Изучение загрязнения окружающей среды в селе Тойси выхлопными газами на трассе Яльчики – Батырево. Исследовательская работа выполнена Рубцовой А. и Руссовой В.10 класс.2007 г.

Введение

Без здоровой окружающей среды не может быть ни здорового общества, ни социальноактивных граждан. К сожалению, в настоящее время в России экологическая ситуация характеризующая прогрессирующей деградацией окружающей природной среды, и ухудшение здоровья нации свидетельствуют о том, что в стране не обеспечивается экологическая безопасность, которая составляет часть (наряду с государственной, военной, личной) национальной безопасностью.

Экологическая обстановка в России, как и во всём мире, превращается из неблагоприятной в кризисную. Кризисная экологическая ситуация обостряется ещё и тем, что страна переживает смену общественно – экономических отношений. России досталось тяжёлое наследие: до 1990х гг. антропогенное воздействие на окружающую среду в СССР непрерывно возрастало за счёт освоения всё более обширных новых территорий, роста затрат природных ресурсов на промышленное и сельскохозяйственное производство и увеличения потока загрязняющих веществ.

Актуальностьвыбранной темы.

Наша территория села Тойси подвергается загрязнению продуктами сгорания от выхлопных газов, а так же резиновой и асбестовой пылью. Загрязнение воздуха влияет на здоровье взрослых и детей. В нашей школе с каждым годом растёт количество детей с хроническими заболеваниями дыхательных путей, снижается иммунитет.

В запыленности воздуха главная роль принадлежит автотранспорту. Резиновая и асбестовая пыль представляет большую опасность для здоровья человека. Резиновая пыль является продуктом износа автомобильных шин. Асбестовая пыль является следствием износа фрикционных накладок, дисков, сцепления тормозных колодок. Асбест плохо выводится из организма, поэтому процесс его воздействия на внутренние органы, лёгкие, слизистую оболочку очень длителен, может достигать 10-15 лет, и до конца ещё не изучен.

В содержании работы рассматриваются следующие вопросы:

1. Актуальность рассматриваемой проблемы.

2. Влияние выхлопных газов на здоровье человека.

3. Влияние роста автомобильнойпромышленности на состав воздуха.

4. Выхлопные газы - причина появления канцерогенных веществ в воздухе.

6. Путиснижения выбросов и токсичности выхлопных газов.

Цель: исследование проблемы загрязнения воздуха выхлопными газами

Объект исследования : процесс загрязнения воздуха выхлопными газами в селе Тойси за сутки

Предмет исследования: главная трасса Яльчики – Батырево, проходящая через село Тойси с протяженностью 1 км.

Гипотеза исследования: загрязнение воздуха отрицательно влияет на здоровье человека

Задачи исследования:

1) Изучить вопросэкологической обстановки в Тойси.

2) Выяснить влияние выхлопных газов на здоровье человека.

3) Проанализировать влияние роста автомобильнойпромышленности на состав

воздуха.

4) Обосноватьпричину появления канцерогенных веществ в воздухе.

5) Изучить химический состав автомобильных выхлопных газов.

6) Обозначить способы снижения выбросов и токсичности выхлопных газов.

7) Привестипримеры типичных случаев отравления выхлопными газамив замкнутом пространстве.

8) На основе изученных вопросов сделать вывод о негативном влиянии выхлопных газов на здоровье человека.

Автомобильный транспорт - один из основных загрязнителей окружающей среды.
Автомобиль стал бы гораздо безвреднее для окружающей его среды, если бы в его двигателе углеводородное топливо превращалось исключительно в углекислый газ и водяные пары. Но… Температура горения топлива бывает или слишком высокой, или очень низкой, что приводит к его неполному сгоранию. Кроме того, не следует забывать о качестве самого горючего и примесях, содержащихся в нем. Все это, как известно, приводит к возникновению токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота и серы, несгоревших углеводородов и прочих газов, а также твердых частиц сажи и соединений свинца.

Влияние выхлопныхгазов на здоровье человека.

Увеличение масштабов сжигания нефтепродуктов является причиной загрязнения воздушной среды. В особенности это стало ощутимым с развитием с автомобильноготранспорта. Бензин, израсходованный на приведение в действие двигателей внутреннего сгорания, никуда не исчезает. Отдавая заключённую в нём энергию химических связей, он разлагается на более простые вещества – оксиды углерода, сажу, углеводороды и др. Наибольшее количество загрязняющих атмосферу веществ выбрасывается с выхлопными газами автомобилей. Анализ выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания показал, что в них содержится около двухсот различных веществ, большинство из которых токсично. Основные компоненты выхлопных газов приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что количество выбросов существенно зависит от конструкции двигателя, при этом дизельные двигатели экологически оказываются более приемлемыми. Однако в не меньшей степени количественныйи качественный составвыхлопных газов зависит от технического состояния, условий и режима работы двигателя. Особенно резко увеличивается концентрация вредных веществ в выбросах автомобилей при работе на холостом ходу.

Карбюраторные двигатели выбрасывают значительно больше несгоревших углеводородов и продуктов неполного окисления (альдегидов, оксида углерода). Пройдя 15 тыс. км, каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу более 3 т диоксида углерода, 93 кг углеводородов, 0.5т оксида углерода, около 30 кг оксидов азота.

Само по себе попадание в окружающую среду с выхлопными газами токсичных веществ является весьма нежелательным, так как они представляют реальную опасность для здоровья людей. Так, оксид углерода инактивирует гемоглобин, обуславливая кислородную недостаточность тканей, вызывая расстройство нервной и сердечно – сосудистой систем, а так же способствует развитию атеросклероза. Оксиды азотарезко раздражают лёгкие и дыхательные пути, способствуя возникновению воспалительных процессов в них. Под влиянием оксидов азота образуется метгемоглобин, понижается кровяное давление, возникает головокружение, сонливость, расстройство дыхания и кровообращения.

Выхлопные газы

Выхлопные газы – причина образования канцерогенных веществ в воздухе.

Химический состав автомобильных выхлопных газов.

Наибольшую опасность представляют оксиды азота , примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ , доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4-5% от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается, однако особенно, что непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения - составляющие смогов .

Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды - сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен , кроме него обнаружены производные антрацена :

· 1,2-бензантрацен

· 1,2,6,7-дибензантрацен

· 5,10-диметил-1,2-бензантрацен

Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входит оксиды серы, при применении этилированных бензинов - свинец (Тетраэтилсвинец ), бром , хлор , их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога .

Исследовательская работа

«Характеристикаавтотранспорта».

Я решила изучить долю загрязнения окружающей среды автомобилями, проезжающими через наше село. Село Тойси расположено в Батыревском районе Чувашской Республики. Рядом с нашим районом расположен другой район – Яльчики. А наше село расположено как раз между селами Яльчики и Батырево.

Дело было этой осенью. В один прекрасный день мы с подружкой решили прогуляться по селу.Гуляли долго и становилось уже скучно, но вдруг мне в голову пришла одна замечательная мысль: подсчитать сколько машин проезжает через наше село за 1 час, за сутки, в неделю, в год. Я высказала ей свою мысль, она меня поддержала. А ведь машины не только проезжают, они оставляют после себя вредные и ядовитые вещества, содержащиеся в выхлопных газах. Как они влияют на наше здоровье и на окружающую среду? Мы долго не думали. Пошли к Ирине Витальевне, учительнице по биологии и химии, и рассказали ей о наших размышлениях. Она нас похвалила за сообразительность и предложила написать нам исследовательскую работу по этой теме. Мы с Верой сразу же согласились и принялись за работу.

Сначала мы подсчитали, сколько автомобилей проехало через наше село утром. 6 сентября с 7:00 до 8:00 мы подсчитали 48 легковых автомобилей, 12 микроавтобусов (газели и УАЗы), 10 грузовых машин и 10 тракторов. Интересно, сколько килограммов выхлопных газов поступает в атмосферу утром? А за весь день? А за сутки? А за неделю? А за год?

