Исследовательская работа "Изучение и оценка выбросов от автомобильного транспорта"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Муниципальное образовательное учреждение

лицей №28 имени Б.Н. Королева

Изучение и оценка выбросов от автомобильного транспорта  на участке, прилегающем  к лицею № 28.

Выполнил:

ученик  9А класса

Макаров Иван.

Научный руководитель:

Учитель биологии и экологии

Плаксина Татьяна Юрьевна.

Нижний Новгород

2010

Cодержание

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

1. Влияние вредных выбросов  автотранспорта на здоровье человека…...5

1. Влияние газообразных веществ, образующихся при сгорании автомобильного топлива, на состояние здоровья человека.

1.1.1.Влияние диоксида азота NO2.  …………………………….…..6

1.1.2. Влияние угарного газа (СО).  …………………………………8

                  1.1.3. Влияние углеводородов………………………………..……..…8

2. Влияние пыли, образующейся   при движении автотранспорта, на состояние здоровья человека

1.2.1. Влияние резиновой пыли………...……………………………9

                   1.2.2. Влияние асбестовой пыли……………………………………10

2. Основные проблемы автотранспортного загрязнения  в городе………11

      3. Методика исследования…………………………………………………..13

4. Расчётная оценка количества выбросов вредных газообразных веществ в воздух от автотранспорта на  микроучастке МОУ лицей №28………15

5. Обработка результатов и выводы…………………………………….….24

Список литературы…………………………………………………………27

Введение.

Автомобильный транспорт занимает важное место в единой транспортной системе страны. Он перевозит более 80% народнохозяйственных грузов. Высокая мобильность, способность оперативно реагировать на изменения пассажиропотоков ставят автомобильный транспорт вне конкуренции при организации местных перевозок пассажиров. На его долю приходится почти половина пассажирооборота [1].

 Однако какова плата за эти несомненные успехи человечества? Автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидам азота и угарным газом, содержащихся в выхлопных газах. Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60% по СО и более 50% по NOх от общего загрязнения атмосферы этими газами. Повышенное содержание СО и NОх можно обнаружить в выхлопных газах не отрегулированного двигателя, а также в двигателях в режиме прогрева.

Выбросы вредных веществ от автотранспорта характеризуются количеством основных загрязнителей воздуха, попадающих в атмосферу из выхлопных газов, за определённый промежуток времени.

К выбрасываемым вредным веществам относятся угарный газ (концентрация в выхлопных газах 0,3 - 10%), углеводороды - несгоревшее топливо (до 3%) и оксида азота (до 0,8%), сажа [2] .

До 85% всех заболеваний современного человека связано с неблагоприятными условиями окружающей среды. В данной связи заболевания человека, связанные с выбросами в воздух вредных веществ от автотранспорта, представляют наиболее серьёзную угрозу.

Цель исследования: оценка количества выбросов вредных веществ от автотранспорта на микроучастке МОУ лицея  №28.

Задачи:

1. Изучить общие тенденции автотранспортного загрязнения.
2. Ознакомиться с влиянием вредных выбросов  автотранспорта на здоровье человека.
3. Проанализировать количество выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта на выбранных участках.

 Гипотеза: применение математических методов учета выбросов автомобильного транспорта позволяет создать точную картину распределения автомобильного загрязнения  на микроучастке МОУ лицея №28.

1.  Влияние вредных выбросов  автотранспорта на здоровье человека.

На протяжении всего ХХ века производство автомобилей стремительно возрастало. В 1998 г. По дорогам Мира ездило уже 700 млн. автомобилей. К 2010 году предположительно эта цифра достигла миллиардной отметки. Такое распространение автомобиль получил главным образом, благодаря качествам установленного на нем двигателя. При сравнительно небольшой массе он развивает мощность, достаточную для быстрой езды, потребляя при этом не так уж много топлива: одной заправки хватает на 400-500 км. Двигатель готов к работе и зимой и летом.

