Исследовательская работа по теме:Экспрессивный анализ антропогеных загрязнений ,вызываемых работой автотранспорта
Управление образования администрации Арзамасского муниципального района
МБОУ Хватовская ОШ
Учебно - исследовательская работа на тему:
«Экспрессивный анализ антропогенных загрязнений,
вызываемых работой автотранспорта»
Выполнил: Блошкин Илья
Научный руководитель:
учитель биологии и химии
I квалификационной категории
Похлебкина Татьяна Вячеславовна
Хватовка, 2016 г
Введение
От загрязнения воздуха сегодня страдает очень много стран. Поэтому эта проблема относится к числу глобальных, и решить ее можно только всем миром. Различные международные экологические организации ведут активную работу с целью установления самого жесткого контроля загрязнения воздуха во всех странах.
Актуальность темы: Проблема охраны окружающей среды является одной из наиболее актуальных, поскольку от ее решения зависят жизнь на Земле, здоровье и благосостояние человека. Эта проблема обострилась в XX в., когда интенсивное развитие промышленности и транспорта, а также несовершенство технологических процессов привели к загрязнению атмосферы, воды и почвы.
Целью исследования является ознакомление с методом экспрессивного анализа антропогенных загрязнений, вызываемых работой автотранспорта; методикой расчёта количества вредных выбросов различными видами транспорта; оценкой интенсивности движения на дороге.
Объектом работы является транспортная инфраструктура Арзамасского района и ее влияние на окружающую среду.
Предметом исследования является влияние автотранспортной нагрузки, приводящее к загрязнению окружающей среды и её влияние на здоровье людей.
Гипотеза работы заключается в том, что автомобильный транспорт является одним из факторов загрязнения окружающей среды.
Практическая значимость работы заключается в том, что аналитические данные, полученные в результате проведения мониторинга, позволяют провести выбор эффективных природоохранных мероприятий.
Задачи исследования:
Изучить учебную и научную литературу по вопросу автомобильного загрязнения окружающей среды.
На основе теоретических данных определить массу вредных веществ в выхлопных газах автомагистрали за определённый промежуток времени.
Рассчитать среднюю интенсивность движения на дороге за сутки и средний объём выбросов.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования
Анализ литературы по проблеме исследования.
Теоретический анализ по проблеме исследования.
Эксперимент по проверке данных.
I. Краткие теоретические сведения
Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным). Естественные источники загрязнения составляют 10%. Это загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров, пыльные бури и др. 90% составляют антропогенные источники. Этот вид загрязнения связан с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. Большинство естественных загрязнений (например, извержение вулкана, сжигание угля) рассеиваются по обширной территории, и их концентрация, зачастую, снижается до безопасной (за счет разложения, растворения и рассеивания). Антропогенные загрязнения воздуха возникают на урбанизированных территориях, где большие количества загрязнителей концентрируются в небольших объемах воздуха. Поэтому по своим масштабам антропогенное загрязнение значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.
Наряду с преимуществом, которое обеспечивает обществу развитая транспортная сеть, ее прогресс так же сопровождается негативными последствиями – отрицательным воздействием транспорта на окружающую среду (загрязнением). Под загрязнением понимается процесс внесения в воздух или образование в нём физических агентов, химических веществ или организмов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям. В определённом смысле загрязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности кислорода) крупными технологическими объектами, в данном случае, технологическим объектом является автомобильный транспорт.
Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверхностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружающую среду, отрицательно сказывается на получении растительной биомассы, и включаются в круговороты многих элементов биосферы. Циркуляция атмосферных потоков влияет на местные климатические условия, а через них – на режим рек, почвенно-растительный покров и на процесс рельефообразования. Следовательно, не смотря на то, что масса внешней оболочки биосферы (атмосферы) ничтожно мала по сравнению с массой планеты, ее роль во всех природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности Земли. Численность мирового парка автомобилей превышает 700 млн. Подавляющая часть автомобилей имеет двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине. При работе таких моторов ежегодно в атмосферу Земли поступает 142 млн. т окиси углерода, 110 млн. т сернистого ангидрида, 37 млн. т окислов азота, 18,5 млн. т углеводородов и 27 млн. т взвешенных частиц. Выбросы автотранспорта, составляющие около половины всех выбросов антропогенного происхождения, образуются из выбросов двигателя автомобиля, продуктов износа механических частей, покрышек и дорожного покрытия. Одной только резины каждый автомобиль рассеивает в атмосферу около 10 кг. При работе автомобильных двигателей потребляется много кислорода. Все автомобили планеты сжигают в 4 раза больше кислорода, чем требуется всему человечеству для дыхания.
