Шум – это любые звуки, нарушающие тишину или раздражающе действующие на человека и мешающие восприятию полезных сигналов. Раздражающее действие шума является существенным фактором, влияющим на функциональное состояние коры головного мозга и центральной нервной системы, а через них – на весь организм в целом.

Подсчитано, что в США убытки от шума на производстве составляют около 4 млн долларов в год, а в Великобритании они выше, чем от пожаров. В крупных городах шум сокращает жизнь на 8-12 лет.

Человеческое ухо воспринимает звуки с частотой от 20 до 20 000 Гц. Ниже этого предела лежит инфразвук, выше – ультразвук. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1 000 до 4 000 Гц.

Шум принято измерять на характеристике «А» шумомера. Эта характеристика корректирует частотную чувствительность шумомера в соответствии с особенностями слухового аппарата человека, то есть отражает физиологическое действие звука на организм. Получаемую величину называют уровнем звука, единица измерения - децибел «А» (дБА). Эта характеристика является международной и в России закреплена ГОСТ 12.1.003-83 и санитарными нормами СН-2.2.4/2.1.8.582-96. Порог слышимости находится на уровне 10 дБА, раздражающее действие оказывает уровень звука 60-70 дБА, при 100-110 дБА происходит нарушение слуха, 120-130 дБА – болевой порог.

Основными источниками шума на железнодорожном транспорте являются движущиеся поезда, путевые машины и производственное оборудование предприятий. Уровень шума на железной дороге колеблется от 66 дБА (при движении в час одной пары пассажирских поездов) до 91 дБА (30 пар грузовых поездов). Локомотив – один из основных источников шума в движущемся поезде. Так, на тепловозе шум дизеля 2Д100 достигает 115 дБА, системы выпуска – 123 дБА, тягового генератора – 99 дБА, тягового двигателя – 99 дБА, масляного насоса – 100 дБА, топливного насоса – 97 дБА, компрессора – 105 дБА. На электровозе ВЛ-10 уровень звука вентилятора составляет 111 дБА, а компрессора – 108 дБА.

Уровни допускаемого шума для производственных и жилых помещений приведены в табл. 8.

Таблица 8

Уровни допускаемого шума

Вид помещения или территории	Уровень допускаемого шума, дБА
Производственные помещения:
учебные заведения, НИИ, административные здания
помещения конструкторских бюро, техотделов и т.п.
кабины наблюдений и дистанционного управления без речевой связи по телефону
то же, с речевой связью по телефону
рабочие места в цехах, кабины водителей автотранспорта
вокзалы
Жилая застройка:
жилые комнаты квартир - с 7 до 23 ч
- с 23 до 7 ч
комнаты в общежитиях - с 7 до 23 ч
- с 23 до 7 ч
территории жилой застройки - с 7 до 23 ч
- с 23 до 7 ч

Очевидно, что уровни допускаемого шума для производственных и жилых помещений и территорий вблизи железнодорожных станций, локомотивных депо и заводов по ремонту подвижного состава существенно превышаются.

Движущиеся поезда также являются источниками низкочастотных (инфразвуковых) вибраций. Механические колебания, создаваемые поездами, особенно велики при движении по мостам и тоннелям. Исследования показали, что длительное воздействие вибрации вызывает функциональные изменения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, последствиями которых являются снижение скорости реакций человека, развитие гипертонической болезни и т.п.

Для снижения шума на железнодорожном транспорте проводятся основные мероприятия:

Защитное лесоразведение;

Экранирование источников шума;

Рациональная планировка прилегающих жилых массивов вблизи железнодорожных объектов;

Установка глушителей;

Защита расстоянием.

Зеленые насаждения оказывают на распространение шума в приземном пространстве заметное влияние. Наталкиваясь на них, часть энергии звуковой волны отражается как от экрана, другая (большая) часть поглощается. Защитная лесополоса, ширина которой изменяется от 10 до 30 м, позволяет снизить уровень шума на величину от 4 дБА (три ряда лиственных деревьев) до 11 дБА (пять рядов хвойных деревьев).

Вредное воздействие шума на население может быть снижено при размещении высокоскоростных железнодорожных путей в тоннелях, выемках, за склонами естественного или искусственного рельефа. Здесь возможно использование шумозащитных барьеров из листов гофрированной стали высотой 3 м. Такие барьеры выполняют также роль ограждения полосы отвода. Эффективность снижения шума экранирующими сооружениями прямо пропорциональна их высоте и обратно пропорциональна расстоянию от источника шума до экрана. Поэтому экраны целесообразно располагать как можно ближе к источнику шума.

Глушители бывают двух типов: активные (используют звукопоглощающие материалы – керамику, минеральную вату и др.) и реактивные (основаны на отражении звука назад к источнику или уменьшении энергии). Большинство глушителей являются комбинированными.

Однако основной мерой защиты от шума, вибрации и ЭМП является защита расстоянием.

1. Функции живого вещества в биосфере.

Жизнь как устойчивое планетарное явление возможна лишь в том случае, когда она разнокачественная. Величайшее биологическое разнообразие планеты образуют все виды живых существ, населяющих когда-либо и населяющие биосферу сейчас. Их совокупность по весу, химическому составу и энергии представляет собой живое вещество.

Всю деятельность живых организмов в биосфере можно, с определённой долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям:

энергетическая – запас энергии в процессе фотосинтеза, передачей её по цепям питания, рассеиванием

газовая – способность измерять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом; в частности, включение углерода в фотосинтез → цепи питания, что обусловило аккумуляцию его в биогенном веществе (органических остатках, известняков и др.)

окислительно-восстановительная – связана с интефикацией под влиянием живого вещества процессов окисления и восстановления – разложение органических веществ без нужного количества О 2 , накопление HS, метана

концентрационная – избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определённых видов вещества:

• используемых для построения тела организма

  удаляемых из него при метаболизме

Результат залежи горючих ископаемых (известняки и т.д.)

5. деструктивная – разрушение организмами и продуктами их

жизнедеятельности, как самих остатков органического вещества, так и косных веществ; вовлечение образовавшихся веществ в биологический круговорот веществ

6. транспортная – перенос вещества и энергии в результате

активной формы движения организмов

7. средообразующая – интегративная (результат совместного

действия других функций). Преобразование физико-химических параметров среды. Результат данной функции – вся природная среда, она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии её параметры

8. рассеивающая – (противоположная концентрационной), прояв-

ляется через питательную и транспортную деятельность (рассеивание Fe гемоглобина крови при укусе комара)

9. информационная – накопление определённой информации,

закрепление её в наследственных структурах и передача

последующим поколениям.

Классификация функций А.В. Лаппо – 1987 год.

2. Звук и шум как экологические факторы.

Шум – такой же медленный убийца, как и химическое отравление. Первые дошедшие до нас жалобы на шум можно найти у римского сатирика Ювенала, он утверждал, что в столице «трудно заснуть: скрип и грохот. Большая часть больных – писал он – умрёт от бессонницы».

Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Звук от пролетающего реактивного самолета, например, угнетающе действует на пчелу, она теряет способность ориентироваться. Этот же шум убивает личинки пчёл, разбивает, открыто лежащие яйца птиц в гнёздах. Транспортный или производственный шум действует угнетающе на человека – утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться. Как только он смолкает, человек испытывает чувство облегчения и покоя.

Любой шум достаточной интенсивности и длительности может привести к снижению слуховой чувствительности. Сначала интенсивный шум вызывает временную потерю слуха и если воздействие шума продолжается, то восстановление не происходит, и временный сдвиг порога слышимости превращается в постоянный. Нервные клетки внутреннего уха повреждаются, атрофируются, гибнут не восстанавливаясь.

Шумовая музыка так же притупляет слух. У 20% юношей и девушек слух оказался притупленным, как у 85-летних людей. Шум мешает нормальному отдыху и восстановлению сил, нарушает сон, а это может привести к тяжёлым нервным расстройствам, поэтому сон нужно защищать от шума. Он же оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы, снижает устойчивость ясного видения и рефлекторную деятельность. Он способствует увеличению всевозможных заболеваний, действует угнетающе на психику, способствует значительному расходу энергии, вызывает душевное недовольство и протест.

Но неслышимые звуки также опасны. Хотя ультразвук не воспринимается, всё же пассажиры самолёта часто ощущают недомогание и беспокойство. Инфразвуки в промышленных городах проникают сквозь толстые стены домов и вызывают нервные болезни.

Билет №4

1. Функции отдельных царств живой природы в биосфере.

Жизнь в биосфере существует во внеклеточной и клеточной формах.

Внеклеточную форму представляют вирусы, они не способны к самостоятельному существованию и развиваются в клетках других живых организмов. Они выполняют особую функцию: вызывают тяжёлые заболевания, приводящие к гибели ослабленных и выживанию наиболее приспособленных.

Клеточные формы представлены богато:

А. Надцарство Прокариоты (доядерные организмы)

I. Царство Бактерии

II. Царство Архебактерии

В. Надцарство Эукариоты (ядерные организмы)

I. Царство Животных

II. Царство Грибы

III. Царство Растения

К бактериям относятся около 50 видов. Они выполняют 2 основные роли:

разложение отмерших организмов и возвращение исходных элементов в окружающую среду (значительная часть работы происходит в пищеварительном тракте животных)

непрерывное вовлечение в круговорот новых порций минеральных веществ.

Архебактерии обитают в крайне неприятных условиях. Цианобактерии (слизистая плёнка оливково цвета на луже) – древнейшие обитатели планеты, экологический феномен, так как их функция: заселение бесплодных прежде субстратов и их подготовка для заселения разнородным живым веществом.

Зелёные растения являются основными фотосинтезирующими организмами и выполняют космическую роль в биосфере, улавливая энергию для всех её обитателей (создатели органических веществ).

Грибы – разрушители органических веществ, замыкающие биотический круговорот, подготавливая питание для автотрофов 14 .

Животные относятся к активно перемещающимся гетеротрофам 15 , которые выполняют в биосфере важнейшую роль, одновременно способствуют перераспределению и переработке органического вещества, регуляции численности, переносу вещества против его стока в горизонтальном направлении , в отличие от растений, перемещающих вещества против направления стока в вертикальном положении, переносу репродуктивного 16 и «чужого» репродуктивного вещества и самоочищению биосферы (падальщики).

2. Биологические потребности человека и его ресурсы.

Потребности человека – нужда или недостаток в чём-либо необходимом для поддерживания нормальной жизни организма, человеческой личности, семьи, отдельной социальной группы или общества в целом.

Потребности могут быть духовными, социальными и биологическими 17 (материальными). Для их удовлетворения человеку требуются биологические ресурсы – животный и растительный мир, которые приобретают всё больше значение как источник пищевых ресурсов.

