VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Загрязнение атмосферы города Калининграда автомобильным транспортом

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Двойных Д.Д. 1

---

1МАОУ ШИЛИ

Некрасова Т.Н. 1

---

1МАОУ ШИЛИ

Работа в формате PDF

553.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустри­альное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опас­ностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоя­щее время подвергается нарастающему антропогенному воздейс­твию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуа­цию на планете.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопле­ние углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. В наше время во всем мире атмосферный воздух загрязняется вредными веществами. К сожалению, человек сам создает себе то, что его убивает. Например, автомобиль, его выхлопные газы содержат свинец и другие, вредные для здоровья человека вещества (оксиды углерода, азота и серы, еще 280 компонентов вредных веществ). В больших количествах эти вещества осаждаются на землю возле автострад и шоссе. При этом человек не осознает всю опасность. Эти вещества вызывают кислородное голодание, обострение заболеваний сердечно-сосудистой системы, нарушение функций центральной нервной системы, раздражение кожи, слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Даже непродолжительное пребывание человека в зоне с повышенной концентрацией вредных веществ может привести к возникновению серьезных заболеваний.

В своей исследовательской работе я поставила цель: провести количественный расчет транспортных загрязнителей воздуха – оксидов углерода и азота, а также углеводородов – в разных районах города. Тема является актуальной, так как превышение допустимых концентраций вредных веществ может привести к серьезным заболеваниям людей. Объектом исследования явились: перекресток улиц Каштановой аллеи и Яналова, и две площади (Василевского и площадь победы) в городе Калининграде. Изучение перекрестка актуально, так как именно на этом перекрестке находиться школа МАОУ ШИЛИ, и весьма интересно какое количество вредных веществ вдыхают учащиеся, учителя, и остальной персонал школы.

Предмет исследования – загрязнение прилегающих районов оксидами углерода, азота и углеводородами. Для выполнения поставленной цели я поставила перед собой следующие задачи:

1.Провести подсчет количества автотранспорта в 3 точках города;

2.Провести классификацию транспорта;

3.Экстраполировать эти данные на 1 день, на 1 год;

4.Посчитать количество углеводородов, оксидов азота и оксида углерода, выбрасываемых за 15 минут, час, год;

5.Дать примерный расчет вредных выбросов в год на 1 человека в выбранных районах.

1. Литературный обзор

Основные источники загрязнения атмосферного воздуха.

Интенсивное загрязнение воздуха началось в 19 веке в связи с бурным развитием промышленности, которая стала использовать каменный уголь как основной вид топлива, и быстрым ростом городов. О роли угля в загрязнении атмосферы в Европе было известно давно. Однако в 19 веке он был самым дешевым и доступным видом топлива в Западной Европе, в том числе и Великобритании. Но уголь - не единственный источник загрязнения атмосферы. Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество вредных веществ, и, несмотря на значительные усилия, принимаемые в мире с целью уменьшить степень загрязнения атмосферы, находится в развитых капиталистических странах. При этом исследователи отмечают, что если над сельской местностью вредных примесей в атмосфере ныне в 10 раз больше, чем над океаном, то над городом их больше в 150 раз.

Сейчас в США и Англии крупные города получают на 15% меньше солнечных лучей, но зато на 10% больше дождя, града и прочих атмосферных осадков, чем несколько десятилетий назад, огромные материальные потери, которые несут ведущие западные страны.

Только экономический ущерб от загрязнения атмосферы США составлял к началу 70-х годов 16млрд. долларов - почти 80 долларов на каждого жителя (в первой половине 60-х годов он оценивался в 11млрд. долларов). Потери Англии по этой же причине равнялись 275млрд. фунтов стерлингов. Но никакими долларами, фунтами или марками не возместить вред, наносимый здоровью людей.

Крупные капиталистические государства несут львиную долю ответственности и за уничтожение запасов атмосферного кислорода. По некоторым данным, за последние 100 лет уничтожено 240млрд. т. "газа жизни", а взамен в атмосферу было выброшено 360 млрд. т. ядовитой двуокиси углерода.

Дело дошло до того, что ныне промышленность США потребляет в два раза больше кислорода, чем вырабатывают его основные "поставщики" - зеленые растения страны!

Получается, что значительная часть так необходимого и для жизни, и для нужд техники кислорода изымается из мирового баланса и "контрабандно" перемещается в Америку. Жизнь "в кредит без отдачи"!