Известно, что один автомобиль в течении суток может выбрасывать до 1кг выхлопных газов, в состав которых входит около 0,03кг угарного газа, 0,006кг оксида азота. Предположим, что автомобили движутся со скоростью 60км/ч. Протяженность нашего села составляет 1км. Тогда наше село они проезжают за 1 минуту.

По моим расчетам, утром в наше село автомобили выбрасывают ~0,0549кг выхлопных газов.

Посчитали днем, 12 сентября с 12:00 до 13:00. Тогда за 1 час проехало 32 легковых автомобилей, 12 микроавтобусов (газели и УАЗы), 8 грузовиков и 3 трактора. За этот промежуток времени в селе Тойси в атмосферу поступает ~0,0389144кг выхлопных газов.

25 сентября мы посчитали количество автомобилей, проезжающих через наше село вечером. Вечером с 17:00 до 18:00 через наше село проезжают 50 легковых автомобилей, 10 микроавтобусов, 10 тракторов. Поступает ~ 0,0520кг выхлопных газов.

По моим расчетам, ночью тоже в наше село поступает огромное количество выхлопных газов. Мы считали 6 октября в промежутке от 23:00 до 24:00. Тогда через наше село проезжало 60 легковых автомобилей. Значит, и ночью выхлопные газы поступают в наше село ни чуть ни меньше, чем днем - ~0,0416кг.

В среднем за 4 часа

Автомобили время	грузовики	легковые	микроавтобусы	тракторы	всего
12-13
17-18
23-24

Исходя из всех этих данных, которых мы посчитали, можно вычислить среднее число автотранспорта, проезжающего через наше село. Среднее число автотранспорта за сутки составляет 1656 единиц, а за неделю – 11592 единиц, а за месяц – 51336 единиц, а за год – 616032 единиц! Значит, за сутки в нашем селе поступают в атмосферу~1,15кг выхлопных газов, туда входят ~0,0345кг угарного газа и ~0,0069кг оксида азота! А за год ~427,8кг выхлопных газов, где ~12,834кг составляет угарный газ и ~0,0025698кг составляет оксид азота!

Автомобили время	грузовики	легковые	микроавтобусы		тракторы	всего
В среднем за 4 часа
В среднем за сутки		1140				2346
В среднем за неделю		7980		1680		16422
В среднем за месяц	4278	35340		7440	4278	72726
В среднем за год	50370	416100	87600		50370	856290

По-моему, это огромное число для нашего маленького села. Окружающая среда и воздух загрязняются. Воздух является одним из важнейших элементом среды. Воздушная среда необходима для дыхания человека. Человеческий организм постоянно испытывает потребность воздуха. Это обусловлено физиологическим значением дыхания. При вдохе в органы внешнего дыхания поступает воздух, в котором содержится необходимый для организма кислород. Человек дышит воздухом помещения, рабочего места и воздушного бассейна населенного пункта, где он живет. Рассеивание в воздушной среде промышленных и автомобильных выбросов изменяет химический состав атмосферы. В воздухе городов часто или постоянно обнаруживаются вредные вещества. По мере накопления отходов в окружающей среде происходит вначале исчезновение чувствительных к загрязнителям видов, затем, по мере устойчивых видов, изменение структуры экосистемы, замещение одной экосистемы другой или опустынивание территории. Накопление в окружающей среде отходов, токсичных для здоровья человека, вызывает угнетения здоровья вначале отдельных людей, имеющих ослабленное здоровье, затем - здоровье большей и большей части населения. Это является суровым экологическим предупреждением о том, как хрупка защитная система организма человека. Таким образом, воздействие человека на природу в индустриальную эру действительно стало фактором, превосходящим все природные силы, которые когда-либо влияли на развитие жизни, родных циклов подрывает существование не только различных биологических видов, но и его самого.

Действительно, мы редко задумываемся над тем, что мы практически дышим «выхлопными газами». Ведь когда человек здоров, он хорошо себя чувствует, ходит пешком, ездит на автомобиле.… Наверно он думает, что когда он ходит пешком, то дышит свежим и чистым воздухом.… А когда человек едет на автомобиле, не задумывается, что он загрязняет окружающую среду и воздух, а потом сам же его вдыхает. Да, я понимаю, что без автомобилей в настоящее время не обойтись. Для того, чтобы автомобили выделяли в окружающую среду меньше вредных веществ, надо на них поставить другие двигатели, которые не выделяли бы столько много выхлопных газов, сколько выделяют двигатели современных автомобилей.

Сколько таких деревень и сел, как наше село, да что там деревни и села, сколькобольших районов да городов, которые помимо автомобилей загрязняются еще заводами, фабриками, промышленными предприятиями и т.д. Если только в нашем селе за сутки в атмосферу поступает ~1,15кг выхлопных газов, то в Батыревском районе 48 деревень и сел, значит, приблизительно в атмосферу поступает 55,5кг выхлопного газа! И это всего лишь за сутки! А за год – ~20257,5кг выхлопного газа! Это огромное количество! Это вред не только для окружающей нас среды и воздуха, но в главную очередь – для нашего здоровья!

Также мы посчитали, сколько пыли оседает за сутки в нашем селе при проезде автотранспорта.

За сутки через наше село проезжает 1200 легковыхавтомобилей,микроавтобусов 240 (газели и УАЗы), 14 грузовиков. На 1 км дороги оседает у одного автомобиля в среднем0,2 гр.пыли. Умножим на количество проходимого транспорта – 290,8 гр. в сутки, 103,5 кг в год.

Компоненты			Примечание
	Карбюраторные	Дизельные
N 2 O 2 H 2 O (Пары) СО 2 Н 2 СО NO x C n H m Альдегиды Сажа Бензапирен	74-77 0,3 – 8 3,0 – 5,5 5,0 – 12,0 0 – 5,0 0,5 – 12,0 До 0,8 0,2 – 3,0 До 0,2 мг/л 0- 0,004 г/м 3 10 – 20 мкг/м 3	76- 78 2 – 18 0,5 – 4,0 1,0 – 10,0 0,01 – 0,50 0,0002 – 0,5 0,009 – 0,5 0,001–0,09 мг/л 0,01 – 1,1 г/м 3 До 10 мкг/м 3	Нетоксичен Токсичен

Заключение.

А в заключении хочу сказать, чтопри создании этого проекта мнепотребовалось немало времени, чтобы провести исследования, найти дополнительную информацию. Данная информация для меня является не маловажной.

Каждый человек должен задуматься о том, какие серьёзные последствия несёт атмосфера, пропитанная вредными химическими веществами. Жизнь, данная нам однажды природой не должна нарушаться искусственными факторами, которые негативно сказываются на здоровье человека.

Подумайте об этом!

Использованная литература:

1) «Аванта+» Москва 2002г.

2) Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. – 2-е изд. – М.:

3) Химия, 1995.

4) В. Володин «Человек. Энциклопедия для детей»

5) Н.Л.Глинка «Общая химия»

Хайруллин Данил - 6 класс

«Тот, кто не знает математики, не может узнать никакой

другой науки и даже не может обнаружить своего невежества».

Роджер Бэкон

В связи с увеличением количества автомобилей в настоящее время, изучение транспортного фактора загрязнения атмосферы становится актуальным.

Цель этой исследовательской работы - методом простых математических вычислений доказать проблему загрязнения воздуха выхлопными газами в Бик-Утеевском сельском поселении. Выбросы выхлопных газов - основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ в атмосфере и образования смога. В отношении суммарного объема выходящих из глушителя автомобиля выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру - один килограмм сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 килограммов смеси различных газов. Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ.