Все было хорошо, пока автомобилей не стало слишком много. В столицах развитых стран на каждую тысячу жителей приходиться более 300 автомобилей. Очевидно, что при таком количестве машин, выхлопные газы загрязняют окружающий воздух настолько, что это причиняет ощутимый вред здоровью людей и природе. Среди множества различных газов и химических соединений, выбрасываемых автомобилем, есть и токсичные вещества [5].

           1.1.  Влияние газообразных веществ, образующихся при сгорании автомобильного топлива, на состояние здоровья человека.

Автотранспорт является одним из крупнейших загрязнителей атмосферного воздуха. В России на его долю в середине 90-х годов приходилось 80% выбросов свинца, 59% - оксида углерода, 32% - оксидов азота.  В Российской Федерации насчитывается более 150 городов с превалирующим вкладом выбросов автотранспорта в валовые выбросы (более 50%).

Даже в условиях экономического спада загрязнение природных сред в городах, как показывают наблюдения, не уменьшается. Это связано с особенностями автотранспорта как источника выбросов и сбросов загрязняющих веществ в атмосферу, отличающими их от стационарных (промышленных) источников выбросов.

Специфика подвижных источников загрязнения (автомобилей) проявляется в низком расположении  пространственной распределённости и непосредственной близости к жилым районам. В результате при общей доле транспорта в массовом выбросе загрязняющих веществ в атмосферу, равной 35-60%, доля транспортных средств в загрязнении воздуха в городах достигает 70-90%. Все это приводит к тому, что автотранспорт создает в городах обширные и устойчивые зоны, в пределах которых в несколько раз превышаются санитарно-гигиенические нормативы загрязнения воздуха.

Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма – иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака лёгких. Кроме того, выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы. при длительном нахождении на оживленной дороге или рядом с ней.

К числу приоритетных загрязнителей атмосферы, поступающих в городскую атмосферу с отработавшими газами автомобилей, относятся диоксид азота, угарный газ и летучие углеводороды. Кроме этого, перечисленные газообразные вещества наиболее опасны для здоровья людей.

Рассмотрим  влияние вредных газообразных веществ, образующихся при сгорании автомобильного топлива, на состояние здоровья человека.

1.1.1. Влияние диоксида азота NO2.  

Динамика концентраций оксидов азота в городском воздухе в течение суток тесно связана с интенсивностью солнечного излучения и движения транспорта. С нарастанием интенсивности автомобильного движения (с 6 до 8 часов утра) концентрации первичного загрязнителя - оксида азота (NO) заметно увеличиваются. Восход солнца влечет за собой накопление в атмосфере диоксида азота (NO2) вследствие фотохимического окисления оксида азота. Оксиды азота являются серьезными атмосферными загрязнителями в связи с их высокой токсичностью.

Средние концентрации диоксида азота заметно возрастают с севера на юг, вследствие влияния солнечной радиации на фотохимические реакции перехода оксидов азота в диоксид. В более южных городах средние концентрации NO2 выше 40 мкг/ м3, поэтому для нашего региона проблема выбросов диоксида азота наиболее актуальна.

При небольших концентрациях диоксида азота NO2 наблюдается нарушение дыхания, кашель. ВОЗ рекомендовало не превышать 400 мкг/м3, поскольку выше этого уровня наблюдаются болезненные симптомы у больных астмой и других групп людей с повышенной чувствительностью. При средней за год концентрации, равной 30 мкг/м3 увеличивается число детей с учащенным дыханием, кашлем и больных бронхитом.

При контакте оксидов азота с влажной поверхностью легких образуются HNO3 (азотная кислота) и HNO2 (азотистая кислота), поражающие ткань легких, что приводит к отеку легких и сложным рефлекторным расстройствам.  При отравлении оксидами азота в крови образуются нитраты и нитриты. Последние,  действуя непосредственно на артерии, вызывают расширение сосудов и снижение кровяного давления. Попадая в кровь, нитриты препятствуют поступлению кислорода в организм, что приводит к кислородной недостаточности.

