Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ново – Ямская средняя общеобразовательная школа»

имени  адмирала Ф. С. Октябрьского

Влияние автотранспорта на загрязнение воздуха

Работу выполнил учащийся 9 б класса

Яковлев Григорий

Руководители работы

Каякина Н. Н. учитель географии

Жукова Т.В. учитель химии

Старицкий район

 2019

Содержание

Введение                                                                                                      3-5

1. Влияние автотранспорта на загрязнение воздуха                           6

1. Состав выхлопных газов автомобильного транспорта          6-10
2. Влияние основных загрязнителей на природу и здоровье    10-12 человека

2. Оценка качества воздуха в районе  улицы Володарского              12

1. Район исследования                                                                   12
2. Методика исследования                                                            12-13
3. Анализ результатов исследования                                           13-17
4. Выводы                                                                                       18

3. Заключение                                                                                          19
4. Источники информации                                                                     21
5. Приложение 1                                                                                       23
6. Приложение 2                                                                                       24
7. Приложение 3                                                                                       25

Введение

        Развитие промышленности, транспорта,  сельского хозяйства привело к существенному ухудшению состава воздуха и ущерб от этого природе и человеку с каждым годом становится все более ощутимым.

        По данным ежегодника «Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2017 год» основным источником загрязнения воздуха  в большинстве городов Российской Федерации, в том числе  в Твери и области, является автомобильный транспорт. Экологический ущерб от эксплуатации транспортных средств обусловлен токсичными выбросами. Ежегодно автотранспорт выбрасывает в атмосферу более 12 млн. тонн различных загрязняющих веществ: оксидов углерода, азота, серы, углеводородов, сажи и других.  Кроме того, автомобили являются не только  источником загрязнения окружающей среды, но и основным источником шума и вибрации.

Во многих городах на долю автотранспорта приходится до 90% загрязнений атмосферного воздуха [3].

Таблица 1 Доля автотранспорта в загрязнении атмосферы, в городах России

Автотранспорт потребляет основные объемы углеводородного топлива (бензины, газ, дизельное топливо), поэтому является также  одним из основных источников выбросов углекислого газа в атмосферу.

        По данным журнала  Ward's в настоящее время в мире, количество автомобилей составляет 1,2 миллиарда. Эта  число включает  легковые автомобили, грузовые автомобили,  внедорожные и тому подобное. Наибольшее количество автомобилей приходится на США. Китай,  Индию, Бразилию, Россию, Италию.  По  показателю плотности автомобильного транспорта, Россия  заняла 54  строчку. В стране на каждую 1000 жителей в среднем приходится 305  автомобиль,  включая легкий коммерческий транспорт. На первом месте по плотности автомобилей составляют такие страны как  Королевством Монако. В этом карликовом государстве на 1000 человек приходится почти столько же автомобилей – 908. На втором месте США – 802 машины, на третьем — Исландия (746 авто) [10].

В России автотранспорт ежедневно выбрасывает в атмосферу 16,6 млн. т. загрязняющих веществ. Особенно тяжелая экологическая ситуация складывается  в Москве, Санкт-Петербурге, Томске, Краснодаре.

Автомобильными двигателями выделяются в воздух городов:

более 95% оксида углерода;

около 65% углеводородов;

около 30% оксидов азота.

В ряде городов содержание окиси углерода в воздухе над автомагистралями в 10-12 раз превышает предельно допустимую норму. По оценкам медиков и экологов, автотранспорт заметно сокращает среднюю продолжительность жизни населения.30% заболеваний горожан непосредственно связаны с загрязненностью воздуха выхлопными газами [3].

        Наш город считают городом с экологически благоприятной обстановкой, чистым воздухом, водой. Однако через центр города проходит региональная автотрасса, связывающая Тверь и Ржев (трассы М10 и М-9), по которой ежедневно проходит большое количество грузовых и легковых автомобилей.

Я решил выяснить, какое количество вредных веществ выбрасывается в атмосферу нашего города автомобилями и оценить качество воздуха, которым мы дышим.

