CC BY
32
УДК 504:621.317.08
В. А. Юрченко, О. Г. Мельникова, С. В. Свергузова
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТОКА НЕФТЕПРОДУКТОВ, СОЗДАВАЕМОГО ОБЪЕКТАМИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНОГО КОМПЛЕКСА НА ПРИЛЕГАЮЩИЕ ТЕРРИТОРИИ
Ключевые слова: экологическая безопасность, автотранспорт, объекты автомобильно-дорожного комплекса, снежный
покров, поток нефтепродуктов, фракционирование.
Путем определения содержания нефтепродуктов в снежном покрове на территориях, прилегающих к объектами автомобильно-дорожного комплекса, исследовали экологическую опасность, создаваемую для окружающей среды этими техническими объектами. Установлено, что среди исследованных автомобильно-дорожных объектов самую высокую эмиссию нефтепродуктов в природную среду (по отношению к интенсивности движения на них) создают АЗС.
Key words: environmental safety, vehicles, objects of automobile and road complex, snow cover, flow ofpetroleum products,
fractionation.
The ecological danger to the environment of automobile and road complex objects was investigated by determining the content of petroleum products in the snow cover on the areas, which adjacent to these technical objects. It was found that gasoline stations create the highest emission of petroleum products to the environment (in relation to the traffic) among the automobile and road objects.
Автомобильно-дорожный комплекс включает дорожное полотно с передвигающимися по нему транспортными средствами, обочины и объекты дорожной инфраструктуры (АЗС, СТО, стоянки, мойки, зоны отдыха и т.д.). Природоохранные исследования влияния транспортных средств на экологическую безопасность придорожного пространства сконцентрированы, главным образом, на анализе выбросов отработавших газов в атмосферу и негативном влиянии шума, обходя вниманием высокое ингредиентное загрязнение водных и почвенных экосистем на территориях, прилегающих к автодороге [1, 2].
В почве придорожного пространства (среде с самыми низкими обменными характеристиками) наибольшую экологическую опасность по уровню превышения ПДК создает загрязнение нефтепродуктами (НП) [3-5]. В экологических исследованиях НП - неполярные и малополярные углеводороды, растворимые в гексане и не сорбирующиеся оксидом алюминия. НП по совокупности свойств, а, следовательно, и по характеру влияния на экосистемы существенно отличаются от других поллютантов, что связано с гетерогенностью химического состава НП. Установлено, что наибольшей токсичностью обладают углеводороды с температурой кипения от 150 до 275 0С [6, 7]. Попадая в почвенную среду, НП активно изменяют химический состав гумусового горизонта. Почвы, загрязненные НП, характеризуются ограниченностью видового и экологического разнообразия педобионтов, затрудненной автотрофной ассимиляцией, нарушением кислородного режима, ингибированием функциональной активности почвенных животных и ферментативной активности почв [4]. Основными нефтесодержащими средами, эмитируемыми автомобильной дорогой, являются: отработавшие газы автомобилей и брызгоунос с дорожного полотна.
Для исследования кинетических
характеристик эмиссии НП от объектов автомобильно-дорожного комплекса на почву прилегающих территорий весьма информативным является использование способности снежного покрова депонировать НП [8]. Снег - эффективный сорбент-накопитель различных веществ,
переносимых ветром или выпадающих вместе с атмосферными осадками. Кроме того, уровень загрязненности снега поллютантами прямо характеризует степень загрязнения ими поверхностного стока зимой, при весеннем таянье которого произойдет загрязнение почв, а так же поступление поллютантов с талыми водами в водотоки и водоемы [79].
Цель работы - экспериментальная оценка эмиссии НП от объектов автомобильно-дорожного комплекса и загрязнения ими поверхностного стока, образующегося в зимний период на автомобильной дороге и территории АЗС.
Исследуемые объекты автомобильно-дорожного комплекса - загородная автомобильная дорога второй категории Р-46 Харьков-Ахтырка и расположенные на ней АЗС. Характеристики объектов автомобильно-дорожного комплекса, на обочинах которых отбирали снег, представлены в табл.1.
Пробы снега отбирали на территориях, прилегающих к автодорогам и АЗС (обочины - 0,5-1 м), контрольную пробу - на расстоянии 200 м от дорожного полотна. Все участки отбора проб располагались на одной (подветренной) стороне дороги. Снег отбирали в пластиковые контейнеры на 15-й день после снегопада с определенной площади (30х30 см) на полную глубину слоя, транспортировали в лабораторию и хранили в холодильнике до анализа. Перед анализом, снег оттаивали при комнатной температуре в стеклянной посуде, а затем анализировали талую воду [9].