За первыми признаками нарушения равновесия в природе встает грозное предупреждение: природа не в силах больше безболезненно выдерживать, ее способность к самоочищению исчерпана! Переступив черту, мы вызовем более опасные последствия, которые необходимо предвидеть и своевременно запланировать борьбу с ними. При расширении производства одновременно с увеличением потерь теплоты возрастает количество углекислого газа в атмосфере. В 20 веке его количество в атмосфере увеличилось почти на 9%, что составляет 2*10¹¹ т. Вместе теплота и углекислый газ изменяют теплоотдачу земной поверхности и создают нежелательный "парниковый эффект". Суть его состоит в следующем: в парниках пленка или стекло пропускает солнечный свет, но задерживает теплоту, идущую от нагретой почвы, и тем самым повышает температуру эффект желателен и заранее запланирован, а в масштабах Земли он приводит к нарушению баланса.

Сжигание горючего создает еще одну грозящую человеку опасность - кислородное голодание. Дело в том, что свободный кислород на нашей планете был не всегда, а "приобретен" в процессе существования Земли как побочный продукт жизнедеятельности первичных организмов. Первичные формы жизни были анаэробными, т.е. обходились без кислорода. Он накапливался как продукт их деятельности в результате освобождения из оксидов и других соединений, в которых находился в связанной форме.

По абсолютному выбросу газов автомобиль стоит на первом месте; он источник почти половины загрязнителей воздуха, зарегистрированных в некоторых странах. Главный вред причиняет угарный газ. Выделяемый в основном автомобилями, он почти равен всем другим главным загрязнителям воздуха вместе взятым. При определении негативного влияния автомобилей на качество воздуха, следует учитывать и выброс азота и фотохимических окислителей.

Среди источников загрязнения, отрицательно влияющих на здоровье человека, автомобиль играет значительную, но не главную роль. Окись углерода становится опасной при высокой концентрации, но измерения концентрации на больших площадях и в любое время суток показывают, что ее влияние на организм человека, вероятно, не столь велико по сравнению с другими более редкими загрязнителями.

Судя по тому, что известно об их распределении и вредном эффекте, оксиды серы и разнообразные мелкие частицы (это могут быть смеси сажи, пепла, пыли, капелек серной кислоты, асбестовых волокон и т.д.), по-видимому, вызывают даже больше болезней, чем выхлопные газы автомобилей. Эти загрязнения поступают первоначально от объектов, именуемых "постоянными источниками" - электростанций, заводов и жилых домов. Окислы серы и тонкие частицы пыли обычно концентрируются в местах наиболее интенсивного сжигания угля и главным образом опасны зимой, когда для обогрева приходится сжигать большие топлива. Фотохимический смог, наоборот, бывает более плотным в летнее время.

Долгое время загрязнения воздуха связывали с Экономическим благосостоянием и ростом городов; сегодня эти связи не находят полного оправдания. Но наиболее интенсивное загрязнение воздуха, как и прежде, отмечается в крупных районах, где циркуляция воздуха задерживается и невелика.

В атмосферу ежегодно выбрасываются сотни миллионов тонн различных веществ. Вот сколько их: твердых веществ - 130млн. тонн, двуокиси серы - 180-200; оксидов углерода - 350-400; оксидов азота - 60-65; углеводородов - 80-90 млн. тонн. Выходит, что вся наша атмосфера представляет собой аэрозоль, так как содержит массу взвешенных частиц. Массу аэрозольных частиц поставляют химические предприятия в процессе превращения газов в твердые тела. Так, при образовании сульфатов из двуокиси серы в воздух за тот же срок уходят 150млн. тонн частиц. Всего из-за деятельности человека в год в атмосферу вносится 350-400млн. тонн пыли.

Как мы уже выяснили, существуют два главных источника загрязнения: естественный и антропогенный.

К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия. Т.е. промышленная революция и урбанизация привели к значительному усилению загрязнения воздуха.

1.2. Меры охраны атмосферного воздуха.

Москва - это один из самых "зеленых" городов мира. На каждого москвича приходится более 18кв.м. зеленых насаждений, а озелененной территории - скверов, парков и газонов - еще больше: в среднем 45кв.м. Это в 2 раза превышает научно-обоснованные гигиенические нормы. Москва не исключение. В Харькове на каждого жителя приходится 84 кв. зелени, а в Свердловске еще больше - 150кв.м. "Контроль чистоты атмосферы" - такие надписи на специально оборудованных постах можно увидеть во многих городах России. Лесопарковые пояса шириной 5-10км. окружают Москву, Харьков, Ленинград, Киев, Минск, Челябинск и другие крупнейшие города нашей страны. Однако увеличение зеленых насаждений - это лишь пассивная мера борьбы за чистоту воздуха.

Нужна активная борьба со смогом. Он состоит из двух частей: дыма и пыли от заводов и выхлопных газов автомашин.

