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

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Владимирский Государственный  Университет

Кафедра экологии

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа

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

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр. УИуб-109

Бачурин П.Н.

Проверил:

Феоктистова И.Д.

 

 

 

 

Владимир 2011

Цель работы: определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта на заданном участке автомобильной дороги.

Теоретическая часть

Автомобильный транспорт относится  к основным источникам загрязнения окружающей среды. В крупных городах на долю автотранспорта приходится более половины объема вредных выбросов в атмосферу. В мегаполисах эта величина еще больше: Санкт-Петербург – 71%, Москва – 88 %. Уровни загрязнения воздуха оксидами азота и углерода, углеводородами и другими вредными веществами на большинстве автомагистралей в 5-10 раз превышают предельно допустимые концентрации.

Большинство сортов применяемого ныне бензина содержит в качества антидетонационной  присадки тетраэтилсвинец (0,41 – 0,82 г/л). Бензин с такой присадкой называют этилированным. Применение этой присадки позволяет сократить потребление  топлива, но загрязняет атмосферу соединениями свинца.

При сжигании в автотранспортных установках топлива, в воздух выбрасывается  с продуктами сгорания и сернистый  ангидрид, который, соединяясь с атмосферной  влагой, образует сернистую и серную кислоты, попадающие, в конечном счете и в почву, и в воду. Подобные агрессивные вещества оказывают сильное вредное влияние, прежде всего, на растительный мир, угнетая леса на больших территориях. Скапливаясь в воздухе, они угрожают также животному миру и человеку, интенсивно разрушают металлические конструкции, лакокрасочные покрытия, бетонные и каменные сооружения. Большой вред наносится зданиям, мостам, архитектурным памятникам и другим сооружениям.

Доля отработавших газов  автомобилей в загрязнении атмосферного воздуха больших городов изменяется в зависимости от времени и пропорциональна интенсивности движения транспортных средств. Минимальная концентрация вредных веществ наблюдается в ночные часы, когда их содержание в воздухе в несколько раз меньше, чем днем. Максимальная концентрация отмечается в часы пик. Атмосфера улиц самоочищается в результате проветривания. При одной и той же интенсивности движения большее загрязнение воздуха отмечается в районах плотно застроенных высокими зданиями, и вдоль дорог с узкой проезжей частью.

В автомобильных двигателях химическая энергия топлива преобразуется  в тепловую, а затем в механическую работу. Процесс высвобождения химической энергии реализуется посредством  горения, при котором реагенты энергоносителя соединяются с кислородом. В продуктах  окислительных реакций содержатся: оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, соединения свинца, бенз(а)пирен, оксиды серы, углеводороды и другие побочные продукты горения.

В транспортном машиностроении в той или иной степени используется ртуть. Заражение среды обитания ртутью представляет большую опасность. Установлено, что ртуть, не только расстраивает здоровье, но и нарушает генетический аппарат, оказывая отрицательное воздействие на последующие поколения.

По воздействию на организм человека компоненты отработавших газов подразделяются на: токсичные (оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, соединения свинца), канцерогенные – бенз(а)пирен, раздражающего действия (оксиды серы, углеводороды). Влияние перечисленных компонентов отработанных газов на организм человека зависит от их концентрации в атмосфере и продолжительности действия.

Оксид углерода при вдыхании попадает в кровь и образует комплексное соединение с гемоглобином – карбоксигемоглобин. Оксид углерода реагирует с гемоглобином в 210 раз быстрее, чем кислород, что приводит к развитию кислородной недостаточности. Признаками кислородной недостаточности являются нарушения в ЦНС, поражения дыхательной системы, снижение остроты зрения. Увеличенные среднесуточные концентрации оксида углерода способствуют возрастанию смертности лиц с сердечно – сосудистыми заболеваниями. Оксид углерода в воздухе в зависимости от степени концентрации вызывает слабое отравление через 1 ч (концентрация С=0,05 об.%), потерю сознания через несколько вдохов (С=1 об.%).

Из оксидов азота наибольшую опасность представляет диоксид азота NO₂. Воздействие оксидов азота на человека приводит к нарушению функций легких и бронхов. Воздействию оксидов азота в большей степени подвержены дети и люди, страдающие сердечно – сосудистыми заболеваниями. Оксиды азота в воздухе в зависимости от концентрации вызывают раздражение слизистых оболочек носа и глаз (С=0,001 об.%), начало кислородного голодания (С=0,001 об.%), отек легких (С=0,008 об.%). Сернистый ангидрид в воздухе даже в относительно низких концентрациях увеличивает смертность от сердечно – сосудистых заболеваний, способствует возникновению бронхитов, астмы и других респираторных заболеваний. Углеводороды в результате фотохимических реакций с оксидами азота образуют смог. Бенз(а)пирен, попадая в организм человека, постепенно накапливается до критических концентраций и стимулирует образование злокачественных опухолей.

Сажа не представляет непосредственной опасности для человека. Сажа является адсорбентом канцерогенных веществ и способствует усилению влияния других токсических компонентов, например сернистого ангидрида.Свинец способен накапливаться в организме, попадая в него через дыхательные пути, с пищей и через кожу. Поражает ЦНС и кроветворные органы.

В первую очередь воздействию токсических  составляющих отработавших газов подвергается водитель автомобиля. Анализ воздуха в кабинах транспортных средств показал, что концентрация оксида углерода (особенно в кабинах грузовых автомобилей) может превышать предельно допустимые нормы.

Выбросы SO₂ являются причиной выпадения сернокислотных осадков, способствующих закислению почвы, воды и разрушению облицовки зданий. Возрастание концентрации оксида углерода опасно возникновением парникового эффекта, который приводит к возрастанию температуры воздуха у поверхности Земли.

Пыль также оказывает влияние  здоровье человека. Основной частью пыли является кварц. На городских магистралях  в уличной пыли обнаруживаются также  примеси кальция, кадмия, свинца, хрома, цинка, меди, железа. Присутствие перечисленных  примесей определяется функционированием  автомобильного транспорта и обработкой магистралей антиобледенительными составами. Увеличивают выброс пыли шины, оснащенные шипами. Износ дорожного полотна при их использовании в зимний период составляет 2-4 мм. В целом ряде стран использование шипованных шин запрещено, за исключением ограниченного числа автомобилей специального назначения. Воздействие пыли увеличивает скорость изнашивания машин и механизмов и оказывает вредное влияние на организм человека. Вредное воздействие пыли на организм человека зависит от ее дисперсности, твердости частиц, формы пылинок и т. д. Мелкодисперсная пыль наиболее опасна, потому что оседает в легких и бронхах и при длительном вдыхании приводит к возникновению профессиональных заболеваний. Особенно опасны для организма кислотосодержащие аэрозоли, адсорбирующие канцерогенные вещества. Первые нарушают кислотное равновесие тканевых клеток; вторые, постепенно накапливаясь в организме, могут явиться причиной возникновения злокачественных опухолей.

Определяющее внимание транспорта на состояние окружающей среды требует особого внимания к применению новых экологически чистых видов топлива. К ним относится, прежде всего, сжиженный или сжатый газ. Важность этого вопроса для России подтверждается тем, что на уровень федерального закона вынесен законопроект «Об использовании природного газа в качестве моторного топлива», вызвавший очень большой интерес не только у специалистов транспорта, но и у экологов.

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

Для исследования выбран участок автотрассы вблизи первого корпуса ВлГУ длиной 1,5км. Определено число единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 минут. Заполняем таблицу:

Тип автотранспорта	Всего за 20 мин	За 1 час, Nj	Общий путь за 1 час, Lj, км
Легковые автомобили	311	933	1399,5
Грузовые автомобили	37	111	166,5
Автобусы	31	93	139,5
ПАЗ	4	12	18
Газель	34	102	153

Легковые автомобили: N_j = 311·3 = 933; L_j = 933·1,5 = 1399,5 (км)

Грузовые автомобили: N_j = 37 ·3 = 111; L_j = 111·1,5 = 166,5 (км)

Автобусы: N_j = 31·3 = 93; L_j = 93·1,5 = 139,5 (км)

ПАЗ: N_j = 4·3 = 12; L_j = 12·1,5 = 18 (км)

Газель: N_j = 34·3 = 102; L_j = 102·1,5 = 153 (км)

Рассчитываем количество топлива (Q_j, л) разного вида, сжигаемого двигателями автомашин, по формуле:

Q_j = L_j·Y_j,

где L_j – общий путь, Y_j – расход топлива на 1 км, величины которого для каждого вида транспорта указаны в таблице:

Тип автотранспорта	Удельный расход топлива Yj (л на 1 км)
	дизельное топливо	бензин
Легковые автомобили	0,11	0,13
Автобусы дизельные	0,41
Автобусы бензиновые		0,44
Грузовые автомобили	0,34
Газель		0,17

При расчёте количества сжигаемого топлива считаем, что ⅔ легковых автомобилей в качестве топлива используют бензин и ⅓ – дизельное топливо. Расчётные значения расхода топлива заносим в таблицу:

Тип автомобиля	Lj	Qj
		Бензин	Дизельное топливо
1. Легковые автомобили		121,3	51,3
2. Грузовые автомобили			56,61
3. Автобусы дизельные			57,2
4. ПАЗ		7,92
5. Газель		26
Всего	åQ	155,22	165,11

Легковые автомобили (ДТ): Q_j = 1399,5 · ⅓ · 0,11 = 51,3 (л)

Легковые автомобили (бензин): Q_j = 1399,5 · ⅔ · 0,13 = 121,3 (л)

Грузовые автомобили: Q_j = 166,5 · 0,34 = 56,61 (л)

Автобусы: Q_j = 139,5 · 0,41 = 57,2 (л)

ПАЗ: Q_j = 18 · 0,44 = 7,92 (л)

Газель: Q_j = 153 · 0,17 = 26,01 (л)

Рассчитываем объем выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива (К·Q). Значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице:

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