Метода по Экологии
.pdfФедеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Н.В. Лугаськова, Е.Б. Сафронова
Автомобильный транспорт – основной загрязнитель атмосферы больших городов
Екатеринбург
2006
Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Н.В. Лугаськова, Е.Б. Сафронова
Автомобильный транспорт – основной загрязнитель атмосферы больших городов
Методические указания к выполнению практических работ по экологии для студентов всех специальностей вуза
Екатеринбург
2006
2
502.7:656.2 Л83
Методические указания к выполнению практических работ по экологии содержат описание методики определения загруженности улиц крупного промышленного города автомобильным транспортом и примеры расчёта концентрации окиси углерода в атмосферном воздухе.
Методические указания предназначены для студентов всех специальностей вуза.
Утверждены на заседании кафедры ИЗОС, протокол № 4 от 18.12.2006.
Авторы: Н.В.Лугаськова, доцент кафедры ИЗОС, канд.биолог. наук Е.Б. Сафронова, ст. преподаватель кафедры ИЗОС (УрГУПС).
Рецензент: А.М. Асонов, заведующий кафедрой ИЗОС, д-р биолог. наук, УрГУПС.
©Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2006 © Лугаськова Н.В., Сафронова Е.Б., 2006
3
Оглавление
1.Краткая теория………………………………………….......4
2.Практическая работа №1…………………………………...7
3.Практическая работа №2…………………………………..11
4.Вопросы к семинару………………………………………..15
5.Библиографический список……………………………..…16
4
Краткая теория
В условиях интенсивной антропогенной нагрузки экологическая безопасность окружающей среды представляется актуальнейшей проблемой, весьма далёкой от разрешения. Всё отчётливее проявляются последствия урбанизации, о чём указывается в Экологической доктрине Российской Федерации. Существенной особенностью загрязнения воздушной среды городов являются выхлопные газы автотранспорта. В ряде городов России, особенно в крупных административных и промышленных центрах, выхлопные газы автомобильного транспорта составляют 60-80% общих выбросов.
Автомобильные двигатели загрязняют атмосферу вредными веществами, которые представляют собой сложную смесь из более чем двухсот компонентов, среди которых немало канцерогенных. Основные виды выбросов загрязняющих веществ от мобильных источников приведены в таблице 1.
Основные виды выбросов загрязняющих веществ от мобильных источников
Таблица 1
Тип двигателя |
Топливо |
Основные виды |
Примеры |
|
|
|
загрязнений |
|
|
Четырёхтактный |
Бензин |
Углеводороды, оксид |
Автомобили, |
|
двигатель |
|
углерода, оксиды азо- |
автобусы, |
само- |
внутреннего сгора- |
|
та, свинец |
лёты, мотоциклы |
|
ния |
|
|
|
|
Двухтактный дви- |
Бензин (с |
Углеводороды, оксид |
Мотоциклы, |
|
гатель внутреннего |
добавлени- |
углерода, оксид азота, |
вспомогательные |
|
сгорания |
ем масла) |
твёрдые вещества (са- |
моторы |
|
|
|
жа) |
|
|
Дизель |
Лигроин |
Оксиды азота, твёрдые |
Автобусы, |
трак- |
|
|
вещества (сажа) |
торы, поезда |
|
По своему воздействию на организм человека вещества, содержащиеся
вотработанных газах, подразделяются на несколько групп.
Вгруппу нетоксичных веществ входят азот, кислород, водяной пар, а также углекислый газ.
Группу токсичных веществ составляют окись углерода СО, оксиды азота, многочисленная группа углеводородов, включающая парафины, ароматические соединения и т.д. Окись углерода поражает нервную систему человека, нарушает сердечную деятельность, препятствует кислородному обмену в крови. Углеводороды способствуют развитию раковых заболеваний.
5
Следующую группу образуют неорганические газы – оксиды серы и сероводород и сажа. Например, длительное воздействие сажи может провоцировать болезни органов дыхания, центральной нервной и иммунной систем.