Пищевые ресурсы в огромном количестве сосредоточены в Мировом океане. В его водах насчитывается 180 тыс. видов животных (≈ 16 тыс. видов рыб; 7,5 тыс. видов раков; 49 тыс. видов моллюсков). В морях насчитывается около 10.000 видов растений. Готовая продукция всего живого в Океане составляет – 606,4 млрд. т. Свыше 80% добываемой рыбы – морской промысел, 5% - проходные рыбы, 11,4% - промысел с пресных водоёмов. Мировой улов рыбы в год составляет 70 млн. т. и постоянно увеличивается.

98% всей суши составляют растения, а животные лишь 2%. Растения изначальный источник удовлетворения потребностей человека. На Земле сейчас 200 тыс. видов грибов, 23 тыс. видов мхов, 640 видов голосеменных, 200 тыс. видов покрытосеменных.

Из 500 тыс. видов растений человек едва использует 23 тыс., в том числе 6000 видов культурных растений.

Человек так же в качестве пищевых ресурсов интенсивно использует животный мир планеты. В нашей стране мясную продукцию дают 5 видов диких животных: северные олени, лоси, косули, сайгаки, кабаны; всего же на территории нашей страны обитает 359 видов млекопитающих, более 700 видов птиц, 138 видов пресмыкающихся, более 800 видов насекомых, 1200 видов рыб. Кроме того, человеком потребляется продукция, производимая растениеводством в сельском хозяйстве и животноводством.

Однако, несмотря на огромное количество пищевых ресурсов, существует продовольственная проблема . Её причинами являются:

рост народонаселения

различные агроклиматические условия

доминирование одного-двух продуктов в питании.

Основные идеи по решению этой проблемы сводятся к следующему:

«зелёная революция» 18 для развивающихся стран

«биотехнологическая 19 революция» для развитых стран

Все эти меры нужны на увеличение продукции.

Билет №5

1. Круговороты веществ и потоки энергии в биосфере на примере азота.

Живое вещество является совершенным приемником солнечной энергии. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ним процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот веществ и потоки энергии 20 в биосфере.

Круговорот веществ- многократное участие веществ в процессах, происходящих в атмосфере, литосфере и гидросфере. Общий круговорот веществ складывается из отдельных процессов – круговоротов воды, газов, химических элементов, которыми не являются полностью обратимыми, так как происходит рассеивание вещества, изменение его состава.

Проследим это на примере азота. Основная масса азота находится в воздухе (N 2 – 78%). Растения не могут непосредственно усваивать азот, лишь азот в составе ионов аммония (NH 4) или нитрата (NO 3). Оказалось, что некоторые бактерии и цианобактерии способны превращать газообразный азот в ходе азотфиксаций в аммоний.

Бактерии рода Rhisobium живут на корнях бобовых растений и фиксируют азот воздуха. Растения обеспечивают бактериям жилище и пищу, за что получают доступную форму азота, который включается в органические молекулы. По пищевым цепям азот, входящий в молекулы органических веществ, переходит к другим обитателям экосистемы. Белки и другие органические молекулы в процессе дыхания расщепляются, образуя азот в форме аммония, поступающего в окружающую среду. Некоторые бактерии могут переводить аммоний в нитратную форму, они постепенно преобразуются другими бактериями в газообразный азот, часть которого окисляется в воздухе во время грозовых разрядов и поступает в почву с дождевой водой. Таким способом свободного азота фиксируется в 10 раз меньше, чем это происходит с помощью бактерий.ответы на экзаменационные билеты 1. ... и внутренней взаимосвязи. 11 . СПЕЦИФИКА ФИЛОСОФИИ ДРЕВНЕГО... являлось единственным образованным классом , поэтому юриспруденция, ... решение проблем экологии . Термин «экология» произошел от...

Ответы на билеты по географии

Шпаргалка >> География

Ответы на экзаменационные билеты по географии 9 класс Роль географической науки в решении важных... ведется к востоку. Россия расположена в 11 часовых поясах: со второго (в котором... производств. Большое значение приобрел также экологи ческий фактор, так как...

Иностранные языки - новые примерные билеты 9 класс 2007г.;

Шпаргалка >> Иностранный язык

Биология 11 . ... ответу , даются разъяснения по использованию предложенного экзаменационного материала при разработке экзаменационных билетов ... классов общеобразовательных учреждений в устной форме рекомендуются примерные экзаменационные билеты ... проблемы экологии ; ...

В. Нюхтилин Шпаргалки по философии

Шпаргалка >> Философия

... экзаменационных вопросов. Далее, собраны билеты обзорного... понята, то ответы по ней на... с периодичностью примерно в 11 лет, возникновение в... рабочий класс , буржуазия, средний класс и т.д. Классы играют... Сложившаяся ситуация с экологией и с нервнопсихическим...

ВВЕДЕНИЕ

Забота современного общества об улучшении качества жизни подразумевает улучшение окружающей среды и шум, вызываемый транспортом - одно из направлений работы.

Шум от дорожного движения является суммарным результатом:

шума работающего двигателя транспортного средства,

шума от контакта покрышек и поверхности дорожного покрытия.

Следовательно, вопрос о возможностях снижения шума должен рассматриваться в рамках работы экспертов, представляющих:

производителей транспортных средств,

производителей покрышек,

дорожных строителей,

нефтяную промышленность (производителей дорожных битумов и горючего).

Совместная работа экспертов разных отраслей по решению проблем снижения шума ставит целью:

Расширение сотрудничества производителей покрышек и транспортных средств для обеспечения более комплексного подхода в работе по снижению транспортного шума

Гармонизация различных методов измерений шума в Европейском масштабе.

Определение:

Комплексный подход - использование методов, позволяющих рассматривать предметы и явления во взаимной связи и в сочетаниях для получения более точного и верного представления о проблеме.

Задача нового комплексного подхода - подготовка технических норм и единых законодательных актов по:

современным методам определения шума, вызываемого взаимодействием дорожного покрытия и покрышки, а также, транспортным средством.

правилам, адресованным соответствующим участникам

1. Измерение уровня шума и существующие правила

Взаимодействие покрышки и дороги производит шум, который воспринимается в различной степени внутри и снаружи автомобиля.

С точки зрения окружающей среды интерес вызывает шум снаружи автомобиля, который может определяться:

измерением общего показателя шума

измерением шума от движения отдельного автомобиля.

Общий показатель шума - постоянный шумовой уровень для определенного периода времени, который равен результату от реального процесса выделения шума.

Существует несколько основных методов измерения шума при движении автомобиля, но ни один из этих методов пока еще не стандартизирован.

Производители автомобилей измеряют общие уровни шума при ускорении движения автомобиля путем различных тестов.

Измерения шума двигателя необходимы для утверждения типа автомобиля, поскольку этого требует европейский стандарт для допуска продукции автомобилестроения на европейский рынок и жестокая конкуренция в отрасли.

Производители покрышек измеряют уровень шума от контакта покрышки и поверхности дороги для своих целей, проверяя общие эксплуатационные характеристики покрышки при различных условиях.

Дорожные строители определяют акустические свойства поверхностей дорожных покрытий, но своими методами, не дающими сопоставимых результатов, которые можно было бы увязать с шумом, производимым движущимся транспортным средством (с учетом типа покрышки и работы двигателей).

Таким образом, в рамках этих трех групп, результаты, выражаемые в физических единицах - децибелах (дБ), не могут быть использованы в одной общей математической модели, которая могла бы стать основой принятия решений.

2. Шум, производимый транспортным средством

До сих пор для оценки шума, производимого таким источником как транспортное средство, использовался слишком обобщенный подход.

Фактически этот общий шум можно разложить между двумя основными источниками:

тяговой энергией транспортного средства (двигатель, карданный вал, зубчатые передачи),

контактом покрышки и покрытия.

У последних моделей тяжелых транспортных средств доминирующей частью общего шума является шум от контакта покрышки и покрытия. С 60-х годов производители двигателей грузовиков добились снижения в 15 раз шума тяговой энергии путем введения проектных усовершенствований.

Однако, если общий шум автотранспортного средства определяется стандартизированными методами, то стандарт, который подходил бы для измерения шума контакта покрышки и покрытия дороги как части общего шума, еще не существует.

3.Взаимодействие покрышка/дорога

Контакт движущейся покрышки и покрытия производит целый спектр звуковых волн, более или менее различимых, происходящих из-за эффекта качения колеса. Знание механизма возникновения и распространения этих звуковых волн позволяет снизить степень их воздействия на окружение.

Разработаны специальные методы измерения шума для сочетания: покрышка-автомобиль-покрытие.

Были идентифицированы составляющие источники шума и изучено влияние каждого из них на различных параметры, участвующие в генерировании и распространении шума.

Снижение уровня шума качения состоит в контроле процессов его генерирования, распространения и поглощения, которые зависят:

от транспортного средства (веса, количества колес, вибрации, формы кузова),

от покрышки (давление/распространение воздуха под поверхностью протектора, его рисунок, контактная площадь и сцепление поверхности покрышки с поверхностью дороги),

от условия качения (скорость, вращающий момент, температура окружающего воздуха),

от дороги (поверхностные характеристики покрытия, конструкция дорожной одежды, поперечный профиль).

При изучении различных уровней шума от контакта покрышка/покрытие выявлено, что шум качения:

значительно возрастает при увеличении скорости (3 дБ + 0.2/0.5 дБ для каждых 15 км/час),

при движении с постоянной скоростью около 60 км/час шум качения преобладает над шумом двигателя,

при измерении на границе покрытия варьируется от 3 дБ в зависимости от того, используются ли гладкие покрышки или средние (европейских типов) протекторные покрышки,

при измерении на поверхности покрышки, шум варьируется с 6 дБ в зависимости от проектных характеристик дороги (измерения проводились на типичных Европейских главных дорогах).

Для ограничения шума требуется изучить комплексную модель контакта покрышка/покрытие, принимая в расчет характеристики покрытия и покрышки.

4.Дорожное покрытие и слои износа

Цель покрытия - обеспечение движения транспортных средств с максимальной безопасностью, а именно покрытие должно:

выдерживать перемещающиеся нагрузки,

обеспечивать пользователям безопасность и комфорт при любой погоде, как в дневное, так и в ночное время.

Эта последняя двойная функция достигается в основном с помощью слоя износа, поскольку:

Безопасность пользователя определяется степенью противостояния заносу и шероховатостью поверхности покрытия, особенно важной в дождливую погоду.

Комфорт водителя определяется ровностью покрытия и шумом качения, который также создает неудобства жителям домов, находящихся вблизи дороги.

Пористый асфальтобетон представляет один из наиболее современных и экономичных материалов для покрытий. Это единственный тип слоя износа, который дает хороший результат по снижению шума, одновременно улучшая дорожную безопасность.

