Расчетная оценка количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

гимназия №271 Красносельского района г. Санкт-Петербурга

имени П.И. Федулова

Исследовательская работа по биологии

“Расчетная оценка количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта”

Работу выполнили: ученики 10 класса

Бодров Михаил, Пестовская Виктория.

Руководитель: учитель биологии

Петрова Елена Викторовна.

Санкт- Петербург

2020

Содержание

Введение 3

Теоретическая часть

Автотранспорт как источник загрязнения атмосферы 4

Загрязняющие вешества, выбрасываемые автотранспортом 6

Снижение воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду 8

Практическая часть

Определение количества единиц автотранспорта, проходящего по выбранным участкам дороги за 20 минут 9

Расчет общего пути, пройденный выявленным количеством автотранспорта за 1 час 10

Расчет количества сожженого топлива разного вида в двигателях автомашин 11

Расчет количества выделившихся вредных веществ по каждому виду топлива 11

Обработка полученных результатов 12

Выводы 14

Список литературы 15

Приложения 16

Введение

Решение экологических проблем современного общества связано с сохранением и созданием на Земле благоприятных природных условий жизни для людей, гармонизацией развития общества и природы.

Транспорт – один из важнейших элементов материально-технической базы общественного производства и необходимое условие функционирования современного индустриального общества, так как с его помощью осуществляется перемещение грузов и пассажиров.  Трудно представить современного человека без автомобиля. В развитых странах автомобиль уже давно стал самой необходимой бытовой вещью. Уровень так называемой «автомобилизации» населения стал одним из основных экономических показателей развития страны и качества жизни населения. Но мы забываем, что понятие «автомобилизации» включает в себя комплекс технических средств, обеспечивающих движение: автомобиль и дорогу. В наше время автотранспорт является основным источником загрязнения воздуха в крупных городах. Вредные вещества, при эксплуатации автотранспорта, попадают в воздух с выхлопными газами, испарениями из топливных систем, а также во время заправки автомобиля топливом. 

Цель нашей работы – оценить экологическую обстановку на прилегающей к гимназии территории на предмет загрязнения автотранспортом

Задачи работы:

Работа с различными источниками информации

Рассчитать количество выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта на исследуемых участках дороги по ул. Р.Зорге и пр. Кузнецова.

Исходя из полученных результатов сделать вывод об экологической обстановке на данных участках дороги

Гипотеза: уровень критичности экологической обстановки на выбранных участках дороги, находящихся возле гимназии №271 соответствует напряженному.

Теоретическая часть Автотранспорт как источник загрязнения атмосферы

 В настоящее время земной шар покрыт сетью различных путей сообщения. Это магистральные дороги с твердым покрытием, воздушные линии, железные дороги, внутренние водные пути, магистральные трубопроводы, морские линии. Наряду с преимуществами, которые обеспечивает обществу развитая транспортная сеть, её прогресс сопровождается также негативными последствиями – отрицательным воздействием транспорта на окружающую среду, и прежде всего на тропосферу, почвенный покров и водные объекты. Все транспортные средства с автономными первичными двигателями в той или иной степени загрязняют атмосферу химическими соединениями, содержащимися в отработанных газах. Самый большой урон окружающей среде наносит автомобильный транспорт. В городах мегаполисах загрязнение воздуха автомобильными выхлопами составляет по разным оценкам от 80 до 95% всех загрязнений. Кроме того, транспорт – основной источник шума в городах, а также источник теплового загрязнения. Выхлопы от автотранспорта распространяются непосредственно на улицах города вдоль дорог, оказывая непосредственное вредное воздействие на пешеходов, жителей расположенных рядом домов и растительность. 