Оказывается длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма - иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний.

Основными источниками загрязнения воздуха в моей деревне является автомобили и сельхозмашины, их выхлопные газы. Я думаю, как можно быстрее нужно придумать безвредные виды топлива, например, с использованием солнечной или водной энергии.

Каждый населенный пункт должен иметь зелёную зону, которая должна служить «зелёными лёгкими». Мы знаем, что деревья очищают воздух, поглощая углекислый газ, и выделяет кислород, задерживают пыль (например, тополь).

В данной работе я постаралась путем математических расчетов раскрыть суть проблемы, связанной с загрязнением атмосферного воздуха, выяснить, почему эта проблема является для человечества угрозой номер один.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МБОУ «Бик-Утеевская основная общеобразовательная школа Буинского муниципального района Республики Татарстан»

Примерный расчет

вреда от выхлопных газов

По Бик-Утеевскому Сельскому Поселению

Хайруллин Данил Рифатович,

1. класс,

Руководитель исследовательской работы :

Салаватуллина Фарида Фидаиловна,

учитель математики
МБОУ «Бик-Утеевская ООШ Буинского м.р. РТ»

2013 год

1. Введение
2. Теоритическая часть.
3. Практическая часть.

3.2. Примерный расчёт выбросов вредных веществ автомобилями.

3.3. Примерный расчёт выбросов вредных веществ тракторным парком ООО СХП «Бола».

4. Заключение.

5. Список литературы.

Введение

«Тот, кто не знает математики,

не может узнать никакой другой науки

и даже не может обнаружить своего невежества»

Роджер Бэкон

16 сентября 1987 года был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя. 16 сентября этого учебного года в рамках Международного дня озонового слоя в нашей школе прошла республиканская природоохранная акция «Урок чистоты». Акция прошла в форме беседы, в ходе которой мы в доступной форме познакомились с такими понятиями как озон, озоновый слой, с информацией о значении озонового слоя, о причинах его разрушения и методах восстановления. Предполагается множество причин ослабления озонового щита. Во-первых – это запуски космических ракет, сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то думали, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго.

Да, опасность необратимых изменений в природе становится реальной. Ученые бьют тревогу: жизнь на Земле на гране экологической катастрофы. По данным Всемирного союза охраны природы за последние 500 лет полностью вымерло 844 вида животных, а 23 % млекопитающих и 16 % птиц в мире находятся под угрозой вымирания. Ежегодно сжигается 1 млрд тонн топлива, выбрасываются в атмосферу сотни млн. тонн оксидов азота , серы , углерода , часть из них возвращается в виде кислотных дождей , сажи , золы и пыли . Почвы и воды загрязняются промышленными и бытовыми стоками и другими отходами.

Полученные информации заставили меня задуматься: Что же нас ожидает - новые проблемы или безоблачное будущее? Каким будет человечество через 100, 200 лет? Сможет ли человек своим разумом и волей спасти себя самого и нашу планету от нависших над ней угроз? А что конкретно я могу сделать, чтобы спасти нашу планету?

Ведь не только космические корабли и фабричные трубы загрязняют воздух нашей планеты, еще есть автомобили, которые ежедневно выбрасывают в атмосферу по всему миру многочисленные тонны ядовитых газов и паров, продуктов сгорания химических веществ. Значит, автомобиль тоже источник загрязнения окружающей среды? А в связи с увеличением количества автомобилей в настоящее время, изучение транспортного фактора загрязнения атмосферы становится актуальным.

Цель моей исследовательской работы - методом простых математических вычислений доказать проблему загрязнения воздуха выхлопными газами автотранспорта и сельхозмашин Бик-Утеевского сельского поселения.

Для решения поставленной цели я определил следующие задачи:

1. Изучить литературу по данной проблеме.

2. Определить влияния выхлопных газов автотранспорта на здоровье человека и животных.

4. Провести примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев.

Методы моих исследований: опросы и анкетирование, математические вычисления при помощи микрокалькулятора, сопоставления данных.

Теоритическая часть.

Сегодня трудно представить себе человеческую цивилизацию без автомобиля. Но то, что машина из блага цивилизации может превратиться в ее бич, человечество стало понимать сравнительно недавно. Автомобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере.

Из страницы Интернет-сайта Викепедия я узнал следующие понятия. Выхлопные или отходящие газы являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов - основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ в атмосфере и образования смога. В отношении суммарного объема выходящих из глушителя автомобиля выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру - один килограмм сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 килограммов смеси различных газов.

Дальше я изучил примерный состав автомобильных выхлопных газов, названия некоторых я еще не совсем понимаю, но я представляю их %-ное содержание (Таблица №1). В состав выхлопных газов входят и нетоксичные вещества, это - азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ. А токсичные вещества и канцерогены я выделил жирным цветом. Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ (CO).

Таблица №1

N 2 , об.%	74-77	76-78
O 2 , об.%	0,3-8,0	2,0-18,0
H 2 O (пары), об.%	3,0-5,5	0,5-4,0
CO 2 , об.%	0,0-16,0	1,0-10,0
*, об.% (угарный газ)	0,1-5,0	0,01-0,5
Оксиды азота *, об.%	0,0-0,8	0,0002-0,5
Углеводороды *, об.%	0,2-3,0	0,09-0,5
Альдегиды *, об.%	0,0-0,2	0,001-0,009
Сажа **, г/м 3	0,0-0,04	0,01-1,10
Бензпирен -3,4**, г/м 3	10-20·10 −6	10×10 −6

Оказывается длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма - иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, бронхита, пневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга, могут возникнуть различные нарушения сердечно-сосудистой системы. Учеными замечено, что собаки, кошки, другие мелкие животные подвержены больше риску, так как выхлопные трубы автомобилей расположены на небольшом расстоянии от земли и первыми, кто получает свою долю выхлопа, становятся именно братья наши меньшие.

1. Практическая часть.

3.1.Сбор и обработка информации.

Для достижения поставленной цели я обратился в Бик-Утеевский Сельский Совет с просьбой предоставить информацию о количестве жителей и автотранспорта. По данным Сельского Совета на начало года в Бик-Утеевском Сельском поселении зарегистрировано 517 человек, в том числе дети дошкольного возраста 38, 132 пенсионера старше 70 лет; 72 легковых автомобиля различных марок. Значит, каждый седьмой житель имеет личное транспортное средство.

Во-вторых, я о братился в бухгалтерию ООО СХП «Бола» с просьбой оказать содействие в расчёте содержания выхлопов отработанных газов при сельхоз работах. Полученные данные я внес в таблицу№2.

Таблица №2

п/п	Наименование транспортного средства	Вид двигателя	Количество, шт	Отработано за 1 год
				Км. пробега	Эталон гектар
	Грузовые автомобили различных марок	Дизельный		202 590
		Бензиновый		296 126
	Колесные трактора различных марок	Дизельный			1748
	Гусеничные трактора различных марок	Дизельный			1163
	Зерноуборочные комбайны различных марок	Дизельный
	Кормоуборочные комбайны	Дизельный

В-третьих, я провел опрос своих сверстников и учителей школы, которым задал следующие вопросы:

1. Есть ли у вас, автомобиль?
2. Какой вид топлива он использует?
3. Средний пробег автомобиля за год?

В опросе участвовали 20 человек. В результате я получил следующие данные:

Таблица № 3

№ анкеты	Вопрос № 1	Вопрос № 2	Вопрос № 3	№ анкеты	Вопрос № 1	Вопрос № 2	Вопрос № 3
	Да	бензин	48100		Да	бензин	30800
	Да	бензин	8900		Да	бензин	28000
	Да	бензин	15000		Да	бензин	45000
	нет				Да	бензин	20000
	Да	бензин	32000		да	бензин	22000
	Да	бензин	30100		Да	бензин	18000
	Да	бензин	7500		Да	бензин	17000
	Да	бензин	23000		Да	бензин	21000
	нет				Да	бензин	17000
	Да	бензин	35000		Да	бензин	13500

Из 20 анкетированных 18 имеют автомобили. Средний пробег одного автомобиля за один год примерно 26600 км. Основной вид топлива – бензин.