5.Возможности дальнейшего снижения шума

Комиссией Европейского Сообщества сформирована специальная рабочая группа с целью рассмотрения вопроса с точки зрения технического прогресса. Из отчета, подготовленного Рабочей группой следует следующее:

Группа пришла к заключению, что применение Директивы от 1984 года способствовало тому, что использованы все возможные, на сегодняшний день, технические усовершенствования для снижения шумовой эмиссии всеми источниками, возникающими в процессе дорожного транспортного движения, за исключением одного - взаимодействия покрышки и поверхности дорожного покрытия.

Было выявлено следующее стартовое положение для начала решения проблемы:

Испытания и методы оценки уровней шума не установлены никакими правилами (т.е. трудно оценить объективно и сравнить уровни шума).

В ряде случаев, снижение уровней общего объема шума невозможно достичь путем технических решений (например, если увеличение шумовой эмиссии происходит в результате резкого торможения).

Различия между методами оценки уровней шума и условиями испытаний и реальными условиями транспортного движения не гарантируют эффекта от принятия мер по снижению дискомфорта от шума (меры, разработанные в условиях испытательного трека, могут не дать должного эффекта в реальной обстановке).

У тех, кто несет ответственность за состояние окружающей среды, отсутствуют соответствующие технологические и экономические инструменты, способствующие контролю и принятию мер для снижения шума (например, установленные законодательством уровни ограничений для шума от контакта покрышка/покрытие, достоверные замеры уровней для наложения штрафа за их превышение).

Первый этап - выделить категории транспортных средств, где можно не учитывать шум от контакта покрышка/покрытие.

Второй этап - проводить дальнейшее исследование для разработки воспроизводимых методов определения результатов взаимодействия характеристик покрышки и дороги, имеющих отношение к появлению шума, для подготовки правил и требований для транспортных средств, покрышек и дорог.

Определение

Воспроизводимый метод - способ решения конкретных задач в некой области (установление уровней шумовой эмиссии от контакта покрышка/покрытие) путем определенной последовательности практических операций.

Четкое определение степеней влияния покрышки и дороги позволило бы распределить обязательства и ответственность между соответствующими отраслями (производители покрышек и дорожные организации).

Существующая система утверждения типа транспортного средства по шумовым характеристикам сейчас основывается на общем уровне шума транспортного средства. За него и несет ответственность производитель транспортных средств.

Однако производитель не должен нести ответственность за ту часть шумовой эмиссии, что от него не зависит. Еще в недалеком прошлом эта логичная связь не имела под собой технического обоснования.

Раздражение общественности, вызываемое шумом городского транспортного движения, связано с общим шумом. Общий шум составляется из шумовых эмиссий, производимых отдельными генераторами шумов. Поэтому для успеха решения проблемы в целом, должны быть разработаны условия испытаний и методы измерений для определения как общего шума, так и измерения отдельных его составляющих.

Определение:

Генератор шума - устройство, аппарат, машина, производящие звуковые сигналы (волновые колебания, импульсы).

В случае современных, с акустической точки зрения транспортных средств, шум контакта покрышка/покрытие постепенно выходит на передний план.

6.Определение и оценка шума качения при взаимодействии покрышки и покрытия дороги

Шум качения можно подразделить на два составляющих шума - внутренний и внешний шум.

Внутренний шум создает дискомфорт для водителя и пассажиров внутри транспортного средства. Существует взаимодействие между транспортным средством и покрышкой, поэтому требуется понять как воздушную, так и структурную передачу звуковых волн через кузов транспортного средства.

В контексте окружающей среды мы рассматриваем проблемы внешнего шума как части общего дискомфорта, вызываемого шумом транспортного движения.

Оценка внешнего шума в настоящее время основывается на измерениях на обочине дороги общего уровня шума в дБ.

При проведении исследований по снижению шума качения используются измерения на обочине для определения улучшений в общем.

Используется микрофон, устанавливаемый в 7.5 м от оси дороги на высоте 1.2 м.

Шум качения должен определяться следующим образом: транспортное средство скатывается под уклон на заданной скорости с выключенным двигателем и сцеплением.

Скорость качения задается точной установкой условий качения (масса транспортного средства, угол скатывания).

Основные параметры, влияющие на уровень шума по результатам испытаний:

дорога: дорога играет роль в:

1. процессе генерации шума (гранулометрия поверхности покрытия)

2. его распространении (свойств акустического поглощения)

транспортное средство:

1. покрышки (масса транспортного средства, давление воздуха в камере, размеры). Размеры покрышки значительно влияют на генерацию шума (чем больше покрышка, тем она «шумнее»)

2. количество «источников шума от покрышки»

3. эффекты дифракции (рассеивания звуковых волн) происходящие из-за формы кузова транспортного средства

условия качения:

шум возрастает с увеличением скорости

шум снижается с ростом температуры

шум изменяется при заданной скорости под воздействием вращающего момента

7.Базовый исследовательский подход к снижению шума качения

Снижение шума качения для производителей покрышек - трудная задача.

Поэтому, для получения ясного понимания различных физических явлений, участвующих в генерации и распространении шума, требуется фундаментальный исследовательский подход.

Одновременно с долгосрочным научным подходом, необходимо иметь быстрые результаты от исследований, чтобы обеспечить проведение, шаг за шагом, совершенствование дизайна покрышек с коммерческой целью.

Для снижения шума качения необходимо установить контроль над источниками и осознать комплексно окружающую среду, включая: дорогу, транспортное средство, условия качения.

Для этого надо изучить акустический механизм как генерации, так и распространения шума от движущегося источника в сторону от дороги и затем использовать полученные результаты для определения шумовых критериев.

Процесс имеет три фазы:

фаза 1 - Выяснение:

Проблема анализируется экспериментально и теоретически для того, чтобы понять генерацию и распространение.

фаза 2 - Прогноз:

После того, как проблема понята, надо суметь смоделировать ситуацию для того, чтобы прогнозировать дискомфорт в заданной ситуации, т.е. от глобального уровня шума вдоль дороги подойти к определимой комбинации шумов «покрышка+дорога+транспортное средство» при определенных условиях качения.

фаза 3 - Поправка:

После того, как дискомфорт становится прогнозируемым, полученные знания могут быть использованы для достижения цели - улучшить концепцию покрышки для получения оптимального варианта желаемых эксплуатационных характеристик.

8.Пути распространения шума в автомобиле.

Воздушный шум от первичных источников проникает в салон а/м через неплотности кузова (дверные проемы, технологические отверстия переднего пола), а также остекление а/м. Чем толще стекло и панели кузова, тем выше их звукоизоляционные свойства. Воздушный шум от первичных источников тем ниже, чем оптимальнее конструкция самих источников: двигателя, трансмиссии, системы выхлопа, шин (высота и рисунок протектора). Структурный шум проникает в а/м через элементы подвески к кузову силового агрегата, трансмиссии, системы выхлопа, ходовой части. Вибрация, передаваемая через элементы подвески, заставляет колебаться все без исключения панели кузова, которые в свою очередь излучают структурный шум. Кроме того, звук, излучаемый элементами системы выхлопа (трубами, резонатором, глушителем), приводит к дополнительному возбуждению пола а/м, что вносит ощутимый вклад в общий уровень внутреннего шума. В общий уровень шума в салоне а/м немалую долю вносит отраженный звук. Отраженный звук - звук, получающийся при отражении звуковых потоков, издаваемых первичными источниками, от дорожного покрытия.

9.Методы борьбы с шумом.

Разделяются на конструктивный и пассивный. Конструктивный метод: Применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов трансмиссии; Правильный подбор и расчет эластичных элементов подвески силового агрегата, трансмиссии, ходовой части, системы выхлопа; Правильный расчет конструкции системы выхлопа и определение точек ее подвески к кузову; Правильное моделирование конструкции кузова и его жесткости; Выбор прогрессивных конструкций уплотнителей окон и дверных проемов и т.д. Пассивный метод: ПРИМЕНЕНИЕ ШУМОИЗОЛЯЦИОННЫХ И ПРОКЛАДОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Применение защитных кожухов.

10.Предварительная оценка шумовых характеристик а/м.

Создание бесшумного автомобиля невозможно так же, как невозможно построение вечного двигателя. Однако вполне законна постановка задачи о создании автомобиля, обладающего минимальным акустическим излучением. Естественно, что приближение конструкции автомобиля по качеству к конструкции с минимальным акустическим излучением возможно при использовании, прежде всего средств, которые представляет акустика в распоряжение инженера-исследователя и конструктора. Следует рассмотреть прежде всего использование виброизоляции и вибропоглощения, звукоизоляции и звукопоглощения. Это первая совокупность методов и средств, разумное использование которых приводит к снижению шума автомобиля. Другая совокупность методов и средств, которую необходимо использовать с целью снижения шума, базируется на организации рабочих процессов автомобиля и разработке конструкции, обеспечивающих минимальное акустическое излучение и основанных на соответствующих критериях минимизации. Виброизоляция (ВИ) и вибропоглощение (ВП). Передача звуковой энергии от места ее возникновения до элементов, которые ее излучают, происходит прежде всего через детали двигателя или агрегаты автомобиля с последующей передачей панелям кузова, которые колеблются под действием этой энергии и создают шум. Средства, применяемые в автомобиле для снижения уровня звуковой вибрации, во-первых, препятствуют распространению энергии колебательного движения по конструкции (виброизоляция), во-вторых, поглощают энергию колебательного движения на пути ее распространения (вибропоглощение). Колебательная энергия в звуковом диапазоне частот передается по элементам конструкции в виде упругих продольных, изгибных и сдвиговых (крутильных) волн. В диапазоне рабочих нагрузок деформация твердого тела прямо пропорциональна напряжению (линейность процесса деформации). Свойства волн и их характеристики при распространении по стержням, пластинам при различных способах закрепления (граничные условия) описаны достаточно полно в литературных источниках. Остановимся лишь на определении механического сопротивления конструкции (импеданса), так как в автомобиле и его агрегатах очень широко распространено возбуждение конструкции силой, приложенной в точке или по линии поверхности. В такого рода задачах искомой величиной часто является колебательная мощность, передаваемая от источника возбуждения в конструкцию я распространяющаяся по ней в виде вибрации. Величина колебательной мощности, передаваемой на структуру, зависит от ее механического сопротивления по отношению к возбуждающему усилию.

При анализе виброизолирующих свойств кузова автомобиля, т. е. при изучении распространения по нему вибрации, его можно рассматривать как совокупность соединенных между собой пластин и стержней. Собственно характер распространения вибраций по кузову определяется виброизолирующими свойствами этих соединений. Принимая во внимание, что при изготовлении кузова используется главным образом сварка, можно считать, что в подавляющем числе случаев эти соединения жесткие. Агрегаты автомобиля с кузовом и между собой соединяются, как правило, с помощью шарниров. Такие соединения обладают большей виброизоляцией, чем жесткие.