Автомобиль почти ровесник века. Он был изобретен, чтобы облегчить жизнь людей, но постепенно превратился в источник опасности. Принимаются специальные меры для снижения этой опасности. Грузовой транспорт в городах движется только по отделенным для него магистралям, по кольцевым дорогам в объезд городов. В самом городе строятся подземные переходы и тоннели для машин. Над тротуарами возникли автомобильные эстакады. Все менее токсичным стараются сделать горючее для автомашин. К бензину добавляют различные добавки, снижающие токсичность выхлопных газов, делаются смеси из воды, спирта и бензина. Водяные пары способствуют более полному сгоранию топлива. Присутствие спиртов в горючем снижает содержание угарного газа в выхлопах. На улицах городов появились в большом количестве автомобили, работающие на природном газе. Их двигатель дает меньше вредных выбросов. К тому же газ примерно в 2 раза дешевле бензина.

Полностью решить проблему загрязнения воздуха можно только при перестройке технологий действующих и вновь строящихся предприятий, путем организации безотходного производства. Постепенно появляется все большее количество заводов, работающих по замкнутому циклу. Например, в Ленинграде внедрена система очистки промышленных выбросов с одновременным использованием улавливаемых газов для получения серной кислоты. Таким путем полностью ликвидировали выбросы в атмосферу на ряде заводов Урала, Украины и много других регионов нашей страны.

Создание безотходного производства во всех отраслях промышленности требует решения ряда сложных инженерно- технологических задач, огромных капиталовложений.

2. Место и методика исследования

Для проведения исследования мы выбрали три наиболее оживленных в транспортном отношении района:

Площадь Василевского;

Площадь Победы;

Перекресток улиц Каштановая аллея – Яналова.

Места исследований отмечены на карте города (приложение 1).

Подсчет проводился с 02.10.2018 по 25.10.2018 года включительно. Время эксперимента выбрали определенное – с 14 до 16 часов; с 17 до 19 часов.

Отсчет машин проводился в течение 15 минут каждого промежутка наблюдений, затем это число умножалось на 4 (интенсивность движения транспорта). Перед выходом ознакомились с марками автомобильного транспорта. Для этого приняли условное деление на 6 групп:

Грузовые автомобили с бензиновыми двигателями (ГАЗ, ЗИЛ) – группа Г1;

Грузовые автомобили с дизельными двигателями (МАЗ, КАМАЗ, большегрузные фургоны) - группа Г2;

Автобусы с бензиновыми двигателями (ПАЗ, ЛАЗ) – группа А1;

Автобусы с дизельными двигателями (рейсовые и «Икарусы») – группа А2;

Легковые служебные машины («Скорая помощь» различные «рафики», «газели») – группа Л1;

Все остальные легковые машины отечественных и зарубежных марок – группа Л2.

2.1 Характеристика районов исследования

Районы исследования являются наиболее оживленными транспортными развязками в городе Калининграде и имеют стратегическое значение для города и его нормального функционирования. Несмотря на огромную интенсивность движения, два исследуемых района находятся практически в центре города, и вокруг находится большое количество жилых домов. Чтобы наиболее полно оценить экологическую обстановку в данных районах в дальнейшем можно провести исследование в разное время по неделям, месяцам, сезонам и годам.

3. Результаты исследования

3.1 Подсчет количества автотранспорта на объектах исследования

В соответствии с методикой исследования мы провели подсчет количества автомобилей. Результаты исследования внесли в таблицы (приложение 2, приложение 3, приложение 4). По результатам исследований были построены диаграммы, на которых показано соотношение транспорта по различным группам, времени и районам исследования (приложение 5, приложение 6, приложение 7). По подсчетам была составлена следующая классификация (Таблица 1)

Таблица 1

3.2 Подсчет выбросов автотранспортом в исследуемых районах

Экспериментальным путем установлено, что масса выбрасываемого загрязняющего ве­щества зависит от типа автомобиля, марки двигателя, вида топлива, технического состоя­ния машины. Расчет ведется для каждого из ос­новных типов автомобилей и вида загрязните­ля отдельно по формуле:

M = m*k*r

М — масса определенного загрязняющего вещества (например, СО), выброшенного од­ним автомобилем данного типа на протяже­нии 1 км;

т — удельный выброс (г/км) опреде­ленного загрязнителя, установленный экспе­риментальным путем; (Таблица 2)

k, r— коэффициенты влияния факторов, определяющих техничес­кое состояние каждого типа автомобилей на выброс определенного вида загрязнителя. (Таблица 3)

Таблица 2

Таблица 3

Используя формулу, рассчитали массу выделившихся вредных веществ по каждому виду транспорта.

В течение 15 минут транспорт, проходящий по трем транспортным развязкам, производит выброс оксидов углерода и азота, углеводородов в следующих количествах: (таблицы 4,5,6).

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Рассчитав выбросы от автотранспорта, оседающие в нашем городе в течение 1 часа, дня и года, поневоле встает вопрос о благополучности экологической обстановки в городе в целом (приложение 8, приложение 9, приложение 10). На диаграммах показаны сравнительные данные годового выброса вредных веществ по районам исследования (приложение 11, приложение 12, приложение 13), а так же месячного и дневного выброса (приложение 14, приложение 15 и приложение 16). Разделив количество вредных веществ на число жителей города приблизительно 459 560 человек, выходит, что каждый из нас в год «получает» 758 кг оксидов углерода, 146 кг различных углеводородов, 44 кг оксидов азота. Цифры впечатляют.