Целью моей работы является:   оценка качества воздуха в районе  улицы Володарского, которая является частью автомагистрали.

Задачи:

1. Рассмотреть  состав  выхлопных газов автомобильного транспорта
2. Рассмотреть влияние их составляющих на организм человека.
3. Определить  количества загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от автомобильного транспорта.
4. Определить  среднее количество автотранспорта, проезжающего по участку за час.
5. Определить направление основного распространения загрязняющих веществ.

Гипотеза. Я считаю, что качество воздуха в исследуемом районе не соответствует нормативам.

Объект исследования: транспорт как источник загрязняющих веществ

Предмет исследования: количество загрязняющих  веществ, поступающих в атмосферу от транспорта.

Район исследования: часть трассы А-112 от магазина «Универсал» д. Луговая до Дома культуры в г. Старица по ул. Володарского.

1. Влияние автотранспорта на загрязнение воздуха

1.1.Состав выхлопных газов автомобильного транспорта

В состав выхлопных газов входит много компонентов, в том числе оксиды углерода, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов (наиболее вредный – оксид свинца), сажа и другие вещества.

Сернистый газ является главным источником, так называемых кислотных дождей, которые отрицательно сказываются на здоровье человека и всего живого на земле.

 Особую проблемы создаёт  увеличение выбросов диоксида углерода    ( СО2). Такие выбросы угрожают человечеству, прежде всего парниковым эффектом и глобальным потеплением климата. Один легковой автомобиль поглощает ежегодно из атмосферы в среднем больше 4 т кислорода, выбрасывая с выхлопными газами примерно 800 кг оксидов  углерода, около 40 кг ок сидов азота и почти 200 кг различных углеводородов.

 Причинами  загрязнения воздуха от автотранспорта являются^[1]:

плохое состояние технического обслуживания автомобилей,

низкое качество применяемого топлива,

неразвитость системы управления транспортными потоками,

низкий процент использования экологически чистых видов транспорта.

 В выхлопных газах содержатся углеводороды - несгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которого  резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т. е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме.

В таблице 2 приведено содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей [7].

Таблица 2  Содержание основных токсичных веществ  в отработанных газах бензиновых двигателей

Основным токсичным компонентом отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является монооксид углерода. Он образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях.

Примерное содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля приведено в таблице 3.

Таблица 3. Содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля

Сравнивая эти две таблицы можно сделать вывод, что карбюраторные двигатели содержат больше токсичных компонентом.

Загрязнение воздуха автомобильным транспортом происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния.

Таблица 4.

Некоторые показатели физико-химических свойств автомобильных бензинов по ГОСТ Р51866 – 2002

 В 1988 году Европейской экономической комиссией ООН был введён единый регламент(так называемый Евро-0) с требованиями снизить уровень выбросов окиси углерода, оксида азота и других веществ в автомобилях. Раз в несколько лет требования ужесточались, другие государства также стали вводить подобные нормативы.

С 2015 года в Европе действуют нормы Евро-6. Согласно этим требованиям, для бензиновых двигателей устанавливаются следующие допустимые выбросы вредных веществ (г/км):

• Оксид углерода (CO) — 1
• Углеводород (СН) — 0,1
• Оксид азота (NOx) — 0,06
• Взвешенные частицы (PM) — 0,005

Для автомобилей с дизельными двигателями стандарт Евро-6 устанавливает другие нормы (г/км):

• Оксид углерода (CO) — 0,5
• Оксид азота (NOx) — 0,08
• Углеводороды и оксиды азота (HC+NOx) — 0,17
• Взвешенные частицы (PM) — 0,005 [8]

Россия следует стандартам Евросоюза по выбросам выхлопных газов, хотя их реализация отстаёт на 6-10 лет. Первым стандартом, который был официально утверждён в РФ, стал Евро-2 в 2006 году. С 2014 года в России на ввозимые автомобили действует стандарт Евро-5. С 2016 года он стал применяться и на все производимые автомобили [8]

Стандарты Евро-5 и Евро-6 имеют одинаковые нормы максимального количества выбросов вредных веществ  для автомобилей с бензиновым двигателем. А вот для автомобилей, двигатель которых работает на дизельном топливе, стандарт Евро-5 имеет менее строгие требования: оксид азота (NOx) не должен превышать 0,18 г/км, а углеводороды и оксиды азота (HC+NOx) — 0,23 г/км[8].