Под препятствием и его виброизолирующими свойствами имеют в виду местное скачкообразное изменение массы, которое может быть вызвано или простым логическим изменением конструкции или специальным размещением виброзадерживающей массы в конструкции, к которой можно отнести ребра жесткости.

Широкое применение виброзадерживающих масс в конструкции автомобиля сдерживается повышенными расходами металла. Опыт использования виброзадерживающих масс в смежных областях техники (судостроение, тракторостроение) показывает, что их эффективность тем выше, чем больше масса, приходящаяся на единицу длины соединения.

Ребра жесткости также обеспечивают эффект задерживания энергии, однако в очень узком диапазоне частот (ребра жесткости обладают ярко выраженной дискретностью действия).

Вибропоглощение в колебательных системах частично происходит вследствие потерь, которые прежде всего принято характеризовать с помощью коэффициента потерь энергии. Обычно на резонансе системы величина колебательного смещения обратно пропорциональна коэффициенту потерь. Вне резонанса эти величины мало зависят одна от другой. Конструкция будет обладать большими вибропоглощающими свойствами, если для ее изготовления использовать материал с большим внутренним трением или применять специальные покрытия, обладающие более высоким коэффициентом потерь.

Список использованной литературы.

1. Голубев, Новиков «Окружающая среда и транспорт»

2. Болпас, Савич «Транспорт и окружающая среда»

3. Луканин В.Н, и др. «Снижение шума автомобилей».

4. Фоменко А.Я. «Снижение автотранспортного шума в городах».

5. Малов Р.В. и др. «Автомобильный транспорт и защита окружающей среды».

Шумом, по Н. Реймесу, принято называть звуковые колебания, выходящие за рамки звукового комфорта. Чаще всего это неупорядоченные звуковые колебания; но бывают и упорядоченные, мешающие восприятию нужных звуков либо вызывающие неприятное ощущение и повреждающие органы слуха. Как и все акустические колебания, шум может восприниматься ухом человека в пределах частот от 16 до 20000 Гц (ниже - инфразвук, выше - ультразвук). Шумы принято делить на низкочастотные (до 350Гц), среднечастотные (350 - 800 Гц), высокочастотные (выше 800 Гц). Высокочастотный шум оказывает наиболее неблагоприятное воздействие на организм и субъективно более неприятен. Но человек реагирует не на абсолютный прирост частоты и громкости, а на относительный. Так, физиологически прирост частоты вдвое на низкой или высокой частоте воспринимается одинаково. В этом суть биофизического закона Вебера - Фихтнера. Именно поэтому все звуковое частотное поле делят на девять октав. Причем конечная частота для данной октавы в два раза больше начальной, а основная октавная частота - их средняя геометрическая.

Ряд октавных полос частот выглядит так: 31,5 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Кроме частоты, к основным характеристикам шума относят акустическое (звуковое) давление интенсивность и уровень шума (звука), а также мощность источника.

ВИДЫ ШУМА

Шум листьев 15

Тихая музыка 40

Нормальная речь 60

Шум электропоезда 80

критическая зона 85

шум мотора самолета 120

граница боли 115

выстрел крупнокалиберного орудия 150

Различают тональный шум, в котором выражены дискретные тона, и широкополосный. Кроме того, если уровень шума изменяется по времени не более чем на 5дБ, он считается постоянным, в противном случае - непостоянным.

По физической природе шумы могут иметь следующее происхождение:

Механическое, связанное с работой машин и оборудования, вследствие ударов в сочленениях, вибрации роторов и т.п.;

Аэродинамическое, вызванное колебаниями в газах;

Гидравлическое, связанное с колебаниями давления и гидроударами в жидкостях;

Электромагнитное, вызванное колебаниями элементов электромеханических устройств под действием переменного электромагнитного поля или электрических разрядов.

Основными источниками шума являются все виды транспорта (и прежде всего авто - и железнодорожный), промышленные предприятия и бытовое оборудование (включая звуковую аппаратуру). Уровень эквивалентного, т.е. общего, шума в ряде производств достигает 60-70 дБ и более (при норме 40 дБ). На производстве почти все механизмы создают шум, который распространяется на большие расстояния (особенно значителен шум на горных работах - от проходческих комбайнов; на обогатительных фабриках - в цехах крупного и мелкого дробления пород; на металлургических заводах - в металлопрокатных цехах).

Антропогенный шум, вибрация и электромагнитные воздействия приводят к загрязнению окружающей среды. Механические вибрации возникают практически во всех механизмах с разными амплитудами и присутствующими частотами, поэтому они могут быть моно-, би - и полигармонические, случайные с широким диапазоном частот. Вибрация резко влияет на иммунную и сердечно-сосудистую системы, состав крови и т.д.

Акустический шум - это распространяемые в воздухе беспорядочные звуковые колебания различной физической природы. Этот шум оказывает шумовую болезнь на организм человека и даже может вызывать шумовую болезнь, которая характеризуется тугоухостью, гипертонией и головной болью.

Как известно в древнем Китае существовала смертная казнь шумом. Шум порядка 90-100 дБ вызывает постепенное ослабление слуха, нервно сосудистые заболевания (в крови существенно повышается уровень холестерина), заболевания щитовидной железы. Длительное воздействие очень сильного шума (более 110 дБ) приводит к агрессивному состоянию (т. е "шумовому опьянению"), разрушению тканей тела, обострению хронических заболеваний и снижению продолжительности жизни.

Но следует указать, что с конца 70-х годов главным образом благодаря экспериментальным исследованиям, связанным с ограничением шума, создаваемого индивидуальными средствами транспорта и воздушными судами, а также частично в результате совершенства дорог и звукоизоляции зданий, достигнутый ранее уровень транспортного шума имеет тенденцию к стабилизации.

Учитывая тенденции снижения шума на ближайшие несколько лет, можно прийти к заключению о намечающемся улучшении соответствующих показателей. В странах ОЭСР к средствам грузового транспорта предъявлены более жесткие требования по ограничению шума. Новые правила должны привести к существенным изменениям, которые особенно затронут ту часть населения, которая подвергается воздействию шума, создаваемого тяжелым грузовым транспортом. Кроме того, в некоторых странах вводятся более совершенные нормы проектирования автомобильных дорог, а также законодательство, обеспечивающее людям, чьи дома подвержены значительному воздействию транспортного шума, право требовать принятия дополнительных мер по звукоизоляции жилых помещений.

Подсчитано, что во Франции к 2000-му году доля городских жителей, подвергаемых воздействию шума с уровнем 65 дБА и выше, снизилась до 13% по сравнению с 16% в 1975 г. Это небольшое, но, тем не менее, существенное уменьшение.

Предусматривая более жесткие меры по снижению шума транспортных средств в источнике его возникновения, можно ожидать дальнейшего реального уменьшения воздействия шума на человека. Еще в 1971 г. в Великобритании при разработке проекта малошумных тяжелых автотранспортных средств было рекомендовано исходить из нормативного уровня шума 80 дБА. Даже если этот проект и продемонстрировал, что современная технология позволяет реализовать определенную степень требуемого снижения шума, являясь в то же время экономически приемлемой, все еще остаются технические и политические трудности при установлении законодательных мер, которые способствовали бы внедрению в производство приведенных выше норм проектирования. Подсчитано, что если бы удалось реализовать эту техническую политику, число людей, которые подвергаются воздействию шума 65 дБА и более, существенно уменьшилось бы.

Что касается шума, создаваемого гражданскими самолетами, то согласно большинству исследований реализация мер по уменьшению его воздействия займет достаточно длительное время. Это объясняется в основном двумя причинами. Во-первых, новое поколение самолетов будет менее шумным, во - вторых, все самолеты старого типа, которые не соответствуют современным нормативным требованиям по шуму, будут к концу ближайшего десятилетия сняты с эксплуатации. Темпы обновления существующего парка самолетов будут зависеть, конечно, от многих факторов, главным образом от темпов замены самолетов образцами нового поколения, а также от возможного сдвига сроков, обусловленного ожидаемым увеличением парка самолетов общего назначения и использованием вертолетов. С учетом перечисленных факторов в прогнозе для стран ОЭСР указывается, что в США произойдет уменьшение числа людей, подверженных воздействию шума 65 дБА примерно на 50-70%, в Дании на 35%, а во Франции, по результатам расчетной оценки применительно к пяти важнейшим аэропортам, произойдет уменьшение площади, подверженной воздействию авиационного шума, на 75%. Несмотря на то, что число людей, которые выиграют от проведения этих мероприятий, незначительно по сравнению с существенно большим числом людей, подверженных воздействию шума наземного транспорта недопустимо высокого уровня, указанные мероприятия представляют собой значительный шаг вперед.

Количественные показатели воздействия шума железнодорожного транспорта в большинстве стран остаются по большей части неизменными. Предполагается, что в обозримом будущем состояние дел в этой области останется без изменения. Однако имеются районы, где шум железнодорожного транспорта является основным источником раздражения. Введение в последнее время в эксплуатацию высокоскоростных поездов и скоростных городских линий приводит к расширению зон, подверженных воздействию новых источников шума. Поэтому условия жизни людей могут быть улучшены, если принять серьезные меры по уменьшению шума.

ШУМ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР

Цель работы: ознакомление с характеристиками шума и особенностями его воздействия на организм человека, с особенностями измерения и нормирования параметров шума, а также с методами оценки шума в естественных условиях окружающей среды.

Теоретическая часть

1. Звук и его основные характеристики

Любое нарушение стационарного состояния той или иной среды порождает волновые процессы. Механические колебания частиц среды в диапазоне частот 20 – 20000 Гц воспринимаются ухом человека и называются звуковыми волнами. Колебания среды с частотами ниже 20 Гц называют инфразвуком, а колебания с частотами выше 20000 Гц – ультразвуком. Длина звуковой волны l связана с частотой f и скоростью звука с зависимостью: l = c / f . Нестационарное состояние среды при распространении звуковой волны характеризуется звуковым давлением (P ), под которым понимают среднеквадратическое значение отклонения давления в среде при распространении звуковой волны от давления в невозмущённой среде, измеряемое в паскалях (Па ).Перенос энергии плоской звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную к направлению распространения звуковой волны, характеризуют интенсивностью звука (плотностью потока звуковой мощности), Вт/м 2 : , (1)

где P – звуковое давление, Па ; r – удельная плотность среды, г/м 3 ; c – скорость распространения звуковой волны в данной среде, м/с . Скорость переноса энергии равна скорости распространения звуковой волны.