Таблица 1 - Характеристики исследованных объектов автомобильно-дорожного комплекса
Объект № пробы Характеристика участка отбора пробы Наличие бордюра Интенсивность движения, авт/сут
АЗС №1 1 Подъездной путь к АЗС + 1108
2 Зеленая зона перед раздаточными колонками + 1108
АЗС №2 3 Подъездной путь к АЗС + 456
4 Подъездной путь к АЗС - 456
Автодорога 5 Обочина - 19200
Р-46
ул. Пушкинская 6 Обочина + 16800
[6]
Содержание НП в водной среде (талый снег) определяли гравиметрическим методом [10]. Из воды НП экстрагировали хлороформом, затем растворитель удаляли при испарении, а остаток растворяли в гексане и отделяли полярные соединения при обработке на колонке с оксидом алюминия. Растворитель испаряли и гравиметрически измеряли массу остатка [10]. При проведении анализа параллельно проводили экстракцию НП с применением только гексана [10]. Это позволило фракционировать НП [11], загрязняющие поверхностные сточные воды, разделив их на фракцию условно легких углеводородов - бензин, керосин, дизельные топлива (гексановый экстракт), и фракцию условно тяжелых углеводородов - высокомолекулярных и гетероорганических (разность между содержанием НП в хлороформенном и гексановом экстрактах).
Концентрация НП в пробах талого снега, недостаточно корректно отражает нагрузку, создаваемую НП на исследуемый участок почвенной поверхности, поскольку толщина снежного покрова, а, следовательно, и объем снега, зависит от целого ряда факторов (направление ветра, рельефа и т.д.). Поэтому более объективным рассчитываемым показателем нагрузки, которая создается поступившими на поверхность почвы НП, является поток НП на поверхность - р, мг(м2-сут)-1.
Поток НП, депонируемый снежным покровом исследуемого участка, рассчитывали по формуле:
С ■ I/
О = тв пр , (1)
5/
где С тв - концентрацию НП в талой воде, мг/дм3 ;
V 1д - объем анализируемой пробы, дм3; - площадь
поверхности, с которой отбирали пробу, м2, t -время накопления снежного покрова, сут. [8].
Снежный покров не является истинным смывом с проезжей части объектов автомобильно-дорожного комплекса, но отражает определенные тенденции загрязнения водных сред этими техническими объектами, а также неизбежно попадает на них при снеготаянии.
Результаты расчета потока НП от АЗС и автомобильных дорог в Харьковском регионе представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Поток НП от объектов автомобильно-дорожного комплекса на прилегающие территории
Поток НП,
Объект депонируемых снежным покровом, мг(м2 ■ сут)- 1
Общий Условно легких (гексановая фракция) Условно тяжелых
Контроль 2,5 1,9 0,6
АЗС №1 уч. № 1 49,6 24,1 25,5
АЗС №1 уч. № 2 49,3 23,3 26,0
АЗС №2 уч. № 3 17,4 - -
АЗС №2 уч. № 4 42,8 - -
Автодорога Р-46 114,8 91,5 23,3
ул. Пушкинская [8] 36 20 16
Как видно из данных табл. 2, поток НП на территориях, прилегающие к исследованным АЗС, значительно превышал поток НП на поверхность контрольного участка: на территории АЗС №1 - в 19,8 раз, на различных участках территории АЗС №2 - в 7 - 17,1 раза. На интенсивность поступления НП от АЗС на прилегающие территории большое влияние оказывает бордюр. На АЗС №1 оба участка, где отбирали снег, находятся за бордюром, и поток НП на снежный покров в этих пробах практически одинаков. На АЗС №2 участок № 3 находится за бордюром, а участок № 4 бордюра не имеет, в результате чего поток НП на участке № 4 в 2,5 раза превышал поток НП на участке № 3. Аналогичное влияние бордюра на распространение НП от проезжей части отмечается и на автодорогах. Интенсивность движения транспортных средств на загородной автодороге Р-46 (без бордюра) и городской автодороге (с бордюром) - ул. Пушкинской [8] приблизительно одинакова (табл.1), а поступление НП от городской дороги на прилегающие территории в 3,2 раза ниже.
По-видимому, выбросы отработавших газов, которые в результате рассеивания достигают прилегающих территорий, являются основным источником НП в снежном покрове на обочине. Выброс происходит очень низко над поверхностью земли и бордюр, является эффективным
заградительным барьером, который препятствует свободному распространению отработавших газов и мелкодисперсной пыли, эмитируемых
проезжающим автомобильным транспортом.