4.Выводы

Из всего сказанного можно сделать вывод о неблагоприятной обстановке в нашем городе. Большую лепту в загрязнение атмосферного воздуха вносит транспорт, в частности автомобильный. Как всем известно, Калининград – это бывший немецкий город «Königsberg». Пропускная способность улиц города не была рассчитана на поток автотранспорта, который сложился в настоящее время. Город просто задыхается в потоке машин, естественно, в выбросах продуктов сгорания топлива.

Топливо, применяемое для заправки автотранспорта не всегда хорошего качества. При плохом качестве бензина количество вредных выбросов в окружающую среду увеличивается. Основные причины плохого качества бензина – отсутствие контроля за качеством при поступлении, хранении и продаже бензина на автозаправочных станциях. Сегодня лишь небольшая часть производимого бензина не содержит в составе добавок на основе свинца. Качество солярки оставляет желать лучшего, оно сопоставимо с ценой, которая ниже цены бензина. Для уменьшения количества вредных выбросов необходимо контролировать качество бензина и дизельного топлива.

Что касается загрязнения атмосферы Калининградской области изнутри, то здесь практически на равных конкурируют выбросы с промышленных предприятий и выхлопные газы автомобильного транспорта. Автомобильный транспорт в последнее время лидирует: его доля среди прочих загрязнителей атмосферы составляет 63% в целом по Калининградской области и 54% по Калининграду.

Итак, выхлопы автотранспорта на первом месте среди внутренних загрязнителей воздуха Калининградской области. Второе место, разумеется, принадлежит вредным выбросам со стационарных источников. Особо остро в регионе стоит проблема с очистными сооружениями на промышленных предприятиях. И пока её не удастся решить, в атмосферу будут продолжать поступать твёрдые, газообразные и жидкие загрязнители.

Решением экологической проблемы может стать перевод автотранспорта на газ. Содержание вредных веществ в выхлопах таких автомобилей гораздо ниже (на 25-40%). Во многих городах можно услышать предложение органов управления не пользоваться автотранспортом в определенные дни, чтобы снизить содержание вредных веществ в атмосфере. Необходимо увеличивать количество зеленых насаждений вдоль дорог, разбивать новые скверы и парки. Растения обогащают воздух кислородом. На деревьях оседает до 70% пыли и большая часть оксидов серы и углерода. Выхлопные газы лучше поглощают клен красный, облепиха, лиственница, пихта, ель, туя западная, можжевельник обыкновенный казацкий. Поэтому есть смысл высаживать именно эти деревья вдоль автотранспортных магистралей. Лучший фильтр для тяжелых металлов – черемуха. Деревья нейтрализуют «летучие» вредные вещества и обогащают воздух полезными для человека веществами: фитонцидами и эфирными маслами. Они повышают работоспособность, стимулируют деятельность сердечно-сосудистой системы, дыхательной и кровеносной систем. Частично загрязнения можно снизить, устанавливая в двигателях автомобилей фильтры, организуя четкое движение транспорта на улицах без смены режима работы автомобильного двигателя, обеспечив движение грузового транспорта в обход города.

5. Список литературы

Фелленберг Т. Загрязнение окружающей среды М.: Мир, 1997

Красилов В.А. Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты. М.: Институт охраны природы и заповедного дела, 1992

Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. В 3 кн. М. :Бангея, 1996 т.3

Российская экологическая газета «Зеленый мир» 1994-1999

Небел Б. Наука об окружающей среде. В 2 тт. М.:Мир, 1993

http://xn----7sbiew6aadnema7p.xn--p1ai/sity_id.php?id=40

http://www.dishisvobodno.ru/ekologiya-kaliningradskoy-oblasti.html

6. Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Подсчет количества автотранспорта на Площади Василевского

Приложение 3

Подсчет количества автотранспорта на перекрестке Яналова-Каштановая аллея

Приложение 4

Подсчет количества автотранспорта на площади Победы

Приложение 5

К лассификация транспорта на площади Василевского

Приложение 6

К лассификация транспорта на перекрестке Яналова – Каштановая аллея

Приложение 7

К лассификация транспорта на площади Победы

Приложение 8

Выбросы оксида углерода (2) в зависимости от группы транспорта

Приложение 9

Выбросы углеводородов в зависимости от группы транспорта

Приложение 10

Выбросы оксидов азота в зависимости от группы транспорта

П риложение 11

П риложение 12

П риложение 13

Приложение 14

CO

Приложение 15

C_xH_y

Приложение 16

NO_x