Органы слуха человека способны воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах изменения интенсивностей и звуковых давлений. Например, при частоте звука в 1 кГц усреднённому порогу чувствительности человеческого уха (порог слышимости) соответствуют значения звукового давления и интенсивности звука: P 0 = 2∙10 -5 Па и I 0 = 10 -12 Вт/м 2 , а порогу болевого ощущения (превышение которого уже может при­вести к физическому повреждению органов слуха) соответствуют значения P б = 20 Па и I б = 1 Вт/м 2 . Величины P 0 и I 0 в звукотехнике приняты в качестве стандартных (эталонных) величин. Согласно закону Вебера-Фехнера раздражающее человеческое ухо действие звука пропорционально логарифму звукового давления, поэтому на практике обычно вместо абсолютных значений интенсивности и звукового давления используют их относительные логарифмические уровни звука, выраженные в децибелах (дБ ): ; , (2)

где I 0 = 10 -12 Вт/м 2 и P 0 = 2∙10 -5 Па – стандартные пороговые значения интенсивности и звукового давления. Для реальных атмосферных условий можно считать, что L I = L P = L .

Реальное шумовое поле часто определяется не одним, а несколькими источниками шума. Наиболее просто выглядит экспериментально установленное правило сложения интенсивностей звука нескольких источников: . (3)Правило сложения звуковых давлений, создаваемых несколькими источниками, легко выводится из выражений (1), (3) и носит квадратичный характер:

Используя выражения (2) – (4), легко получить правило сложения относительных логарифмических уровней звука. Согласно определению относительные логарифмические уровни звука i -го источника и суммарный уровень звука определяются как

откуда соответственно получаем:

. (5)Аналогично можно выразить и суммарный уровень звука: .Подставляя последовательно сюда выражения (5) и (4), получаем правило сложения относительных логарифмических уровней звука нескольких источников: . (6)В случае n одинаковых источников звука (Li = L) формула (6) упрощается: L å = L + 10 lg ( n ) . (7)Из формул (6) и (7) следует, что если уровень одного из источников звука превышает уровень другого более чем на 10 дБ, то звуком более слабого источника практически можно пренебречь, так как его вклад в общий уровень будет менее 0,5 дБ. Таким образом, при борьбе с шумом в первую очередь необходимо заглушать наиболее интенсивные источники шума. Кроме того, следует иметь в виду, что при наличии нескольких одинаковых источников шума устранение одного-двух из них очень слабо влияет на общее снижение уровня шума.Важной характеристикой источника шума является уровень его звуковой мощности. Звуковая мощность W , Вт , – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. . (8)Если энергия излучается по всем направлениям равномерно и затухание звука в воздухе мало, то при интенсивности I на расстоянии r от источника шума его звуковая мощность может быть определена по формуле: W = 4 p r2I . По аналогии с логарифмическими уровнями интенсивности и звукового давления введены логарифмические уровни звуковой мощности (дБ ): , (9)

где W 0 = I 0 s 0 = 10 -12 – стандартное значение звуковой мощности, Вт ; s 0 = 1 м 2 .

Распределение энергии шума в диапазоне звуковых частот характеризуется с помощью частотного спектра. В практическом применении спектр шума показывает уровни звукового давления или интенсивности (для источников звука – уровни звуковой мощности) в октавных частотных полосах частот, характеризующихся нижней f н и верхней f в граничными частотами в соотношении f в /f н = 2 и среднегеометрической частотой: f сг = (f н · f в) 0,5 . Среднегеометрические частоты соседних октавных полос соответствуют стандартному двоичному ряду, включающему 10 значений: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000 Гц .

2. Особенности субъективного восприятия звука

Восприятие звука человеческим ухом очень сильно и нелинейно зависит от его частоты. Особенности субъективного восприятия звука иллюстрируются графически с помощью кривых равной громкости на рис. 1. Каждая кривая на рис. 1 характеризует уровни звукового давления на различных частотах, воспринимаемые ухом человека с одинаковым уровнем громкости (L N ).

Рис. 1. Кривые равной громкости

Относительный логарифмический уровень громкости оценивается с помощью специальных единиц – фон . Для определения уровня громкости произвольной точки N в поле чертежа на рис. 1 следует через эту точку провести кривую равной громкости (как показано пунктирной линией на рис. 1) и определить уровень звукового давления (L P * ) при котором эта кривая пересекает линию частоты в 1000 Гц . Полученное указанным образом численное значение уровня звукового давления, выраженное в дБ , и определит численное значение уровня громкости, выраженное в фон , т. е.: .Физический прибор для измерения уровней звукового давления (объективного физического параметра) – «шумомер » – технически реализуется просто. Для оценки уровней громкости (субъективно воспринимаемого человеком параметра) необходимо, как следует из чертежа на рис. 1, так скорректировать измерительный процесс в шумомере, чтобы при изменении уровня звукового давления в соответствии с одной из кривых равной громкости его показания оставались неизменными и равными уровню звукового давления на частоте 1000 Гц . То есть для произвольной кривой равной громкости (например, показанной пунктирной линией на рис. 1) необходимо, чтобы выполнялось условие: .Сравнительно простыми техническими средствами осуществить точную коррекцию не удаётся. Поэтому практически реализуемая коррекция осуществляется приближённо. Возможны несколько разновидностей коррекции показаний шумомера для оценки уровней громкости. Наибольшее распространение получила коррекция, называемая коррекцией типа А . Таким образом, корректированные уровни звукового давления, полученные с помощью физического шумомера (т.е. работающего в режиме с коррекцией типа А ) и принимаемые в качестве оценок уровней громкости, субъективно воспринимаемых человеком, определяются в виде (10)

и называются уровнями звука, измеряемыми в специальных единицах дБА .

Из вышеизложенного можно сделать следующий вывод: если любую из кривых равной громкости для тонального звука подвергнуть коррекции А , то в результате получим значение постоянного уровня звука (в дБА ), приближённо (точная коррекция практически не осуществима) соответствующее уровню громкости ΔL N данной кривой, выраженному в единицах измерения громкости (фон ), т. е. можно считать уровни звука L A приближённой оценкой субъективного восприятия шума в виде уровней громкости L N : .

3. Действие шума на организм человека

Шумом считается всякий звук, неблагоприятно действующий на организм человека . В зависимости от интенсивности и длительности действия шума на организм человека происходит снижение чувствительности органов слуха, выражающееся в виде временного смещения порога слышимости (нижняя кривая на рис. 1). В результате такого смещения порога чувствительности слухового аппарата человек начинает плохо слышать тихие звуки. Как правило, порог чувствительности восстанавливается спустя некоторый (сравнительно непродолжительный) интервал времени. Однако при большой интенсивности и длительности действия шума возможна необратимая потеря чувствительности слухового аппарата человека (тугоухость).Регулярное длительное воздействие на человека интенсивного шума (с уровнем вывшее 80 дБА ) обычно рано или поздно приводит к частичной или даже полной потере слуха. Исследования показывают, что в настоящее время тугоухость выходит на одно из лидирующих мест в ряду профессиональных заболеваний и имеет тенденцию к дальнейшему росту.Действие шума на организм не ограничивается лишь непосредственным влиянием на органы слуха. Звуковое раздражение через нервную систему слуховых органов передаётся в центральную и вегетативную нервные системы и посредством их может воздействовать на внутренние органы человека, вызывая существенные изменения в их состоянии. Таким образом, шум способен оказывать воздействие на организм человека в целом. Данный факт подтверждается тем, что статистика общей заболеваемости рабочих шумных производств оказывается на 10 – 15 % выше.Воздействие на вегетативную нервную систему проявляется даже при небольших уровнях звука (40 – 70 дБА ) и не зависит от субъективного восприятия шума человеком. Из вегетативных реакций наиболее выраженным являются нарушение периферического кровообращения в результате сужения капилляров кожного покрова и слизистых оболочек, а также повышение артериального давления (при уровнях звука выше 85 дБА ). Воздействие на центральную нервную систему человека вызывает увеличение времени зрительно-моторных реакций, нарушает биоэлектрическую активность головного мозга с возможным возникновением общих функциональных изменений в организме (при уровнях звука выше 50 – 60 дБА ), а также возникают биохимические изменения в структурах головного мозга.Психическое воздействие на человека шум может оказывать, начиная с уровней звука в 30 дБА . Воздействие на психику человека растёт с увеличением интенсивности звука, а также с уменьшением ширины полосы частотного спектра шума.При импульсных и нерегулярных шумах степень их воздействия повышается. Изменения в состояниях центральной и вегетативной нервных систем возникают гораздо раньше и при меньших уровнях шума.К симптомам «шумовой болезни» относятся: снижение слуховой чувствительности, изменение функций пищеварения (пониженная кислотность), сердечно-сосудистая недостаточность, нейроэндокринные расстройства. Под воздействием шума снижаются уровни внимания и памяти, возникает повышенная утомляемость, могут возникать головные боли.

4. Нормирование шума

По характеру спектра шумы подразделяют на широкополосные и тональные. Широкополосные шумы имеют непрерывный частотный спектр шириной менее одной октавы. В спектре тональных шумов имеются выраженные дискретные тона, определяемые путём измерений в третьоктавных полосах частот с превышением уровня звукового давления над соседними полосами не менее чем на 10 дБ .По временным характеристикам шумы делят на постоянные, уровень звука которых в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике “медленно” шумомера, и непостоянные, не удовлетворяющие данному условию.Непостоянные шумы, в свою очередь, делятся на следующие виды:

• колеблющиеся во времени шумы , уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;
• прерывистые шумы , уровень звука которых ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причём длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет не менее 1 с ;
• импульсные шумы , состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с , при этом уровни звука в дБА и дБА(I ) , измеренные соответственно на временных характеристиках “медленно ” и “импульс ” шумомера, отличаются не менее чем на 7 дБА .

Для оценки непостоянных шумов введено понятие эквивалентного уровня звука LАэ (по энергии воздействия), выражаемого в дБА и представляющего уровень звука такого постоянного широкополосного шума, интенсивность которого в течение рассматриваемого интервала времени (T ) имеет такое же среднее значение, что и данный изменяющийся во времени шум: ,

где L A ( t ) – текущие значения, соответственно, звукового давления и уровня звука изменяющегося во времени шума. Значения L А э могут быть измерены с помощью автоматических интегрирующих шумомеров в течение заданного периода T .

