ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Качество жизни современного общества обусловлено многими факторами: работа, жилье, питание, а также средства коммуникации, среди которых мобильные виды транспорта становится определяющими.

С учетом того, что с середины ХХ века процессы урбанизации приняли угрожающие темпы, сегодня время для любого человека является лимитирующим фактором жизненного процесса. В среднем, 80-85 % населения земного шара проживают в городах, где транспорт, особенно автомобильный, представляет собой с одной стороны ключевое звено функционирования любого города, а с другой, – источник загрязнения окружающей среды.

Поэтому, в современных городах на фоне загрязнения атмосферного воздуха выбросами от промышленных предприятий, доля выбросов мобильных видов транспорта, в зависимости от категории и уровня промышленного потенциала, изменяется в пределах 20-80 %.

Транспорт, как важнейший компонент общественного и экономического развития любых населенных пунктов, потребляет значительное количество природных ресурсов (нефть, газ, металл и др.), и таким образом оказывает прямое и косвенное влияние на окружающую среду в виде выбросов, отходов, загрязняющих все компоненты природной подсистемы города, в том числе создающий экологическую опасность для человека.

Вместе с тем, виды транспортных услуг и их объемы непрерывно растут, увеличиваются грузо- и пассажиропотоки. На смену устаревших видов транспорта приходят новые, которые требуют скоростных и хорошо оборудованных транспортных магистралей [1].

Если учесть, что в группе мобильных видов транспорта, автомобильный достигает 85-90 %, практически каждый житель города имеет личный автомобиль, кроме этого около 50 % добываемой нефти потребляет именно эта группа, рост которой опережает темпы роста населения, то изучение влияния автотранспорта является необходимым условием обеспечения экологической безопасности жителей города.

Актуальность данной темы определяется тем, что выбросы от автотранспорта в крупных городах существенно влияют на загрязнение всех компонентов окружающей среды. Аэрозольные и пылевые частицы осаждаются на поверхности растений, поглощаются верхними слоями почвы, вымываются осадками в виде дождя, снега, талыми и сливными потоками. Кроме этого большое количество токсических веществ, поступающих в атмосферный воздух, распространяется на уровне органов дыхания человека, вызывая различные заболевания.

1. Объект, цели и задачи исследования

Целью исследования является количественная оценка поглощения некоторых загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах автотранспорта отдельными составляющими природной среды на примере города Донецк и сравнительная характеристика степени опасности отработанных газов согласно нормативным требованиям в Украине и Европе.

Объектами были выбраны атмосферный воздух, почвы и сливные воды.

В работе планируется выполнение следующих задач:

2. Анализ состояния атмосферного воздуха города Донецка

Загрязнение атмосферного воздуха является одной из наиболее серьезных экологических проблем многих промышленных городов. Влияние загрязнения воздуха на здоровье человека проявляется через сокращение средней продолжительности жизни, увеличение количества преждевременных смертей, рост заболеваемости и негативное влияние на развитие детей.

В таблице 2.1 приведена сравнительная динамика выбросов по Донецкой области и Донецке от стационарных источников и мобильного транспорта [2].


Таблица 2.1 – Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в Донецкой области и Донецке 2003 – 2009 годы, тыс. т

Объект Год
2003 2005 2007 2009 2010
стац. моб. стац. моб. стац. моб. стац. моб. стац. моб.
Донецкая область 1576,8 215 1638,1 224,8 1653,4 217,7 1299,8 213,5 1378,1 211,8
Донецк 161,1 19,3 168,9 20,4 125,9 14,7 80,3 11,3 80,2 56,6

Анализ данных таблицы 2.1 показывает, что в 2010 году резко увеличивается объемы выбросов от мобильного транспорта.

В г. Донецке наблюдается тенденция снижения валовых выбросов вредных веществ, так, в 2010 году выбросы снизили на 50,22 % по сравнению с 2003 годом. При этом уровень загрязнения атмосферного воздуха остается еще высоким. Согласно статистическим данным существующие объемы выбросов вредных веществ обеспечивают 170 предприятий, но основная доля (92-94 %) приходится на АП Шахта имени Засядько, 14 шахт Донецкой угольной энергетической компании, ЗАО Донецксталь-МЗ и ОАО Донецккокс [3].

