Исследование загрязнения воздуха выхлопными газами автотранспорта в некоторых районах г. Нижнекамска

Исследование загрязнения воздуха выхлопными газами автотранспорта в некоторых районах г. Нижнекамска

2.1. Материал и методика

Для достижения поставленной нами цели была проделана работа по следующей методике:

1) выбирался определенный участок автодороги и подсчитывалось количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих в каждом пункте за 1 час (подсчет проводили в каждом пункте 3 дня по 3 раза в сутки (утром, днём и вечером) и вычисляли среднее значение, которое и принимали за истинное).

2) рассчитывался общий путь (ОП), пройденный подсчитанным количеством автомобилей каждого типа за час. При этом учитывали, что скорость передвижения легковых автомобилей по городу 70 км/ч, грузовых - 40 км/ч, автобусов - 50 км/ч.

3) Используя данные по количеству автомобилей и опираясь на нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города (таблица 6), рассчитывалось количество топлива (Т, в литрах) разного вида, сжигаемого при движении двигателями автомашин, по формуле: Т = ОП * УР.

Таблица 6. Нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города.

Тип автотранспорта

Средние нормы расхода топлива (л на 100 км)

Удельный расход (УР)

топлива (л на 1 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

4) Используя данные о количестве топлива разного вида, сжигаемого при движении двигателями автомашин и значение коэффициентов, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего (таблица 7), рассчитывали количество выделившихся вредных веществ в литрах по каждому виду топлива и всеми видами транспорта. Коэффициент численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента (в л) при сгорании в двигателе автомашины / количества топлива (также в л), необходимого для проезда 1 км (то есть равного удельному расходу).

Таблица 7. Значение коэффициентов, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего.

Вид топлива

Значение коэффициента

Угарный газ

Углеводороды

Соединения азота

Бензин

0,6

0,1

0,04

Дизельное топливо

0,1

0,03

0,04

5) Используя формулы 1,2,3 и значения ПДК загрязнителей (таблица 3) рассчитывались масса выделившихся вредных веществ (m , в г) и объём воздуха, необходимый для того, чтобы эти вредные вещества из выхлопных газов можно было «разбавить» и «обезопасить» для человека.

m= В х 28/ 22,4 ( угарный газ) (1)

m = В х 70/ 22,4 ( углеводороды) (2)

m = В х 46/ 22,4 (соединения азота) (3)

Расчет объёма воздуха, необходимого для разбавления, производился через пропорцию:

1 м³ - ПДК загрязнителя

V воздуха - m загрязнителя.

2.2. Результаты исследования.

1) Перед началом работы были выбраны 3 пункта г. Нижнекамска, в которых в дальнейшем проводились исследования: 1) остановка «Сююмбике» - этот пункт находится около дома, в котором проживает исследователь и был выбран из необходимости знать состояние воздуха в районе своего проживания; 2) остановка «30 лет победы» - в этом районе расположено большое количество учебных заведений (колледжей и училищ), а, следовательно, этот пункт является местом концентрации большого количества людей; 3) остановка «Кинотеатр «Джалиль» - этот пункт был выбран для изучения, т.к. здесь находится зона для отдыха людей, а также здесь происходит пересечение нескольких дорог.

Подсчитано количество автомобилей, проезжающих на изучаемых участках автодороги за час. Полученные данные внесли в таблицу 8.

Таблица 8. Учёт автотранспорта.

Тип автотранспорта

Пункт^*

Количество автомобилей за 1 час

Общий путь, пройденный автомобилями каждого типа за 1 час

Затраты топлива

Бензин (в литрах )

Дизельное топливо

(в литрах )

Легковой автомобиль

1

1026

71820

7900,2-9336,6

-

2

930

65100

7161- 8463

-

3

1032

72240

7946,4-9391,2

-

Грузовой автомобиль

1

12

480

139,2-158,4

-

2

9

360

104,4-118,8

-

3

3

120

34,8-39,6

-

Автобус

1

63

3150

1291,5-1386

-

2

66

3300

1353-1452

-

3

96

9216

3778,56-4055,04

-

Дизельный грузовой автомобиль

1

12

480

-

148,8-163,2

2

24

960

-

297,6-326,4

3

9

360

-

111,6-122,4

Всего

1

1113

75930

9330,9-10841,4

148,8-163,2

2

1029

69720

8618,4-10033,8

297,6-326,4

3

1140

81936

11759,76-13485,84

111,6-122,4

^*

Примечание: 1 - остановка «Сююмбике», 2 - остановка «30 лет победы», 3 - остановка «Кинотеатр «Джалиль».

Наиболее загруженным из изученных участком автодороги является центр города в районе ост. «Джалиль» (1140 автомобилей в час), наименее загруженным - ост. «30 лет победы» (1029 автомобилей за час) (диаграмма 1, приложение 1).