Нормируемыми параметрами шума являются:для постоянного шума – уровни звукового давления L P (дБ ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц ; кроме того, для ориентировочной оценки постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается использовать уровень звука L A , выраженный в дБА ;для непостоянного шума (кроме импульсного) – эквивалентный уровень звука L Аэ (по энергии воздействия), выраженный в дБА , представляет собой уровень звука такого постоянного широкополосного шума, который воздействует на ухо с такой же звуковой энергией, как и реальный, меняющийся во времени шум за тот же период времени;для импульсного шума – эквивалентный уровень звука L Аэ , выраженный в дБА , и максимальный уровень звука L А max в дБА(I) , измеренный на временной характеристике “импульс” шумомера.Допустимые значения параметров шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.1.003-83* “Шум. Общие требования безопасности” и СН 3223-85 “Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах”. Допустимые значения параметров шума устанавливаются в зависимости от вида выполняемой работы (рабочих мест) и характера шума. Для работ, связанных с творческой, управленческой, научной деятельностью или требующих повышенного внимания, сосредоточенности, слухового контроля, предусмотрены более низкие уровни шума.Ниже приведены характерные виды работ, различаемые при нормировании, с указанием порядкового номера.Творческая, научная работа, обучение, проектирование, конструирование, разработка, программирование.Административно-управленческая работа, требующая сосредоточенности работа, аналитическая работа в лаборатории.Диспетчерская работа, требующая речевой связи по телефону, в залах обработки информации на ЭВМ, на участках точной сборки, в машинописных бюро.Работы в помещениях для размещения шумных агрегатов ЭВМ, связанные с процессами наблюдения и дистанционного управления без речевой связи по телефону; работы в лабораториях с шумным оборудованием.Все виды работ за исключением перечисленных в п.п. 1 – 4.Для широкополосного шума в табл. 1 приведены допустимые уровни звукового давления L P в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами f сг , уровни звука L A (для субъективной оценки громкости постоянных шумов) и эквивалентные уровни звука L Аэ (для оценки непостоянных шумов).Для тонального и импульсного шумов, а также для шумов, создаваемых в помещениях установками кондиционирования и вентиляции, допустимые уровни должны быть на 5 дБ ниже указанных в табл.1 (при измерениях на характеристике “медленно” шумомера).

Таблица 1

Допустимые уровни шума

вида работы	Уровни звукового давления L P (дБ ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц									Уровни звука L А , дБА

Для колеблющегося во времени и прерывистого шумов максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА .Для импульсного шума максимальный уровень звука, измеренный на характеристике “импульс” шумомера, не должен превышать 125 дБА (I).Согласно СН 3077-84 установлены более жесткие требования к шуму в жилых помещениях, общественных зданиях и на территории жилой застройки. Например, в аудиториях учебных заведений уровни L A и L Аэ не должны превышать 40 дБА , а максимальный уровень звука – 55 дБА .В любом случае запрещается даже кратковременное пребывание людей в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе. Зоны с уровнем звука свыше 85 дБ должны быть обозначены знаками безопасности; работающих в таких зонах следует снабжать средствами индивидуальной защиты.

5. Особенности распространения звука в атмосфере

Уровень звука (дБ ), создаваемого точечным источником на расстоянии r (м ) от него в однородной среде без поглощения и вдали от каких-либо препятствий, определяется формулой: , (11)

где L W – относительный логарифмический уровень звуковой мощности источника (формула (9)); ф – фактор направленности излучения звука источником относительно контрольной точки (для точечных источников звука, рассматриваемых в данной работе, ф= 1); Ω – телесный (пространственный) угол излучения звука источником, ср ; Δ L в – дополнительное ослабление уровня звука, вызываемое поглощением энергии звуковой волны атмосферным воздухом.

Уровень звукового давления, создаваемого источником звука в точке наблюдения, удалённой на некоторое расстояние от источника, зависит от характеристик источника (излучаемый спектр, характеристика направленности излучения), от расположения точки наблюдения (контрольной точки) относительно источника звука и ряда некоторых других параметров.Телесный угол (W ) представляет собой часть пространства, ограниченную конической поверхностью. Коническая поверхность в общем случае представляет собой множество прямых линий (образующих) в трёхмерном пространстве, соединяющих все точки некоторой линии (направляющей) с данной точкой (вершиной). Мерой телесного угла является отношение площади той части поверхности сферы s произвольного радиуса r с центром в вершине телесного угла, которая вырезается конической поверхностью данного телесного угла, к квадрату радиуса сферы (рис. 2): , стерадиан (ср ). (12)Коническая поверхность представляется как множество прямых линий (образующих ) в пространстве, соединяющих все точки некоторой, в общем случае произвольной, линии (направляющей ) с данной точкой (вершиной ), как показано на рис. 2.

Если источник звука расположен в свободном пространстве и излучает по всем направлениям (не обязательно одинаково), то телесный угол излучения будет равен полному телесному углу (телесный угол заключает в себе всё пространство): W = 4 p ср .

При расположении источника звука на некоторой плоскости, например на земной поверхности, телесный угол будет включать в себя полупространство и, следовательно, величина телесного угла в данном случае составит 2 p ср .Из выражения (11), без учёта величины Δ L в , следует, что уровень звукового давления в контрольной точке уменьшается на 6 дБ при удвоении расстояния до источника звука. Такое уменьшение звукового давления называют «геометрическим спадом уровня звука».В реальной окружающей среде подавляющее большинство источников звука расположено вблизи земной поверхности, обладающей определённой звукоотражающей способностью. В таких случаях уровень звука в контрольной точке будет определяться и прямой, и отражённой звуковыми волнами (рис. 3). На рис. 3 обозначено: r 1 и r 2 – расстояния, проходимые прямой и отражённой звуковыми волнами, м ; h ш и h к.т. – высоты расположения над поверхностью источника звука и контрольной точки.С учётом обозначений на рис. 3 имеет место формула для оценки уровня звука, распространяющегося вблизи отражающей поверхности: , (13)где: ф 1 и ф 2 – факторы направленности излучения звука источником в направлении контрольной точки и в направлении точки отражения звуковой волны от поверхности (в данной работе для точечных источников шума принимаются равными 1); a отр – коэффициент отражения звуковой волны от поверхности (0 < a отр < 1, для земной поверхности a отр = 0,37) .При h ш £ r 1 / 3 и a ор ≈ 1 с незначительной погрешностью можно считать, что излучение звука происходит непосредственно с поверхности. В этом случае полагают r 1 ≈ r 2 ≈ r (рис. 4), ф = 0,5(ф 1 + ф 2)= 1 и W = 2p ср (излучение звука в полупространство) и в качестве расчётной формулы используют формулу (11).Если h к.т << r , h ш << r и f ср £ 40/ (h ш h к.т. ) – средняя частота излучаемой источником полосы частот, Гц , то прямая и отражённая звуковые волны синфазно складываются и уровень звукового давления возрастает на величину D L доп = 3 дБ относительно уровня, определяемого формулой (14).Дополнительное ослабление уровня звука, вызываемое потерями звуковой энергии в атмосферном воздухе, пропорционально расстоянию r (м ), проходимому звуковой волной: , (14)

где b в – коэффициент поглощения звука в воздухе, дБ/км . Величина b в зависит от частоты звука, а также от температуры и относительной влажности воздуха (в данной работе принято b в =5,2 дБ/км ).

Дополнительное ослабление шума на пути распространения звуковых волн в окружающей среде могут вызывать различные препятствия, например полосы лесонасаждений. Если высота лесонасаждений не менее 5 м , то звук частично отражается от неё, а частично рассеивается в кронах деревьев и кустарнике. Дополнительное ослабление шума полосой лесонасаждений может быть учтено путём вычисления отрицательной поправки к формулам (11) и (13): D L л.п. = b л.п. b л.п , (15)где: b л.п. – коэффициент ослабления звука полосой лесонасаждений, дБ/м ; b л.п – ширина полосы лесонасаждений, м . Коэффициент ослабления звука лесополосой сложным образом зависит от вида растительности и типа её посадки, а также от её ширины. Усреднённым значением коэффициента ослабления звука лесополосой считается значение b л.п. = 0,08 дБ/м . Следует, конечно, иметь в виду, что лесополоса, состоящая из лиственных насаждений, в зимнее время практически не ослабляет уровень проходящей сквозь неё звуковой волны. Приведённые выше формулы позволяют оценить уровень шума на некотором удалении от его точечного источника. Однако в окружающей среде имеют место шумовые источники, такие как протяжённые улицы, шоссе, шумные производственные цехи и т. п., которые нельзя считать точечными. Такие источники шума называют протяжёнными или линейными.Уровень звукового давления (дБ ) при удалении на расстояние d от бесконечно длинного линейного источника шума в среде без поглощения снижается на 3 дБ при удвоении расстояния (d , м ) : L к.т. = L * W – 10 lg( d) – 3 , (16)где L * W – относительный логарифмический уровень звуковой мощности, излучаемой участком протяжённого источника длиной 1 м . Уровни звукового давления, создаваемые отдельными участками линейных источников или протяжёнными источниками конечной длины в произвольно расположенной контрольной точке (рис. 4), определяются по формуле : . (17)На рис. 4 обозначено: l щ – длина протяжённого источника шума, м ; d – кратчайшее расстояние от фронта протяжённого источника шума до контрольной точки, м ; α – угол, под которым виден протяжённый источник шума из данной контрольной точки, рад ; r – расстояние от середины протяжённого источника шума до контрольной точки, м . Если r > 2l ш , то можно использовать формулу (14) с ф = 1 и Ω = 2p ср , т. е. протяжённый источник в данном случае можно считать точечным.

Рис. 4. К определению уровня звукового давления вблизи протяжённого источника шума конечной длины

При достаточно большом удалении от протяжённого источника шума в формулах (16) и (17) следует делать поправки на поглощение звука воздушной средой (формула (14)) и при необходимости на ослабление шума лесозащитной полосой (формула (14)).

Практическая часть

1. Получить у преподавателя вариант задания.

2. Изучить полученное задание.

3. Произвести классификацию шума в заданной ситуации.

4. Путём соответствующих расчётов оценить уровень шума в ситуациях, определённых вариантом задания.

5. По результатам расчётов построить графические зависимости, указанные в задании.

6. Оценить полученные характеристики шума на соответствие нормативным уровням.

1) Отчёт должен содержать результаты требуемых вычислений и графические зависимости, иллюстрирующие результаты вычислений.

2) По данным задания классифицировать исследуемые шумы (определить их характер).

3) Дать заключение о соответствии рассчитанных уровней шума в заданных контрольных точках нормативным уровням.

Контрольные вопросы

1. Звук и его характеристики.
2. Особенности субъективного восприятия звука органами слуха человека.
3. Действие шумов на организм человека.
4. Характеристики шумов и их классификация.
5. С какой целью введено представление об эквивалентном уровне звука и что представляет этот параметр?
6. Принципы нормирования шумов.
7. Особенности восприятия шумов, исходящих от нескольких источников.
8. Представление о телесном угле, в пределах которого происходит излучение звука.
9. Какие факторы могут оказывать влияние на уровень воспринимаемого звука при его распространении в атмосферном воздухе.
10. Особенности и различие точечных и протяжённых источников звука.
11. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Под общ. ред. Е. Я. Юдина. М.: Машиностроение, 1985. С. 11 – 17, 36 – 57.
12. Охрана окружающей среды / Под ред. С. В. Белова. М.: Высшая школа, 1991. С. 200 – 234.
13. Денисенко Г.Ф. Охрана труда. М.: Высшая школа, 1985. С. 182 – 193.