В результате деятельности человека выбрасывается СО2, СО, SО2, СН4, оксиды азота, хлор- и фторуглероды, тяжелые металлы и т.д. Главными загрязнителями атмосферного воздуха (поллютантами) являются диоксид серы, оксиды азота и углерода, твердые частицы. Они составляют 98% от общего объема вредных выбросов.На долю автотранспорта как загрязнителя в городах России приходится 40%. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений – бензапирена, альдегидов, оксидов азота и углерода, соединений свинца. Особо опасны – тетраэтилсвинец, бензапирен. Каждый автомобиль в год выбрасывает в атмосферу около 700 кг СО, 230 кг разных углеводородов, 40 кг оксидов азота и 2-5 кг твердых веществ. Автомобили сжигают кислорода в 3-4 раза больше, чем требуется всему человечеству для дыхания.
Количество вредных выбросов в выхлопных газах и их состав зависит от вида топлива и типа транспорта. Коэффициенты выброса токсичных соединений для различных видов топлива представлены в таблице №1, нормы расхода топлива различными видами автотранспорта в таблице № 2.
Таблица 1. Коэффициенты выброса
Вид топлива Значение коэффициента
Угарный газ Углеводороды NO2
Бензин 0,6 0,1 0,04
Дизельное топливо 0,1 0,03 0,04
Таблица 2. Нормы расхода топлива
Тип автотранспорта Средние нормы расхода топлива Удельный расход топлива, Yi
Легковые а/м 11 – 13 0,11 – 0,13
Грузовые а/м 29 – 33 0,29 – 0,33
Автобусы 41 – 44 0,41 – 0,44
Дизельные грузовые а/м 31 – 34 0,31 – 0,34
Общий путь (Li),пройденный данным количеством автотранспорта (Ni)
определяют по формуле:
Li = Ni * L, (1)
где L – путь, пройденный одним автомобилем, для расчетов принять
L= 0,5 км.
Количество топлива (Qi, л), израсходованного отдельным видом транспорта, рассчитывают по формуле (взяв среднее значение Yi )
Qi= Li * Yi(2)
II. Практическая часть
Нами была выбрана улица (L = 0,5 км) и в течение 30 мин посчитано количество автомобилей, проехавших по улице, отмечен при этом вид транспорта: легковые, грузовые, дизельные автомобили и автобусы.
Далее были проведены следующие расчёты:
1. Рассчитаем количество автомобилей в среднем за час (умножая исходное число на
2. Определим общий путь для каждого вида транспорта.
3. Данные внесём в таблицу 3.
Таблица 3Учетная таблица(2013 г.)
Тип транспорта Всего за 30 мин За 1 ч, Ni Общий путь
Легковые а/м 123 246 123 км
Грузовые а/м 36 72 36 км
Автобусы 12 24 12 км
Дизельные грузовые а/м 48 96 48 км
Учетная таблица(2014 г.)
Тип транспорта Всего за 30 мин За 1 ч, Ni Общий путь
Легковые а/м 150 300 150 км
Грузовые а/м 40 80 40 км
Автобусы 12 24 12 км
Дизельные грузовые а/м 50 100 50 км
Учетная таблица(2015 г.)
Тип транспорта Всего за 30 мин За 1 ч, Ni Общий путь
Легковые а/м 170 340 170 км
Грузовые а/м 43 86 43 км
Автобусы 12 24 12 км
Дизельные грузовые а/м 52 104 52 км
Учетная таблица(2016 г.)