На поступление НП от АЗС на поверхность снежного покрова большое влияние оказывает интенсивность движения на АЗС. На АЗС №1 интенсивность движения автомобильного транспорта в 2,4 раза выше по сравнению с интенсивность движения на АЗС №2. И поток НП от АЗС №1 (все участки с бордюром) в 2,8 раз выше, чем от АЗС №2 на участке №3 с бордюром.
Сравнивая потоки НП, создаваемые АЗС и автомобильными дорогами, можно отметить, что на загородных автомобильно-дорожных комплексах, не имеющих бордюров (автодорога Р-46 и участок № 4 на АЗС №2), при интенсивности движения на автодороге в 42 раза превышающей этот показатель на АЗС, поток НП выше только в 2,7 раза. На автомобильно-дорожных комплексах, имеющих бордюры (ул.Пушкинская и участок № 3 на АЗС №2), при интенсивности движения на автодороге в 37 раз превышающей этот показатель на АЗС, поток НП выше только в 2,1 раза. Если рассчитать приведенный поток НП, создаваемый одним автомобилем на различных автомобильно-дорожных комплексах, то он составит (мг(м2-сут-авт)-1) для объектов с бордюром - 2,1-10-3 (ул. Пушкинская), 38,2-10-3 (участок № 3 АЗС №2), 44,6-10-3 (АЗС №1); для объектов без бордюра -6,0-10-3 (автодорога), 93,9-10-3 (участок № 4 АЗС №2). Таким образом, АЗС создают удельный поток НП, на порядок превосходящий удельный поток НП, создаваемый автодорогой. И это не смотря на то, что скорость движения автомобилей по загородной автодороге (60 - 90 км/ч), обуславливает интенсивный брызгоунос с поверхности дорожного полотна на территории, прилегающие к автодороге. В то время как скорость движения по территории АЗС ограничена до 5 км/ч, и, следовательно, снег, лежащий на обочине территории АЗС, практически, не подвергается воздействию брызгоуноса.
Повышенная эмиссия НП от АЗС связана, вероятно, с отличиями режимов движения транспортных средств на автодороге и по территории АЗС (старт и остановка автомобилей, являются режимом наибольшего выброса отработавших газов) [10]. Также повышенная эмиссия НП от АЗС обусловлена такими явлениями, как дыхание АЗС (испарение из резервуаров АЗС), испарение из открытых баков транспортных средств при заправке, протечки из стоячих автомобилей, утечки и проливы горючего при некоторых нарушениях техники заправки автомобилей и т.д. Следовательно, состав НП, эмитируемых АЗС и автодорогой, должны отличаться.
Это предположение подтвердили результаты фракционирования НП, которые загрязняют снежный покров на территориях, прилегающих к объектам автомобильно-дорожного комплекса (рис.1). Как видно, на экологически безопасном расстоянии от дорожных объектов НП представлены, преимущественно, легкими
фракциями (до 75 %), интенсивно рассеиваемыми на большие расстояния. В потоке НП от автодорог на прилегающую территорию также преобладают легкие фракции: 80 % на загородной автодороге и 56 % на городской (рис.1). Как видно, в потоке НП от загородной дороги условно легких фракций НП больше, чем в потоке НП от городской автодороги, что, по-видимому, обусловлено разным режимом работы двигателя (режим города и загородный режим) [12].
100
0 90 -
с" 80 -
X ав 70 -
ст 60 -
о
с 50 -
ы н н 40 -
о и 30 -
ка ар 20 - -
О 10 - -
0
11,1
1 2 3 4 5
Объкты автомобильно-дорожного комплекса
] Условно тяжелая фракция □ Условно легкая фракция
Рис. 1 -Фракционный состав НП, эмитируемых различными объектами автомобильно-дорожного комплекса: 1 - контроль, 2 - АЗС №1 участок №1, 3 - АЗС №1 участок №2, 4 -загородная дорого Р-46; 5 [6] - ул. Пушкинская
А в потоке НП от АЗС преобладают относительно тяжелые фракции - 52%. Причем, на территории одной и той же АЗС фракционный состав НП практически одинаков.
Экологическую опасность поверхностного стока, образующегося в зимний сезон на территориях, прилегающих к объектам автомобильно-дорожного комплекса, оценили по кратности превышения ПДК НП в сточных водах, сбрасываемых в природный водоем (0,05 мг/дм3 [13]) (рис. 2).
2500 т-
«2000 -
В 1500 -
1000
500
1330
170
I I
670
.2364.