2) на основе расчета общего пути (ОП) (таблица 8), пройденного подсчитанным количеством автомобилей каждого типа за час, определены затраты топлива каждым видом транспорта (диаграмма 2, приложение 1) и содержание химических соединений в сжигаемом топливе (таблица 9). В составе выхлопных газов каждого вида транспорта основным загрязнителем является угарный газ (ост. «Джалиль»- 8833,8 - 10129,7 г в час, ост. Сююмбике - 7016,8 г - 8151,5 г за час, ост. «30 лет победы» - 5200,8 - 6052,92 г в час). На втором месте - углеводороды, на третьем - соединения азота (диаграмма 3, приложение 1).

Таблица 9. Количество вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей в зависимости от вида топлива.

Вид топлива

Пункт*

Всего

Количество вредных веществ

Угарный газ

Углеводороды

Соединения азота

Бензин

1

9330,9-10841,4

5598,54-6504,84

933,09-1084,14

373,236-433,656

2

8618,4-10033,8

5171,04-6020,28

861,84-1003,38

344,736-401,352

3

11759,76-13485,84

7055,856-8091,504

1175,976-1348,584

470,3904-539,4336

Дизельное топливо

1

148,8-163,2

14,88-16,32

4,464-4,896

5,952-6,528

2

297,6-326,4

29,76-32,64

8,928-9,792

11,904-13,056

3

111,6-122,4

11,16-12,24

3,348-3,672

4,464-4,896

Всего( В ) в литрах

1

9479,7-11004,6

5613,42-6521,16

937,554-1089,036

379,188-440,184

2

8916-10360,2

5200,8-6052,92

870,768-1013,172

356,64-414,408

3

11871,36-13608,24

7067,016-8103,744

1179,324-1352,256

474,8544-544,3296

^* Примечание: 1 - остановка «Сююмбике», 2 - остановка «30 лет победы», 3 - остановка «Кинотеатр «Джалиль».

3) установлено, что наиболее загрязненным участком автодороги является центр города в районе ост. Джалиль, где за час в атмосферу выбрасывается 11871,36-13608,24 л загрязняющих веществ, наиболее чистым можно считать участок автодороги около ост. «30 лет победы» (8916-10360,2 л);

4) Выявлено, что на всех изученных участках автодорог наибольшую нагрузку на атмосферу оказывают легковые автомобили, что связано с их большим количеством (ост. «Джалиль»- 1032 автомобиля в час, ост. Сююмбике - 1026 за час, ост. «30 лет победы» - 930 автомобилей в час) (диаграмма 1, приложение 1);

5) рассчитаны масса загрязнителей и количество воздуха, необходимого для разбавления химических соединений, содержащихся в выхлопных газах автотранспорта (таблица 10). Для обезвреживания угарного газа необходим объём воздуха не менее 3 млн. - 4 млн. м ³, углеводородов - более 170 тыс. м³, а, чтобы обезопасить соединения азота потребуется более 27 млн. м³ воздуха (диаграмма 4, приложение 1).

Таблица 10. Содержание загрязнителей в выхлопных газах автомобилей.

Вид вредного вещества

Пункт*

Количество, в литрах

Масса, в граммах

Количество воздуха для разбавления, в м³

Значение ПДК мг/ м³

Угарный газ

1

5613,42-6521,16

7016,8-8151,5

2338933-2717166

3,0

2

5200,8-6052,92

6501-7566,2

2167000-2522067

3,0

3

7067,016-8103,744

8833,8-10129,7

2944600-3376567

3,0

Углеводороды

1

937,554-1089,036

2929,9-3403,2

117196-136128

25

2

870,768-1013,172

2721,2-3166,2

108848-126648

25

3

1179,324-1352,256

3685,4-4225,8

147416-169032

25

Соединения азота

1

379,188-440,184

778,7-903,9

19467500-22597500

0,04

2

356,64-414,408

732,4-851

18310000-21275000

0,04

3

474,8544-544,3296

975-1117,8

24375000-27945000

0,04

^* Примечание: 1 - остановка «Сююмбике», 2 - остановка «30 лет победы», 3 - остановка «Кинотеатр «Джалиль».

2.3. Выводы.

На основании полученных данных были сделаны следующие выводы:

1) Наиболее загруженным из изученных участком автодороги является центр города в районе ост. «Джалиль» - 1140 автомобилей в час;

2) В составе выхлопных газов каждого вида транспорта основным загрязнителем является угарный газ - ост. «Джалиль»- 8833,8 - 10129,7 г в час, ост. Сююмбике - 7016,8 г - 8151,5 г за час, ост. «30 лет победы» - 5200,8 - 6052,92 г в час;

3) наиболее загрязненным участком автодороги является центр города в районе ост. Джалиль, где за час в атмосферу выбрасывается 11871,36-13608,24 л загрязняющих веществ;

4) из всех видов автотранспорта наибольшее влияние на загрязнение атмосферного воздуха г. Нижнекамска оказывают легковые автомобили, т.к. их количество в городе больше;

5) Для разбавления угарного газа необходим объём воздуха не менее 3 млн. - 4 млн. м ³, углеводородов - более 170 тыс. м³, а, чтобы обезопасить соединения азота потребуется более 27 млн. м³ воздуха.

6) для улучшения качества атмосферного воздуха можно предложить следующие меры: а) увеличение числа зеленых насаждений в черте города; б) перевод транспорта на более экологически чистое топливо; в) установка на автомобилях очистных фильтров; г) строительство объездных автодорог.

