanie to przebiega z bardzo dużymi prędkościami zbliżonymi do prędkości w czasie wybuchu. Powstają wówczas fale zmiennego ciśnienia, które są źródłami fal dźwiękowych. W procesie wydechu powstaje również hałas, który spowodowany jest głównie wypływem gazów, mających dużą energię wewnętrzną, poprzez kanał wydechowy. Hałas pochodzenia mechanicznego powstaje na skutek pracy różnych zespołów silników, jak np. układu korbowo-tłokowego, mechanizmu rozrządu, pompy paliwowej i innych podzespołów .

4. Określenie wielkości emisji składników toksycznych w obrębie skrzyżowania

Substancja : [ silniki gaźnikowe ]	emisja [ % ]	ilość pojazdów	przebyta droga [ m.]	spalanie [ l / 100 km ]	ilość spalona [ l ]	wielkość emisji [ kg ]
Tlenek węgla	90,9	2000	400	8	6400	7380
Węglowodory	5,1	2000	400	8	6400	1476
Tlenki azotu	3,5	2000	400	8	6400	6372
Tlenki siarki	0,4	2000	400	8	6400	2772
Ołów	0,1	2000	400	8	6400	0
Substancja : [silniki wysokoprężne]	emisja [ % ]	ilość pojazdów	przebyta droga [ m. ]	spalanie [ l / 100 km ]	ilość spalona [ l ]	wielkość emisji [ kg ]
Tlenek węgla	41	3000	400	15	18000	5817,6
Węglowodory	8,2	3000	400	15	18000	326,4
Tlenki azotu	35,4	3000	400	15	18000	224
Tlenki siarki	15,4	3000	400	15	18000	25,6
Ołów	0	3000	400	15	18000	6,4
Substancja	emisja w sumie [ kg / dobę ]	stężenie dobowe [ mg/m3 ]
Tlenek węgla	13197,6	1,0998
Węglowodory	1802,4	0,1502
Tlenki azotu	6596	0,549667
Tlenki siarki	2797,6	0,233133
Ołów	6,4	0,000533

Dopuszczalne stężenia substancji zanieczyszczających powietrze wynikają
z Rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa
z dnia 28 kwietnia 1998 roku w sprawie ochrony powietrza przed zanieczyszczeniem, zamieszczonego w Dzienniku Ustaw nr 55 z dnia 6 maja 1998 roku, poz. 355. Zgodnie z tym rozporządzeniem dopuszczalne stężenia rozpatrywanych gazów dla tzw. pozostałych obszarów kształtują się następująco:

tlenek węgla: D₃₀ = 20 mg/m³, D₂₄ = 5,00 mg/m³, D_r = 2 mg/m³;

dwutlenek azotu: D₃₀ = 0,5 mg/m³, D₂₄ = 0,15 mg/m³, D_r = 0,040 mg/m³;

dwutlenek siarki: D₃₀ = 0,5 mg/m³, D₂₄ = 0,15 mg/m³, D_r = 0,040 mg/m³.

WWA : D₃₀ = 1 mg/m³ , D₂₄ = 0,3 mg/m³, D_r = 0,043 mg/m³,

ołów : D₃₀ = 0,005mg/m³ , D₂₄ = 0,002 mg/m³, D_r = 0,0005 mg/m³.

Jak z powyższego widać stężenie tlenków azotu zostało przekroczone prawie czterokrotnie, natomiast stężenie tlenku węgla i dwutlenku siarki niewiele. Najwyższe dopuszczalne stężenie dwudziestoczterogodzinnej emisji zarówno ołowiu, jak i węglowodorów aromatycznych nie zostało przekroczone.

6. Wyznaczenie stref zagrożenia, oddziaływania, wpływu i obecności.

Ponieważ wiatry wiejące w danym rejonie mają kierunek głównie północny wielkość strefy zagrożenia, w której przekroczone są najwyższe dopuszczalne stężenia dla tlenków węgla i siarki wynosi w kierunku północnym 5 m., południowym 2m., a na wschód i zachód od miejsca emisji 3 m.. Natomiast w przypadku tlenków azotu całość skrzyżowania znajduje się w strefie zagrożenia, ponieważ jej wielkość wynosi odpowiednio : w kierunku pn - 20 m., pd - 8m., oraz w kierunkach wsch. i zach. - 12 m. Zasadniczym czynnikiem mającym wpływ na wielkość stref zagrożenia i oddziaływania, mogącym je w pewnym stopniu zredukować byłoby stworzenie wzdłuż autostrady, po obu stronach drogi gęstych pasów zieleni, które stałyby się swego rodzaju barierą ograniczającą rozprzestrzenianie się emitowanych związków. Przewidywać można również, że zwiększająca się stopa życiowa Polaków i rozwój motoryzacji spowodują w niedalekiej przyszłości eliminację zanieczyszczeń związkami ołowiu, oraz poprzez stosowanie katalizatorów zmniejszenie zagrożenia innymi.


Róża wiatrów

N	NE	E	SE	S	SW	W	NW
35%	30%	5%	5%	10%	3%	4%	8%

7. Literatura :

• Jakubowski J.: Motoryzacja i ochrona środowiska. Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa, 1976.

• Rutkowski J.D.: Źródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego. Wyd. Polit. Wrocławskiej, Wrocław, 1993.

1

Temat : Wpływ skrzyżowania autostrad na środowisko

8




---