ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Якість життя сучасної спільноти зумовлена багатьма факторами: робота, житло, харчування, а також засоби комунікації, серед яких мобільні види транспорту стають визначними.

Ураховуючи те, що з середини ХХ століття процеси урбанізації набули погрожуючих темпів, сьогодні час для будь-якої людини є лімітуючим фактором життєвого процесу. У середньому, 80-85 % населення земної кулі мешкає у містах, де транспорт, особливо автомобільний, представляє собою з одного боку ключову ланку функціонування будь-якого міста, а з іншого, – джерело забруднення навколишнього середовища.

Тому, у сучасних містах на фоні забруднення атмосферного повітря викидами від промислових підприємств, частка викидів мобільних видів транспорту, залежно від категорії та рівня промислового потенціалу, змінюється у межах 20-80 %.

Транспорт, як найважливіший компонент суспільного та економічного розвитку будь-яких населених пунктів, споживає значну кількість природних ресурсів (нафта, газ, метал тощо), і таким чином прямо та опосередковано впливає на навколишнє середовище у вигляді викидів, відходів, що забруднюють усі компоненти природної підсистеми міста, та в тому числі утворюють екологічну небезпеку для людини.

Разом із тим, види транспортних послуг та їх об’єми безперервно зростають, збільшуються вантажні та пасажирські потоки. На зміну застарілих видів транспорту приходять нові, які потребують швидкісних та добре устаткованих транспортних магістралей [1].

У групі мобільних видів транспорту автомобільний досягає 85–90 %, практично кожний мешканець міста має особистий автомобіль, крім цього близько 50 % нафти, що здобувається, споживає саме ця група, зростання якої випереджає темпи зростання населення. Саме тому вивчення впливу автотранспорту є необхідною умовою забезпечення екологічної небезпеки мешканців міста.

Актуальність цієї теми визначається тим, що викиди від автотранспорту у крупних містах істотно впливають на забруднення усіх компонентів навколишнього середовища. Аерозольні та пилові частки осаджуються на поверхні рослин, поглинаються верхніми шарами ґрунту, вимиваються опадами у вигляді дощу, снігу, талими та зливовими потоками. Крім цього, велика кількість токсичних речовин, що потрапляє у атмосферне повітря, розповсюджується на рівні органів дихання людини, викликаючи різні захворювання.

1. Об’єкт, мета та задачі дослідження

Метою дослідження є кількісна оцінка поглинання деяких забруднюючих речовин, що містяться у викидах автотранспорту окремими складовими природного середовища на прикладі міста Донецьк та порівняльна характеристика ступеню небезпеки відпрацьованих газів відповідно до нормативних вимог в Україні та Європі.

Об’єктами було обрано атмосферне повітря, ґрунти та зливові води.

У роботі планується виконання наступних задач:

2. Аналіз стану атмосферного повітря міста Донецька

Забруднення атмосферного повітря є однією з найбільш серйозних екологічних проблем багатьох промислових міст. Вплив забруднення повітря на здоров’я людини проявляється через скорочення середньої тривалості життя, збільшення кількості завчасних смертей, зростання захворюваності та негативний вплив на розвиток дітей.

У таблиці 2.1 наведено порівняльну динаміку викидів у Донецькій області та місті Донецьк від стаціонарних джерел та мобільного транспорту [2].


Таблиця 2.1 – Динаміка викидів забруднюючих речовин у атмосферне повітря у Донецькій області та м. Донецьк за 2003-2009 роки, тис. т

Об’єкт Рік
2003 2005 2007 2009 2010
стац. моб. стац. моб. стац. моб. стац. моб. стац. моб.
Донецька область 1576,8 215 1638,1 224,8 1653,4 217,7 1299,8 213,5 1378,1 211,8
Донецьк 161,1 19,3 168,9 20,4 125,9 14,7 80,3 11,3 80,2 56,6

Аналіз даних таблиці 2.1 показує, що у 2010 році різко збільшуються об’єми викидів від мобільного транспорту.