1. Практическая часть

1.1 Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу

Тип автотранспорта

Всего за 20 мин

За 1 час, Nj

Общий путь за 1 час, L_j, км

Легковые автомобили (бензиновые, дизельные)

38

114

171км

Грузовые автомобили

6

18

27км

Автобусы (бензиновые, дизельные)

23

69

103,5км

Газели

9

27

40,5км

Легковые автомобили: N_j = 38·3 = 114; L_j = 114·1,5 = 171 (км)

Грузовые автомобили: N_j = 6 ·3 = 18; L_j = 18·1,5 = 27 (км)

Автобусы: N_j =23·3 = 69; L_j = 69·1,5 = 103,5 (км)

Газель: N_j = 9·3 = 27; L_j = 27·1,5 = 40,5 (км)

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

• число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы в единицу времени;

• нормы расхода топлива автотранспортом

1.2 Нормы расхода топлива

ип автотранспорта

Удельный расход топлива Yj (л на 1 км) диз. топливо

Удельный расход топлива Yj (л на 1 км) бензин

Легковые автомобили

0,09 - 0,11

0,11 - 0,13

Автобусы дизельные

0,38 - 0,41

Автобусы бензиновые

0,41 - 0,44

Грузовые автомобили

0,31 - 0,34

Газель

0,15 - 0,17

Значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице.

1.3 Коэффициенты выброса

Вид топлива

Значение коэффициента (К)

Угарный газ

Углеводороды

Диоксид азота

Бензин

0,6

0,1

0,04

Дизельное топливо

0,1

0,03

0,04

Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу (л/км).

1.4 Обработка результатов и выводы

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

Lj= Nj*L, где

j - обозначение типа автотранспорта;

L - длина участка, км;

Nj - число автомобилей каждого типа за 1 час.

Рассчитаем количество топлива (Qj, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле:

Qj = Lj*Yj.

Определим общее количество сожженного топлива каждого вида и занесите результаты в таблицу:

1.5 Расход топлива

автомобиль выброс топливо

Тип автомобиля

Lj

Qj

бензин

Дизельное топливо

1. Легковые автомобили (бензиновые, дизельные)

171км

10,26л

2,85л

2. Автобусы дизельные

103,5км

-

25,545л

3. Автобусы бензиновые

103,5км

1,4835л

-

4. Грузовые автомобили

27км

-

5,76л

5. Газель

40,5км

4,32л

-

Всего

Q

16,0635л

34,155л

Рассчитаем объем выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива (КQ) и всего, занесите результат в таблицу.

1.6 Объем выбросов

Вид топлива

Q, л

Количество вредных веществ, л

Угарный газ

Углеводороды

Диоксид азота

Бензин

16,0635

9,6381л

1,60635л

0,64254л

Дизельное топливо

34,155

3,4155л

1,02465л

1,3662л

Всего

(V), л

13,0536л

2,631л

2,00874л

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

где М - молекулярная масса.

Рассчитаем количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды.

Результаты запишем в таблицу:

Вид вредного выброса

Кол-во, л

(объем)

Масса, г

Объем воздуха для разбавления, м³

Значение ПДК, мг/м³

Угарный газ

13,0536л

16,137г

53772 м³

3,0

Углеводороды

2,631л

9,162г

91620 м³

0,1

Диоксид азота

2,00874л

4,125г

103125 м³

0,04

Вывод

Проводя исследование по определению количества выбрасываемых вредных веществ автомобилями в окружающую среду, отметим что данные выбросы превышает предельно допустимую норму выбросов. Следовательно, с каждым днем в атмосферу поступает большое количество вредных выбросов, что несомненно сказывается на ухудшение экологической обстановки.

Транспорт, работающий на природном газе(или метане), для жителей Нижнекамска не новинка. После «Всемирной летней Универсиады 2013» в город поступило70 газомоторных автобусов. Их заправку обеспечивает АГНКС « Газпром», расположенная в промышленной зоне. Сегодня специализированная компания «Газпром» ведет строительство новой газозаправочной станции на улице Первопроходцев. Ввод АГНКС в эксплуатацию запланирован на III квартал 2015 года.

Государственный курс на замещение нефтяных видов топлива природным газом, безусловно, станет сильным стимулом для развития производства отечественной автомобильной отрасли. Согласно распоряжению правительства №767-р от 13 мая 2013 года, не менее 50% общественного транспорта и коммунальной техники в крупных городах к 2020 году должны работать на природном газе.

Такое решение руководства страны продиктовано необходимость повышения экономической эффективности транспортного комплекса и миминизацией негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду. Природный газ - самое экологичное моторное топливо из широко используемых. При его применении на транспорте выбросы угарного газа снижаются в 10 раз, а соединения серы и свинца в выхлопных газах автомобилей вовсе отсутствуют. В то же время эксплуатация газомоторного транспорта сокращает топливные расходы предприятий. Один м³ компримированного природного газа по своим свойствам равен одному литру бензина, а его стоимость в два-три раза ниже и составляет 12-14 рублей за м³.