Дальше я произвел математические расчеты. При расчетах воспользовался методическими указаниями для выполнения расчетно-практических работ при расчете вредных выбросов.

К выбрасываемым автотранспортом вредным веществам относятся угарный газ, углеводороды и оксиды азота.

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

Общий пробег автотранспорта за год;

Нормы расхода топлива транспортом;

Таблица №4

Значение коэффициента, определяющий выброс вредных веществ от автотранспорта, в зависимости от вида горючего приведены в табл. 5.

Таблица №5

Коэффициент численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомашины количества топлива (в литрах), необходимого для проезда 1 км.

3.2 Расчёт выбросов вредных веществ автомобилями.

Расчет расхода топлива я внес в таблицу №6.

Тип транспорта	К-во автом обилей, шт	Средний пробег в год, км.	Всего пробег, км	Расход топлива на 1 км, литр
Легковой автомобиль		26600	1915200	0,12	229864
			296126		88838
			202590	0,35	70906

Затем я рассчитал количество выделившихся вредных веществ от автотранспорта и внес в таблицу №7 .

Тип транспорта	Всего расход топлива за год, литр	Суммарное количество вредных веществ на 1 литр, литр	Всего суммарное количество вредных веществ, литр
Легковой автомобиль	229864	0,74	170099
Грузовой автомобиль с бензиновым двигателем	88838	0,74	65740
Дизельный грузовой автомобиль	70906	0,17	12054
Итого			274893

Полученные цифры испугали меня, неужели так много? Тут учительница мне объяснила: « Давай разберёмся, ни в коем случае нельзя путать. Для жидкости это довольно большое число. А для газа нет? В газах расстояние между молекулами много больше размеров самих молекул. Газ можно сжать так, что его объем уменьшится в несколько раз. Если представить что-то более плотное, то объём сократится в десятки и сотни раз. Постарайся рассеять иллюзии».

1. Расчёт выбросов вредных веществ тракторным парком ООО СХП «Бола».

В хозяйстве за один год всего отработано 3930 эталон гектар, потрачено 27510 кг топлива. При расчетах необходимо учитывать мощность двигателя и виды работы, поэтому я взял приблизительные величины.

	Массовый выброс загрязняющих веществ	Всего
	угарный	Оксиды азота	Углеводороды
г/кг		48.8	0.17
Кг на 3930 эт.га	117.9	9359		9598.4

Итак, я рассчитал примерное количество выбросов вредных веществ в воздух от транспорта в моем сельском поселении за один год. Много это или мало. В масштабах моей деревни, наверное, мало, а если эти цифры перевести в крупные города, где кроме автотранспорта есть еще промышленные отходы, получится огромная цифра.

3.4. Примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев.

При своих расследованиях я обнаружил следующий факты: за лето одно взрослое дерево может очистить воздух от 20-30, а некоторые породы даже от 50 кг вредных веществ и пыли. Одним из самых лучших пород является тополь. Именно он лучше всех других деревьев справляется с выхлопными газами. Я посчитал, вдоль дорог в моем сельском поселении около 40 км лесопосадки, это 25000 деревьев.

В сельском поселении всего работоспособного населения 517 - (38+132) = 347 человек. Если каждый человек от 7 до 70 лет посадит каждый год одно дерево, то мы поможем природе очистится от 10 тонн вредных веществ и пыли.

Заключение

В данной работе я постаралась путем математических расчетов раскрыть суть проблемы, связанный с загрязнением атмосферного воздуха, выяснить, почему эта проблема является для человечества угрозой номер один. В заключении хочу сказать, что в ходе работы я узнал много нового и могу сделать следующие выводы:

1. Без математических знаний представить об угрожающих масштабах воздействия человека на окружающую среду нельзя представить.
2. Основными источниками загрязнения воздуха в моей деревне является автомобильный транспорт и их выхлопные газы. Я думаю, как можно быстрее нужно придумать безвредные виды топлива, например, с использованием солнечной или водной энергии.
3. Каждый населенный пункт должен иметь зелёную зону, которая должна служить «зелёными лёгкими». Мы знаем, что деревья очищают воздух, поглощая углекислый газ, и выделяет кислород, задерживают пыль (например, тополь). Данная информация для меня является не маловажной.

Своими выводами я поделился со своими сверстниками и учителями.

Список литературы:

1. Методические указания к выполнению расчетно-практической работы. Уч.-изд. Издательство Архангельского государственного технического университета, 2004г
2. Методические указания по расчету выброса вредных веществ автомобильным транспортом. Москва. Гидрометиздат. 2005 г.
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/
4. Казанцева Л.К., Тагаева Т.О. Современная экологическая ситуация в России // ЭКО. – 2005.

   Задачи: 1 . Изучить литературу по данной проблеме. 2 . Определить влияния выхлопных газов автотранспорта на здоровье человека и животных. 3 . Рассчитать примерное количество выбросов вредных веществ в воздух от транспорта в моем сельском поселении. 4 . Провести примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев.

   Сегодня трудно представить себе человеческую цивилизацию без автомобиля Выбросы выхлопных газов - основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ в атмосфере и образования смога. В отношении суммарного объема выходящих из глушителя автомобиля выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру - один килограмм сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 килограммов смеси различных газов. килограммов смеси различных газов.

   П римерный состав автомобильных выхлопных газов Бензиновые двигатели Дизели N 2 , об.% 74-77 76-78 O 2 , об.% 0,3-8,0 2,0-18,0 H 2 O (пары), об.% 3,0-5,5 0,5-4,0 CO 2 , об.% 0,0-16,0 1,0-10,0 CO *, об.% (угарный газ) 0,1-5,0 0,01-0,5 Оксиды азота *, об.% 0,0-0,8 0,0002-0,5 Углеводороды *, об.% 0,2-3,0 0,09-0,5 Альдегиды *, об.% 0,0-0,2 0,001-0,009 Сажа **, г/м 3 0,0-0,04 0,01-1,10 Бензпирен -3,4**, г/м 3 10-20·10 −6 10×10 −6

   Выхлопные газы - причина различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, бронхита, пневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга, могут возникнуть различные нарушения сердечно-сосудистой системы.

   Учеными замечено, что собаки, кошки, другие мелкие животные подвержены больше риску, так как выхлопные трубы автомобилей расположены на небольшом расстоянии от земли и первыми, кто получает свою долю выхлопа, становятся именно братья наши меньшие.

   Сбор и обработка информации По данным Сельского Совета на начало года в Бик-Утеевском сельском поселении зарегистрировано 517 человек, в том числе дети дошкольного возраста 38, 132 пенсионера старше 70 лет; 72 легковых автомобиля различных марок. Значит, каждый седьмой житель имеет личное транспортное средство.

   в бухгалтерию ООО СХП «Бола» получил следующие данные: Сбор и обработка информации № п/п Наименование транспортного средства Вид двигателя Количество, шт Отработано за 1 год Км. пробега Эталон гектар 1. Грузовые автомобили различных марок Дизельный 4 202 590 Бензиновый 8 296 126 2. Колесные трактора различных марок Дизельный 12 1748 3. Гусеничные трактора различных марок Дизельный 17 1163 4. Зерноуборочные комбайны различных марок Дизельный 7 608 5. Кормоуборочные комбайны Дизельный 3 411

   Сбор и обработка информации Опросил сверстников и учителей школы, которым задал следующие вопросы: Есть ли у вас, автомобиль? Какой вид топлива он использует? Средний пробег автомобиля за год? Результат: Из 20 анкетированных 18 имеют автомобили. Средний пробег одного автомобиля за один год примерно 26600 км. Основной вид топлива – бензин.