Автомобильный парк г. Донецка представлен легковыми автомобилями (85 %), грузовыми (12 %) и автобусами (3 %).

Динамика изменения выбросов от передвижных средств представлена на рисунке 2.1.

Динамика прироста автомобилей по отношению к 2002 году

Рисунок 2.1 – Динамика изменения доли выбросов от передвижных средств

Анализ статистических данных загрязнения атмосферного воздуха показывает, что за последние 10 лет наблюдается тенденция увеличения выбросов, связанных с резким ростом количества автотранспорта.

При сохранении существующей тенденции, количество выбросов от автотранспорта может превысить выбросы от стационарных источников.

3. Автомобильный транспорт – источник загрязнения атмосферы

Современный горожанин не представляет свое существование без автотранспорта, поэтому редко задумывается об отрицательном его влиянии и последствиях.

Во-первых, автомагистрали занимают до 40 % территории города, уменьшая тем самым площади плодородных земель, рекреационных, комплексных зеленных и санитарно-защитных зон.

Во-вторых, выбросы выхлопных и картерных газов от автомобилей, особенно на бензиновом топливе, содержат в своем составе большое количество токсичных соединений – бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина).

Состав отработанных газов зависит от типа потребляемого топлива, сравнительная характеристика которых приведена в таблице 3.1 [4].


Таблица 3.1 – Выбросы загрязняющих веществ в зависимости от типа топлива, кг/т топлива

Название вещества Вид топлива
бензин дизельное топливо газ сжиженный газ сжатый
Углерода монооксид 201,800 36,200 201,800 87,700
Азот диоксид 21,000 31,400 21,000 27,400
Серы диоксид 1,000 4,300 1,000 –
Неметановые летучие
органические соединения		 53,000 3,100 25,700 22,700
Метан 0,900 0,100 0,900 –
Сажа – 3,800 – –
Свинец 0,0130 – – –

Из таблицы 3.1 видно, что наиболее экологически безопасным является дизельное топливо. Несмотря на больший выброс последними оксидов азота и серы, общая масса поступающих в атмосферу загрязняющих веществ, с учетом класса их опасности, для здоровья оказывается примерно в 2,5 раза меньше, чем при использовании других видов топлива [5].

В третьих, выбросы от автотранспорта распространяются вдоль дорог, оказывая тем самым негативное воздействие на водителей, пешеходов, людей, проживающих вдоль автомагистралей. Кроме того, под зону поражения попадают также растительность и почва возле дороги. Выбросы автомобилей формируют зоны с превышением ПДК по диоксиду азота и оксиду углерода.

В четвертых, оседающие на растительности, твердых поверхностях зданий и сооружений, верхних слоях почвы загрязняющие компоненты выбросов при таянии снежного покрова, атмосферных осадков в виде дождевых и сливных вод с автомагистралей и автодорог попадают в плодородный почвенный покров и поверхностные водные источники, усиливая, таким образом, косвенное негативное влияние на человека (рисунок 3.1).

Превращения в атмосфере выбросов от автотранспорта. Время 9,2 сек. Кадров 12. Повторов 7. Размер 300х400px.

Рисунок 3.1 – Превращения в атмосфере выбросов от автотранспорта

Состав отработанных газов также зависит от режима работы двигателя в городских условиях: низкая скорость и частота ее изменений, многократные торможения и разгоны увеличивают выделение вредных веществ (табл. 3.2).


Таблица 3.2 – Концентрация углерода оксида и бенз(а)пирена в выхлопных газах двигателя, работающих на бензине

Режим работы Углерода оксид,
об. % 		Бенз(а)пирен,
мкг/100 м3
Холостой ход 2,5-3 4000
Разгон 2,0-5,0 10000
Равномерное движение 0,5-1,0 до 4000
Торможение до 4,5 до 28000

Как видно из данных таблицы, концентрация бенз(а)пирена и углерода оксида больше при разгоне и торможении автомобиля.