Особую группу составляют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе активный – бенз(а)пирен, являющийся сильным канцерогеном. Именно с бенз(а)пиреном связывают дополнительный риск возникновения онкологических заболеваний.
В случае присутствия этилированного бензина образуются токсичные соединения свинца. Свинец поражает нервную систему человека и костную ткань.
Состав отработанных газов основных типов двигателей – бензинового двигателя с электрическим зажиганием и дизеля – существенно отличается, прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания, а именно оксида углерода, углеводородов и сажи. В таблице 2 показаны выбросы вредных веществ карбюраторного и дизельного двигателей (% к общему объёму выбросов).
Выбросы вредных веществ карбюраторного и дизельного двигателей
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
Вещество |
Карбюраторный двигатель |
Дизельный двигатель |
Оксид углерода |
0,5-12,0 |
0,01-0,5 |
Оксид азота |
0,005-0,8 |
0,002-0,5 |
Углеводороды |
0,2-0,3 |
0,009-0,5 |
Бенз(а)пирен |
До 20 мкг/куб. м |
До 10 мкг/куб.м |
Как видно из таблицы выбросы основных загрязняющих веществ значительно ниже в дизельных двигателях. Поэтому принято считать их более экологически чистыми. Наиболее полно положительные качества дизеля проявляются в режиме городского движения с большим процентом малых нагрузок и холостого хода. Однако дизельные двигатели отличаются повышенными выбросами сажи, которая насыщена канцерогенными углеводородами и микроэлементами.
Наиболее объёмным компонентом автомобильных выбросов является оксид углерода, на него приходится до 80% выбросов от легковых автомобилей и до 87% выбросов от грузового транспорта. Ко вторым по массе загрязнителям атмосферы от автотранспорта относятся углеводороды (14% от легкового и до 8% от грузового транспорта). Оксидами азота в большей степени насыщены выхлопы автобусов и легкового транспорта (до 8%). Оксид углерода, оксиды азота и углеводороды, как обладающие наибольшей токсичностью, являются основными нормирующими компонентами выхлопных газов автомобилей.
6
Наибольшее количество токсичных веществ выбрасывается автомобилями в воздух на малом ходу, на перекрёстках, остановках перед светофорами. В таблице 3 приведены значения концентрации основных примесей карбюраторного двигателя при различных режимах его работы.
Концентрации основных примесей карбюраторного двигателя при различных режимах его работы
Таблица 3
Режим работы двигателя |
Оксид угле- |
Углеводороды, |
Оксиды азо- |
|
рода, |
мг/л |
та, |
|
% по объёму |
|
мг/л |
Холостой ход |
4-12 |
2-6 |
- |
Принудительный холостой |
2-4 |
8-12 |
- |
ход |
|
|
|
Средние нагрузки |
0-1 |
0,8-1,5 |
2,5-4,0 |
Полные нагрузки |
2 |
0,7-0,8 |
4-8 |
Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомобиля 15 тысяч километров. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг кислорода и обогащает её на 3250 кг углекислого газа, 530 кг окиси углерода, 93 кг углеводородов и 7 кг окислов азота.
Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчётов количества выбросов являются:
•количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих по выделенному участку автотрассы за единицу времени. В соответствии с методикой автомобильный транспорт необходимо разделить на пять категорий: автобусы, легковые автомобили, лёгкие, средние и тяжёлые грузовые автомобили.
•нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города (средние нормы расхода топлива приведены в табли-
це 4).
7
Таблица 4
Средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города
Тип автотранспорта |
Средние нормы |
Удельный расход топлива |
|
расхода топлива |
Уi (л на 1 км) |
|
(л на 100 км) |
|
Легковой автомобиль |
11-13 |
0,11-0,13 |
Грузовой автомобиль |
29-33 |
0,29-0,33 |
Автобус |
41-44 |
0,41-0,44 |
Дизельный грузовой |
|
|
автомобиль |
31-34 |
0,31-0,34 |
Значения эмпирического коэффициента, определяющего выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице 5. Коэффициент К численно равен количеству выбросов соответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомобиля топлива (в литрах) необходимого для проезда 1 км (т.е. равного удельному расходу).