Библиографический список

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ РАССЕИВАНИЯ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ

Цель работы: определить уровень загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами и выбросами из вентиляционных устройств.

Теоретическая часть

1. Техногенные эмиссии и воздействия на окружающую среду

Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной причинной связью в системе экосферы: «экономика, производство, техника, среда». Оно приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к поражениям людей и животных. На рис.1 приведена классификация техногенных загрязнений ОС.

Рис. 1. Классификация техногенных загрязнений ОС

В целом по природе и масштабам наиболее существенны химические загрязнения, а самая большая угроза связана с радиацией. Что касается объектов воздействия, то на первом месте, конечно же, стоит человек. В последнее время особую опасность представляет не только рост загрязнений, но и их суммарное влияние, часто превышающее по конечному эффекту простое суммирование последствий.С экологической точки зрения все продукты техносферы являются загрязнениями либо потенциальными загрязнителями, даже те, которые химически инертны, поскольку они занимают место в биосфере и становятся балластом экологических потоков. Большинство продуктов производства также со временем становятся загрязнителями, представляя собой «отложенные отходы».Большая часть загрязнений ОС относится к непреднамеренным, хотя и очевидным, экологическим нарушениям. Многие из них значительны, многие трудно контролировать и они опасны непредвиденными эффектами из-за отдалённости последствий. Например: техногенная эмиссия СО 2 или тепловое загрязнение принципиально неизбежны пока существует топливная энергетика.Масштабы отходов современного человечества и продуктов техносферы составляют почти 160 Гт/год , из которых около 10 Гт образуют массу изделий, т.е. «отложенный отход». В среднем на одного жителя Земли приходится около 26 т всех антропогенных эмиссий в год. 160 Гт отходов распределяются примерно следующим образом: 30 % выбрасывается в атмосферу, 10 % попадает в водоемы, 60 % остается на поверхности Земли.Очень больших масштабов достигла к настоящему времени химизация биосферы, которая заметно влияет на геохимический облик экосферы. Общая масса производимых химических веществ и активных отходов всей химической промышленности мира превысила 1,5 Гт/год . Почти все это количество может быть отнесено к загрязнениям ОС. Но дело не только в массе, но и в разнообразии и токсичности большинства производимых химических веществ. В мировой химической номенклатуре значится более 10 7 химических соединений и ежегодно их число возрастает на несколько тысяч. Однако большинство используемых веществ не оценены с точки зрения их токсичности и экологической опасности.

2. Источники техногенных эмиссий

Все источники техногенных выбросов подразделяются на организованные, стационарные и подвижные. Организованные источники оборудованы специальными устройствами для направленного вывода эмиссий (трубы, вентиляционные шахты, выводные каналы, желоба и т.д.). Эмиссии от неорганизованных источников произвольны. Источники разделяются также по геометрическим характеристикам (точечные, линейные, производные) и по режиму работы – непрерывному, периодическому, залповому.Источниками преобладающей части химического и теплового загрязнения являются термохимические процессы в энергетике – сжигание топлива и связанные с ним термические и химические процессы и утечки. Главные реакции, определяющие эмиссию углекислого газа, паров воды и теплоты, идут следующим образом:

Углерод: C + O 2 → CO 2 ;

Углеводороды: C n H m + (n + 0,25m)O 2 → nCO 2 + 0,5mH 2 O.

Попутно идут реакции, определяющие эмиссию других загрязнителей, и связаны они с содержанием в топливе различных примесей, с термоокислением азота воздуха и со вторичными реакциями, происходящими в ОС. Все эти реакции сопровождают работу тепловых станций, промышленных печей, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, процессы в металлургии, обжиг минерального сырья и т.д. Наибольший вклад в энергетически зависимое загрязнение среды вносят теплоэнергетика и транспорт.Общая картина воздействия теплоэлектростанции (ТЭС) на ОС показана на рис. 2.При сжигании топлива вся его масса превращается в твердые, жидкие и газообразные отходы. Данные о выбросах главных загрязнителей воздуха при работе ТЭС приведены в табл. 1.

Таблица 1

Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт час

			Природный газ

Количество выбросов зависит от качества топлива, типа топочных агрегатов, систем нейтрализации выбросов и пыледымовых уловителей и устройств очистки сточных вод. В среднем в топливной теплоэнергетике на 1т сжигаемого топлива выбрасывается в ОС около 150 кг загрязнителей.

Рис. 2. Влияние теплоэлектростанции на окружающую среду

1 – котёл; 2 – труба; 3 – паровая труба; 4 –электрогенератор; 5 – электрическая подстанция; 6 – конденсатор; 7 – водо-забор для охлаждения конденсатора; 8 – водное питание котла; 9 – линии электропередачи; 10 – потребители электроэнергии; 11 - водоём

Металлургические процессы основаны на восстановлении металлов из руд, где они содержатся преимущественно в виде окислов или сульфи­дов, с помощью термических и электролитических реакций. Наиболее характерные суммарные (упрощенные) реакции:

железо: Fe 2 O 3 + 3C + O 2 → 2Fe + CO + 2CO 2 ;

медь: Cu 2 S + O 2 → 2Cu + SO 2 ;

алюминий (электролиз): Al 2 O 3 + 2O → 2Al + CO + CO 2 .

Технологическая цепь в черной металлургии включает производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное, про­катное, ферросплавное, литейное производства и другие вспомогательные технологии. Все металлургические переделы сопровождаются интенсивным загрязнением среды (табл. 2). В коксохимическом производстве дополни­тельно выделяются ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, цианиды и целый ряд других веществ. Черная металлургия потребляет большое ко­личество воды. Хотя промышленные нужды на 80 – 90 % удовлетворяются за счет систем оборотного водоснабжения, забор свежей воды и сброс за­грязненных стоков достигают очень больших объемов, соответственно порядка 25 – 30 м 3 и 10 – 15 м 3 на 1 т продукции полного цикла. Со сто­ками в водные объекты поступают значительные количества взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, соединений тяжелых металлов.

Таблица 2

Газовые выбросы (до очистки) основных переделов черной металлургии

(бeз коксохимического производства), в кг/т соответствующего продукта

	Производство
	Агломерационное	Доменное	Сталеплавильное	Прокатное

* кг/м 2 поверхности металла

Цветная металлургия, несмотря на относительно меньшие ма­териальные потоки производства, не уступает черной металлургии по совокупной токсичности эмиссий. Кроме большого количества твердых и жидких отходов, содержащих такие опасные загрязнители, как сви­нец, ртуть, ванадий, медь, хром, кадмий, таллий и др., выбрасывается и много аэрополлютантов. При металлургической переработке суль­фидных руд и концентратов образуется большая масса диоксида серы. Так, около 95 % всех вредных газовых выбросов Норильского горно-ме­таллургического комбината приходится на SO 2 , а степень его утилиза­ции на превышает 8 %.Технологии химической промышленности со всеми ее отраслями (ба­зовая неорганическая химия, нефтегазохимия, лесохимия, оргсинтез, фармакологическая химия, микробиологическая промышленность и др.) со­держат множество существенно незамкнутых материальных циклов. Основными источниками вредных эмиссий являются процессы производ­ства неорганических кислот и щелочей, синтетического каучука, ми­неральных удобрений, ядохимикатов, пластмасс, красителей, растворите­лей, моющих средств, крекинг нефти. Список твердых, жидких и газо­образных отходов химической промышленности огромен и по массе загряз­нителей, и по их токсичности. В химическом комплексе РФ ежегодно образуется более 10 млн т вредных промышленных отходов.Различные технологии в обрабатывающих отраслях промышленнос­ти, в первую очередь в машиностроении, включают большое число разнообразных термических, химических и механических процессов (ли­тейное, кузнечно-прессовое, механообрабатывающее производства, сварка и резка металлов, сборка, гальваническая, лакокрасочная обра­ботка и др.). Они дают большой объем вредных эмиссий, загрязняющих среду. Заметный вклад в общее загрязнение среды вносят также раз­личные процессы, сопровождающие добычу и обогащение минерального сырья и строительство.Сельское хозяйство и быт людей по собственным отходам – остат­кам и продуктам жизнедеятельности растений, животных и человека – по существу не являются источниками загрязнения среды, так как эти про­дукты могут включаться в биотический круговорот. Но, во-первых, для современных агротехнологий и коммунального хозяйства характерен кон­центрированный сброс большей части отходов, что приводит к значи­тельным локальным превышениям допустимых концентраций органики и таким явлениям, как эвтрофикация и заражение водоемов. Во-вторых, что еще серьезнее, сельское хозяйство и быт людей являются посредниками и участника ми рассредоточения и распространения значительной части про­мышленных загрязнений в виде распределенных потоков эмиссий, остат­ков нефтепродуктов, удобрений, ядохимикатов и различных употребленных изделий, мусора – от туалетной бумаги до заброшенных ферм и городов.

Рис. 3. Схема влияний загрязнений окружающей среды

Между всеми средами существует постоянный обмен частью загрязни­телей: тяжелая часть аэрозолей, газодымовых и пылевых примесей из атмосферы выпадает на земную поверхность и в водоемы, часть твердых отходов с поверхности земли смывается в водоёмы или рассеивается воздушными потоками. Загрязнение среды влияет на человека прямо или через биологическое звено (рис. 3). В техногенных потоках поллютантов ключевое место занимают транспортирующие среды – воздух и вода.

3. Загрязнение атмосферы

Состав, количество и опасность аэрополлютантов. Из 52 Гт гло­бальных антропогенных выбросов в атмосферу более 90 % приходится на углекислый газ и пары воды, которые обычно не относят к загряз­нителям (об особой роли выбросов CO 2 говорится ниже). Техногенные выбросы в воздушную среду насчитывают десятки тысяч индивидуаль­ных веществ. Однако наиболее распространенные, «многотоннажные» загрязнители сравнительно немногочисленны. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода (CO), диоксид серы (SO 2), окислы азота (NO и NO 2), различные летучие углеводороды (CH x), со­единения фосфора, сероводород (H 2 S), аммиак (NH 3), хлор (Cl), фтористый водород (HF). Количества первых пяти групп веществ из этого перечня, измеряемые десятками миллионов тонн и выбрасывае­мые в воздушную среду всего мира и России, представлены в табл. 3.