   Расчёт выбросов вредных веществ автомобилями Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчёта являются: - общий пробег автотранспорта за год; - нормы расхода топлива транспортом; - значение коэффициента, определяющий выброс вредных веществ от автотранспорта, в зависимости от вида горючего.

   Расчет расхода топлива Значения коэффициента, определяющие выброс вредных веществ от автотранспорта Вид топлива Угарный газ Углеводороды Диоксид азота Бензин 0,6 0,1 0,04 Дизельное топливо 0,1 0,03 0,04 Тип транспорта К-во автом обилей, шт Средний пробег в год, км. Всего пробег, км Расход топлива на 1 км, литр Всего расход топлива за год, литр Легковой автомобиль 72 26600 1915200 0,12 229864 Грузовой автомобиль с бензиновым двигателем 8 296126 0,3 88838 Дизельный грузовой автомобиль 4 202590 0,35 70906

   Расчёт выбросов вредных веществ автомобилями Тип транспорта Всего расход топлива за год, литр Суммарное количество вредных веществ на 1 литр, литр Всего суммарное количество вредных веществ, литр Легковой автомобиль 229864 0,74 170099 Грузовой автомобиль с бензиновым двигателем 88838 0,74 65740 Дизельный грузовой автомобиль 70906 0,17 12054 Итого 274893

   Расчёт выбросов вредных веществ тракторным парком ООО СХП «Бола » В хозяйстве за один год всего отработано 3930 эталон гектар, потрачено 27510 кг топлива. При расчетах необходимо учитывать мощность двигателя и виды работы.

   Расчёт выбросов вредных веществ тракторным парком ООО СХП «Бола» Массовый выброс загрязняющих веществ Всего Угарный газ Оксиды азота Углеводороды г/кг 30 48.8 0.17 кг на 3930 эт.га 117.9 9359 3.5 9598.4

   Примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев За лето одно взрослое дерево может очистить воздух от 20-30, а некоторые породы даже от 50 кг вредных веществ и пыли. Одним из самых лучших пород является тополь. В сельском поселении всего работоспособного населения 347 человек. Если каждый человек от 7 до 70 лет посадит одно дерево, то мы поможем природе очистится от 10 тонн вредных веществ и пыли.

   Выводы 1. Без математических знаний представить об угрожающих масштабах воздействия человека на окружающую среду нельзя представить. 2. Основными источниками загрязнения воздуха в моей деревне является автомобильный транспорт и сельхозмашины, их выхлопные газы. 3. Каждый населенный пункт должен иметь зелёную зону. Мы знаем, что деревья очищают воздух, поглощая углекислый газ, и выделяет кислород, задерживают пыль (например, тополь).

Выхлопные газы

В Евросоюзе разрешенный уровень вредных веществ в выхлопе зависит от возраста автомобиля. Если год выпуска автомобиля раньше чем 1978, то нет каких - либо фиксированных ограничений, существует лишь одно требование, чтобы не было видимого дыма, выходящего из выхлопной трубы. Если машина 1979-1986 года выпуска, то максимальный лимит выделяемых ею вредных веществ, измеряемых на холостом ходу таков: CO - меньше, чем 4,5%, СH - 100 ppm. Кислород должен быть меньше чем 5%. Последний показатель обычно используется для подтверждения того, что ничего незаконного для снижения уровня CO с системами автомобиля сделано не было. С 1986 по 1990 в большинстве стран требования стали более высокими: CO - 3,5%, CH - 600 ppm. С 1991 были установлены новые правила относительно автомобилей оборудованных каталитическим дожигателем выхлопных газов. Сейчас уровень вредных выхлопов автомобиля измеряют двумя способами: на холостом ходу и на 2500 оборотах двигателя в минуту. С помощью каталитического дожигателя выхлопных газов уровень вредных выхлопов намного сократился, по этой причине показатели ограничений вредных выхлопов тоже уменьшились. На холостом ходу уровень CO должен быть не более 0,5%, а CH не более 100 ppm. В это же время так называемый коэффициент избытка воздуха альфа высчитывается математически и должен быть между 0,91 - 1,03. Также уровень кислорода должен быть меньше чем 0,5% и контрольный уровень CO 2 должен быть меньше 16.

Владельцы новых машин не имеют проблем с получением разрешения на использование их транспорта. Хотя, например, в Финляндии средний возраст легкового автомобиля составляет 10,5 лет. Но когда автомобиль имеет значительный пробег и возраст, при прохождении теста на вредность выхлопа он может быть отправлен на ремонт.

Очень часто эти проблемы встречаются у старых автомобилей, когда двигатель уже имеет значительный пробег и потерял свою былую мощь. Зачастую владельцы не замечают, что их автомобиль уже утратил мощность.

Количество отходящих газов автомобилей

В основном определяется массовым расходом топлива автомобилями. Расход по расстоянию нормируется и обычно указывается производителями (одна из потребительских характеристик). В отношении суммарного объема выходящих из глушителя выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру -- один литр сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 кубометров или 16000 литров смеси различных газов. На основании этих данных можно судить примерное количество выбрасываемых в атмосферу вредных примесей, но здесь есть небольшая проблема. Мы можем определить только количество разных газов, вылетающее при сжигании определённого количества литров топлива, но никак ни при одном выхлопе, и уж тем более за промежуток времени (час, день, месяц и т.д.). Поэтому судить о количестве газов, выбрасываемых в атмосферу каждый час, мы не можем в принципе. Нигде не установлено, что все машины в день проезжают определённое кол-во километров с одной скоростью. А искать какое-либо среднее число -- значит, обманывать себя, потому что данные могут быть не только сильно приближёнными, но и вовсе ошибочными.

Таблица №1. Расход топлива у машин разных марок

K -- карбюраторный двигатель

i -- инжекторный двигатель

D -- дизельный двигатель

плотность бензина при +20С колеблется от 0,69 до 0,81 г/смі

плотность дизельного топлива при +20С по ГОСТ 305-82 не более 0,86 г/смі

Таблица №2. Состав автомобильных выхлопных газов

Выхлопные газы (или отработавшие газы) - основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания - это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны. Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводороды. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. Примерный состав выхлопных газов представлен в таблице 1.При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе -- сажа. Теперь попытаемся выяснить, чем же опасен каждый выхлоп, и каково количество газов, вырывающихся из выхлопной трубы.

Оксид углерода (CO - угарный газ)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода - продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа). Если его содержание велико, двигатель расходует слишком много топлива и масла из картера.

В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1-0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей. В среднем, машины при сжигании литра бензина выбрасывают в воздух около 800 литров углекислого газа

Оксиды азота (NO, NO2 , N2O , N2O3 , N2O5 , в дальнейшем - NOx )

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NОx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO 2).

Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NОx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет. При сжигании литра бензина из выхлопной трубы выбрасывается примерно 128 л оксидов азота.

Закись азота (N 2 O - гемиоксид, веселящий газ) - газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO 2 (диоксид) - бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе. Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений - в 40 раз.

Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации Nox в воздухе в пределах 0,5-6,0 мг/м 3 . Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей.

На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К - уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды (CnHm - этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)

Углеводороды - органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах. Измеряется его количество в условной единице ppm (кол-во частиц на миллион). Так что даже незначительное увеличение эффективности сгорания может иметь большое влияние на его уровень. Обычно, чрезвычайно высокий уровень углеводорода является проблемой не только хозяев машин, но и механиков.

Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций. Существуют несколько факторов влияющих на количество углеводорода в выхлопных газах. Герметичность клапанов, их чистота и регулировка момента зажигания, все они одинаково важны. Не только регулировка момента зажигания, но также и текущая сила сгорания, все, что влияет на сгорание, имеет большое значение в ограничении количества углеводорода в выхлопных газах. Примерное кол-во углеводорода, образующегося при сгорании литра бензина -- 400-450л.

Кого-то эти цифры могут испугать, но давайте разберёмся: литры -- это мера объёма, и, ни в коем случае нельзя путать эти цифры с жидкостью, ведь 800 литров -- довольно большое число для жидкости. А для газа? Газ является веществом, у которого молекулы в несколько сотен и тысяч раз меньше расстояния между ними. Если представить что-то более плотное, то обьём сократится в десятки и сотни раз. А теперь внимательно -- литр бензина, при сжигании которого и производится этот обьём, расходуется для преодоления расстояния в 10 км. Постараемся рассеять большинство иллюзий -- это не такое сильное загрязнение, просто в момент выхлопа выделяется неприятный запах, и нам кажется, что состав воздуха вокруг резко изменился. Но на нашей одежде даже осадка никакого не осталось.

Выбросы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) делятся на выбросы от карбюраторных и дизельных двигателей. Такое разделение связано с тем, что карбюраторные двигатели (КД) работают с однородными топливновоздушными смесями, в то время как дизельные двигатели (ДД) – с гетерогенными смесями.

Выбросы загрязнений от двигателей внутреннего сгорания карбюраторного типа включают углеводороды, оксиды углерода, оксиды азота и нерегулярные выбросы. Загрязнения возникают вследствие реакций и в процессе горения в объеме и на поверхностях. Прорыв газов через поршневые кольца и выхлоп из цилиндров являются менее интенсивным источником выбросов загрязнений.

В 1980 г. 4 % выпускаемых в мире легковых и грузовых автомобилей было оснащено дизелями, а к концу 80-х годов этот показатель возрос до 25 %. Основные выбросы загрязнений дизельных двигателей те же самые, что и карбюраторных двигателей (углеводороды, оксид углерода, оксиды азота, нерегулярные выбросы), но к ним добавляются частицы углерода (сажевый аэрозоль).

Легковой автомобиль выбрасывает оксида углерода СО до 3 м3 /ч, грузовой - до 6 м3 /ч (3…6 кг/ч).

О составе выхлопных газов автомобилей с различными типами двигателей можно судить по данным, приведенным в табл. 8.1.

		Таблица 8.1.
Примерный состав выхлопных газов автомобилей
Компоненты
	карбюраторный	дизельный дви-
	двигатель
H2 О (пары)
СО2
Оксиды азота		2. 10-3 -0,5
Углеводороды		1. 10-3 -0,5
Альдегиды		1 . 10 - 3 -9 .10 -3

	0-0,4 г/м3	0,01-1,1 г/м3
Бензапирен	(10-20). 10-6 , г/м3	до1 . 10-5 г/м3

Выбросы оксида углерода и углеводородов у карбюраторных двигателей существенно выше, чем у дизельных двигателей.

8.2. Снижение выбросов двигателей внутреннего сгорания

Повышение экологических показателей автомобиля возможно за счет проведения комплекса мероприятий по совершенствованию его конструкции и режима эксплуатации. К улучшению экологических показателей автомобиля приводят: повышение его экономичности; замена бензиновых ДВС на дизельные; перевод ДВС на использование альтернативных топлив (сжатый или сжиженный газ, этанол, метанол, водород и др.); применение нейтрализаторов отработавших газов ДВС; совершенствование режима работы ДВС и технического обслуживания автомобиля.

Известны и применяются ряд методов снижения токсичности выхлопных газов. Среди них работа автомобиля в условиях, когда двигатель выделяет наименьшее количество токсичных веществ (уменьшение торможения, равномерное движение с определенной скоростью и т. д.); применение специальных присадок к топливу, увеличивающих полноту его сгорания и уменьшающих выброс СО (спирты, другие соединения); пламенное дожигание некоторых вредных компонентов.

В карбюраторных двигателях соотношение между воздухом и топливом влияет на содержание углеводородов и оксида углерода в выхлопе. Так, например, выбросы увеличиваются при увеличении обогащения смеси. Содержание СО увеличивается из-за неполного сгорания, вызванного недостатком кислорода в смеси. Увеличение содержания углеводородов проистекает в первую очередь из-за увеличения адсорбции топлива и усиления механизма неполного сгорания топлива. Бедные смеси создают более низкие концентрации Сn Нm и СО в выбросе в результате их более полного сгорания.

В дизельных двигателях мощность изменяется при изменении количества впрыскиваемого топлива. В результате изменяется распределение струи топлива, количество топлива, ударяющегося о стенку, давление в цилиндре, температура, а также продолжительность впрыскивания.

Специалисты считают, что для заметного снижения вредных выбросов необходимо сократить потребление бензина с 8 литров (на 100 км пробега – до 2…3 л. Это требует совершенствование устройства двигателя и качества топлива; перехода на неэтилизированный бензин; применения каталитического дожига для уменьшения выброса СО; внедрения электрон-

ной системы управления процессов горения топлива; и другие меры, в частности применения глушителей шума в системе выхлопа.

Повышение топливной экономичности автомобиля достигается главным образом за счет совершенствования процесса сгорания в ДВС: послойное сжигание топлива; форкамерно-факельное сжигание; применение подогрева и испарения топлива во впускном тракте; использование электронного зажигания. Дополнительными резервами повышения экономичности автомобиля являются:

- снижение массы автомобиля за счет усовершенствования его конструкции и применения неметаллических и высокопрочных материалов;

- улучшение аэродинамических показателей кузова (последние модели легковых автомобилей обладают, как правило, на 30…40 % меньшим коэффициентом лобового сопротивления);

- снижения сопротивления воздушных фильтров и глушителей, отключения вспомогательных агрегатов, например вентилятора и т. п.;

- снижения массы перевозимого топлива (неполное заполнение баков) и массы инструментов.

Современные модели легковых автомобилей существенно отличаются по топливной экономичности от предшествующих моделей.

Перспективные марки легковых автомобилей будут обладать расходом бензина 3,5 л/100 км и менее. Повышение экономичности автобусов и грузовых автомобилей достигается прежде всего применением дизельных ДВС. Они обладают экологическими преимуществами по сравнению с бензиновыми ДВС, поскольку имеют меньший на 25…30 % удельный расход топлива; кроме того, состав отработавших газов у дизельного ДВС менее токсичен (см. табл. 8.1).

Экологическими преимуществами по сравнению с бензиновыми ДВС обладают двигатели, работающие на альтернативных топливах. Общее представление о снижении токсичности ДВС при переходе на альтернативное топливо можно получить из данных, приведенных в табл. 8.2.

Таблица 8.2 Токсичность выбросов ДВС на различных топливах

Многие ученые видят частичное решение экологической проблемы в переводе автомобилей на газообразное топливо. Так, содержание окиси уг-

лерода в выхлопах газомобилей меньше на 25…40 %; окиси азота на 25…30 %; сажи на 40…50 %. При использовании в автомобильных двигателях сжиженного или сжатого газа выхлопные газы почти не содержат оксида углерода. Решением проблемы явилось бы широкое применение электромобиля. Выпускаемые электромобили имеют ограниченный радиус действия из-за ограниченной емкости и большой массы батарей. Сейчас ведутся широкие исследования в этой области. Некоторые положительные результаты уже достигнуты. Снижение токсичности выбросов может быть достигнуто уменьшением содержания соединений свинца в бензине без ухудшения его энергетических качеств.

Перевод на газовое топливо не предусматривает значительных изменений в конструкции ДВС, однако сдерживается отсутствием станций заправки и необходимого количества автомобилей, переоборудованных для работы на газе. Кроме того, автомобиль, переоборудованный для работы на газовом топливе, теряет грузоподъемность из-за наличия баллонов и запас хода приблизительно в 2 раза (200 км против 400…500 км у бензинового автомобиля). Эти недостатки частично устранимы при переводе автомобиля на сжиженный природный газ.