Таблица 5
Выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего
Вид топлива |
Значение коэффициента К |
|
|
|
Оксид углерода |
Углеводороды |
Диоксид азота |
Бензин |
0,6 |
0,1 |
0,04 |
Дизельное |
0,1 |
0,03 |
0,04 |
топливо |
|
|
|
Практическая работа № 1
Определение загруженности улиц автотранспортом и некоторых параметров окружающей среды, усугубляющих загрязнение
Данная практическая работа даёт возможность оценить загруженность участка улицы автотранспортом в зависимости от его видов, изучить и сравнить разные улицы по нагрузке на окружающую среду, обусловленную видами автотранспорта и его интенсивностью. Собранные параметры необходимы для расчётов уровней загрязнения воздушной среды.
8
Ход работы
Студенты разбиваются на группы по 2-3 человека и размещаются на определённых участках улицы. Если улица имеет двустороннее движение, то подсчёт автотранспорта необходимо производить по обеим сторонам улицы. Сбор материала по загруженности улицы автотранспортом производится путём разового занятия.
Для более полной и достоверной оценки загруженности улиц автотранспортом подсчёты автомобилей необходимо производить одним из двух возможных вариантов.
1 вариант: подсчёт автомобилей производится на одной улице, но в течение двух временных отрезков. Например, в утренние часы (с 8 до 9 утра) и в дневные часы (с 14 до 15 часов).
2 вариант: подсчёт автомобилей производится на различных улицах (например, улица в центре города и на окраине или в спальном районе), но в течение одного временного отрезка.
Порядок выполнения работы:
1.Выберите участок автотрассы длиной 0,5-1,0 км, имеющий хороший обзор.
2.Измерьте шагами длину участка (l,м), предварительно определив среднюю длину своего шага.
3.Подсчитайте количество единиц автотранспорта разных типов, проходящего по участку за 5 минут. Интенсивность движения автотранспорта на участке дороги определяется 3 раза по 5 минут в течение одного часа.
На каждой точке наблюдений производится оценка улицы по следующим показателям:
1.Тип улицы: городские улицы с односторонней застройкой, жилые улицы с двусторонней застройкой, дороги в выемке, магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой, транспортные тоннели, улицы с одноэтажной застройкой, улицы с малоэтажной застройкой и т.д.
2.Уклон улицы. Определяется глазомером.
3.Скорость ветра в день, когда производились подсчёты автотранспорта.
4.Относительная влажность воздуха (данные можно взять из прогноза погоды на день подсчёта).
5.Наличие защитной полосы из деревьев.
6.Дорожные знаки, особенно те, которые регулируют скорость движения автотранспорта и порядок проезда перекрёстков и светофоры.
9
Обработка результатов:
1. Все собранные материалы запишите в таблицы 6 и 7.
Характеристика улицы
|
|
|
|
Таблица 6 |
|
|
|
|
Относительная |
|
|
Тип улицы |
Уклон |
Скорость |
Наличие защит- |
||
(характеристика |
|
ветра |
влажность |
|
ной полосы, |
улицы) |
|
|
воздуха |
|
светофоров, до- |
|
|
|
|
|
рожных знаков |
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 заполняется один раз, если подсчёт автомобилей ведётся по первому варианту, и два раза, если автомобили считаются по второму варианту.
Интенсивность движения автомобилей
Таблица 7
Тип автомобиля |
Количество автомоби- |
Среднее |
Количество |
|||
|
|
лей |
|
|
количество |
автомобилей |
|
|
|
|
|
автомобилей |
за час |
|
|
5 ми- |
5 ми- |
5 ми- |
за 5 минут |
|
|
|
нут |
нут |
нут |
|
|
Легкий грузовой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средний грузовой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тяжёлый грузовой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Легковой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Автобус |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общее |
количество |
|
|
|
|
|
автомоби- |
|
|
|
|
|
|
лей |
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 заполняется два раза. Перед таблицей необходимо указать название улицы, на которой производились подсчёты и время.
10