У м. Донецьк спостерігається тенденція зниження валових викидів шкідливих речовин. Так, у 2010 році викиди знижено на 50,22 % у порівнянні з 2003 роком. При цьому рівень забруднення атмосферного повітря ще залишається високим. Згідно зі статистичними даними, існуючі об’єми викидів шкідливих речовин забезпечують 170 підприємств, проте основна частка (92-94 %) приходиться на АП Шахта імені Засядько, 14 шахт Донецької вугільної енергетичної компанії, ЗАТ Донецьксталь-МЗ та ВАТ Донецьккокс [3].

Автомобільний парк м. Донецька представлений легковими автомобілями (85 %), вантажними (12 %) та автобусами (3 %).

Динаміка зміни викидів від пересувних засобів представлена на рисунку 2.1.

Динаміка зміни частки викидів від пересувних засобів

Рисунок 2.1 – Динаміка зміни частки викидів від пересувних засобів

Аналіз статистичних даних забруднення атмосферного повітря показує, що за останні 10 років спостерігається тенденція збільшення викидів, пов’язаних із різким зростанням кількості автотранспорту.

Якщо зберігатиметься існуюча тенденція, кількість викидів від автотранспорту може перевищити викиди від стаціонарних джерел.

3. Автомобільний транспорт – джерело забруднення атмосфери

Сучасний мешканець міста не уявляє свого існування без автотранспорту, тому рідко замислюється про його негативний вплив та наслідки..

По-перше, автомагістралі займають до 40 % території міста, зменшуючи тим самим площі родючих земель, рекреаційних, комплексних зелених та санітарно-захисних зон.

По-друге, викиди вихлопних та картерних газів від автомобілів, особливо на бензиновому паливі, містять у своєму складі велику кількість токсичних – бенз(а)пірену, альдегідів, оксидів азоту та вуглецю та особливо небезпечних сполук свинцю (у випадку застосування етилованого бензину).

Склад відпрацьованих газів залежить від типу споживаного палива, порівняльна характеристика яких наведена у таблиці 3.1 [4].


Таблиця 3.1 – Викиди забруднюючих речовин залежно від типу палива, кг/т палива

Назва речовини Вид палива
бензин дизельне паливо газ скраплений газ стиснутий
Вуглицю монооксид 201,800 36,200 201,800 87,700
Азоту діоксид 21,000 31,400 21,000 27,400
Сірки діоксид 1,000 4,300 1,000 –
Неметанові леткі
органічні сполуки		 53,000 3,100 25,700 22,700
Метан 0,900 0,100 0,900 –
Сажа – 3,800 – –
Свинець 0,0130 – – –

З таблиці 3.1 видно, що найбільш екологічно безпечним є дизельне паливо. Не дивлячись на великий викид останніми оксидів азоту та сірки, загальна маса забруднюючих речовин, що потрапляють у атмосферу, з урахуванням класу їх небезпеки, для здоров’я виявляється приблизно у 2,5 рази менше, ніж при використанні інших видів палива [5].

По-третє, викиди від автотранспорту розповсюджуються вздовж доріг, і тим самим чинять негативний вплив на водіїв, пішоходів, людей, що мешкають уздовж автомагістралей. Крім того, під зону ураження попадають також рослинність та ґрунт біля дороги. Викиди автомобілів формують зони з перевищенням ГДК за діоксидом азоту та оксидом вуглецю.

По-четверте, забруднюючі компоненти викидів, що осідають на рослинності, твердих поверхнях будівель та споруд, верхніх шарах ґрунту, під час танення сніжного покриву, атмосферних опадів у вигляді дощових та зливових вод з автомагістралей та автодоріг, потрапляють у родючий ґрунтовий покрив та поверхневі водні джерела, посилюючи, таким чином, непрямий негативний вплив на людину (рисунок 3.1).

Перетворення в атмосфері викидів від автотранспорту. Час 9,2 сек. Кадрів 12. Повторів 7. Розмір 300х400px.

