 |
|
Теоретическая часть
Определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта
Выполнил:
студент гр. ИСГ-111
Нурыев С.Д
Проверил:
Забелина О.Н.
Владимир 2012
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.
Практическая часть:
Ход работы
Для исследования выбран участок автотрассы вблизи первого корпуса ВлГУ длиной 3км. 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 (бензиновые, дизельные) | |||
| Грузовые автомобили | |||
| Автобусы (бензиновые, дизельные) | |||
| Газель |
Легковые автомобили: Nj = 273·3 = 819; Lj = 819·3 = 2457 (км)
Грузовые автомобили: Nj = 8 ·3 = 24; Lj = 24·3 = 72 (км)
Автобусы: Nj = 47·3 = 141; Lj = 141·3 = 441 (км)
Газель: Nj = 62·3 = 186; Lj = 186·3 = 558 (км)
Рассчитываем количество топлива (Qj, л) разного вида, сжигаемого двигателями автомашин, по формуле:
Qj = Lj·Yj,
где Lj – общий путь, Yj – 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 | 0,09 | 0,11 |
| Автобусы дизельные | 0,38 | |
| Автобусы бензиновые | 0,41 | |
| Грузовые автомобили | 0,31 | |
| Газель | 0,15 |
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 | 180,18 | 73,71 | |
| 2. Грузовые автомобили | 22,32 | ||
| 3. Автобусы дизельные | 167,58 | ||
| 4. Автобусы бензиновые | 180,81 | ||
| 5. Газель | 83,7 | ||
| Всего | åQ | 444,69 | 263,61 |
Легковые автомобили (ДТ): Qj = 2457 · ⅓ · 0,09 = 73,71 (л)
Легковые автомобили (бензин): Qj = 2457 · ⅔ · 0,11 = 180,18 (л)
Грузовые автомобили: Qj = 72 ·0,31 = 22,32 (л)
Автобусы(бензин): Qj = 441 · 0,41 = 180,81 (л)
Автобусы(диз.топливо): Qj = 441 ·0,38 = 167,58 (л)
Газель: Qj = 558 · 0,15 = 83,7 (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 |
Результаты, полученные при расчёте объёмов выброса, заносим в таблицу:
| Вид топлива | åQ, л | Количество вредных веществ, л | ||
| Угарный газ | Углеводороды | Диоксид азота | ||
| Бензин | 444,69 | 266,81 | 44,47 | 17,8 |
| Дизельное топливо | 263,61 | 26,36 | 7,9 | 10,5 |
| Всего | (V), л | 293,17 | 52,37 | 28,3 |
Угарный газ (СО):
а) при сгорании бензина: 444,69· 0,6 = 266,81
б) при сгорании дизельного топлива: 263,61· 0,1= 26,36
Углеводороды (С6Н6):
а) при сгорании бензина: 444,69· 0,1 = 44,47
б) при сгорании дизельного топлива: 263,61· 0,03 = 7,9
Диоксид азота (NО2):
а) при сгорании бензина: 444,69· 0,04 = 17,8
б) при сгорании дизельного топлива: 263,61· 0,04 = 10,5
Рассчитываем массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле:
,
где М – молекулярная масса, V – объём. Рассчитываем количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды по формуле:
,
где m – масса вредных веществ (г), ПДК – предельно допустимая концентрация вредных веществ (мг/м3).
Результаты записываем в таблицу:
| Вид вредного вещества | Кол-во, л (объем) | Масса, г | Объем воздуха для разбавления, м3 | Значение ПДК, мг/м3 |
| Угарный газ | 293,17 | 366,5 | 3,0 | |
| Углеводороды | 52,37 | 182,4 | 0,1 | |
| Диоксид азота | 28,3 | 58,12 | 0,04 |
Расчёт массы выделившихся вредных веществ:
Угарный газ (СО): 
(г)
Углеводороды (С6Н6): 
(г)
Диоксид азота (NО2): 
(г)
Расчёт объёма воздуха, необходимого для разбавления:
Угарный газ (СО): 
(м3)
Углеводороды (С6Н6): 
(м3)
Диоксид азота (NО2): 
(м3)
Суммарное количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ:
(м3)
Учитывая собственный рост (1,75м), ширину дороги (4·2,75м + 2·3м = 17м) и протяжённость исследуемого участка (3000м), рассчитываю доступное количество воздуха для разбавления выделившихся вредных веществ:
(м3)
Вывод: вблизи исследуемого участка автомобильной дороги чистого воздуха недостаточно для разбавления вредных веществ, выделяющихся при работе двигателей автомобилей и автобусов. Учитывая близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, район можно отнести к экологически вредным, т.к. выбросы превышают данные ПДК.