Тип транспорта Всего за 30 мин За 1 ч, Ni Общий путь
Легковые а/м 220 440 220 км
Грузовые а/м 46 92 46 км
Автобусы 12 24 12 км
Дизельные грузовые а/м 54 116 54км
Определим количество топлива (Qi, л) для каждого вида транспорта. Таблица 4
Объёмы израсходованного топлива(2013)
Тип автотранспорта Ni Qi
Бензин Дизельное топливо
Легковые а/м 246 123 * 0,12 = 14,76л Грузовые а/м 72 36 * 0,31 = 11,16л Автобусы 24 12 * 0,425 = 5,1л Дизельные грузовые а/м 96 48 * 0,325 = 15,6л
Всего Q 438 31,0246,68л 15,6л
Объёмы израсходованного топлива(2014)
Тип автотранспорта Ni Qi
Бензин Дизельное топливо
Легковые а/м 300 150 * 0,12 = 18 Грузовые а/м 80 40 * 0,31 = 12,4 Автобусы 24 12 * 0,425 = 5,1 Дизельные грузовые а/м 100 50 * 0,325 = 16,25
Всего Q 504 35,5 16,25
Объёмы израсходованного топлива(2015)
Тип автотранспорта Ni Qi
Бензин Дизельное топливо
Легковые а/м 340 170* 0,12 = 20,4 Грузовые а/м 86 43 * 0,31 = 13,33 Автобусы 24 12 * 0,425 = 5,1 Дизельные грузовые а/м 104 52 * 0,325 = 16.9
Всего Q 554 38,83 16.9
Объёмы израсходованного топлива(2016)
Тип автотранспорта Ni Qi
Бензин Дизельное топливо
Легковые а/м 440 220* 0,12 = 26,4 Грузовые а/м 92 46 * 0,31 = 14,26 Автобусы 24 12 * 0,425 = 5,1 Дизельные грузовые а/м 116 58 * 0,325 = 18,85
Всего Q 672 45.76 18,85
Рассчитаем объём выбросов вредных веществ в выхлопных газах автомобилей, используя коэффициенты выброса (табл. 1) и заполнили таблицу 5.
Таблица 5
Объём выбросов (2013)
Вид топлива Q, л Объёмы вредных веществ (V), л
Угарный газ Углеводороды NO2
Бензин 31,02 0,6 * 31,02 = 18,612 0,1 * 31,02 = 3,102 0,04 * 31,02 = 1,2408
Дизельное топливо 45,6 0,1 * 15,6 = 1,56 0,03 * 15,6 = 0.468 0,04 * 15,6 = 0,624
Всего 46,62 20,172 = 20,2 3,57 = 3,6 1,8648 = 1,9
Объём выбросов (2014)
Вид топлива Q, л Объёмы вредных веществ (V), л
Угарный газ Углеводороды NO2
Бензин 35,5 0,6 * 35,5 = 21,3 0,1 * 35,5= 3,55 0,04 * 35,5 = 1,42
Дизельное топливо 16,25 0,1 * 16,25 = 1,625 0,03 * 16,25 = 0,487 0,04 * 16,25 = 0,65
Всего 51,75 22,925=23 8,425=8 2,07=2
Объём выбросов (2015)
Вид топлива Q, л Объёмы вредных веществ (V), л
Угарный газ Углеводороды NO2
Бензин 38,83 0,6 * 38,83 = 23,3 0,1 * 38,83 = 3,883 0,04 * 38,83 = 1,5532
Дизельное топливо 16,9 0,1 * 16,9 = 1,69 0,03 * 16,9 = 0,507 0,04 * 16,9 = 0,676
Всего 55,73 24,988=25 4,39=4 2,22=2
Объём выбросов (2016)
Вид топлива Q, л Объёмы вредных веществ (V), л
Угарный газ Углеводороды NO2
Бензин 45,76 0,6 * 45,76= 27,456 0,1 * 45,76 = 4,576 0,04 * 45,76 = 1,83
Дизельное топливо 18,85 0,1 * 18,85 = 1,885 0,03 * 18,85 =0.5655 0,04 * 18,85 = 0.754
Всего 64,6 1 29,34=29 5,1=5 2,58=2,6
6.Определим массы вредных веществ (в г) по формуле:(2013г.)
m = V * M ,
Vм
Где М – молярная масса вещества г/моль (молярную массу углеводородов принять равной
72 г/моль);
Vм – молярный объём газа при нормальных условиях.