Однако нельзя сказать, что в России ничего не предпринимается с целью улучшения экологической обстановки. Для уменьшения уровня загрязнения атмосферного воздуха начинают регулировать транспортные нагрузки на улицах городов, стараются, чтобы они были более равномерными. Для этого, прежде всего, следует учитывать структуру города - расположение промышленных районов и жилых, мест отдыха и центров культурно-бытового обслуживания. Наиболее загруженные участки транспортной сети надо дублировать, прокладывая новые линии движения транспорта.

1.2. Влияние основных загрязнителей на природу и здоровье человека

По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека загрязняющие вещества выбросов  объединяют в группы[5,7].

1. Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе обращает на себя внимание  углекислый газ (СО2), содержание которого в отработавших газах в настоящее время не нормируется, однако который играет особую  роль в развитии  «парникового эффекта».
2. Вторая группа. К этой группе относят только одно вещество –монооксид   углерода, или угарный газ (СО).  Это продукт неполного сгорания  топлива,  не имеет цвета и запаха, легче воздуха, нерастворим в воде. Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием, которое обусловлено его способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови, приводя к образованию карбоксигемоглобина, который не связывает кислород. Вследствие этого появляется кислородное голодание, которое может привести к гибели человека.   При остром отравлении появляется общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя 3-7 дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для людей , страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Отравлению угарным газом часто подвержены водители автотранспортных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.
3. Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом, NO – монооксид азота и NO2 – диоксид азота. При обычных атмосферных условиях NO полностью превращается в NO2 – газ бурого цвета с характерным запахом, вызывает нарушения в дыхании, ядовит.  Оксиды азота могут увеличивать восприимчивость организма к вирусным заболеваниям, раздражают легкие, вызывают бронхит и пневмонию. Диоксид азота  тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.
4. Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа СХНУ – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные вещества. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания.
Углеводороды под действием ультрафиолетового излучения Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты – фотооксиданты, являющиеся основой «смога» (от англ, smoke – дым и fog – туман).

Фотооксиданты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.

        Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки. Обладая большой способностью к испарению, особенно при повышении температуры, пары топлив и масел распространяются в воздухе и отрицательно влияют на атмосферный воздух.

2.Оценка качества атмосферного  воздуха  по величине автотранспортной нагрузки по  улице  Володарского  г. Старица

1. . Район исследования.

В качества района исследования определен участок автотрассы  А - 112 от магазина «Универсал» (д. Луговая, примыкает к  г.  Старица)  до остановки ул Володарского (около РДК, откуда  начинается улица) .  Протяженность участка  1 километр, на котором был проведен подсчет проезжающего автотранспорта в трех  точках.

Исследования производились в январе при следующих метеоусловиях:

В июне одновременно произведены замеры концентрации углекислого газа и диоксида азота  с помощью аспиратора.

2. . Методика исследования [9].

В  ходе работы были использованы следующие методики:

• Определение количества загрязняющих веществ проводилось через: подсчет единиц автотранспорта, проходящего по исследуемым участкам за 10 минут, далее пересчитывалось на 1 час
• Расчет количества топлива сжигаемого при этом двигателем автомашин проводился по формуле Q=L*Y, где L – путь, пройденный автомобилем; Y – удельный расход топлива, составляющий:

0,11 – 0,13 л для легковых автомобилей;

0,29 – 0,33 л для грузовых автомобилей.

• Расчет  количества выделившихся вредных веществ на выбранном участке дороги по бензину. Для этого воспользовались такими данными:

 По данным источников информации [11]  при сгорании топлива, необходимого для пробега 1 км, выделяется 0,6 л угарного газа, 0,1 л углеводородов, 0,04 л диоксида азота.

