Научно-исследовательская работа на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА АВТОТРАНСПОРТОМ В Г.СЫКТЫВКАР»

Государственное  профессиональное образовательное  учреждение

«Сыктывкарский автомеханический техникум»

Научно-исследовательская работа на тему

«ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА

АВТОТРАНСПОРТОМ В Г.СЫКТЫВКАР»

Исполнитель: Гарбуз Александр,

студент группы А-24  ГПОУ «САТ»

Научный руководитель: Касева Н.Н.,

преподаватель химии ГПОУ «САТ»

Сыктывкар, 2017

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………...3

Обзор литературы………………………………………………………………………………4

Методика исследования………………………………………………………………………..8

Результаты исследования………………………………………………………………………9

Список литературы…………………………………………………………………………….11

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автомобильного транспорта существенно обострились проблемы воздействия его на окружающую среду. Автомобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентрирована в крупных городах, воздух этих городов не только обедняется кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов.

С каждым годом количество автотранспорта растет и в нашем городе – Сыктывкаре, столице Республики Коми, и следовательно, растет содержание в атмосферном воздухе вредных веществ, отрицательно влияющих на окружающую среду и здоровье человека.

    Актуальность темы: актуальность данной темы обусловлена возрастающим количеством автомобильного транспорта и решением проблемы его воздействия на качество городской среды и здоровье населения.

            Новизна и практическое значение: была обследована и оценена загрязненность территории,  прилегающей к участку Сыктывкарского автомеханического техникума, и одной из центральных улиц Эжвинского микрорайона,  дана их сравнительная характеристика.

Цель работы: рассчитать количество выбросов в атмосферу основных загрязняющих веществ от автотранспорта на улицах в г.Сыктывкар и установить их соответствие ПДК.  Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1) Выяснить влияние выхлопных газов на здоровье человека;

2) Изучить химический состав автомобильных выхлопных газов;

3) Изучить вопрос  экологической обстановки.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автотранспорт -  один из основных загрязнителей окружающей среды

Проблема загрязнения окружающей среды очень актуальна в наше время. Известно, что автомобиль является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидами азота  NO_X (смесью оксидов азота NO и NO₂) и угарным газом, содержащихся в выхлопных газах. Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60% по CO и более 50% по NO_X  от общего загрязнения атмосферы этими газами. Повышенное содержание CO и  NO_X можно обнаружить в выхлопных газах неотрегулированного двигателя, а также двигателя в режиме прогрева.  Здесь представлена таблица, в которой приведены ПДК (предельно допустимые концентрации) некоторых вредных веществ. ПДК, разработанные и утвержденные законодательством нашей страны, - это максимальный уровень содержания данного вещества, который человек может переносить без ущерба для здоровья (плюс 10-50%, как «запас прочности»).

Токсичность вредных веществ

Загрязняющие вещества	ПДК в мл/м3 максимальная, разовая	ПДК суточная	Класс токсичности
Угарный газ	3,0	1,0	4
Оксид азота	0,085	0,085	2
Свинец и его соединения (кроме тетраэтилсвинца)	-	0,0007	1
Сажа (копоть)	0,15	0,15	3
Пыль нетоксичная	0,5	0,15	3
Сернистый газ	0,5	0,15	3

Выбросы вредных веществ от автотранспорта характеризуются количеством основных загрязнителей воздуха, попадающих в атмосферу из выхлопных  (отработанных) газов, за определенный промежуток времени. К выбрасываемым вредным веществам относятся угарный газ (концентрация в выхлопных газах 0,3-10% об.), углеводороды – несгоревшее топливо (до 3% об.) и оксиды азота (до 0,8%), сажа.

В настоящее время  в мире насчитывается более 500 млн автомобилей, в том числе 80 млн грузовых автомобилей и примерно 1млн городских автобусов. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый.

            Противоречия, из которых «соткан» автомобиль, пожалуй, ни в чем не выявляются так резко, как в деле защиты природы. С одной стороны, он облегчил человеку жизнь, с другой стороны – отравляет ее в самом прямом смысле слова. Специалисты установили, что один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы 4 т кислорода, выбрасывая с отработанными газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов. Если помножить эти цифры на 500 млн единиц, можно представить степень угрозы, таящейся в чрезмерной автомобилизации.

Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной. Это можно проследить уже на примере Москвы. В 1982 г. вклад автотранспортных средств в суммарное загрязнение атмосферы составлял 69 %, в 1990 г.-74,6%, наконец, в 1993 г. — 79,6 %.

На основании статистики отработавшие  газы  (ОГ) содержат сложную смесь, насчитывающую более 280 соединений. В основном это газообразные вещества и небольшое количество твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии. В выхлопных газах содержатся окись углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды, сажа, бенз(а)пирен, диоксид, формальдегид, бензол и т.п. (всего около 300 различных веществ). Количество выбросов существенно зависит от конструкции двигателя, при этом дизельные двигатели экологически оказываются более приемлемыми. Однако в не меньшей степени количественный и качественный состав  выхлопных   газов  зависит от технического состояния, условий и режима  работы  двигателя. Особенно резко увеличивается концентрация вредных веществ в выбросах  автомобилей  при  работе  на холостом ходу.

Карбюраторные двигатели выбрасывают значительно больше несгоревших углеводородов и продуктов неполного окисления (альдегидов, оксида углерода). Пройдя 15 тыс км, каждый  автомобиль  выбрасывает в атмосферу более 3 т диоксида углерода, 93 кг углеводородов, 0,5 т оксида углерода, около 30 кг оксидов азота.

Автомобиль  стал бы гораздо безвреднее для окружающей его среды, если бы в его двигателе углеводородное топливо превращалось исключительно в углекислый  газ  и водяные пары. Но температура горения топлива бывает или слишком высокой, или очень низкой, что приводит к его неполному сгоранию. Кроме того, не следует забывать о качестве самого горючего и примесях, содержащихся в нем. Все это, как известно, приводит к возникновению токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота и серы, несгоревших углеводородов и прочих  газов, а также твердых частиц сажи и соединений свинца.

Очень неприятное и опасное как для окружающей среды, так и для человека такое явление, как смог. Смог - это своего рода «дымный туман», который возникает в результате взаимодействия между углеводородами, содержащимися в воздухе, и оксидами азота, которые есть в выхлопных газах автомобилей. Но содержимое такого опасного продукта деятельности автомобилей, как оксиды углерода, наибольшее по сравнению с любым другим загрязнителем. Поскольку этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, ни вкуса, органы чувств человека выявить его не могут. От этого он не становится безопаснее: девяносто процентов оксидов углерода попадает в воздух вследствие неполного сгорания углерода в двигателях.

2. Влияние выхлопных  газов автотранспорта на здоровье человека

Двигатели внутреннего сгорания ежедневно оказывают отрицательное влияние на здоровье миллионов россиян. Люди страдают от участившихся случаев кашля, приступов астмы, острых и хронических бронхитов, а также от заболеваний сердца и системы кровообращения. Самому высокому риску подвергаются профессиональные водители,   работники автосервиса, дорожные работники и др. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) еще в 1998 году выступила с заявлением о связи между канцерогенными веществами, обнаруженными в выхлопах автомобилей, работающих на дизельном топливе, и заболеваниями раком легких. Новый тип веществ, обнаруженный в выхлопах автомобилей, работающих на дизельном топливе, по мнению ученых, вызывает мутации в организме человека, и являются основными факторами, вызывающими рак легких.

Воздействие атмосферных загрязнений на здоровье можно подразделить на два вида в зависимости от времени проявления эффекта: острое, сказывающееся в период или непосредственно вслед за повышением концентрации токсичного вещества, и хроническое воздействие, результат которого проявляется не сразу, а через некоторое время, иногда через годы. Около 70 болезней вызывается  выхлопными   газами   автомобилей.

Влияние загрязнения воздуха на здоровье населения состоит в следующем:

1. Окись углерода, например, попадая в кровь, так действует на эритроциты, что они теряют способность транспортировать кислород. В результате наступает кислородное голодание организма, что прежде всего сказывается на центральной нервной системе.

2. Когда мы вдыхаем оксид азота, они в дыхательных путях соединяются с водой и образуют азотную и азотистую кислоты. В результате возникает не только раздражение слизистых оболочек, но и весьма тяжелые заболевания. Считается, что окислы азота в 10 раз опаснее для организма, чем окись углерода. Оксид азота влияет на легкие и на органы зрения, при длительных воздействиях происходит нарушение дыхательных функций.

3. Типичным представителем канцерогенных веществ, то есть веществ, способствующих возникновению раковых опухолей, является бенз(а)пирен. 

4. Сернистый ангидрид. Оказывает пагубное влияние на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, вызывает бронхиальную закупорку.

5. Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца. Свинцовое отравление (сатурнизм) занимает первое место среди профессиональных интоксикаций.

6. Основными представителями альдегидов, поступающих в атмосферный воздух с выбросами автомобилей, являются формальдегид и акролеин. Действие формальдегида характеризуется раздражающим эффектом по отношению к нервной системе. Он поражает внутренние органы и инактивирует ферменты, нарушает обменные процессы в клетке. Биологическое действие фотооксидантов (смесь озона, диоксида азота и формальдегида) на клеточном уровне подобно действию радиации, вызывает цепную реакцию клеточных повреждений.

Именно в развитии автотранспорта и, стало быть, все в большем засорении атмосферного воздуха многие ученые видят главную причину смертности от рака легких. Ведь при истирании шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью.

Проникновение различных вредных веществ повышенной концентрации через органы дыхания в наши дни привело к существенному изменению состояния организма. Развилось патологическая повышенная чувствительность организма. Ощутимыми темпами происходит накопление наследственных пороков. Широкое распространение получили хронический бронхит, а также прежде формы легочной патологии, такие как аллергические воспаления альвеол. Увеличилось число больных бронхиальной астмой, относящейся к наиболее тяжелым проявлениям аллергии. Особую тревогу вызывает увеличение количества больных раком легкого, который по своей распространительности у мужчин вышел на первое место среди онкологических заболеваний. Потому как остро стоит проблема защиты воздушной среды от всех видов загрязнений.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчетным методом. Для этого необходимы данные о нормах расхода топлива автотранспортом и значение эмпирических коэффициентов, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего  (таблицы 1 и 2).

Таблица 1

Нормы расхода топлива автотранспортом

Типа автотранспорта	Удельный расход топлива (Yj), л/км
	л на 1 км	л на 100 км
легковые автомобили	0.11-0.13	11-13
грузовые автомобили	0.29-0.33	29-33
автобусы	0.41-0.44	41-44
дизельные грузовые автомобили	0.31-0.34	31-34

Таблица 2

Коэффициенты выброса загрязняющих веществ

Вид топлива	Значение коэффициента (К)
	СО	CxHy	NO2
бензин	0.6	0.1	0.04
дизельное топливо	0.1	0.03	0.04

Коэффициент (К) численно равен количеству вредных выбросов, соответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомашины количества топлива (также в литрах), необходимого для проезда 1 км (то есть равного удельному расходу).

Ход выполения работы:

1. Выделить участок дороги и рассчитать общий путь (Lj), пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 ч.
2. Определить количество разного вида топлива (Qj), сожженного двигателями автомашин.
3. Рассчитать общий объем каждого загрязняющего вещества (V), выброшенного в результате сжигания каждого вида топлива.
4. Рассчитать массу каждого вида загрязняющего вещества (m).
5. Рассчитать количество чистого воздуха (Vвозд), необходимого для разбавления того или иного вредного вещества для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды.  
6. Сделать вывод: превышает ли предельно допустимую концентрацию (ПДК) содержание выбросов автомобильного транспорта в воздухе на исследованных участках.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для выполнения анализа загрязнения окружающей среды автотранспортом мы выбрали 2 участка автотрассы:  улицы Морозова и Мира (Эжвинский микрорайон). Далее мы определили число единиц автотранспорта, проходящего по этим 2 улицам.  Рассчитали общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 ч по формуле:  Lj= Nj*l,    

где j -  обозначение типа автотранспорта;

Nj – число автомобилей каждого типа, проехавших за 1 ч;

l – длина исследуемого участка, км.

Полученные данные представлены в таблице 3 и 4.