Рисунок 3.1 – Перетворення в атмосфері викидів від автотранспорту

Склад відпрацьованих газів також залежить від режиму роботи двигуна в умовах міста: низька швидкість та частота її змін, багаторазові гальмування та розгони збільшують виділення шкідливих речовин (табл. 3.2).


Таблиця 3.2 – Концентрація вуглецю оксиду та бенз(а)пірену у вихлопних газах двигуна, що працює на бензині

Режим роботи Вуглецю оксид,
об. % 		Бенз(а)пірен,
мкг/100 м3
Холостий хід 2,5-3 4000
Розгін 2,0-5,0 10000
Рівномірний рух 0,5-1,0 до 4000
Гальмування до 4,5 до 28000

Як видно з таблиці, концентрація бенз(а)пірену та вуглецю оксиди більша під час розгону та гальмування автомобілю.

Викиди шкідливих речовин автомобілів за місцем їх утворення можна розділити на види:

Основні джерела випаровування палива – паливний бак, карбюратор. Вони стосуються бензинових двигунів, дизельне паливо має меншу здатність випаровуватися, й паливна система дизелю більш герметична.

Слід відмітити, що картерні гази від дизельного двигуна приблизно у 10 разів є менш токсичними, ніж у бензинових двигунах.

До відпрацьованих газів, головним чином, відносяться вуглецю оксид, азоту діоксид та вуглеводні. До складу картерних газів та газів, що випаровуються, входять в основному вуглеводні.

У таблиці 3.3 показано кількісне розподілення цих газів [5].


Таблиця 3.3 – Дані з розподілення у викидах від автотранспорту шкідливих компонентів, %

Назва викидів Компонентний склад
CO CmHn NO2
Відпрацьовані гази 100 55 100
Картерні гази – 25 –
Випаровування палива – 20 –

Сучасні автомобілі мають переважно замкнену систему вентиляції картера, яка практично виключає викиди шкідливих речовин у атмосферу. Вони також потрапляють у циліндри двигунів й там згоряють. Основну небезпеку із забруднення навколишнього середовища, й зокрема атмосферного повітря, представляють відпрацьовані гази.

4. Порівняльний аналіз викидів шкідливих речовин від автотранспорту відповідно до українського та європейського законодавства

4.1 Стандарти палива в Українітандарты топлива в Украину

В Україні на сьогодні паралельно існують два стандарти якості бензину. Старі ДСТУ 3868-99 Паливо дизельне. Технічні умови, ДСТУ 4063-2001 Бензини автомобільні. Технічні умови та нові ДСТУ 4839:2007 Бензини автомобільні підвищеної якості, ДСТУ 4840:2007 Паливо дизельне підвищеної якості. Технічні умови (аналог Євро-4). Сумісно обидва стандарти мали діяти до 2011 року, але Держстандартом України перенесено терміни вступу в дію нових стандартів якості нафтопродуктів до невизначеного терміну [6-9].

Одним з головних показників, за яким ДСТУ 4839 (2007) принципово відрізняється від нормативу 4063 (2001), є вміст сірки. У новому стандарті передбачено дві градації: бензин виду II має містити не більше 0,005% сірки (що відповідає нормам Євро-4), а бензин виду I – не більше 0,001% сірки (Євро-5). Перевищення цих норм виводить з ладу дорогоцінні нейтралізатори вихлопних газів.

За вмістом олефінових вуглеводнів (зумовлюють зберігання бензину) та ароматичних вуглеводнів (впливають на токсичність вихлопу та утворення нагару на свічах) ДСТУ 4839 (2007) приблизно на третину жорсткіший за старого ДСТУ 4063 (2001) та відповідає еконормам Євро-4. Вміст олефінових вуглеводнів у паливі не має перевищувати 18 %, ароматичних – 35 % [10].

Бензол не є менш шкідливим – як для двигуна, так і для навколишнього середовища. Це ще одне джерело нагару у камері згоряння, а великий вміст бензолу веде до збільшення частки вуглеводнів, що не горіли, у вихлопних газах та підвищує навантаження на каталізатор. Стандарт 2001 нормує масову частку бензолу дуже лояльно (не більше 5% мас.), а новий стандарт – не більше 1% об.

