Определение эмиссии диоксида азота, обусловленной движением автомобилей по автотранспортной магистрали

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БОТАНИКИ И ЭКОЛОГИИ

Курсовая работа

Определение эмиссии диоксида азота, обусловленной движением автомобилей по автотранспортной магистрали

Выполнила: студентка 4 курса 470 группы

Д.А. Антоненко

Специальность: 020801.65 «Экология»

Специализация: «Экологическая экспертиза»

Проверила: к.б.н. Л.А. Захарова

Новосибирск 2012



Содержание

Введение

1. Теоретический раздел

1.1 Общая характеристика диоксида азота

1.2 Влияние диоксида азота на живые системы

1.3 Автотранспорт как источник диоксида азота

2. Практический раздел

2.1 Расчет интенсивности движения разных групп автомобилей

2.2 Расчет мощности эмиссии диоксида азота

2.3 Расчет концентрации диоксида азота в воздухе на разном расстоянии

2.4 Построение графика зависимости концентрации диоксида азота по мере удаления от автомобильной магистрали

Заключение

Список используемой литературы

автотранспорт экологический диоксид азот



Введение

Человечество приходит к осознанию необходимости трансформации отношения к природной среде и своей роли в окружающем мире. Решение экологических проблем современного общества связано с сохранением и созданием на Земле благоприятных природных условий жизни для людей, гармонизацией развития общества и природы.

Транспорт относится к главным загрязнителям атмосферного воздуха, водоемов и почвы. Происходят деградация и гибель экосистем под действием транспортных загрязнений, особенно интенсивно на урбанизированных территориях. Остро стоит проблема утилизации и переработки отходов, возникающих при эксплуатации транспортных средств, в том числе и при завершении срока их службы. Для нужд транспорта в большом количестве потребляются природные ресурсы. Увеличивается количество заболеваний, вызываемых веществами, содержащимися в выхлопных газах автотранспорта.

Цель: определение эмиссии диоксида азота, обусловленной движением автомобилей по автотранспортной магистрали.

Задачи:

1. Рассчитать интенсивности движения разных групп автомобилей.

2. Рассчитать мощность эмиссии диоксида азота.

3. Рассчитать концентрацию диоксида азота в воздухе на разном расстоянии.

4. Построить график изменения концентрации диоксида азота по мере удаления от автомобильной магистрали.



1. Теоретический раздел

1.1 Общая характеристика диоксида азота

Молекула диоксида азота имеет угловое строение, угол равен 135° 4'. Длина связи между азотом и кислородом равна 0,119 нм, а между двумя атомами азота - 0,178 нм. Наличием одного неспаренного электрона у атома азота объясняется склонность его молекул к взаимодействию друг с другом. В зависимости от температуры равновесие между NO₂ и N₂O₄ смещается в ту или иную сторону. Ниже -12° С белые кристаллы состоят только из молекул димера N₂O₄, выше указанной температуры плавления образуется жидкость светло-желтого цвета, но только 0,01% молекул превращается в мономер. При температуре кипения 0,1% мономера придают жидкости красно-бурый цвет, в паре при 100° С содержится до 90% мономера. Полное превращение происходит при 140° С и придает пару почти черный цвет. Хорошо растворяется в холодной воде, насыщенный раствор ярко-зеленый. Диоксид азота ядовит и имеет удушающий запах (7).

Класс опасности - 2 ПДКсс - 0,004 ПДКмр - 0,085

Действует как острый раздражитель. Однако при тех концентрациях, которые присутствуют в атмосфере, NO₂ является скорее потенциальным раздражителем и только потенциально ее можно сравнивать с хроническими легочными заболеваниями. Под воздействием солнечной радиации и при наличии несгоревших углеводородов окислы азота вступают в реакции с образованием фотохимического смога (2). Часто различные окислы азота, которые образуются при сгорании любых видов топлива, объединяют в одну группу "NOx". Однако наибольшую опасность представляет именно двуокись азота NO₂ (7)_.



