Определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта

Особо следует остановиться на выбросах углеводородов, которые претерпевают в атмосфере фотохимическое окисление под действием ультрафиолетового облучения. Продукты этих окислительных реакций образуют так навываемый смог. В бензиновых двигателях основное количество углеводородовприходится на этан и этилен, а в газовых - на метан. Легче всего под воздействием ультрафиолетового излучения окисляются непредельные углеводороды, такие, как этилен. Предельные углеводороды, включая метан, более стабильны. Поэтому в ограничительных стандартах автомобильных выбросов ряда стран углеводороды учитываются без метана, хотя пересчет ведется на метан.

Важно иметь в виду, что при использовании газового топлива увеличивается моторесурс двигателя - в 1,4-1,8 раза; срок службы свечей зажигания - в 4 раза; моторного масла - в 1,5-1,8 раза; межремонтный пробег - в 1,5-2 раза. При этом снижается уровень шума на 3-8 дБ и время заправки. Все это обеспечивает быструю окупаемость затрат на перевод транспорта на газомоторное топливо.

Внимание специалистов привлекают вопросы безопасности использования газомоторного топлива. В целом взрывоопасная смесь газовых топлив с воздухом образуется при концентрациях в 1,9-4,5 раза больших, чем с бензином и дизельным топливом, что снижает опасность образования такой смеси.

Однако определенную опасность представляют утечки газа через неплотность соединений. В этом отношении наиболее опасен сжиженный нефтяной газ, который в результате утечки образовывает местные скопления, способные «разливаться», что при возгорании увеличивает очаг пожара.

Отечественный и мировой опыт эксплуатации автомобилей не на газомоторном топливе, однако, не позволяет считать их более опасными, чем автомобили на бензине, если к этому добавить имеющийся в России на сегодня комплекс технических средств, обеспечивающих применение газа на транспорте, то необходимо признать, что переход на газомоторное топливо - вопрос ближайшего времени. Он диктуется экономическими, экологическими и технологическими соображениями.

Кроме сжиженного (сжатого газа) многие специалисты предрекают большое будущее жидкому водороду, как практически идеальному, с экологической точки зрения, моторному топливу. Но существуют проблемы, связанные как со свойствами самого водорода, так и его производством. Как горючее для транспорта водород удобнее и безопаснее в жидком виде, где в пересчете на 1 кг он превосходит по калорийности керосин в 6,7 раза и жидкий метан в 1,7 раза. В то же время плотность жидкого водорода меньше, чем у керосина почти на порядок, что требует больших баков, которые необходимо теплоизолировать, что также влечет за собой дополнительный вес и объем. Высокая температура горения водорода приводит к образованию значительного количества экологически вредных окислов азота, если окислителем является воздух. Истинный перелом в мировой топливной базе на основе водорода, может быть, достигнут путем принципиального изменения способа его производства, когда исходным сырьем станет вода, а первичным источником энергии - солнце или сила падающей воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХОД РАБОТЫ

Вариант 1

Выберите участок автотрассы вблизи учебного заведения (места жительства, отдыха) длиной 0,5 – 1 км, имеющий хороший обзор.

Определите число единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 минут. Получив у преподавателя, расчетные данные по длине участка приступайте к вычислениям. При этом заполняйте таблицу:

 

Тип автотранспорта	Всего за 20 мин	За 1 час, Nj	Общий путь за 1 час, Lj, км
Легковые автомобили (бензиновые, дизельные)
Грузовые автомобили
Автобусы (бензиновые, дизельные)
Газели

 

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчетным методом. Исходными данными для расчета количества выбросов являются:

• число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы в единицу времени;
• нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в таблице).

Нормы расхода  топлива

Тип автотранспорта	Удельный расход топлива Yj (л на 1 км) диз. топливо	Удельный расход топлива Yj (л на 1 км) бензин
Легковые автомобили	0,09 – 0,11	0,11 – 0,13
Автобусы дизельные	0,38 – 0,41
Автобусы бензиновые		0,41 – 0,44
Грузовые автомобили	0,31 – 0,34
Газель		0,15 – 0,17

Значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице.

Коэффициенты  выброса

 

Вид топлива	Значение коэффициента (К)
	Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

 

Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу (л/км).

 

Обработка результатов  и выводы

 

Рассчитайте общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 час (L, км), по формуле:

Lj= Nj*L, где

j – обозначение типа автотранспорта;

L – длина участка, км;

Nj – число автомобилей каждого типа за 1 час.

 

Рассчитайте количество топлива (Qj, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле:

Qj = Lj*Yj.

Определите общее количество сожженного топлива каждого вида и занесите результаты в таблицу:

Расход топлива

 

Тип автомобиля	Lj	Qj
		бензин	Дизельное топливо
1. Легковые автомобили (бензиновые, дизельные)
2. Автобусы дизельные
3. Автобусы бензиновые
4. Грузовые автомобили
5. Газель
Всего	åQ

 

Рассчитайте объем выделившихся вредных веществ в литрах при  нормальных условиях по каждому виду топлива (КQ) и всего, занесите результат в таблицу.