Таким образом, диоксид азота воздействует в основном на дыхательные пути и легкие, а также вызывает изменения состава крови, в частности, уменьшает содержание в крови гемоглобина.

В специальной литературе также указывается на то, что воздействие на организм человека диоксида азота снижает сопротивляемость к заболеваниям, вызывает кислородное голодание тканей, особенно у детей. Также систематическое вдыхание диоксида азота усиливает действие канцерогенных веществ, способствуя возникновению злокачественных новообразований.

1.1.2. Влияние угарного газа (СО).  

Угарный газ попадает в атмосферный воздух при любых видах горения. В городах его источником являются в основном выхлопные газы от автотранспорта. На крупных автострадах средняя концентрация СО превышает порог отравления, симптомами которого являются   головная боль и удушье, стук в висках, головокружение, боли в груди, сухой кашель, слезотечение, тошнота, рвота.

 Причинами такого влияния на организм является способность угарного газа связываться с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин и блокируя передачу кислорода тканевым клеткам. Это приводит к гипоксии гемического типа. Угарный газ также включается в окислительные реакции, нарушая биохимическое равновесие в тканях.

 1.1.3. Влияние углеводородов.

Токсичность различных углеводородов сильно отличается. Наиболее опасны непредельные углеводороды, которые в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются,  образуя ядовитые кислородсодержащие соединения — составляющие смогов. Смог является причиной головной боли, заболеваний глаз и дыхательной системы. Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды — также сильные канцерогены. Особенно опасно систематическое отравление, приводящее к накоплению углеводородов, что обуславливает проявление мутагенеза, тератогенеза (врождённые дефекты у детей), развитие опухолей, бесплодие, заболевания почек, печени  желудка. Отмечены случаи нарушения неврологического, физиологического и биохимического функционирования.

Проведённый анализ влияния выхлопных газов на здоровье человека позволяет сделать вывод, что данный источник загрязнений может считаться одним из наиболее опасных.  Его действию подвержено подавляющее большинство населения не только индустриальных центров, но и небольших населённых пунктов.

  1.2.  Влияние пыли, образующейся при движении автотранспорта, на состояние здоровья человека.

Запылённость воздуха – важнейший экологический фактор, сопровождающий нас повсюду. Пылью считаются любые твёрдые частицы, взвешенные в воздухе. Безвредной пыли не существует. Экологическая опасность пыли для человека определяется их природой и концентрацией в воздухе.

При движении автотранспорта наибольшую опасность для здоровья человека представляют резиновая и асбестовая пыль.

 1.2.1. Влияние резиновой пыли.

Независимые исследования американских и шведских специалистов, проведенные в 1990 году, показали, что автомобильные покрышки вреднее для здоровья человека, чем автомобильные выхлопные газы. Дело в том, что пыль, возникающая вследствие износа резины, вдыхается вместе с воздухом и может вызывать серьёзные заболевания. В первую очередь, это сказывается на состоянии людей, склонных к аллергии и бронхиальной астме. Только в Швеции в атмосферу выбрасывается около 10 тысяч тонн резиновой пыли ежегодно. В Лос-Анджелесе эта цифра достигает 5 тысяч тонн, притом, что Лос-Анджелес считается экологически чистым городом. Во всём мире количество этих выбросов составляет более миллиона тонн. Подсчитано, что каждый день житель Швеции вдыхает 6 г резиновой пыли, американец – 13 г, а россиянин – до 20 г.

Реакции организма на загрязнения воздуха резиновой пылью зависят от индивидуальных особенностей человека: возраста, пола, состояния здоровья. Как правило, более уязвимы дети, пожилые и престарелые, люди с заболеваниями органов дыхания, аллергики.