Применение метанола и этанола требует изменений конструкции ДВС, так как спирты более химически активны к резинам, полимерам, медным сплавам. В конструкцию ДВС необходимо вводить дополнительный подогреватель для запуска двигателя в холодный период года (при t< -25 °С); необходима перерегулировка карбюратора, так как изменяется стехиометрическое отношение расхода воздуха к расходу топлива. У бензиновых ДВС оно равно 14,7; у двигателей на метаноле - 6,45, а на этаноле - 9. За рубежом (Бразилия) применяют смеси бензина и этанола в пропорции 12:10, что позволяет использовать бензиновые ДВС с незначительными изменениями их конструкции, несколько повышая при этом экологические показатели двигателя.

Несмотря на то, что выбросы токсичных веществ (Сn Нm и СО) из картера и топливной системы двигателя по крайней мере на порядок ниже выбросов выхлопных газов, в настоящее время разрабатываются методы сжигания картерных газов ДВС. Известна замкнутая схема нейтрализации картерных газов с подачей их во впускной трубопровод двигателя с последующим дожиганием. Замкнутая система вентиляции картера с возвращением картерных газов до карбюратора уменьшает выделение в атмосферу углеводородов на 10…30 %, оксидов азота на 5…25 %, но при этом увеличивается выброс оксида углерода на 10…35 %. При возвращении картерных газов после карбюратора снижается выброс Cn Hm на 10…40 %, СО на 10…25 %, но возрастает выброс NOx на 10…40 %.

Для предотвращения выбросов паров бензина из топливной системы, основная часть которых поступает в атмосферу, когда двигатель не работает, на автомобилях устанавливают систему обезвреживания испарений топлива из карбюратора и топливного бака, состоящую из трех основных узлов (рис. 8.1): герметичного топливного бака 1 со специальной емкостью 2 для компенсации теплового расширения топлива; крышки 3 топливно-за- правочной горловины бака с двусторонним предохранительным клапаном для предотвращения чрезмерного давления или разрежения в баке; адсорбера 4 для поглощения паров топлива при выключенном двигателе с системой возврата паров во впускной тракт двигателя во время его работы. В качестве адсорбента используют активированный уголь.

Рис. 8.1. Схема улавливания паров топлива бензинового ДВС

Соблюдение регламента технического обслуживания и контроль состава отработанных газов (ОГ) ДВС позволяет значительно сократить токсичные выбросы в атмосферу. Известно, что при 160 тыс. км пробега и при отсутствии контроля выбросы СО возрастают в 3,3 раза, а Сп Нт - в 2,5 раза.

Повышение экологических показателей газотурбинной двигательной установки (ГТДУ) на самолетах достигается совершенствованием процесса сгорания топлива, применением альтернативного топлива (сжиженный газ, водород и др.), рациональной организацией движения в аэропортах.

Увеличение времени пребывания продуктов сгорания в камере сгорания ГТДУ сопровождается увеличением полноты сгорания (уменьшение содержания СО и Cn Hm в продуктах сгорания) и содержания в них оксидов азота. Поэтому, изменяя время пребывания газа в камере сгорания, можно достичь лишь минимальной токсичности продуктов сгорания, а не устранить ее полностью.

Более эффективным средством снижения токсичности ГТДУ является применение способов подачи топлива, обеспечивающих более равномерное смешение топлива и воздуха. К ним относятся устройства с предварительным испарением топлива, форсунки с аэрацией топлива и др. Испытания на модельных камерах свидетельствуют о том, что такими способами можно снизить содержание в продуктах сгорания Сn Нm более чем на порядок, СО - в несколько раз, обеспечить бездымный выхлоп и уменьшить содержание NOx .

Существенное снижение содержания NOx в продуктах сгорания ГТДУ достигается при стадийном процессе сгорания топлива в двухзонных камерах сгорания. В таких камерах основная часть топлива на режимах большой тяги сжигается в виде предварительно подготовленной бедной смеси. Меньшая часть топлива (~25 %) сжигается в виде богатой смеси, где и образуются в основном оксиды азота. Опыты показывают, что при таком сгорании можно снизить содержание NOx в 2 раза.

Решение экологических проблем, связанных с применением ракетной техники, основано на использовании экологически безопасного топлива и прежде всего кислорода и водорода.

8.3. Нейтрализация выхлопов двигателей внутреннего сгорания

Улучшение экологических характеристик автомобилей возможно за счет комплекса мероприятий по совершенствованию их конструкций и режимов эксплуатации. К ним относятся повышение экономичности работы двигателей, замена их бензиновых версий на дизельные, использование альтернативных топлив (сжатый или сжиженный газ, этанол, метанол, водород и др.), применение нейтрализаторов отработанных газов, оптимизация режима работы двигателей и технического обслуживания автомобилей.

Значительное снижение токсичности ДВС достигается при использовании нейтрализаторов отработавших газов (ОГ). Известны жидкостные, каталитические, термические и комбинированные нейтрализаторы. Наиболее эффективными из них являются каталитические конструкции. Оснащение ими автомобилей началось в 1975 г. в США и в 1986 г. - в Европе. С тех пор загрязнение атмосферы выхлопами резко снизилось - соответственно на 98,96 и 90% по углеводородам, СО и NOх .

Нейтрализатор - это дополнительное устройство, которое вводится в выпускную систему двигателя для снижения токсичности ОГ. Известны жидкостные, каталитические, термические и комбинированные нейтрализаторы.

Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов ОГ при пропускании их через жидкость определенного состава: вода, водный раствор сульфита натрия, водный раствор двууглекислой соды.

На рис. 8.2 представлена схема жидкостного нейтрализатора, применяемого с двухтактным дизельным двигателем. Отработавшие газы поступают в нейтрализатор по трубе 1 и через коллектор 2 попадают в бак 3, где вступают в реакцию с рабочей жидкостью. Очищенные газы проходят через фильтр 4, сепаратор 5 и выбрасываются в атмосферу. По мере испарения жидкость доливают в рабочий бак из дополнительного бака 6.

Рис. 8.2. Схема жидкостного нейтрализатора

Пропускание отработавших газов дизелей через воду приводит к уменьшению запаха, альдегиды поглощаются с эффективностью 0,5, а эффективность очистки от сажи достигает 0,60…0,80. При этом несколько уменьшается содержание бенз(а)пирена в отработанных газах дизелей. Температура газов после жидкостной очистки составляет 40…80 °С, примерно до этой же температуры нагревается и рабочая жидкость. При снижении температуры процесс очистки идет интенсивнее.

Жидкостные нейтрализаторы не требуют времени для выхода на рабочий режим после пуска холодного двигателя. Недостатки жидкостных нейтрализаторов: большая масса и габариты; необходимость частой смены рабочего раствора; неэффективность по отношению к СО; малая эффективность (0,3) по отношению к NOx ; интенсивное испарение жидкости. Однако использование жидкостных нейтрализаторов в комбинированных системах очистки может быть рациональным, особенно для установок, отработавшие газы которых должны иметь низкую температуру при поступлении в атмосферу.

Сейчас, благодаря СМИ, под пристальным вниманием общественности находится Планеты, а именно ее насыщение и загрязнение выхлопными газами автомобилей. Особенно внимательно люди отслеживают и обсуждают такой растиражированный в прессе побочный результат повсеместной автомобилизации как «парниковый эффект» и вред выхлопных газов дизельных автомобилей.

Однако, как известно выхлопные газы, выхлопным газам - рознь, несмотря на то, что все они опасны для организма человека и других форм жизни на Земле. Так что делает их опасными? И что отличает их друг от друга? Посмотрим под микроскопом из чего состоит сизый смог вылетающий из выхлопной трубы. Углекислый газ, копоть, оксид азота и некоторые другие не менее опасные элементы.