Выбросы вредных веществ автомобилей, по месту их образования, можно разделить на виды:

Основные источники испарения топлива – топливный бак, карбюратор. Они касаются бензиновых двигателей, дизельное топливо имеет меньшую способность испаряться, и топливная система дизеля более герметична.

Надо заметить, что картерные газы от дизельного двигателя приблизительно в 10 менее токсичны, чем в бензиновых двигателях.

К отработанным газам, главным образом, относятся углерода оксид (CO), азота диоксид (NO2) и углеводороды (CmHn). В состав картерных и испаряющихся газов входит, в основном, углеводороды.

В таблице 3.3 показано количественное распределение данных газов [5].


Таблица 3.3 – Данные по распределению в выбросах от автотранспорта вредных компонентов, %

Название выбросов Компонентный состав
CO CmHn NO2
Отработанные газы 100 55 100
Картерные газы – 25 –
Испарение топлива – 20 –

Современные автомобили имеют преимущественно замкнутую систему вентиляции картера, которая практически исключает выбросы вредных веществ в атмосферу. Они также поступают в цилиндры двигателей и там сгорают. Основную опасность по загрязнению окружающей среды, и в частности атмосферного воздуха, имеют отработанные газы.

4. Сравнительный анализ выбросов вредных веществ от автотранспорта в соответствии украинского и европейского законодательства

4.1 Стандарты топлива в Украину

В Украине в данный момент параллельно действуют два стандарта качества бензина. Старые ДСТУ 3868-99 Топливо дизельное. Технические условия, ДСТУ 406-2001 Бензины автомобильные. Технические условия и новые ДСТУ 4839:2007 Бензины автомобильные повышенного качества, ДСТУ 4840:2007 Топливо дизельное повышенного качества. Технические условия (аналог Евро-4). Совместно два стандарта должны были действовать до 2011 года, но Госстандартом Украины перенесены сроки вступления в действие новых стандартов качества нефтепродуктов до неопределённого срока[6-9].

Один из главных показателей, по которым ДСТУ 4839 (2007) принципиально отличается от норматива 4063 (2001), содержание серы. В новом стандарте предусмотрены две градации: бензин вида II должен содержать не более 0,005 % серы (что соответствует нормам Евро-4), а бензин вида I – не более 0,001 % серы (Евро-5). Превышение этих норм выводит из строя дорогостоящие нейтрализаторы выхлопных газов.

По содержанию олефиновых углеводородов (обусловливают хранения бензина) и ароматических углеводородов (влияют на токсичность выхлопа и образованию нагара на свечах) ДСТУ 4839 (2007) примерно на треть жестче старого ДСТУ 4063 (2001) и соответствует эконормам Евро-4. Содержание олефиновых углеводородов в топливе не должна превышать 18 %, ароматических – 35 %[10].

Бензол не менее вреден – как для двигателя, так и для окружающей среды. Это еще один источник нагара в камере сгорания, а большое содержание бензола ведет в увеличению доли несгоревших углеводородов в выхлопных газах и повышает нагрузку на катализатор. Стандарт 2001 нормирует массовую долю бензола очень лояльно (не более 5 % масс.), а новый стандарт – не более 1 % об.

4.2 Европейские стандарты топлива

Европейские стандарты выбросов определяют допустимые нормы содержания загрязняющих веществ в выхлопных газов автомобилей. Нормы выбросов определяются в серии директив Европейского союза, с постепенным введением более жестких стандартов.

В настоящее время стандарты Евро нормируют выбросы азота диоксида, углеводородов, углерода оксида и твердых частиц для большинства типов транспортных средств, включая легковые автомобили, грузовые автомобили, поезда, тракторы и аналогичные машины, баржи, но за исключением морских судов и самолетов. Для каждого типа транспортных средств применяются различные стандарты. В таблице 4.1 приведена сравнительная характеристика нормативов Евро для легковых автомобилей.