1) Бензин: М(СО) = 28 г/моль
М(углеводородов) 72 г/моль
М(NO2) = 46 г/моль
m(CО) = 18,612 л * 28 г/моль = 23,265 г 23,3 г
22,4 л/моль
m(углеводородов) = 3,102 л * 72 г/моль = 9,97 г 10 г
22,4 л/моль
m(NO2) = 1,2408 л * 46 г/моль = 2,548 г 2,55 г
22,4 л/моль
2) Дизельное топливо: m(CО) = 1,56 л * 28 г/моль = 1,95 г
22,4 л/моль
m(углеводородов) = 0,468 л * 72 г/моль = 1,504 г
22,4 л/моль
m(NO2) = 0,624 л * 46 г/моль = 1,28 г 1,3 г
22,4 л/моль
3) Всего: m(CО) = 23,3 г + 1,95 г = 25,25 г 25,3 г
m(углеводородов) = 10 г + 1,504 г = 11, 504 11,5 г
m(NO2) = 2,55 г + 1,3 г = 3,85 г
Определим массы вредных веществ (в г) по формуле:(2014г.)
m = V * M ,
Vм
Где М – молярная масса вещества г/моль (молярную массу углеводородов принять равной 72 г/моль);
Vм – молярный объём газа при нормальных условиях.
1) Бензин: М(СО) = 28 г/моль
М(углеводородов) 72 г/моль
М(NO2) = 46 г/моль
m(CО) = 21,3 л * 28 г/моль = 26,625=26,6
22,4 л/моль
m(углеводородов) = 3, 55 л * 72 г/моль = 11,4г.
22,4 л/моль
m(NO2) = 1,42 л * 46 г/моль = 2,9
22,4 л/моль
2) Дизельное топливо: m(CО) = 1,625 л * 28 г/моль = 2г
22,4 л/моль
m(углеводородов) = 0,487 л * 72 г/моль= 1,56=1.6г
22,4 л/моль
m(NO2) = 0,65 л * 46 г/моль = 1,3 г
22,4 л/моль
3) Всего: m(CО) = 26,6+2=28,6 г
m(углеводородов) =11,4+1,6=13 г
m(NO2) = 2,9+1,3=4,2
Определим массы вредных веществ (в г) по формуле:(2015г.)
m = V * M ,
Vм
Где М – молярная масса вещества г/моль (молярную массу углеводородов принять равной 72 г/моль);
Vм – молярный объём газа при нормальных условиях.
1) Бензин: М(СО) = 28 г/моль
М(углеводородов) 72 г/моль
М(NO2) = 46 г/моль
m(CО) = 23,3л * 28 г/моль = 29,1г
22,4 л/моль
m(углеводородов) =3,8 л * 72 г/моль = 12,2г
22,4 л/моль
m(NO2) =1,5 л * 46 г/моль = 3,0г
22,4 л/моль
2) Дизельное топливо: m(CО) = 1,69 л * 28 г/моль = 2,1 г
22,4 л/моль
m(углеводородов) = 0,5л * 72 г/моль = 1,6г
22,4 л/моль
m(NO2) = 0,676л * 46 г/моль = 1.38=1,4 г 22,4 л/моль
3) Всего: m(CО) =29,1+2,1=31,2г
m(углеводородов) = 12,2+1,6=13,8г
m(NO2) =3,0+1,4=4,4г
Определим массы вредных веществ (в г) по формуле:(2016г.)
m = V * M ,
Vм
Где М – молярная масса вещества г/моль (молярную массу углеводородов принять равной 72 г/моль);
Vм – молярный объём газа при нормальных условиях.