• Формула расчета объема  угарного газа, m = V * M / 22,4, где М (СН4) = 16; М (СО) = 28; М (NO2) = 46
• По данным метеонаблюдений  составлялись «розы ветров» для определения преобладающего направления ветра

2.3. Анализ результатов исследования

Исследуя транспортный поток на улице  им. Володарского, были получены следующие результаты.

Таблица5. Транспортный поток в районе исследования за 10 минут

Таблица 6. Транспортный поток в районе исследования за 60 минут

Данные результаты показывают, что в городе транспортный поток составляют как грузовые, так и легковые автомобили. Но легковые автомобили значительно преобладают в транспортном потоке. Наибольшее количество автомобилей проезжает на участке «остановка ул. Володарского».

       Подсчитав  количество транспорта, проходящего по данным улицам, вычисляем количество потраченного  бензина. Учитывая, что 1 легковая машина за 1 час на промежутке в 100 м в среднем сжигает 0,12 л, а 1 грузовая машина – 0,3 л бензина, мы рассчитали количество топлива, сжигаемого легковым и грузовым транспортом, в каждой точке на всём протяжении улицы.

Таблица 7. Количество машин (шт) и бензина, которое сжигается автомобилями (л). Январь.

Таблица 8. Количество машин (шт) и бензина, которое сжигается автомобилями (л). Июнь.

Наибольшее количество бензина расходуется в точке улицы остановка «ул. Володарского» и менее всего около  автовокзала зимой, а летом – у магазина «Универсал».

Рассчитаем количество вредных выбросов поступающих в атмосферу на разных участках.

При сгорании топлива, необходимого для пробега 1 км, выделяется 0,6 л угарного газа, 0,1 л углеводородов, 0,04 л диоксида азота, поэтому  можно рассчитать, какое количество вредных веществ выделится из уже известного нам количества бензина, сожжённого легковым и грузовым транспортом [9].

Таблица 9. Количество вредных выбросов, поступающих в атмосферу, л. Январь

Таблица 10. Количество вредных выбросов, поступающих в атмосферу, л. Июнь.

Таблица 11. Суммарное количество вредных выбросов, поступающих в атмосферу  от всех видов  автотранспорта, л

Таким образом, из определяемых вредных веществ больше всего  по объему пришлось на угарный газ в районе остановки «ул. Володарского».

Рассчитаем массу выделившихся вредных веществ (m г) по формуле  m=(V . M)/22,4,  где М(СО) = 28 г/моль; М(NO2) = 46г/моль; М(СН4) =16г/моль

Таблица 12.Масса выделившихся вредных веществ (m,г)

Таким образом, из определяемых вредных веществ больше всего пришлось на угарный газ.

Рассчитаем объем воздуха, где будет сконцентрирована большая часть загрязняющих веществ. Для этого воспользуемся формулой:

V= L*B*H

V – Объем;  L- длина участка; В – ширина  дороги, Н -  средняя высота зданий,

V= 100*15*7=10500м3

 Для сравнения с показателями ПДК рассчитаем концентрацию загрязняющих веществ по формуле: m/V *1000

Таблица 13. Концентрация загрязняющих веществ в воздухе зимой

Таблица 14. Концентрация загрязняющих веществ в воздухе летом

2.4. Выводы

Из полученных результатов можно сделать вывод, что зимой концентрация угарного газа и углеводородов в воздухе не превышает среднесуточную ПДК, концентрация диоксида азота превышена в 1,5 раза, но по сравнению с максимально разовой она не превышает допустимый показатель.   Летом концентрация углеводородов в воздухе также не превышает среднесуточную ПДК,  тогда как концентрация угарного газа и диоксида азота превышены в 3,5 раза и в 28,8 раз соответственно относительно среднесуточной ПДК и в 2,1 раза и 13, 6 раза относительно максимально разовой.

Анализируя розу ветров, определим преобладающие ветры в нашем городе за январь и июнь этого года. В эти месяцы преобладали ветры южного (январь) и северо-западного (июнь) направлений. Это значит, что ветры дуют в сторону микрорайонов, где проживает большая часть населения.