1.2 Влияние диоксида азота на живые системы

Диоксид азота является достаточно опасным веществом, соответственно он оказывает неблагоприятное влияние на различные живые системы.

Воздействие NO₂ на человека: диоксид азота сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей. Вдыхание ядовитых паров этого вещества может привести к серьезному отравлению. Диоксид азота вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. Рассмотрим некоторые из них. К сенсорным эффектам можно отнести обонятельные и зрительные реакции организма на воздействие NO₂. Даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м3, человек ощущает присутствие этого газа. Эта концентрация является порогом обнаружения диоксида азота. Однако способность организма обнаруживать NO₂ пропадает после 10 минут вдыхания, но при этом ощущается чувство сухости и першения в горле. Хотя и эти признаки исчезают при продолжительном воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения. Таким образом, NO₂ ослабляет обоняние (4).

Но диоксид азота воздействует не только на обоняние, но и ослабляет ночное зрение - способность глаза адаптироваться к темноте. Этот эффект же наблюдается при концентрации 0,14 мг/м3, что, соответственно, ниже порога обнаружения (4).

Функциональным эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышенное сопротивление дыхательных путей. Иными словами, NO₂ вызывает увеличение усилий, затрачиваемых на дыхание. Эта реакция наблюдалась у здоровых людей при концентрации NO₂ всего 0,056 мг/м3, что в четыре раза ниже порога обнаружения. А люди с хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность дыхания уже при концентрации 0,038 мг/м3 (2).

Патологические эффекты проявляются в том, что NO₂ делает человека более восприимчивым к патогенам, вызывающим болезни дыхательных путей. У людей, подвергшихся воздействию высоких концентраций диоксида азота, чаще наблюдаются катар верхних дыхательных путей, бронхиты и воспаление легких. Кроме того, диоксид азота сам по себе может стать причиной заболеваний дыхательных путей. Попадая в организм человека, NO₂ при контакте с влагой образует азотистую и азотную кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких. При этом стенки альвеол и кровеносных капилляров становятся настолько проницаемыми, что пропускают сыворотку крови в полость легких. В этой жидкости растворяется вдыхаемый воздух, образуя пену, препятствующую дальнейшему газообмену. Возникает отек легких, который зачастую ведет к летальному исходу. Длительное воздействие оксидов азота вызывает расширение клеток в корешках бронхов (тонких разветвлениях воздушных путей альвеол), ухудшение сопротивляемости легких к бактериям, а также расширение альвеол. Некоторые исследователи считают, что в районах с высоким содержанием в атмосфере диоксида азота наблюдается повышенная смертность от сердечных и раковых заболеваний (3).

Люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфиземой легких, астмой) и сердечно-сосудистыми болезнями, могут быть более чувствительны к прямым воздействиям NO₂. У них легче развиваются осложнения (например, воспаление легких) при кратковременных респираторных инфекциях (3).

К тому же, диоксид азота, улетучивающийся в атмосферу, представляет серьёзную опасность для экологической ситуации, так как способен вызывать кислотные дожди и являться одним из компонентов фотохимического смога. Оба этих явления несут огромный ущерб здоровью населения и всем оболочкам земли (2).

Воздействие NO₂ на растения: прямое воздействие NO₂ на растения определяется визуально по пожелтению или побурению листьев и игл, происходящему в результате окисления хлорофилла. Окисление жирных кислот в растениях, происходящее одновременно с окислением хлорофилла, кроме того, приводит к разрушению мембран и некрозу (6).

Образующаяся при этом в клетках азотистая кислота оказывает мутагенное действие. Отрицательное биологическое воздействие NO₂ на растения проявляется в обесцвечивании листьев, увядании цветков, прекращении плодоношения и роста. Такое действие объясняется образованием кислот при растворении оксидов азота в межклеточной и внутриклеточной жидкостях (3).