При систематическом или периодическом поступлении в организм человека сравнительно небольших количеств компонентов резиновой пыли происходит хроническое отравление. Признаками такого отравления являются нарушения поведения, привычек, нейропсихические отклонения: быстрое утомление, чувство постоянной усталости, сонливость или, наоборот, бессонница,  апатия, ослабление  внимания, забывчивость,  сильные колебания  настроения. Также при хроническом отравлении у разных людей могут возникнуть различные поражения почек, кроветворных органов, нервной системы, печени. Содержащиеся в резиновой пыли  высокоактивные в биологическом отношении вещества могут вызвать эффект отдалённого влияния на здоровье человека: хронические воспалительные заболевания различных органов, изменение нервной системы, воздействие на внутриутробное развитие плода, приводящее к различным отклонениям у новорожденных.

По данным исследований, подобные признаки наблюдаются и при радиоактивном загрязнении окружающей среды. Таким образом, загрязнение атмосферы резиновой пылью может вызвать «эффект Чернобыля» при сохранении нормального радиационного фона.

 1.2.2. Влияние асбестовой пыли.

При работе автомобильного транспорта асбестовая пыль образуется, в основном, при стирании тормозных колодок.

Асбест – это собирательный термин, обозначающий группу природных волокнистых материалов. Волокнистое строение асбеста делает возможным его расщепление на гибкие волокна микроскопической длины.  При износе тормозных колодок автотранспорта хризотиловый асбест выделяется в воздух в виде мельчайших, невидимых глазу волокон. Те из них, которые имеют длину 0,005 – 0,1 мм и толщину до 0,003 мм, могут проникать в лёгкие человека. Волокна асбеста при этом внедряются в лёгочную ткань, вызывая хронические воспаления. После длительного периода (15-40 лет) это заболевание может привести к раку лёгких. По данным американских исследователей, в настоящее время 20% всех раковых заболеваний лёгких возникают по причине хронических отравлений асбестом [3].

2. Причины увеличения автотранспортных выбросов в           Нижнем    Новгороде.

Транспорт продолжает оставаться одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха и вредных физических воздействий на окружающую природную среду города.

На 01.01.96 г. общее количество транспортных средств (ТС), стоящих на учете в Н. Новгороде, составило 157343 единицы.

Как показывает практика, следствием разгосударствления и приватизации транспорта является ухудшение качества обслуживания автомобилей: не соблюдается периодичность и порядок техобслуживания, не проводится инструментальный контроль уровня токсичности и дымности отработавших газов. В результате не снижается количество транспортных средств, эксплуатирующихся с нарушением основных положений ПДД РФ по допуску транспортных средств к эксплуатации, с превышением норм токсичности и дымности, оказывающих повышенное шумовое воздействие на окружающую природную среду и т.д. По результатам инструментального обследования автопредприятий и транспортных цехов промпредпрятий инспекторским составом городского комитета выявлено и снято с эксплуатации свыше 1500 единиц экологически "грязного" транспорта. К этому числу надо добавить автотранспорт, проверенный в Нижнем Новгороде Нижегородоблкомприродой, Российской транспортной инспекцией,  Госстандартом,  ГАИ. Но окончательно побороть это зло пока не удается, ведь инспекционной проверке подвергается лишь десятая часть стоящего на учете в городе транспорта. А есть еще и иногородний, транзитный транспорт.

В последние годы становятся обыденными факты хранения, мойки, ремонта автомобилей в не отведенных для этого местах (рядом с жилыми домам, на газонах, у водоразборных колонок, в зонах отдыха), что подтверждается многочисленными жалобами и обращениями граждан. Все это также обостряет экологическую и санитарную обстановку. По-прежнему значительный вклад в загрязнение окружающей среды города вносит грузовой транспорт, в том числе иногородний и транзитный, движущийся по основным магистралям из-за отсутствия дорог-дублеров, неразвитости объездных дорог вне города. Вследствие недостаточности средств в городском бюджете сеть автодорог в городе практически не развивается.