1) Бензин: М(СО) = 28 г/моль
М(углеводородов) 72 г/моль
М(NO2) = 46 г/моль
m(CО) = 27,456 л * 28 г/моль = 34,25 г
22,4 л/моль
m(углеводородов) = 4,576 л * 72 г/моль =14,78 г 14,8 г
22,4 л/моль
m(NO2) =1,83 л * 46 г/моль = 3,75 г 3,8 г
22,4 л/моль
2) Дизельное топливо: m(CО) =1,885 л * 28 г/моль = 2,35 г
22,4 л/моль
m(углеводородов) = 0.5655л * 72 г/моль =1,8 г
22,4 л/моль
m(NO2) = 0.754 л * 46 г/моль = 1,5г
22,4 л/моль
3) Всего: m(CО) =34,25 г + 2,35 г =36,6 г
m(углеводородов) =14,8 г + 1,8 г = 16,6 г
m(NO2) = 3,8 г+ 1,5 г = 5,3 г
Рассчитали объёмы воздуха (в м3 ), необходимые для разбавления объёмов вредных веществ до безопасного уровня, используя соответствующие ПДК по формуле:
Vвозд. = mв-ва*1000
ПДКв-ва
Данные внесём в таблицу 6.(2013г.)
Таблица 6
Виды вредного вещества V, л m, г Vвозд , м3 , необходимый для разбавления Значение ПДК мг/м3
Угарный газ 20,172 25,25 г 5060000м3 5
Углеводороды 3,6 11,304г 115000м3 100
NO2 1,9 3,85г 45294117,65м3 0,085
1) Vвозд. = m(CO)*1000 = 25,3 г * 1000 = 25,3 г * 1000 = 5060 м3
5 мг/ м3 5 мг/ м3 0,005 г/ м3
Vвозд. = m(угл-дов)*1000 = 11,3 г * 1000 = 113000 м3
0,1 г/ м3 0,1 г/ м3
Vвозд. = m(NO2)*1000 = 3,85 г * 1000 = 3,85 г * 1000 = 45294117,65 м3
0,085 мг/ м3 0,085 мг/ м3 0,000085 г/ м3
2) 1 ч – 246 легковых а/м
24 ч – х легковых а/м х = 24 ч * 246 а/м = 5904 а/м
1 ч – 72 грузовых а/м
24 ч – х грузовых а/м х = 24 ч * 72 а/м = 1728 а/м
1 ч – 24 автобуса
24 ч – х автобусов х = 24 ч * 24 а = 576 а
1 ч – 96 дизельных а/м
24 ч – х дизельных а/м х = 24 ч * 96 а/м = 2304 а/м
Интенсивность движения за сутки: 5904 + 1728 + 576 + 2304 = 10512 а/м
3) СО: 1 ч – 5060000 м3
24 ч – х м3 х = 24 ч * 5060000 м3 = 121440000 м3
Углеводороды: 1 ч – 115000 м3
24 ч – х м3 х = 24 ч * 115000 м3 = 2760000 м3
NO2: 1 ч – 45294117,65 м3
24 ч – х м3 х = 24 ч * 45294117,65 м3 = 1087058823,6 м3
Данные внесём в таблицу 6.(2016г.)Таблица 6
Виды вредного вещества V, л m, г Vвозд , м3 , необходимый для разбавления Значение ПДК мг/м3
Угарный газ 29 36,6 7320000м3
5
Углеводороды 5 16,6 166000 м3 100
NO2 2,6 5,3 62352941.176 м3 0,085
1) Vвозд. = m(CO)*1000 = 36,6 г * 1000 = 36,6 г * 1000 =7320000м3
5 мг/ м3 5 мг/ м3 0,005 г/ м3
Vвозд. = m(угл-дов)*1000 = 16,6 г * 1000 = 166000 м3
0,1 г/ м3 0,1 г/ м3
Vвозд. = m(NO2)*1000 = 5,3 г * 1000 = 5,3 г * 1000 = 62352941.176 м3
0,085 мг/ м3 0,085 мг/ м3 0,000085 г/ м3
2) 1 ч – 440 легковых а/м
24 ч – х легковых а/м х = 24 ч * 440 а/м = 10560 а/м
1 ч – 92 грузовых а/м
24 ч – х грузовых а/м х = 24 ч * 92 а/м = 2208 а/м
1 ч – 24 автобуса
24 ч – х автобусов х = 24 ч * 24 а = 576 а
1 ч – 1166 дизельных а/м
24 ч – х дизельных а/м х = 24 ч * 116 а/м = 2784 а/м
Интенсивность движения за сутки:10560 + 2208 + 576 + 2784 = 16128 а/м
3) СО: 1 ч –7320000 м3
24 ч – х м3 х = 24 ч * 7320000 м3 =175680000 м3
Углеводороды: 1 ч – 166000 м3
24 ч – х м3 х = 24 ч * 166000 м3 = 3984000 м3
NO2: 1 ч – 62352941.176 м3
24 ч – х м3 х = 24 ч * 62352941.176 м3 = 1496470588,224 м3
Определили среднюю интенсивность движения на дороге за сутки и средние объёмы выбросов. Внесли данные в таблицу (табл. 7.)
