Исследовательская работа Определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта в с. Кетово.

МОУ «Кетовская средняя общеобразовательная школа»

Исследовательская работа

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

Автор Пестов Андрей

ученик 8 класса

Руководитель Пахомова С.А.

учитель биологии

Кетово 2010

Содержание

Введение                                                                                                  3

Основная часть

1. Цели и задачи.                                                                             4
2. Обзор литературы.                                                                      5
3. Методика.                                                                                     7
4. Характеристика района исследования.                                      8
5. Результаты исследования.                                                           9

Выводы                                                                                                     11

Литература                                                                                               12

Приложение                                                                                              13

Введение.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Люди не ценят, и берут то, что у них есть, то, что дает жизнь: воздух, воду, землю, не думая о будущем своих детей, внуков, правнуков. Они заботятся о том, чтобы им было удобнее и легче в жизни, не понимают, что за этим последует.

Загрязнения бывают природные и антропогенные.

Антропогенными проблемами загрязнения атмосферы являются: парниковый эффект, кислотные дожди, фотохимический смог и т.д.

Меня заинтересовало, какую роль в загрязнении атмосферы играют автомобили. Автомобиль – не роскошь, а средство передвижения. Это известно всем. Но то, что машина из блага цивилизации может превратиться  ее бич, человечество стало понимать сравнительно недавно. Чем больше машин выходит на улицы, тем труднее людям мирно сосуществовать с их стальным гудящим потоком.  В настоящее время в мире насчитывается 800 млн. автомобилей,  том числе 80 млн.  грузовых и примерно 1 млн. городских автобусов.

Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине (75%), затем автомобили с дизельным двигателем (около 4%).

Наибольшее количество загрязняющих  веществ выбрасывается при быстром разгоне автомобиля, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля, (от общей массы выбросов), углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота – при разгоне. Из данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью. Таким образом, в населенных пунктах автомобили загрязняют атмосферу сильнее, чем на трассе. Я решил выяснить, каков качественный и количественный состав  выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на улицах села Кетово.

Предмет исследования:

Автодорога по улице Космонавтов в селе  Кетово, протяженностью 3 км.

Объект исследования:

Процесс загрязнения воздуха выхлопными газами.

Гипотеза:

Воздух в населенном пункте загрязнен выхлопными газами.

Основная часть

1 Цели и задачи

Цель работы:

Изучить влияние автотранспорта на окружающую среду в селе Кетово.

Задачи:

1. Показать роль автотранспорта в загрязнении окружающей среды.
2. Выяснить влияние загрязняющих веществ на здоровье человека.
3. Исследовать интенсивность движения автотранспорта по улице Космонавтов в селе Кетово.
4. Провести расчет выбросов в атмосферу загрязняющих веществ в результате работы автотранспорта.
5. Ознакомить с результатами исследования общественность.

2 Обзор литературы

     Транспорт несет в себе определенную угрозу как окружающей среде в целом, так и для здоровья человека.

     К основным видам воздействия транспорта на окружающую среду относятся выхлопные газы. Отработавшие газы автотранспорта содержат гамму веществ, большинство из которых не только токсичны для человека, но и могут вызвать раковые заболевания. Выхлопные газы основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания – это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны.

    Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводороды. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты.

 Примерный состав выхлопных газов представлен в приложении №1

При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе — сажа.

1. Оксид углерода (CO – угарный газ)

     Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода – продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа).

     В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

     Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1 – 0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

2. Оксиды азота (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в дальнейшем – NOx)

     Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NOx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2).

     Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

Закись азота (N2O – гемиоксид, веселящий газ) – газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO2 (диоксид) – бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе.

     Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений – в 40 раз.

     Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации NOx в воздухе в пределах 0,5 – 6,0 мг/м3. Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей.

     На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К – уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

3. Углеводороды (CnHm – этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)

Углеводороды – органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами.

В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах.

     Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций.

Схема  см. приложение №2

Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний.

     Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м3. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем.). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, - возникают его частые пропуски.

     Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрении воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода).

3 Методика

     Для определения количества загрязняющих веществ, поступающих в  атмосферу  в результате работы автотранспорта мы выбрали самую протяженную улицу села Кетово – улицу Космонатов.

     Исследование проводилось в январе 2010 года.

Методика проведения исследования подробно изложена в книге Алексеев С.В. и др «Практикум по экологии».

4 Характеристика района исследования

Село Кетово является районным центром Кетовского района Курганской области. Расположено в центре области в 13 км к югу от областного центра , на автодороге Курган —  Костанай.

 Географические координаты  55°21′09″ с. ш. 65°19′41″ в. д.

Через село проходит автотрасса протяженностью около 3 км. Автотрасса с твердым покрытием – асфальт. На расстоянии 2-3 метров по обочинам расположены жилые дома.

Аэрофотоснимок  района исследования см. в приложении №3

5 Результаты исследования

Используя методику  «определения количества загрязняющих веществ, попадающих  в окружающую среду в результате работы автотранспорта», мы подсчитали количество единиц транспорта, проходящего по участку дороги длиной 1км за 15 минут. Рассчитали общий путь по формуле:

 L=n*4*S, где

n- число автомобилей каждого типа за 15 минут

S- длина выбранного участка наблюдения, равная 1 км.