Таблица 5.1 – Характеристика нормативов Евро для легковых автомобилей с бензиновыми двигателями, г / км

Норматив Дата принятия Показатели состава выбросов
углерода оксид азота диоксид углеводороды твердые частицы
Евро-1 июль 1992 2.720 – 0.970 –
Евро-2 январь 1996 2,200 – 0,500 –
Евро-3 январь 2000 2,300 0,150 – –
Евро-4 январь 2005 1,000 0,080 – –
Евро-5 сентябрь 2009 1,000 0,060 – 0.005
Евро-6 сентябрь 2014 1,000 0,060 – 0.005

Европейские нормы, в первую очередь, касаются производителей автомобилей. Именно по результатам испытаний типа автомобиля по специальному ездовому циклу, имитирующему перемещение движение автомобиля в городском потоке, устанавливается соответствие конкретного типа автомобиля экологическим нормам Евро.

4.3 Методика и результаты сравнительного анализа выбросов вредных веществ в соответствии с украинского и европейского законодательства

В связи ростом выбросов передвижного транспорта актуальны разработка, внедрение и дальнейшее ужесточение нормативов содержания загрязняющих веществ в отработанных газах автомобиля. Поэтому в Украине целесообразно введение более жестких, например, нормативов Евро-3. В работе проведен сравнительный анализ состава выбросов от автомобильного транспорта Украины и в странах Европы.

Объектом исследования был выбран участок автомагистрали по проспекту Богдана Хмельницкого между улицами Челюскинцев и Артема, протяженность участка приблизительно 350 м (рисунок 4.1).

Картографическое положение исследуемого участка магистрали

Рисунок 4.1 – Картографическое положение исследуемого участка магистрали

Выбранный участок находится между двумя перекрестками, что позволяет усреднить данные по выбросам во время разгона, торможения и равномерного движения автомобилей, и таким образом, их состав будет зависеть только от пройденного пути.

Исследование проводилось с помощью видеонаблюдение выбранного участка дороги с помощью веб-камеры в течение недели. Камера фиксировала количество автомобилей в зависимости от времени суток. Обработка полученных результатов проводилась ежедневно и для расчетов были взяты усредненные данные числа зафиксированных автомобилей в течение часа.

Полученные данные позволили выполнить расчеты объемов выбросов основных загрязняющих веществ [4]. Для сравнения суммарные среднечасовые выбросы (ССЧВ) загрязняющих веществ представлены на рисунке 4.2.

Результаты расчетов суммарных среднечасовых выбросов на исследуемом участке

Рисунок 4.2 – Результаты расчетов суммарных среднечасовых выбросов на исследуемом участке

Так как наибольший вклад в сумму выбросов дают легковые автомобили, то расчеты выбросов, отвечающих согласно требованиям Евро-3, выполнены для этой категории транспорта для указанных загрязняющих компонентов.

Имеет значение количественное сравнение выбросов, согласно украинским и европейским нормативам. Сравнение осуществляется по азоту диоксиду, поскольку доля его в общих выбросах значительно больше, чем остальных компонентов (рисунок 4.3).

Как видно из данных графиков, азота диоксид имеет существенный вклад в составе выбросов автотранспорта, поэтому сравнительные расчеты были проведены именно для данного полютанта (рисунок 4.3).

Сравнительные расчетные данные суточной динамики выбросов азота диоксида от легкового автотранспорта

Рисунок 4.3 – Сравнительные расчетные данные суточной динамики выбросов азота диоксида от легкового автотранспорта

Расчетные данные суточной динамики выбросов показывают, что согласно украинской методике расчета выбросы почти в десять раз превышают европейские стандарты.

5. Анализ влияния выбросов автотранспорта на отдельные составляющие окружающей среды

Целью этой части работы является количественная оценка поглощения выбросов автотранспорта отдельными составляющими природной среды, в частности почвой и осадками в виде снега и дождя.

5.1 Результаты исследований снежного покрова на отдельных участках города

Участками исследования были выбраны на улицах Артема и Щорса, проспекта Ильича, Донецкого шоссе и перекрёсток в районе Центрального рынка. Все объекты находятся в разных частях города и пригорода, характеризуются достаточно высокой интенсивностью движения. Участки отбора для проб представляют собой открытые территории (незастроенные и без зеленных насаждений).

Был частично выполнен анализ проб снежного покрова, взятых на расстоянии 30-50 м от автомагистрали. Часть проб законсервирована и находится в работе.

Исходной точкой во всех случаях являлась обочина дороги. Последующая проба отбиралась с шагом 3 м. Проба бралась путем среза верхнего слоя снега площадью 1 дм2 и глубиной 3 см. Из снега удалялись остатки растительности и грунта. Каждая проба снега помещалась в отдельную емкость для предотвращения попадания в нее посторонних веществ.

Параллельно с процессом отбора проб проводился подсчет автомобилей.

Так как в состав выбросов автотранспорта входят оксиды азота, диоксид серы, сажа, несгоревшие углеводороды, то в работе в пробах снега определяется содержание нитратов и сульфатов(в стадии определения), как продуктов превращений выхлопных газов. Анализ проводится согласно соответствующим методикам. Также в талой воде определялось рН и содержание взвешенных частиц. Химический состав снега дает возможность проследить динамику рассеивания газовых выбросов.

Полученные экспериментальные данные анализа нитратов показывают, что распределение их в снежном покрове является неравномерным. Наибольшая концентрация наблюдается на расстоянии 5-10 м от дороги. Дальнейшие удаление от дороги приводит к понижению содержания в 2-4 раза. Такое распределение объясняется особенностями выброса и характеристиками выхлопных газов: высокая температура, высота выброса, линейный характер источника выброса и общие метеорологические условия периода отбора проб.

Содержание взвешенных веществ и рН талой воды является самыми высокими на обочине дороги. В этой точке рН имеет значение 8-8,5 и понижается с расстоянием до рН = 7, что не соответствует литературным данным.

Выводы

В работе был выполнен литературный анализ влияния автотранспорта на составляющие природных систем. Рассмотрен двигатель внутреннего сгорания, как источник образования выбросов. Полученные в результате видеонаблюдения данные, позволили сделать расчёт выбросов загрязняющих веществ (азота диоксида, углерода оксида и углеводородов). Проведен сравнительный анализ выбросов, согласно нормативам Евро и Украины, что показало необходимость ужесточения Украинских норм на экологичность автотранспорта. Химический анализ снега показал неоднородность состава талой воды на разном расстоянии от дороги. Максимальное содержание нитратов наблюдается на 10 м от дороги, что связано с характером рассеивания выхлопных газов.

При написании данного реферата магистерская работа еще не закончена. Окончательное заключение декабрь 2012. Полный текст работы и материалы по теме могут быть предоставлены автором или его руководителем после указанной даты.

Список источников

  1. Ясаманов, Н. А. Основы геоэкологии: Учебное пособие. – М: Издательский центр Академия, 2003. – 352 с.
  2. Доповідь про стан навколишнього природного середовища Донецької області / Під ред. С. Третьякова – Донецьк, 2007. – 116 с.
  3. Атмосферный воздух [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.doneco.org.ua/
  4. Методика розрахунку викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від транспортних засобів. Чинний вiд 2008.13.10. – К.: Держстандарт України, 2008. – 21 с.
  5. Денисов, В. В. Экология города: Учебное пособие / В. В. Денисов, А. С. Курбатов, И. А. Денисова, В. А. Грачев. – М: ИКЦ МарТ, 2008. – 832 с.
  6. ДСТУ 3868-99. Державний стандарт України. Паливо дизельне. Технічні умови. – Чинний вiд 1999.04.08. – К.: Держстандарт України, 1999. – 16 с.
  7. ДСТУ 4063-2001. Державний стандарт України. Бензини автомобільні. Технічні умови. – Чинний вiд 2002.07.01. – К.: Держстандарт України, 2001. – 36 с.
  8. ДСТУ 4839-2007. Державний стандарт України. Бензини автомобільні підвищеної якості. Технічні умови. – Чинний вiд 2008.01.01. – К.: Держстандарт України, 2007. – 16 с.
  9. ДСТУ-2007. Державний стандарт України. Паливо дизельне підвищеної якості. Технічні умови. – Чинний вiд 2008.01.01. – К.: Держстандарт України, 2007. – 14 с.
  10. Курс – евро [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.autoreview.ru/