2013год Таблица 7
Улица Интенсивность движения Объём,м3
СО Углеводороды NO2
р.п. Выездное ул. Ленина 10,512 24,5060000 276 0000 1081058823,6
2016г
Улица Интенсивность движения Объём,м3
СО Углеводороды NO2
р.п. Выездное ул. Ленина 16128 а/м 175680000 м3
3984000 м3
1496470588,224 м3
Заключение
Исходя из задач нашего исследования, можно сделать следующие выводы:
Анализ учебной и научной литературы по вопросу автомобильного загрязнения окружающей среды показал, что этот вопрос освещён достаточно широко вследствие глобальности проблемы экологического загрязнения.
Проведённый метод экспрессивного анализа антропогенных загрязнений, вызываемых работой автотранспорта, расчёт количества вредных выбросов различными видами транспорта, привёл к выводу, что автотранспорт является одним из основным источником загрязнений воздуха и превышает ПДН на данном участке магистрали.
Наблюдения, сравнительные данные ( с 2013 - 2016г.г.) и математические расчёты показали, что интенсивность движения, на улице Ленина в частности в час пик когда проводились исследования, возросла и является очень высокой,задымлённость выхлопными газами чрезвычайно высока, в результате чего проживание людей на данной территории является не безопасно, а также строительство детских площадок,кстати которая построена на улице Ленина к сожалению не имеет зеленых ограждений, что отрицательно влияет на здоровье детей и их близких.
Всего: 2013 год. m(CО) = 23,3 г + 1,95 г = 25,25 г 25,3 г
m(углеводородов) = 10 г + 1,504 г = 11, 504 11,5 г
m(NO2) = 2,55 г + 1,3 г = 3,85 г
Всего: 2014 год.m(CО) = 26,6+2=28,6
m(углеводородов) =11,4+1,6=13
m(NO2) = 2,9+1,3=4,2
Всего: 2015 год.m(CО) =29,1+2,1=31,2
m(углеводородов) = 12,2+1,6=13,8
m(NO2) =3,0+1,4=4,4
Всего: 2016 год. m(CО) =34,25 г + 2,35 г =36,6 г г
m(углеводородов) =14,8 г + 1,8 г = 16,6 г
m(NO2) = 3,8 г+ 1,5 г = 5,3 г
Год Масса вредных веществ
m(CО)-оксида углерода II m(углеводородов) m(NO2)-оксида азота (IV)
2013 год. m(CО) =25,3 г m(угл-дов) =11,5 г m(NO2) = 3,85 г
2014 год. m(CО)=28,6 г m(угл-дов)=13г m(NO2) =4,2г
2015 год. m(CО)=31,2г m(угл-дов) =13,8г m(NO2) =4,4г
2016 год. m(CО)=36,6 г m(угл-дов) = 16,6 г m(NO2)= 5,3 г
Литература
Данилов-Данильян В.И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность/В.И. Данилов-Данильян. – М.: МНЭПУ, 1997.
Емельянов А.Г. Основы природопользования/А.Г. Емельянов. – М.: Академия, 2004 г.
Степановских А.С. Охрана природы/А.С. Степановских. – Курган: Зауралье, 1988 г.
http://ru/wikipedia.org