Мы выяснили, что легковые автомобили проходят 186 км, грузовые – 44 км, автобусы – 16 км, дизельные грузовые автомобили – 8 км.

Подробная таблица см. приложение №4

Далее рассчитали количество топлива разного вида, сжигаемого при движении по исследуемому участку, двигателями автомашин по формуле:

Q=L*Y, где

Y- удельный расход топлива л. на 1 км, (нормы расхода топлива см. в приложении №5)

Легковые автомобили расходуют 22.32 л. бензинового топлива

Грузовые автомобили – 13.64 л. бензинового топлива

Автобусы – 6.72 л. бензинового топлива

 Дизельные грузовые автомобили – 2.56 л дизельного топлива.

Далее рассчитали объем вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива. Для расчета использовали данные таблицы «Коэффициенты выброса»,  которой приведены значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего. См приложение №6

Рассчитали количество чистого воздуха, необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ с целью обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды (для этого делим количество в л на значение ПДК). Полученные данные занесли в таблицу. См.приложение №6

Вво дим по ня тие: ус лов ный объ ем воз ду ха – это объ ем воз ду ха над вы де лен ным уча ст ком ав то ма ги ст ра ли, дли на (l) ко то ро го рав на 1 км (1000 м); ши ри на (a) рав на ши ри не про ез жей ча с ти (5 м) + ши ри на двух тро ту а ров (2*2= 4 м); вы со та ак тив ной зо ны био сфе ры (h) рав на 2 м (т.е. на дан ной вы со те то к си ч ные ве ще ст ва по сту па ют на уро вень ды ха ния че ло ве ка). Кро ме то го, вво дим сле ду ю щее до пу ще ние, что ус лов ный объ ем воз ду ха яв ля ет ся замк ну тым, т.е. воз дух, на хо дя щий ся в нем не под вер га ет ся вер ти каль но му и го ри зон таль но му пе ре ме ши ва нию; не про ис хо дит его очи ще ние и об но в ле ние по сред ст вом зе ле ных на са ж де ний.

V усл.  = l*a*h=1000 м*9 м *2 м=18000м3.

Срав ни ли V усл. с объ е ма ми воз ду ха, не об хо ди мы ми для раз ба в ле ния (см. таб ли цу приложение №6), для это го не об хо ди мо раз де лить объ ем воз ду ха для раз ба в ле ния на ус лов ный объ ем воз ду ха  (V/V усл.).

В результате получили следующие данные: за час движения транспорта по выделенному участку магистрали концентрация диоксида азота в условно выделенном объеме воздуха превышает ПДК в 1.12 раза, концентрация углеводородов и угарного газа за данный промежуток времени, при данной транспортной нагрузке остается в пределах нормы.

Выводы

Количественные методы позволяют сделать  оценку состояния окружающей среды и выявить тенденции ее изменения, но единичного исследования здесь недостаточно. Требуются многолетние наблюдения за одними и теми же объектами, которые позволят дать более достоверную информацию. Поэтому работу по оценке состояния окружающей среды мы решили продолжить.    

      В ходе этой работы мы выяснили: несмотря на то, что легковых автомобилей было больше, расход топлива у них на много меньше, чем у автобусов и грузовых машин, но токсических веществ при сгорании бензина выделяется больше, чем при сгорании дизельного топлива.  Содержание диоксида азота, в данном исследовании, превышает ПДК.        Вызывает опасение и тот факт, что в селе нет автостоянки и машины часто ставят во дворах домов, а при прогреве двигателя воздух подвержен сильному загрязнению.  В безветренную погоду накопление вредных веществ у поверхности земли может значительно увеличиваться.

И еще один результат.

     Приоритет - весьма забавная и гибкая особенность человека. У некоторых идея и мысль - лишь путь к другой, более интересной идее.

Любая исследовательская работа несет в себе цель что-то изменить, до кого-то достучаться, кому-то что-то показать. Любая работа - это уже недовольный возглас в тишине, но не все его могут услышать и не всегда возглас достаточно силен. Эмоцию через цифру не выразишь! Дабы избежать сие недоразумение, я использовал несложную медиа-конструкцию, которая одновременно побуждает к действию или мысли и демонстрирует их!

Ссылка на авторский ролик http://bit.ly/dFLZEk                                                                                                                                                 

Литература

1. Агаджанян Н.А. Трошкин В.И.- Экология человека/ ММП:  Экоцентр круг,1994.
2. Алексеев С.В. и др. – Практикум по экологии.- М.: АОМДС,1996.
3. AutoNotes.info
4. Петров К. М. Общая экология: взаимодействие общества и природы. – СПб: Химия, 1997.
5. Розанов С. И. Общая экология. – СПб.: Лань, 2001.

                    Приложение                                                                                                                           

Приложение №1

Примерный состав выхлопных газов.

Приложение №2

 Схема образования CH в выхлопных газах

1 – поршень; 2 – гильза; 3 – пристеночные слои смеси.

Приложение №3

Аэрофотоснимок района исследования.

Улица Космонавтов выделена белым цветом.

Приложение №4  

Количество автомобилей разного типа и общий путь за 1 час.

Приложение №5

Удельный расход топлива.

Приложение №6

Коэффициенты выброса

Объем вредных выбросов

Объем воздуха для разбавления