Таблица 3

Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в России (млн т )

	Стационарные источники	Транспорт	Стационарные источники		Транспорт

Наибольшая загрязненность атмосферы наблюдается в индустриальных регионах. Около 90 % выбросов приходятся на 10 % территории суши и со­средоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, чаще при не­благоприятных метеоусловиях (высоком атмосферном давлении и термоин­версиях), часто создают пылевые купола и явления смога – токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Такие ситуации со­провождаются сильными превышениями ПДК многих аэрополлютантов.Более 200 городов России, население которых составляет 65 млн че­ловек, испытывают постоянные превышения ПДК токсичных веществ. Жители 70 городов систематически сталкиваются с превышениями ПДК в 10 и более раз. Среди них такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Самара, Екатеринбург, Челябинск, Новосибирск, Омск, Кемерово, Хабаровск. В перечисленных городах основной вклад в общий объем выбросов вредных веществ приходится на долю автотранспорта, например, в Москве он составляет – 88 %, в Санкт-Петербурге – 71 %.Земная атмосфера обладает способностью самоочищения от за­грязняющих веществ, благодаря происходящим в ней физико-химическим и биологическим процессам. Однако мощность техноген­ных источников загрязнения возросла настолько, что в нижнем слое тропосферы наряду с локальным повышением концентрации неко­торых газов и аэрозолей происходят глобальные изменения. Человек вторгается в сбалансированный биотой круговорот веществ, резко увеличив выброс вредных веществ в атмосферу, но не обеспечив их вывод. Концентрация ряда антропогенных веществ в атмосфере (уг­лекислый газ, метан, оксиды азота и др.) быстро растёт. Это свидетельствует о том, что ассимиляционный потенциал биоты близок к исчерпанию.Кислотные осадки. По ряду показателей, в первую очередь по массе и распростра­ненности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержа­щейся в топливе или в составе сульфидных руд. В связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом многих ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы окислов азота, обра­зующихся при окислении атмосферного азота. Поступление в атмо­сферу больших количеств SO и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот – серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:2SO 2 + O 2 + 2H 2 O → 2H 2 SO 4 ;4NO 2 + O 2 + 2H 2 O → 4HNO 3 .В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указан­ных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей». Кислотные осадки очень опасны в районах с кислыми почвами, гибнет микрофлора, вымывается органика, закисляются водоемы рек, озёр и происходят необратимые изменения в экосистемах.Нарушение озонового слоя. В 70-х годах появились сообщения о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. Особен­но заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарк­тидой площадью более 10 млн км 2 , где содержание O 3 за 80-е годы уменьшилось почти на 50 %. Позднее «блуждающие озоновые дыры», правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, в зонах стойких антициклонов – над Гренландией, Северной Канадой и Яку­тией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5 – 0,7 % в год.Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, эти данные привлекли пристальное внимание ученых, а затем и всего общества. Был высказан ряд гипотез о причинах нарушения озонового слоя.Большинство специалистов склоня­ется к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией O + O 2 → O 3 .Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован ле­тучими хлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (смешанные фторохлориды метана и этана, например фреон-12 – дихлордифторметан, CF 2 Cl 2), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона.Хлорфторуглероды обладают рядом полезных свойств, обусло­вивших широкое их применение в холодильных установках, конди­ционерах, аэрозольных баллончиках, огнетушителях и т. д. С 1950 г. объем мирового производства ХФУ ежегодно возрастал на 7 – 10 % и в 80-х годах составил около 1 млн т . В последующем были приняты ме­ждународные соглашения,
обязывающие стран-участниц сократить использование ХФУ. США еще в 1978 г. ввели запрет на использование ХФУ-аэрозолей. Но рас­ширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового про­изводства. Переход промышленности к новым озоносбе­регающим техно­логиям связан с большими финансовыми затратами.В последние десяти­летия появились и другие, чисто технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмосфере, вы­бросы сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораб­лей многора­зового использования. Не исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техно­генными выброса­ми, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.Парниковый эффект и изменения климата. Техногенное загряз­не­ние атмосферы в определенной степени связано с изменениями кли­мата. Речь идет не только о вполне очевидной зависимости мезокли­мата промышленных центров и их окрестностей от теплового, пыле­вого и химического загрязнения воздуха, но и о глобальном климате.С конца XIX в. по настоящее время наблюдается тенденция повы­шения средней температуры атмосферы; за последние 50 лет она повысилась приблизительно на 0,7 °С . Это отнюдь не ма­ло, если учесть, что при этом валовое увеличение внутренней энергии атмо­сферы очень велико - порядка 3000 МДж . Оно не связано с уве­личе­нием солнечной постоянной и зависит только от свойств самой атмо­сферы. Главным фактором является уменьшение спектральной про­зрачности атмосферы для длинноволнового обратного излучения от поверхности земли, т.е. усиление парникового эффекта. Парни­ковый эффект создается увеличением концентрации ряда газов – CO 2 , CO, CH 4 , NO x , ХФУ и др., названных парниковыми газами. По данным, обобщенным в последнее время Международной группой экспертов по проблеме изменения климата (МГЭИК), существует до­вольно высокая положительная корреляция между концентрацией парниковых газов и отклонениями глобальной температуры атмо­сферы. В настоящее время значительная часть эмиссии парниковых газов имеет техногенное происхождение.Тенденции глобального потепления придается очень большое значение. Вопрос о том, произойдет оно или нет, уже не стоит. По оценкам экспертов Всемирной метеорологической службы, при суще­ствующем уровне выбросов парниковых газов средняя глобальная температура в следующем столетии будет повышаться со скоростью 0,25 °С за 10 лет. Её рост к концу XXI в., по разным сценариям, (в зависимости от принятия тех или иных мер) может составить от 1,5 до 4 °С . В северных и средних широтах потепление скажется силь­нее, чем на экваторе. Казалось бы, такое повышение температуры не должно вызывать особого беспокойства. Более того, возможное по­тепление в странах с холодным климатом, как, например, Россия, представляется чуть ли не желанным. На самом деле последствия изме­нения климата могут иметь катастрофический характер. Глобальное потепление вызовет существенное перераспределение осадков на плане­те. Уровень Мирового океана за счет таяния льдов может повыситься к 2050 г. на 30 – 40 см , а к концу столетия – от 60 до 100 см . Это создаст угрозу затопления значительных прибрежных территорий.Для территории России общая тенденция изменения климата харак­теризуется слабым потеплением, среднегодовая температура воздуха с 1891 по 1994 гг. повысилась на 0,56 °С . За период инструментальных на­блюдений самыми теплыми были последние 15 лет, а максимально теплым оказался 1999 г. В последние три десятилетия заметна также тенденция к уменьшению осадков. Одним из тревожных для России последствий изме­нения климата может стать деструкция мерзлых грунтов. Повышение температуры в зоне вечной мерзлоты на 2 –3 °С приведет к изменению несу­щих свойств грунтов, что поставит под угрозу различные сооружения и коммуникации. Кроме того, содержащиеся в вечной мерзлоте запасы CO 2 и метана из оттаявших грунтов начнут поступать в атмосферу, усугубляя парниковый эффект.

4. Определение условий рассеивания выбросов промышленных предприятий

Распространение в атмосфере промышленных выбросов из труб и вентиляционных устройств подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника, диаметр трубы и т.д. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью и направлением ветра, а вертикальное – распределением температур в атмосфере по высоте.В основу «Методики расчета концентраций в атмосферном воз­духе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД-86 положено условие, при котором суммарная концентрация каждого вредного вещества не должна превышать максимальную разовую предельно допустимую концентрацию данного вещества в атмосферном воздухе. Максимальная концентрация C m вредных веществ (в мг/м 3 ) у земной поверхности образуется на оси факела выброса на расстоянии X max от источника выброса (для горячей газовоздушной смеси):

A – коэффициент стратификации атмосферы, зависящий от тем­пературного градиента и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания выбросов (для центра России прини­мает значение в пределах 140 – 200);

M – масса вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу вре­мени, г/с ;

V 1 – объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м 3 /с ;

h – высота трубы, м ;

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере (для газов равен 1, для пыли при эф­фективности очистки более 90 % – 2, от 75 % до 90 % – 2,5, менее 75 % – 3);

Δ T – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, рав­ной средней температуре самого жаркого месяца в 13 часов;

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние релье­фа местности;

m – безразмерный коэффициент, учитывающий условия выхода газов из трубы:

где: f = 10 3 W 0 D/h 3 ΔT;

W 0 = 4 V 1 / π D 2 – средняя скорость выхода газов из трубы, м/с ;

D – диаметр трубы, м ;

n – безразмерный коэффициент, зависящий от параметра V M , м/с :

При Vm ≤ 0,3 принимают n = 3 , при Vm > 2 принимают n = 1 , при 0,3 < Vm < 2 принимают n = [(Vm – 0,3 )(4,36 – Vm )] 0,5 .

Ожидаемая максимальная концентрация загрязнителей (в мг/м 3 ) при выбросе холодной газовоздушной смеси определяется по уравнению:

Расстояние до места, где ожидается максимальная концен­трация, (X mах ) определяется следующим образом: ● для газов и мелкодисперсной пыли X max = dh , где d – безразмерная величина, зависящая от параметра V M :

для холодного выброса

d = 11,4 V M при V M ≤ 2;

d = 16,1 ( V M) 0,5 при V M > 2;

● для крупнодисперсной пыли (F ≥ 2)

X mах = 0,25(5 – F) dh ;

● для горячей газовоздушной смеси:

d = 4,95 V M (1 + 0,28 f 1/3) при V M ≤ 2;

d = 7 ( V M) 0,5 (1 + 0,28 f 1/3) при V M > 2.

Концентрация загрязнителя в приземном слое атмосферы на любом расстоянии X от источника выброса, отличном от X max , опре­деляется по формуле: C = C m S 1 ,

где S 1 – коэффициент, зависящий от величины χ = X / X max :

● при χ ≤ 1 S 1 = 3 χ 4 – 8 χ 3 + 6 χ 2 ;

● при 1 < χ ≤ 8 S 1 = 1,13(1 + 0,13 χ 2) –1 ;

● при χ ≤ 8 (F = 1) S 1 = χ (3,58 χ 2 +3,52 χ + 120) –1 ;

● при χ ≤ 8 (F = 1) S 1 = (0,1 χ 2 +2,47 χ + 17,8) – 1 .

Практическая часть

Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать:

1) исходные данные;

2) результаты всех вычислений;

3) выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое техногенные эмиссии?
2. Тепловые источники и их роль в загрязнении ОС.
3. Влияние металлургических и химических процессов на загрязнение ОС.
4. С чем связано разрушение озонового слоя?
5. Чем вызваны кислотные осадки?
6. Что такое парниковый эффект и в чем его опасность?
7. С чем связано загрязнение атмосферы?
8. Охрана окружающей среды / Под ред. С.В. Белова. М.: Высшая школа, 1991. 2. 234 с.
9. Экология / Под ред. Денисова В.В.: Ростов-на-Дону, МарТ, 2002, 630 с.
10. Федорова А.И. Практикум по экологии и охране окружающей среды. М.: ВЛАДОС, 2001, 288 с.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства