Автомобильная дорога, как источник загрязнения окружающей среды

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

Автодороги являются одним из источников образования пыли в приземном воздушном слое [3]. При движении автомобилей происходит истирание дорожных покрытий и автомобильных шин, продукты износа которых смешиваются с твердыми частицами отработавших газов. К этому добавляется грязь, занесенная на проезжую часть с прилегающего к дороге почвенного слоя. В результате образуется пыль, поднимающаяся в воздух. Она может переноситься ветром на расстояния от нескольких до сотен километров.

Химический состав и количество такой пыли зависят от состояния и материалов дорожного покрытия, вида топлива и почвы, прилегающей к дорожному полотну пространства.

Выделяют следующие типы дорожного покрытия: цементобетонные, асфальтобетонные, щебеночные или гравийные, обработанные органическими вяжущими, из необработанного щебня или гравия, мостовые булыжные и из грубоколотой шашки, а также грунтовые дороги.

Наибольшее количество пыли создается на грунтовых и гравийных дорогах. Дороги с покрытием из зернистых материалов (гравийные) образуют пыль, состоящую, в основном, из диоксида кремния. На грунтовых дорогах пыль на 90 % состоит из кварцевых частиц, остальную долю составляют оксиды алюминия, железа, кальция и др. Валовый выброс пыли на автомобильных дорогах без капитального покрытия (грунтовых общего пользования, гравийных, щебеночных) составляет свыше 56 тыс. т. в год. На дорогах с асфальтобетонным покрытием в состав пыли дополнительно входят продукты износа вяжущих битумсодержащих материалов, частицы краски или пластмассы от линий разметки дороги на полосы.

Помимо природных материалов (песок, гравий, щебень и пр.) в дорожном строительстве используются отходы различных производств, в том числе вяжущие материалы. Широко применяемые асфальтобетонные покрытия изнашиваются за год эксплуатации дороги в 10 раз меньше, чем цементобетонные. В отечественной практике при изготовлении дорожных покрытий из асфальтобетонов применяют асбестовые отходы, что неизбежно ведет к последующему выделению асбестовой пыли. Такая пыль, а также частицы вяжущих материалов из каменноугольных смол и дегтей чрезвычайно канцерогенны. Кроме того, при истирании асфальтобетонов в окружающую среду поступает кадмий. На асфальтобетонных покрытиях шины (источник кадмия) изнашиваются быстрее, чем на бетонных. С адгезивными свойствами покрытий связана степень пылевого загрязнения придорожного пространства, а перенос пыли, в свою очередь, во многом определяется метеоусловиями, в частности, скоростью ветра. Известно, например, что при скорости ветра 15 м/с дорога на 70…90 % очи­щается от пылевой взвеси.

Таким образом, дорожные загрязнения по источникам их образования можно условно подразде­лить на следующие виды:

- выпадающие из атмосферы (под действием грави­тационных сил или с дождевыми каплями);

- наносимые ветром или ливневыми и талыми водами на дороги с прилегающих неблагоустроенных территорий (продукты эрозии почвы, органические загрязнения, мусор и т.п.);

- являющиеся результатом движения АТС и пешеходов (продукты ис­тирания асфальта и автомобильных шин, загрязнения с колес автотранспорта, масла и нефтепродукты).

Летние загрязнения на дорогах носят общее название – смёт. Под смётом понимают загрязнения, которые с помощью подметально-уборочных машин или вручную могут быть собраны с дорожных покрытий. Плотность уличного смета зависит от его состава и колеблется в пре­делах 0,6…1,6 т/м³.

Наибольшую опасность в санитарно-гигиеническом отношении в составе смета представляет собой пыль, особенно мелкодисперсная, способная подни­маться в воздух. Для смета распределение по фракциям выглядит следующим образом: частицы размером от 0 до 60 мкм составляют 24,8 %, на фракцию от 60…200 мкм приходится 17,5 %, на фракцию от 200…300 мкм – 10 %, на фракцию от 300…400 мкм – 9,7 %, на фракцию более 400 мкм – 38 % (рисунок 2).

Рисунок 2 – Дисперсный состав смёта с автомобильных дорог

Таким образом, смёт является полидисперсным материалом, в котором достаточно выражено (по массе) представлены мелкодисперсные фракции. То есть смет будет обладать высокой способностью к взметыванию.

Значение 38 % для фракции от 400 мкм и выше объясняется наличием в смете крупных частиц и кусочков асфальта. Фракции от 0 до 200 мкм наиболее представительные и определяют свойства смета как пылевидного материала.

Смет периодически убирается с дорог, но, тем не менее, мелкие фракции, составляющие значительную часть (до 43 %) в его дисперсном составе, будут представлять опасность перехода мелкой части смета в аэрозоль под действием движущегося автотранспортного потока.

Распределение по фракциям витающей пыли для всех улиц города (с незначительными отклонениями) выглядит следующим образом: 54,3 % приходится на фракцию от 0 до 2 мкм; 22 % - на фракцию 2…5 мкм; 8,9 % - на фракцию 5…7 мкм; 7,8 % на фракцию 7…10 мкм и 7 % - на фракции свыше 10 мкм (рисунок 3).

Рисунок 3 – Дисперсный состав пыли витающей возле автомобильных дорог

Следовательно, пыль, образующаяся в результате движения автотранспорта, является тонкодисперсной (более 50 % витающей пыли составляет фракция от 0 до 2 мкм) и поэтому опасной. Она долго не оседает и может разноситься на значительные расстояния от полотна дороги.

Естественно, что характер воздействия пыли на человека определяется не только дисперсным, но и химическим составом. Также известно, что химический состав пыли, образующейся вблизи автодорог, изменяется во времени за счет протекающих абсорбционно-адсорбционных процессов. Но характер и интенсивность этих процессов будет определяться первоначальным составом пыли. Химический состав грунта и смета с автомобильных дорог разного назначения и разных технических категорий представлен в таблице 4.

Таблица 4 – Характеристика химического состава грунта и смета с автомобильных дорог разного назначения

По химическому составу исследуемые образцы представляют собой смеси различных оксидов и их соединений. Во всех образцах содержатся оксиды кремния (SiO₂), алюминия (Al₂O₃) и железа (Fe₂О₃). В наибольшем количестве в массе пыли находится SiO₂ (до 81 %), в меньших количествах содержится Al₂O₃, подчиненное значение имеют другие оксиды.

Пыль, витающая у автомобильных дорог, адсорбирует на себе различные загрязняющие вещества, например газовые выбросы от автотранспортных средств и тяжёлые металлы (таблица 5).

Таблица 5 – Кратность превышения концентрации тяжелых металлов в пыли, витающей возле автомобильных дорог, над ПДК

Таким образом, автомобильная дорога является мощным источником пыли, которая на 81 % состоит из оксидов кремния, способна адсорбировать на себе газовые выбросы и тяжёлые металлы от автотранспорта и рассеиваться на значительные расстояния.