Объем выбросов

 

Вид топлива	åQ, л	Количество вредных  веществ, л
		Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин
Дизельное топливо
Всего	(V), л

 

Рассчитайте массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле:

где М – молекулярная масса.

Рассчитайте количество чистого воздуха, необходимое для  разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды.

Результаты запишите в таблицу:

 

Вид вредного выброса	Кол-во, л (объем)	Масса, г	Объем воздуха для  разбавления, м3	Значение ПДК, мг/м3
Угарный газ				3,0
Углеводороды				0,1
Диоксид азота				0,04

 

Сопоставьте полученные результаты с количеством выбросов вредных веществ, производимых находящимися в вашем районе заводами, фабриками, котельными, автопредприятиями и другими загрязнителями воздуха.

Принимая во внимание близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, сделайте вывод об экологической обстановке в районе исследованного вами участка автомагистрали. Для этого рассчитайте объем необходимого воздуха для заданного вам участка дороги, принимая во внимание ширину дороги, тротуары с обеих сторон движения и свой рост. Сделайте расчет фактической концентрации вредных выбросов (мг/м³), исходя из рассчитанного объема воздуха (м³) и массы конкретного газового выброса (мг). Сделайте вывод, сравнив фактическую концентрацию выбросов, поступивших в атмосферу и ПДК.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Второй вариант

Ход работы

 

Для проведения работы выбираем участок вблизи учебного заведения, имеющий хороший обзор с прилегающий территории. В течение 20 минут определяем число единиц автотранспорта, при этом заполняем таблицу 1.

Таблица 1

Тип транспорта	Количество автомобилей 20 минут в одном направлении	Интенсив ность движение за 1 час, Nj	Средний эксплуатационный расход топлива, л/км, G
Легковые автомобили			0.12
Грузовые автомобили (бензин)			0.33
Автобусы бензиновые			0.37
Дизельные грузовые автомобили			0.34
Автобусы дизельные			0.28
Газель (бензин)			0,16

 

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчетным методом.

Рассчитываем мощность эмиссии q (количество выбросов) СО, С_хН_х, N0₂, Pb в обрабатывавших газах для каждого из газообразных веществ по формуле

Q ⁼ 2.06 * 10^-4* т * [∑(G_ik * N_ik * K_k )- ∑(G_id * N_id * K_d)], (г/с*м) (1)

m-поправочный коэффициент зависящий от средней cкорости транспортного потока (рис. 1).

G_ik, G_id - средний эксплуатационный расход топлива для данного типа карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, л/км: таблица 1

N_ik N_id - интенсивность движения каждого выделенного типа карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, авт/ час.

К_к, К_d. - коэффициенты принимаемые для данного компонента загрязнения, для карбюраторных и дизельных типов соответственно (таблица 2).

Рис.1 Зависимость поправочного коэффициента m от средней скорости транспортного потока.

 

 

Тип автотранспорта	К, для компонентов рк загрязнений
	СО	СхНу	NO2	Pb
Легковые автомобили	0,6	0,12	0,06	0,37
Грузовые автомобили	0,6	0,12	0,06	0,17
Автобусы бензиновые	0,6	0,12	0,06	0,17
Дизельные грузовые автомобили	0,14	0,037	0,015
Автобусы дизильные	0,6	0,06	0,06

Мощность эмиссии свинца в обработавших газах карбюраторных двигателей рассчитываемых по формуле:

Q_Pb = 2,06 * 10 ^-7 *Т_р * К_о*K_Pb [∑ G_ik * N_ik *p_k], (г/с*м) (2), где

Т_р - коэффициент зависящий от скорости транспортного потока. Для скорости равной 80 км/час (Т_р = 1);

К_o- коэффициент учитывающий оседание свинца в системе выпуска отработавших газов (на деталях двигателя) (K_о = 0,8);

K_Pb- коэффициент учитывающий долю отрабатываемого свинца в виде аэрозолей в общем виде выбросов (К_Pb = 0,2);

Р_к- содержание добавки свинца в топливе, применяемом в автомобиле данного типа. Для бензина марки АИ-76=0,17 г/кг, а для АИ-93=0,37 г/кг.

Рассчитываем концентрацию загрязнения атмосферного воздуха различными компонентами в зависимости от расстояния кромки дороги по формуле:

С= + F, мг/м³ (3), где

g - мощность эмиссии различных компонентов загрязнения, рассчитанная ранее;

𝜹 - значение стандартного Гауссова рассеяния в вертикальном направлении, зависит от расстояния дороги и уровня радиации (таблица 3);

V - скорость ветра, преобладающая в расчетный периода месяца = 3м/с;

sin 𝝋 – угол, составляющий направление ветра к трассе = 30°;

F - фоновая концентрация загрязнений (г/м³).

Таблица 3

Приходящая солнечная радиация	Значение 𝜹 при удаление кромки проезжей части (м).
	0	10	20	40	60	80	100	150	200	250
Сильная	0,2	2	4	6	8	10	13	19	24	30
Слабая		1	2	4	6	8	10	14	18	22