 Превышение концентрации диоксида азота в воздухе может иметь негативное влияние на здоровье человека: увеличивать восприимчивость организма к вирусным заболеваниям, раздражать легкие, вызывать бронхит и пневмонию. А превышение концентрации угарного газа  препятствует кислородному обмену в крови, поражает нервную систему, нарушает сердечную деятельность, в больших концентрациях может привести к гибели человека.

Поэтому можно предположить косвенную связь между увеличением числа вирусных и респираторных заболеваний и заболеваний дыхательных путей и превышением ПДК диоксида азота и угарного газа в воздухе.

3.Заключение

В ходе работы мною были изучены различные источники информации и рассмотрен состав выхлопных газов, их влияние на организм человека. Я узнал,   какие марки бензинов в настоящее время используются в России, каким показателям они должны соответствовать и сравнил с европейскими стандартами. Несмотря на несоответствие некоторых марок европейским требованиям, в нашей стране ведется работа по улучшению качества бензинов с целью снижения вредных выбросов в атмосферу.

Используя расчетные методики, я определил количества загрязняющих веществ, которые поступают в атмосферу от автотранспорта.

На основании результатов произведена оценка качества атмосферного воздуха в  районе  улицы Володарского, которая является частью автомагистрали А-112 и установлено несоответствие некоторых показателей нормативным предельно-допустимым концентрациям.

Таким образом, моя гипотеза о несоответствии качества воздуха нормативам в исследуемом районе подтвердилась.

Для снижения загрязняющих выбросов необходимо:

-использовать качественный бензин

-улучшать логистику автотранспортных потоков

-не допускать холостой работы двигателя автомобиля

-озеленять маршруты движения транспорта.

Чтобы снизить вероятность влияния загрязняющих веществ на организм человека рекомендуется:

-избегать прогулок в местах скопления или движения автотранспорта

-выбирать маршрут движения, который позволит избежать длительного нахождения у автотрассы

-озеленять улицы города.

4.Источники информации

1. 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.

2. ГОСТ Р 56162-2014 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Метод расчета выбросов от автотранспорта при проведении сводных расчетов для городских населенных пунктов

3. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2017 г.:http://voeikovmgo.ru/images/stories/publications/2018/ejegodnik_zagr_atm_2017.pdf.
4. Касьяненко А.А. Современные методы оценки рисков в экологии
   Учебное пособие. – М.: Изд-во РУДН 2008. – 271 с.http://ekolog.org/books/20/4_4_4.htm

5. Об утверждении гигиенических нормативов ГН 2.1.6.3492-17 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений" (с изменениями на 31 мая 2018 года) http://docs.cntd.ru/document/556185926

6. ПДК токсичных компонентов отработавших газов автотранспорта. Доступ по ссылке  http://www.ecospace.ru/ecology/science/pdk/
7. Проблемы загрязнения воздуха выхлопами автотранспорта:https://studbooks.net/888123/ekologiya/vyhlopy_avtotransporta_problemy_zagryazneniya_vozduha_mery_borby_nimi.
8. Портал Аргументы и факты. Экологические нормы в Европе http://www.aif.ru/
9. Расcчитываем уровень загрязнения воздуха . Доступ по ссылке  https://globallab.org/ru/project/inquiry/rascchityvaem_uroven_zagrjaznenija_vozdukha.ru.html#.XdpucdIzbcs
10. Список стран по количеству автомобилей на 1000 человек.  Доступ по ссылке  https://ru.wikipedia.org
11. Справка о состоянии окружающей среды в Тверской области  в апреле 2017 г.Тверской ЦГМС, 2017:http://www.tvermeteo.ru/labor/2017-04.pdf
12. Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии: Учеб.пособие для учащихся шк.,гимназий с углубл.изуч.химии, биологии и экологии._М.:Просвещение,1994.-234с

Приложение 1 Роза ветров

Приложение 2     Карта района исследования

Приложение 3

ПДК токсичных компонентов отработавших газов автотранспорта