Ботаники считают, что первоначальные симптомы повреждения растений диоксидом азота проявляются в беспорядочном распространении обесцвечивающих пятен серо-зеленого оттенка. Эти пятна постепенно грубеют, высыхают и становятся белыми. NO₂ токсичен при концентрации 3 млн-1. Для сравнения: сернистый газ вызывает поражение растений при большей концентрации (5 млн-1) (5). Нарушения роста растений при воздействии NO₂ наблюдаются при концентрациях 0,35 мг/м3 и выше. Это значение является предельной концентрацией. Опасность повреждения растительности диоксидом азота существует только в больших городах и промышленных районах, где средняя концентрация NO₂ составляет 0,2 - 0,3 мг/м3 (4). Растения более устойчивы (по сравнению с человеком) к воздействию чистого диоксида азота. Это объясняется особенностями усвоения NO₂, который восстанавливается в хлоропластах и в качестве NH₂- группы входит в аминокислоты. При концентрации 0,17 - 0,18 мг/м3 оксиды азота используются растениями в качестве удобрений. Эта способность к метаболизированию NOx человеку не присуща (2).

1.3 Автотранспорт как источник диоксида азота

Транспорт является доминирующим источником загрязнения воздуха в городских зонах области, значительная часть городского населения по-прежнему испытывает воздействие повышенных концентраций от выхлопных газов автотранспорта. Транспортные средства, использующие значительные объемы углеводородного сырья, являются одним из существенных источников загрязнения атмосферы.

По разным источникам загрязнение атмосферы выхлопами автомобилей составляет от 60 до 90 % (1). Выхлопные газы автомобильных двигателей представляют собой сложную смесь, в состав которых входит около 200 веществ. Однако наиболее опасными являются окись углерода (до 12%), окислы азота: окись азота, двуокись азота, углеводороды (в том числе канцерогенные), сажа и др. Содержание отдельных веществ в выхлопных газах колеблется в зависимости от типа автомобиля, режима его работы, рельефа дороги и других факторов (2).

Динамика концентраций оксидов азота в городском воздухе в течение суток тесно связана с интенсивностью солнечного излучения и движения транспорта. С нарастанием интенсивности автомобильного движения (с 6 до 8 часов утра) концентрации первичного загрязнителя - оксида азота (NO) заметно увеличиваются. Восход солнца влечет за собой накопление в атмосфере диоксида азота (NO₂) вследствие фотохимического окисления оксида азота. Оксиды азота являются серьезными атмосферными загрязнителями в связи с их высокой токсичностью. Считаются опасными при кратковременном воздействии концентрации 200 - 300 мг/м3, при многочасовом воздействии переносимы концентрации не выше 70 мг/м3. Предельно допустимой концентрацией считается содержание 0,085 мг/м3 диоксида азота в атмосферном воздухе (1). Средние концентрации диоксида азота на территории города Новосибирска порядка 51 мкг/м3 (4).



2. Практический раздел

Задача. Определите эмиссию диоксида азота, обусловленную движением автомобилей по автотранспортной магистрали. Параметры транспортного потока, необходимые для расчета, указаны в таблице 2. Постройте график уменьшения концентраций диоксида азота с подветренной стороны по мере удаления от автомобильной магистрали. Скорость ветра указана в таблице 2.

Угол между вектором скорости ветра и направлением дороги во всех вариантах принять равным 30^о. Определите, на каком расстоянии от кромки дороги достигается максимальная разовая ПДКм.р. по NO₂. Для диоксида азота ПДКм.р.= 0,085мг/м3.

Эмиссия NO₂ для одного автомобиля (масса загрязняющего вещества, выбрасываемая на единице пути) в расчетах считается независящей от скорости в широком диапазоне скоростей и принимается:

1,7 г/км - для одного легкового автомобиля;

5,2 г/км - для одного грузового карбюраторного автомобиля;

7,8 г/км - для одного дизельного грузового автомобиля.

При расчетах рассмотреть случай слабой приходящей солнечной радиации (табл. 1).

Фоновую концентрацию принять равной нулю.