Автомобиль – самый активный потребитель кислорода воздуха. Если человек потребляет в сутки до 20 кг (15.5 м3) в сутки и до 7.5 тонн в год, то современный автомобиль для сгорания 1 кг бензина расходует около 12 м3 воздуха, или в кислородном эквиваленте около 250 л кислорода. Таким образом в крупных мегаполисах автомобильный транспорт поглощает кислорода в десятки раз больше, чем всё их население. С другой стороны, на этих магистралях не просто мало кислорода, но воздух ещё насыщен вредными веществами автомобильного выхлопа.   Особенностью автомобильных выбросов является также то, что они загрязняют воздух на высоте человеческого роста, и люди дышат этими выбросами. Газы, выделяемые в результате сжигания топлива в двигателях внутреннего сгорания, содержат более 200 наименований вредных веществ, в том числе канцерогены. Нефтепродукты, остатки от стертых шин и тормозных колодок, сыпучие и пыльные грузы, хлориды, которые используют для посыпания дорог зимой, загрязняют придорожные полосы и водные объекты. Загрязнение поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливается постепенно, в зависимости от количества автотранспорта, проезжающего через трассу, дорогу, магистраль и сохраняется очень долго даже после ликвидации дорожного полотна. Различные химические элементы, особенно металлы, накапливающиеся в почве, усваивают растения и через них по пищевой цепи переходят в организм животных и человека. Часть из них растворяется и выносится грунтовыми водами, затем попадает в реки, водоемы и уже через питьевую воду может попасть в человеческий организм.

Можно ли защитить окружающую среду от транспорта? В таких странах как США, Голландия, Германия и др. строят защитные полосы шириной 100 м по обе стороны магистрали или дороги, где очень интенсивное движение транспорта. Исследования, проведенные учеными из разных стран, показали, что больше всего выбросов накапливается на расстоянии 7-15 метров от края проезжей части, через 25 м концентрация снижается примерно вдвое, а через 100 м приближается к норме. Также выяснили, что из общего количества выбросов 25% остается на самом дорожном полотне, а остальные 75% оседают на прилегающей территории. В таких странах как США, Голландия, Германия и др. строят защитные полосы шириной 100 м по обе стороны магистрали или дороги, где очень интенсивное движение транспорта. 

Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу автотранспортом

В состав выбросов от автомобилей входит около 200 химических соединений. Автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидами азота NOx (смесью оксидов азота NO и NO2) и угарным газом (оксидом углерода (II), CO), содержащихся в выхлопных газах. Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60% по CO и более 50% по NOx от общего загрязнения атмосферы этими газами. Повышение содержания CO и NOx можно обнаружить в выхлопных газах не отрегулированного двигателя, а также двигателя в режиме прогрева.

Оксид углерода, или угарный газ (CO). Это бесцветный газ без вкуса и запаха, является продуктом неполного сгорания нефтяных видов топлива, слаборастворимый в воде, легче воздуха. Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием. Вдыхаемый человеком, он соединяется с гемоглобином крови и подавляет его способность снабжать ткани организма кислородом.  В результате наступает кислородное голодание и возникают нарушения в деятельности центральной нервной системы.

Оксид азота (NO) – бесцветный газ, и диоксид азота (NO2)  - газ красновато- бурого цвета с характерным запахом. Эти газы образуются в камере сгорания ДВС. Они являются примесями, способствующими образованию смога. Для человеческого организма оксиды азота еще более вредны, чем угарный газ. Попадая в организм человека, они, взаимодействуя с влагой, образуют азотистую и азотную кислоты. Последствия воздействия зависят от их концентрации в воздухе. Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не имеет неприятных ощущений и не предполагает отрицательных последствий.

Углеводороды также образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателях, токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечнососудистую систему человека. Углеводородные соединения отработавших газов, наряду с токсическими свойствами, обладают канцерогенным действием. Наиболее опасным из углеводородов является бензопирен.

Сажа – частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, сажа ухудшает видимость на дорогах. Оказывает раздражающее воздействие на органы дыхания, 

 Сернистые соединения – такие неорганические газы, как сернистый ангидрид, сероводород, которые появляются в составе отработавших газов двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению – с другими видами топлив, используемых на транспорте.

Сернистые соединения оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой концентрации (свыше 0,01%) – к отравлению организма.

Свинец и его соединения – встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина.  Эти вещества снижают активность ферментов и нарушают обмен веществ в организме человека, а также обладают кумулятивным действием, т.е. способностью накапливаться в организме. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию. В развитых странах мира применение этилированного бензина ограничивается или уже полностью прекращено.В России пока только в Москве, в Санкт – Петербурге и ряде других крупных городов.

Снижение воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду.

Приоритетными направлениями снижения загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом являются:

- применение новых видов автотранспорта, минимально загрязняющих окружающую среду (например, электромобили);

- рациональная организация и управление транспортными потоками;

- использование более качественных или экологически чистых видов топлива (например, газ);

- применение совершенных систем – катализаторов топлива и систем глушителей шума.

2. Практическая часть

Практической частью исследовательской работы являлся подсчет количества выделившихся от автотранспорта вредных веществ. Методику проведения работы мы взяли из сборника «Практикум по экологии» (под редакцией С.В. Алексеева)

Для проведения эксперимента были выбраны два участка дороги длиной по 500 метров на улице Рихарда Зорге и проспекте Кузнецова (приложение, рис. 1). Первым этапом был подсчет машин, который производился по 20 минут на каждой из выбранных территорий.

Приблизительное количество машин каждой категории за 1 час (Ni) рассчитывали, умножая количество подсчитанных машин на 3. Общий путь (L) получали путем умножения Ni на длину выбранного участка (0,5 км)

Ниже представлены результаты по первому этапу для двух участков дороги в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 (ул. Рихарда Зорге)

Таблица 2 (пр. Кузнецова)

Далее мы производили расчеты количества топлива (Qi, л) разного вида для каждого типа автомобиля по формуле Qi=L*Yi, где:

Yi – удельный расход топлива (л на 1 км);

L – общий пройденный каждым видом транспорта путь.

Данные для удельного расхода топлива взяты из справочных материалов (таблица 3)

Таблица 3. Удельный расход топлива для разного типа автотранспорта

Результаты вычислений представлены в таблицах 4 и 5.

Таблица 4 (ул. Рихарда Зорге)

Таблица 5 (пр. Кузнецова)

Следующим шагом стали подсчеты количества каждого выделившегося вредного вещества (в данном случае угарного газа/монооксида углерода – CO, углеводородов – пентан, и оксида азота IV/диоксида азота – NO2) в литрах. Для этого были использованы табличные значения коэффициента выбросов вредных веществ в литрах при сгорании в двигателе количества топлива, нужного для проезда 1 км (K). Значение К также взято из справочных материалов и представлено в таблице 6.

Таблица 6. Коэффициент выброса вредных веществ

Эти значения необходимы для определения количества выделившихся при нормальных условиях вредных веществ каждого вида в литрах для двух типов топлива в таблицах 7 и 8.

Таблица 7 (ул. Рихарда Зорге)

Таблица 8 (пр. Кузнецова)

Количество вредных веществ в литрах получено по формуле ΣQ*K, где:

ΣQ – общее количество литров топлива каждого типа;

К – коэффициент выброса вредных веществ.

Следующий этап практической части – сравнение результатов выброса вредных веществ для двух участков, вычисление их массы и необходимого объема чистого воздуха для обеспечения санитарно-допустимых условий окружающей среды.

Сравнение показателей приведено в таблицах 9 и 10.

Таблица 9 (ул. Рихарда Зорге)

Таблица 10 (пр. Кузнецова)

Масса вещества была получена по формуле (V*M)/22,4

Где V – общее количество веществ в литрах;

М – молярная масса вещества (NO2 – 46 г/моль, CO – 28 г/моль, пентан/С5Н12 – 72,15 г/моль);

22,4 – молярный объем газов при нормальных условиях.

Объем воздуха (Vвозд), необходимого для обеспечения санитарно-допустимых условий окружающей среды получен по формуле m/ПДК в-ва

Где m – масса вещества в граммах;

ПДК в-ва – предельно допустимая концентрация вещества (табличное значение, таблица 11) .

Таблица 11 (Значение Предельно допустимых концентраций веществ)

Вывод

На данных участках экологическая обстановка является напряженной, так как средний поток машин за час является довольно большим для микрорайона. Наиболее загрязненной из двух рассмотренных территорий является ул. Рихарда Зорге, ведь количество проезжающих по ней машин почти в половину больше, чем на пр. Кузнецова. В самом Красносельском районе единственным загрязнителем воздуха является автотранспорт, потому что тут нет никаких промышленных предприятий, а действующая в районе ТЭЦ обладает очистными сооружениями. В районе много крупных зеленых массивов (Южно-Приморский парк, Полежаевский парк), которые обеспечивают санитарно-допустимые условия окружающей среды.

Список литературы

Сборник «Практикум по экологии» под редакцией С.В. Алексеева

https://helpiks.org/2-52880.html

https://greenologia.ru/othody/sinteticheskie/ximicheskie-veshhestva.html

https://ria.ru/20120326/606570176.html

Приложение

Рис. 1 Расположение гимназии №271