В последние годы администрация города проводит значительные работы по реконструкции и ремонту дорожного полотна. Это ведет к снижению загрязнения и к экономии ресурсов. Однако в весенний период происходит частичное разрушение проезжей части дорог, в результате чего водители вынуждены снижать скорость, переходить на низшие передачи, а это приводит к усиленному износу транспортных средств и повышенному загрязнению атмосферного воздуха отработавшими газами.

Нижний Новгород имеет большую протяженность своей территории, поэтому актуальным является вопрос перевозки пассажиров общественным транспортом. Основную часть перевозок производит городской автобусный транспорт (свыше 55%). Проблему уменьшения загрязнения атмосферного воздуха от автотранспорта можно частично решить путем развития альтернативных видов транспорта и, в частности, электротранспорта, являющегося экологически наиболее чистым, расширения сети трамвайных и троллейбусных линий, увеличения протяженности линий метрополитена [6].

3. Методика исследования.

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчета количества выбросов являются:

-  количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих по выделенному участку автотрассы в единицу времени;

- нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в табл.1);

таблица №1.

- значения эмпирических коэффициентов, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего (приведены в табл.2)

таблица №2.

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 (т.е. равного удельному расходу)  [4].

4.  Расчётная  оценка  количества выбросов  вредных газообразных веществ  в воздух  от автотранспорта на  микроучастке МОУ лицей №28.

Оборудование: блокнот, карандаш, калькулятор.

Выполнение работы:

1. Для проведения работы были выбраны участки улиц с разной интенсивностью движения  в окрестностях лицея (рис.1):  

№1 – автодорога по ул. Тимирязева,

№2 – автодорога по ул. Кулибина,

№3 – автодорога  ул. Студенческая,

№ 4 – автодорога  проспект Гагарина.

Рис.1. Схема микроучастка МОУ лицей №28.

2. Длина  участков улиц (lх, км) измерялась парами шагов (l, м).

         l = 0,55 м;

l1 = 244 * 0,55 = 134 м = 0,134 км.

l2 = 605 * 0,55 = 333 м = 0,333 км.

l 3 = 218 * 0,55 = 120 м = 0,12 км.

l 4 = 600 * 0,55 = 330 м = 0,33 км.

3. Определяем количество единиц автотранспорта.

А) Подсчитываем количество единиц автотранспорта данный момент времени в течение 20 минут.

 таблица 3

Участок №1

Участок №2

Участок №3

Участок №4

*Количество единиц автотранспорта за 1 час (количество, полученное за 20 минут, умноженное на 3).

Б)  Проследим динамику количества автомобильного транспорта на выбранных участках в течение недели за единицу времени (1ч).

  В течение недели  замерялось количество автотранспорта,  проезжающих на 4-х исследуемых участках в определенный промежуток времени с 14.00 – 15.00 ч. (рис. 2.1-2.4).

Участок №1. В среднем за неделю на участке №1 проезжает:

 644 легковые машины - 86 %;        

13 автобусов – 1 %;                        

 70 грузовых автомобилей – 10%;  

23 дизельных грузовых автомобилей – 3 %

Рис. 2. 1. Количество автомобильного транспорта на участке дороги №1.

Участок №2.  В среднем за неделю на участке №2 проезжает:

65 легковых автомобилей – 86 %;     почти не проезжает автобусов – 0%;

8 грузовых автомобилей – 10 %;      3 дизельных грузовых автомобиля – 4 %.

Рис. 2. 2. Количество  автомобильного  транспорта на участке  дороги  №2.

Участок №3. В среднем за неделю на участке № 3 проезжает:

41 легковой автомобиль – 91 %;       1 автобус – 2 %;

 3 грузовых автомобиля – 7 %;       дизельных грузовых автомобилей – 0%  

Рис. 2. 3. Количество  автомобильного  транспорта на  участке  дороги  №3.

Участок  №4.  В среднем за неделю на участке №4 проезжает:

2552 легковых автомобиля – 80 %;          182 автобуса – 6,5 %;

 357 грузовых автомобилей – 11 %;   70 дизельных груз.  автомобилей – 2,5%.

Рис. 2. 4. Количество  автомобильного  транспорта на  участке  дороги  №4.

 На выбранных участках наибольшее количество транспорта относится к легковым автомобилям 80-90%,  7-11 % приходится на долю – грузовых автомобилей  и лишь незначительная часть принадлежит автобусам и дизельным грузовым автомобилям (рис.3).

Рис. 3. Соотношение автотранспорта на  исследуемых участках.

4. Рассчитаем общий путь, пройденный выявленным количеством автомобилей каждого типа за 1 час (L, км) по формуле:

Li = Ni*l,

где N – количество автомобилей каждого типа за 1 час;

i – обозначение каждого типа автотранспорта,

l – длина участка в км

Полученный результат внесен в таблицу 4.

5.  Рассчитаем количество топлива (Q1, л) разного вида, сжигаемого двигателями автомашин  по формуле:

Qi = Li * Yi

Li  - путь, пройденный выявленным количеством автомобилей каждого типа за 1 час;

Y1 - удельный расход топлива  из табл. 1.

Было определено  общее количество сожженного топлива каждого вида (∑Q).  Полученные  данные   занесены  в табл. 4.

таблица 4

Участок №1

Участок №2

Участок №3

Участок №4

5. Рассчитали количество выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего по табл. 5.

таблица 5

5. Обработка результатов и выводы.

Рассчитываем

массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле:

m= V*M/22,4;

количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно-необходимых условий окружающей среды (м3) по формуле:

Vвозд= mв/ПДКв

Полученные результаты заносим  в таблицу 6.

таблица  6

Выводы:

Автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидам азота и угарным газом, содержащихся в выхлопных газах. Количество автотранспорта растет из года в год,  что непременно приводит к загрязнению окружающего воздуха.

К основным проблемам автотранспортного загрязнения в Нижнем Новгороде относят повышение количества автотранспорта на душу населения, не соблюдение правил техобслуживания автомашин, проблема парковок, неразвитость объездных дорог, качество самих дорог.

Полученные в результате исследования результаты позволяют сделать следующие выводы: 

1. автотранспортом наиболее загружены дороги, прилегающие к лицею  на участках №1, №4,
2. количество легковых автомобилей на дорогах  в окрестностях  МОУ лицей №28 существенно превышает количество автобусов и грузовых машин;
3. при движении автотранспорта по выбранным участкам  дороги большую часть газообразных выбросов (по массе) составляет угарный газ (CO); это свидетельствует о том, что жителям данной улицы угрожает хроническое отравление этим веществом;
4. масса выбросов  углеводородов и диоксида азота значительно меньше, но также может влиять на состояние здоровья человека.
5. Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу жилого района работающими автомобильными двигателями, велико, а воздуха для их разбавления до безопасной концентрации явно не достаточно.

Выдвинутая  гипотеза подтвердилась: математические методы учета позволяют определить массу вредных выбросов автомобильного транспорта, попадающих в атмосферу.

Список литературы

1. И.Р. Голубев, Ю.В. Новиков. Окружающая среда и транспорт. Москва «Транспорт», 1987
2. Природопользование. Учебник под ред. проф. Э.А. Арустамова. 2-ое изд., перераб. и доп.-М.:Издат.дом «Дашков и К», 2000.-284с.
3. Пивоваров, Ю.П., Королик, В.В., Зиневич, Л.С. Гигиена и основы экологии человека. Серия «Учебник и учебные пособия» Ростов н/Д.: «Феникс», 2002. -512с.
4. Алексеев С.В, Груздева Н.В, Муравьёв А.Г, Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие / по ред. С.В. Алексеева. – М. : АО МДС, 1996 – 192 с.
5. Энциклопедия для детей. Т 19. Экология/ глав. ред. В. Володин; вед. Науч. Ред. Г. Вильчек. – М.: Аванта, 2004 – 448 с.
6. http://www.ecologystudy.ru