4.2 Європейські стандарти палива

Європейські стандарти викидів визначають припустимі норми вмісту забруднюючих речовин у вихлопних газах автомобілів. Норми викидів визначаються у серії директив Європейського союзу, із поступовим введенням жорсткіших стандартів.

На сьогодні стандарти Євро нормують викиди азоту діоксиду, вуглеводнів, вуглецю оксиду та твердих часток для більшості типів транспортних засобів, включаючи легкові автомобілі, вантажні автомобілі, поїзди, трактори та аналогічні машини, баржі, але за виключенням морських суден та літаків. Для кожного типу транспортних засобів застосовуються різні стандарти. У таблиці 4.1 наведено порівняльну характеристику нормативів Євро для легкових автомобілів.


Таблиця 4.1 – Характеристика нормативів Євро для легкових автомобілів із бензиновими двигунами, г/км

Норматив Дата прийняття Показники складу викидів
вуглецю оксид азоту діоксид вуглеводні тверді частки
Євро-1 липень 1992 2.720 – 0.970 –
Євро-2 січень 1996 2,200 – 0,500 –
Євро-3 січень 2000 2,300 0,150 – –
Євро-4 січень 2005 1,000 0,080 – –
Євро-5 вересень 2009 1,000 0,060 – 0.005
Євро-6 вересень 2014 1,000 0,060 – 0.005

Європейські норми, в першу чергу, стосуються виробників автомобілів. Саме за результатами випробувань типу автомобілю за спеціальним їздовим циклом, що імітує пересування автомобілю у міському потоці, встановлюється відповідність конкретного типу автомобілю екологічним нормам Євро.

4.3 Методика та результати порівняльного аналізу викидів шкідливих речовин відповідно до українського та європейського законодавства

У зв’язку зі зростанням викидів пересувного транспорту актуальними є розробка, впровадження та подальше посилення нормативів вмісту забруднюючих речовин у відпрацьованих газах автомобілю. Тому в Україні доцільним є введення більш жорстких, наприклад, нормативів Євро-3. У роботі проведено порівняльний аналіз складу викидів від автомобільного транспорту України та у країнах Європи.

Об’єктом дослідження було обрано ділянку автомагістралі на проспекті Богдана Хмельницького між вулицями Челюскінців та Артема, протяжність ділянки приблизно 350 м (рисунок 4.1).

Картографічне розташування досліджуваної ділянки магістралі

Рисунок 4.1 – Картографічне розташування досліджуваної ділянки магістралі

Обрана ділянка знаходиться між двома перехрестями, що дозволяє усереднити дані за викидами під час розгону, гальмування та рівномірного руху автомобілів, й таким чином, їх склад залежатиме лише від пройденого шляху.

Дослідження проводилось за допомогою відеоспостереження обраної ділянки дороги із застосуванням веб-камери протягом тижня. Камера фіксувала кількість автомобілів залежно від часу доби. Обробка отриманих результатів проводилась щоденно, а для розрахунків було взято усереднені дані числа зафіксованих автомобілів протягом години.

Отримані дані дозволили виконати розрахунків об’ємів викидів основних забруднюючих речовин [4]. Для порівняння сумарні середньогодинні викиди (ССГВ) забруднюючих речовин представлені на рисунку 4.2.

Результати розрахунків сумарних середньогодинних викидів на досліджуваній ділянці

Рисунок 4.2 – Результати розрахунків сумарних середньогодинних викидів на досліджуваній ділянці

Оскільки найбільший внесок до суми викидів роблять легкові автомобілі, то розрахунки викидів, що відповідають вимогам Євро-3, виконані для цієї категорії транспорту для вказаних забруднюючих компонентів.

Відповідно до українських та європейських нормативів, має значення й кількісне порівняння викидів. Порівняння здійснюється за азоту діоксидом, оскільки його частка у загальних викидах значно більша, ніж інших компонентів (рисунок 4.2).