Таблица  3

Среднее количество автотранспорта на ул.Мира (Эжвинский микрорайон)

Тип автотранспорта	Количество автотранспорта (Nj)		Общий путь за 1 час (Lj), км
	за 20 мин	за 1 ч	0,5 км
легковые автомобили	151	453	227
грузовые	1	3	1,5
автобусы	10	30	15
дизельные грузовые автомобили	7	21	11

Таблица 4

Среднее количество автотранспорта на ул.Морозова

Тип автотранспорта	Количество автотранспорта (Nj)		Общий путь за 1 час (Lj), км
	за 20 мин	за 1 ч	0,5 км
легковые автомобили	70	280	140
грузовые	6	24	12
автобусы	10	40	20
дизельные грузовые автомобили	3	12	6

Далее мы определили количество разного вида топлива (Qj), сожженного двигателями проезжих автомашин по формуле: Qj= Lj*Yj,

где Yj – удельный расход топлива (см.табл.1).

            Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5

Расход топлива автотранспорта

	Расход топлива (Qj), л
Типа автомобиля	ул.Мира (Эжвинский микрорайон)		ул.Морозова
	бензин	дизельное топливо	бензин	дизельное топливо
легковые автомобили	29,51		18
грузовые автомобили	0,50	3,74	4	2
автобусы		6,6		9
всего	30	10	22	11

Общий объем каждого загрязняющего вещества (V), выброшенного в результате сжигания каждого вида топлива, были найдены по формуле:  

V= К* Qj,

где К – коэффициент выброса загрязняющего вещества (см.табл.2).

Результаты занесены в табл.6.

Таблица 6

Общий объем выбросов загрязняющих веществ автотранспортом

	Объемы загрязняющих веществ (V), л
	ул.Мира			ул.Морозова
Вид топлива	СО	CxHy	NO2	СО	CxHy	NO2
бензин	18	3	1,2	13	2,2	0,8
дизельное топливо	1	0,3	0,4	1,1	0,3	0,4
всего	19	3,3	1,6	14,1	2,5	1,2

Далее определили количество чистого воздуха, необходимого для разбавления          выделившихся вредных веществ с целью обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды:

Vвозд   =    (V / ПДК) *1000

Результаты расчета занесены в табл.7.

Таблица 7

Количество чистого воздуха необходимого

для разбавления загрязненного воздуха

Загрязняющее вещество	Значение ПДК, мл/м3	ул.Мира			ул.Морозова
		Объемы загрязняющих веществ (V), л	Объем чистого воздуха для разбавления (Vвозд), м3	V/Vусл	Объемы загрязняющих веществ (V), л	Объем чистого воздуха для разбавления (Vвозд), м3	V/Vусл
СО	3,0	19	6333	0,35	14,1	4700	0,26
CxHy	0,43	3,3	7674	0,42	2,5	5814	0,32
NO2	0,085	1,6	18823	1,04	1,2	14118	0,78

Далее определили условный объем воздуха, сравнив его с объемами воздуха,     необходимыми для разбавления. Для этого приняли следующие параметры для вычисления:

             Vусл = l*a*h

l- длина участка (1 км.)

a- ширина проезжей части + ширина 2-х обочин (7м.+2м.)

h- высота активной зоны биосферы (2 м.)

            Vусл = 1000м*9м*2м= 18000 м³

Таким образом, мы получили, что на улице Морозова объём воздуха, необходимого для разбавления загрязнений, попадающих в окружающую среду, меньше чем условный объём воздуха и составляет: по угарному газу - 26% от ПДК, по углеводородам - 32% от ПДК, по диоксиду азота - 78% от ПДК. На ул.Мира эти показатели выше примерно на 10%: по угарному газу - 35% от ПДК, по углеводородам - 42% от ПДК, а по диоксиду азота – превышение уровня ПДК на 4%.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.              Графкина М.В. Охрана труда и основы экологической безопасности: Автомобильный транспорт: учеб.пособие для студ.учреждений сред.проф.образования / М.В.Графкина. 3-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2013. 192 с.

2.              Графкина М.В. Экология и автомобиль: учебник для нач.проф.образования / М.В.Графкина, В.А.Михайлов. 3-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2012. 112 с.

3.              Маринченко А.В. Экология: учебное пособие. 2-е изд. испр. и доп. М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К^о», 2008. 328 с. 

4.              Трофименко Ю.В. Экология: транспортное сооружение и окружающая среда: учеб.пособие для студ.высш.учеб.заведений / Ю.В. Трофименко, Г.И.Евгеньев; под ред. Ю.В.Трофименко, 2-е изд.. стер. М.: Издательский центр «Академия», 2008.  400 с. 

5.              Туревский И.С. Охрана труда на автомобильном транспорте: учебное пособие. М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2010. 240 с.