12 3 4
Объекты автомобильно-дорожного комплекса
Рис. 2 - Экологическая опасность содержания НП в поверхностном стоке зимнего сезона на территориях, прилегающих к объектам автомобильно-дорожного комплекса: 1 -контроль, 2 - АЗС №1, 3 - АЗС №2, 4 -автодорога Р-46
0
Как видно, самые большие превышения ПДК отмечены в снежном покрове на территориях, прилегающих к загородной автодороге. Очень высокий уровень загрязнения поверхностного стока НП (670-1330 ПДК) отмечен и на территориях, прилегающих к АЗС. Поступление сточных вод такого состава в природные водоемы категорически недопустимо. Но если для отведения и очистки поверхностного стока с автодорог требуются не только масштабные инженерные решения, но и чрезвычайно высокие экономические затраты, то для аналогичных операций на АЗС эти мероприятия намного экономичнее и проще в техническом исполнении. Таким образом, создание эффективной системы инженерной защиты природной среды от загрязнения НП, эмитируемыми АЗС, является реальной для реализации природоохранной задачей.
Выводы
1. На объектах автомобильно-дорожного комплекса наличие бордюра приводит к существенному снижению интенсивности потока НП на территории, прилегающие к проезжей части.
2. Поток НП от АЗС на прилегающие территории коррелирует с интенсивностью движения на объекте.
3. АЗС создают удельный поток НП, на порядок превосходящий удельный поток НП, создаваемый автодорогой. В составе НП, эмитируемых автодорогой, преобладают условно легкие (гексановые) фракции, в составе НП, эмитируемых АЗС - условно тяжелые.
4. Поверхностный сток с территорий, прилегающих к автомобильно-дорожному комплексу, по содержанию НП (в сотни раз превышающему ПДК) имеет чрезвычайно высокую экологическую опасность.
Литература
1. И.Е. Евгениев, Б.Б.Каримов Автомобильные дороги в окружающей среде, ООО «Трансдорнаука», М:, 1997. 285 с.
2. О.С. Егорова, Д.Р. Буркеева, Э.В. Гоголь, Ю.А. Тунакова,
Вестник Казанского технологического университета, 17, 16, 141-143 (2014).
3. О.В. Газизова, А.Р. Галева, Вестник Казанского
технологического университета, 16, 19, 266-269 (2013).
4. С.Н. Владимиров Автореф. дисс. канд. тех. наук, Санкт-
Петербургский гос. ун-т, Санкт-Петербург, 2009. 21 с.
5. В.Н. Пшенин, Всероссийский научно-практический семинар «Экологизация автомобильного транспорта» Труды, СПб., 2003. С. 83-88.
6. С.С. Трофимов, С.А. Таранов Особенности почвообразования в техногенных экосистемах Почвоведение, М, 1987. 125 с.
7. Р.Г. Мотенко, Т. А. Кирюхина, Е.В. Гераскина, И.М. Натитник, Е.В. Лазарева. Международная конференция "Город и геологические опасности". Материалы Ч. 2, 117-120 (2006).
8. В.А. Юрченко, Л.С. Михайлова, Науковий вкник будiвництва. - Х.: ХНУБА, ХОТВ, АБУ, 69, 404-408 (2012).
9. Л.А. Долматова, М.А. Гусева Ползуновский Вестник, №2, 150-154 (2004).
10. Ю.Ю. Лурье, А.И. Рыбникова Химический анализ производственных сточных вод. Химия, Издание 4-е, перераб, М., 1974. 336 с.
11. Ю.С. Глязнецова, И.Н. Зуева, О.Н. Чалая, и др. [Электронный ресурс] IVМеждународный интернет - симпозиум по сорбции и экстракции (25 апреля - 30 сентября, 2011 г.). С.212 - 218 (2011). Режим доступа: http://www.ich.dvo.ru/~isse/2011/images/stories/files/ext raction.pdf.
12. П.М. Каншо, 1.С. Бей, О.1. Ровенський Автомобть та навколишне середовище, Прапор, Харкв., 2000. 304 с.
13. «Правила охорони поверхневих вод вiд забруднення зворотними водами», затверджеш постановою Кабшету Мтшстрш Украши вщ 25.03.99 № 465.
В. А. Юрченко - д-р техн. наук, профессор зав. кафедрой безопасности жизнедеятельности и инженерной экологии, Харьковский национальный университет строительства и архитектуры; О.Г. Мельникова - аспирант кафедры экологии, Харьковского национального автомобильно-дорожного университета E-mail: mikh-oksana@yandex.ru, ; С.В. Свергузова - д-р техн. наук, профессор зав. кафедрой промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова
V. A Yurchenko - d-r science, professor, Head the department of life safety and environmental engineering Kharkov National University of Building and Architecture; O.G. Melnikova - graduate student of Kharkiv National Automobile and Highway University E-mail: mikh-oksana@yandex.ru ; S.V. Sverguzova - d-r science, professor, Head the department of industrial ecology of Belgorod state technological university V.G.Shuhova