Як видно з цих графіків, азоту діоксид має суттєвий внесок у складі викидів автотранспорту, тому порівняльні розрахунки були проведені саме для цього полютанту (рисунок 4.3).

Порівняльні розрахункові дані добової динаміки викидів азоту діоксиду від легкового автотранспорту

Рисунок 4.3 – Порівняльні розрахункові дані добової динаміки викидів азоту діоксиду від легкового автотранспорту

Розрахункові данні добової динаміки викидів показують, що відповідно до української методики розрахунку викиди майже у десять разів перевищують європейські стандарти.

5. Аналіз впливу викидів автотранспорту на окремі складові навколишнього середовища

Метою цієї частини роботи є кількісна оцінка поглинання викидів автотранспорту окремими складовими природного середовища, зокрема ґрунтом та опадами у вигляді снігу та дощу..

5.1 Результати досліджень сніжного покриву на окремих ділянках міста

Ділянки дослідження було обрано на вулицях Артема та Щорса, проспекту Ілліча, Донецького шосе та перехрестя у районі Центрального ринку. Усі об’єкти знаходяться у різних частинах міста та передмістя, характеризуються достатньо високою інтенсивністю руху. Ділянки відбору проб представляють собою відкриті території (незабудовані та без зелених насаджень).

Частково був виконаний аналіз проб сніжного покриву, взятих на відстані 30-50 м от автомагістралі. Частина проб законсервована й знаходиться у роботі.

Вихідною точкою в усіх випадках було узбіччя дороги. Наступна проба відбиралася з кроком 3 м. Проба бралась шляхом зрізу верхнього шару снігу площиною 1 дм2 та глибиною 3 см. Зі снігу видалались залишки рослинності та ґрунту. Кожна проба снігу поміщувалась в окрему ємність для запобігання потрапляння до неї сторонніх речовин.

Паралельно з процесом відбору проб проводився підрахунок автомобілів.

Оскільки до складу викидів автотранспорту входять оксиди азоту, діоксид сірки, сажа, вуглеводні, що не згоріли, у роботі у пробах снігу визначається вміст нітратів та сульфатів(на стадії визначення), як продуктів перетворень вихлопних газів. Аналіз проводиться відповідно до існуючих методик. Також в талій воді визначався рН та вміст зважених часток. Хімічний склад снігу дає можливість простежити динаміку розсіювання газових викидів.

Отримані експериментальні дані аналізу нітратів показують, що розподілення їх у сніжному покриві є нерівномірним. Найбільша концентрація спостерігається на відстані 5-10 м від дороги. Подальше віддалення від дороги приводить до зниження вмісту у 2-4 рази. Таке розподілення пояснюється особливостями викиду та характеристиками вихлопних газів: висока температура, висота викиду, лінійний характер джерела викиду та загальні метеорологічні умови періоду відбору проб.

Вміст зважених речовин та рН талої води є найвищими на узбіччі дороги. У цій точці рН має значення 8-8,5 та знижується з відстанню до рН = 7, що не відповідає літературним даним.

Висновки

У роботі було виконано літературний аналіз впливу автотранспорту на складові природних систем. Розглянуто двигун внутрішнього згоряння, як джерело утворення викидів. Отримані у результаті відеоспостереження данні, дозволили зробити розрахунок викидів забруднюючих речовин (азоту діоксиду, вуглецю оксиду та вуглеводнів). Проведено порівняльний аналіз викидів відповідно до нормативів Євро та України, що показало необхідність посилення українських норм на екологічність автотранспорту. Хімічний аналіз снігу показав неоднорідність складу талої води на різній відстані від дороги. Максимальний вміст нітратів спостерігається на 10 м від дороги, що пов’язане з характером розсіювання вихлопних газів.

При написані цього реферату магістерську роботу ще не закінчено. Остаточний висновок – грудень 2012. Повний текст роботи й матеріали за темою можуть бути надані автором або його керівником після вказаної дати.

Список використаних джерел

  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/