Таблица 1. Параметры транспортного потока необходимые для расчета эмиссии диоксида азота

Вариант	Интенсивность, авт. в час	Скорость ветра, м/с	Доля грузовых карбюраторных,%	Доля грузовых дизельных,%
0	5000	3	20	30



Таблица 2. Значения стандартного Гауссового распределения у при удалении от кромки проезжей части

Приходящая солнечная радиация	Удаление от кромки проезжей части, метры
	10	20	40	60	80	100	150	200	250	300
Сильная	2	4	6	8	10	13	19	24	30	36
Слабая	1	2	4	6	8	10	14	18	22	26

2.1 Расчет интенсивности движения разных групп автомобилей

N (общая) = 5000 авт\час

1) 5000-100%

х-20%

х==1000

N (грузовых карбюраторных автомобилей) =1000 авт\час

2) 5000-100%

х-30%

х==1500

N(грузовых дизельных автомобилей) =1500 авт\час

3) N (легковых автомобилей)= N(o)- (Nг.к + Nг.д)

N(л) = 5000- (1000 + 1500) = 2500 авт\час

2.2 Расчет мощности эмиссии диоксида азота

С(NO₂)+F

q NO₂ =2,7 * 10^-7 *

(m*N) г.к. =1000*5,2 =5200

(m*N) г.д. =1500*7,8 =11700

(m*N) л. =2500*1,7 =4250

q NO₂ =2,7*10⁷ *21150 = 5,71 * 10^-3

2.3 Расчет концентрации диоксида азота в воздухе на разном расстоянии

ПДК_мр=0,085 мг/м³=0,000085 г/м³=0,085*10^-3 г/м³ (для удобства сравнения)

С(NO₂)+F

C₍₁₀₎= = = = 3,05*

C₍₂₀₎= = 1,52*

C₍₄₀₎= = 0,76*

C₍₆₀₎= = 0,50*

C₍₈₀₎= = 0,38*

C₍₁₀₀₎= = 0,30*

C₍₁₅₀₎= = 0,22*

C₍₂₀₀₎= = 0,17*

C₍₂₅₀₎= = 0,14*

C₍₃₀₀₎= = 0,12*

Из представленных выше данных нельзя сделать вывод на какой расстоянии от кромки дороги достигается максимальная разовая (ПДК_мр по NO₂ (0,085*10^-3 г/м³)

Используя теоретические расчеты:

C₍₃₅₀₎= = 0,10*

C₍₄₀₀₎= = 0,09*

C₍₄₂₀₎= = 0,085*

Приходим к выводу, что ПДК достигается на расстоянии 420 м.

2.4 Построение графика зависимости концентрации диоксида азота по мере удаления от автомобильной магистрали



Заключение

Рассчитав и изучив изменения концентраций диоксида азота по мере удаления от автомагистрали, я могу сделать следующий вывод. Территории, располагающиеся около автомобильных дорог ближе 420 метров неблагоприятны для жизни. Содержание газа довольно высокое (превышает ПДК), что может губительно сказаться на здоровье людей.

Действие диоксида азота проявляется в нарушении дыхания, кашле. Может, также, привести к обострению различных легочных и хронических заболеваний.

Борьба с загрязнением атмосферного воздуха выхлопными газами автотранспорта должна проводиться при помощи переоборудования автотранспортных средств на газовое топливо, улучшения экологических свойств топлива, проведения контроля и регулирования топливной аппаратуры на токсичность выхлопных газов, а также рациональной планировки и застройки города.



Список используемой литературы

1. Е.И. Павлова Экология транспорта: Учебник для вузов. - М.: Транспорт, 2000.- 248с.

2. Автомобильный транспорт как источник загрязнения окружающей среды.

3. В.А. Пертухин, В.А. Виженской, В.В. Донченко. Загрязнение городской атмосферы автотранспортом и экологический риск здоровью населения.

4. Е.В. Лычковская. Автотранспорт-источник загрязнения атмосферы.

5. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Размещено на Allbest.ru

...