Ученные отмечают, что экологическая обстановка во многих промышленно развитых и развивающихся странах значительной улучшилась за последние 25 лет. В основном это связано с постепенным, но неминуемым ужесточением экологических норм, а также переносом производств на другие континенты и в другие страны, в том числе в Восточную Азию. В России, Украине, и других странах СНГ, большое количество предприятий было закрыто из-за политических и экономических потрясений, что с одной стороны создало чрезвычайно сложную социально-экономическую обстановку, но в значительной мере улучшило экологические показатели этих стран.

Тем не менее, по данным ученных-исследователей, наибольшую опасность для нашей зеленой планеты представляют именно автомобили. Даже при поэтапном ужесточении норм выбросов вредных веществ в атмосферу, в связи с ростом количества автомобилей, результаты этой работы, увы, нивелируются.

Если сегментировать общую массу разнообразных транспортных средств присутствующих сейчас на планете, наиболее грязными остаются , особенно опасны автомобили с данным типом топлива превышением по оксиду азота. Несмотря на десятилетия разработок и заверения автопроизводителей о том, что они смогут сделать дизели чище, оксид азота и мелкие частицы сажи по-прежнему остаются главными врагами дизеля.

Именно в связи с данными проблемами, связанными с использованием дизельных двигателей, такие крупные немецкие города, как Штутгарт и Мюнхен в настоящее время обсуждают запрет на использование автомобилей, работающих на тяжелом топливе.

Вот исчерпывающий список вредных веществ, входящих в выхлопные газы и вред, наносимый здоровью человека при их вдыхании

Выхлопные газы

Отходящие газы - это газообразные отходы, возникающие в процессе преобразования жидкого углеводородного топлива в энергию на которой работает ДВС путем сгорания.

Бензол

Бензол содержится в небольших количествах в бензине. Бесцветная, прозрачная, легко подвижная жидкость.

Как только вы заполняете бак своего автомобиля бензином, первое с первым опасным для здоровья веществом, с которым вы будете контактировать, - это именно бензол, испаряющийся из бака. Но наиболее опасен бензол при сгорании топлива.

Бензол является одним из тех веществ, которые могут вызывать рак у человека. Тем не менее, решающее сокращение в воздухе опасного бензола было достигнуто много лет назад с помощью трехходового катализатора.

Мелкая пыль (твердые частицы)

Этот загрязнитель воздуха является неопределенным веществом. Лучше сказать, что это комплексная смесь веществ, которая может отличаться по происхождению, форме и своему химическому составу.

В автомобилях сверхмелкий абразив присутствует в любых формах эксплуатации, скажем, при износе шин и тормозных дисков. Но наибольшую опасность представляет сажа . Ранее этим неприятным моментом в эксплуатации страдали исключительно дизельные двигатели. Благодаря установке фильтров твердых частиц ситуация значительно улучшилась.

Теперь схожая проблема появилась и бензиновых моделей, поскольку они все чаще используют системы прямого впрыска топлива, что приводит к побочному производству еще более мелких твердых частиц, чем у дизельных двигателей.

Однако, по данным ученных исследующих природу проблемы, всего 15% мелкой пыли, осаждающейся в легких, производят автомобили, источником опасного явления может быть любая деятельность человека, от сельского хозяйства, до лазерных принтеров, каминов и конечно же сигарет.

Здоровье жителей мегаполисов

Фактическая нагрузка на организм человека от выхлопных газов зависит от объема трафика и погодных условий. Тот, кто живет на оживленной улице, подвергается воздействию оксидов азота или мелкой пыли значительно сильнее.

Выхлопные газы не одинаково опасны для всех жителей. Здоровые люди практически никак не почувствуют «газовую атаку», хотя интенсивность нагрузки от этого не снизиться, а вот состояние здоровья астматика или человека с сердечно-сосудистыми заболеваниями может значительно ухудшиться ввиду наличия выхлопных газов.

Углекислый газ (CO2)

Вредный для всего климата планеты газ неизбежно возникает при сжигании ископаемых видов топлива, таких как дизельное топливо или бензин. С точки зрения CO2 дизельные двигатели немного “чище”, чем бензиновые, потому что они в основном потребляют меньше топлива.

Для человека CO2 безвреден, но не является таковым для природы. Парниковый газ CO2 отвечает за большую часть глобального потепления. По данным Федерального Министерства окружающей среды Германии, в 2015 году доля углекислого газа в общем объеме выбросов парниковых газов составила 87,8 процента.

С 1990 года выбросы углекислого газа почти непрерывно сокращаются, в общей сложности уменьшившись на 24,3 процента. Однако, несмотря на производство все более экономичных двигателей, рост автомобилизации и увеличение грузового движения нивелирует попытки ученных и инженеров уменьшить вред. Ввиду чего выбросы углекислого газа остаются на высоком уровне.

Кстати: весь автотранспорт, скажем, Германии несет ответственность “только” за 18 процентов выбросов CO2. Более чем в два раза больше, 37 процентов, уходит на выбросы энергетики. В США картина противоположенная, там наиболее серьезный урон природе наносят именно автомобили.

Окись углерода (Co, угарный газ)

Чрезвычайно опасный побочный продукт горения. Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Соединение углерода и кислорода возникает при неполном сжигании углеродсодержащих веществ и является крайне опасным ядом. Поэтому качественная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.

Даже небольшое количество окиси углерода приводит к повреждению организма, несколько минут проведенных в плохо проветриваемом гараже с работающим автомобилем может убить человека. Будьте предельно осторожны! Не прогревайте в закрытых боксах и помещениях без вентиляции!

Но насколько опасен оксид углерода на открытом воздухе? Проведённый в Баварии эксперимент показал, что в 2016 году средние значения, показанные измерительными станциями, оказались между 0,9-2,4 мг/м 3 , оказались значительно ниже предельных показателей.

Озон

Для обывателя озон не является каким-то опасным или токсичным газом. Однако, в реальности это не так.

Под воздействием солнечного света углеводороды и окись азота превращается в озон. Через дыхательные пути озон попадает в организм и приводит к повреждению клеток. Последствия, влияния озона: местное воспаление дыхательных путей, кашель и одышка. При небольших объемах озона никаких проблем с последующим восстановлением клеток организма не возникнет, но при больших концентрациях этот безобидный с виду газ может спокойно убить здорового человека. Не зря в России этот газ отнесен к самому высокому классу опасности.

С изменением климата повышается риск появления высоких концентраций озона. Ученые считают, что к 2050 году озоновая нагрузка должна резко возрасти. Для решения проблемы, окислы азота, выбрасываемые транспортом должны быть значительно сокращены. Кроме того, факторов влияния на распространение озона достаточно много, например, растворители в красках и лаках также активно способствуют возникновению проблемы.

Двуокись серы (SO2)

Это загрязняющее вещество возникает при сжигании в топливе серы. Она относится к классическим атмосферным загрязнителям, возникающим при процессе горения, на электростанциях и в промышленности. SO2 является одним из самых главных «ингредиентов» загрязняющих веществ образующих смог, также называемый “Лондон смог”.

В атмосфере диоксид серы подвергается ряду процессов преобразования, в результате чего могут возникнуть серная кислота, сульфиты и сульфаты. SO2 действует в первую очередь на слизистые оболочки глаза и верхних дыхательных путей. Что касается окружающей среды, диоксид серы может повреждать растения и вызывать окисление почвы.

Оксиды Азота (NOx)

Оксиды азота образуются, главным образом, в процессе сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Дизельные автомобили считаются основным источником. Введение катализаторов и сажевых фильтров продолжает увеличиваться, так что выбросы будут заметно снижаться, но произойдет это только в будущем.