Выхлопные газы автомобилей и заводов. Эксперты задумываются и об экологии

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

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

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

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.

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

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.

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).

В ходе развития человечества, сопровождающегося увеличением населения и его потребительских нужд, развитием легкой и особенно тяжелой промышленности, а также автотранспорта, в окружающую человека атмосферу происходит большой выброс самых разнообразных химических веществ. Выхлопные газы от работающих автомобилей составляют порядка 90% от общего объема загрязнений.

Общая характеристика выхлопных газов

Выхлопные газы автомобилей – это сочетание двухсот-трехсот химических соединений, которые считаются достаточно вредными. Они получаются при сгорании различного автомобильного топлива и отходят в открытую атмосферу.

По статистике, в среднем один легковой автомобиль выбрасывает в атмосферу за день около одного килограмма разных токсичных и канцерогенных веществ. Причем подобные вещества способны аккумулироваться и находиться в окружающей среде до 5 лет. Выхлопные газы приносят очевидный вред здоровью человека, растительности, животным, а также почве и водным ресурсам.

Выхлопные газы оказывают самое большое отрицательное влияние на организм людей в больших городах, особенно при нахождении в многочасовых пробках, в районах магистралей и крупных дорожных развязок.

Когда физические и химические характеристики таких выбросов в воздух превышают допустимые концентрации, то такие выхлопные газы оказывают существенное отрицательное воздействие на самочувствие человека. В группе повышенного риска находятся водители, особенно работающие на маршрутках и такси, а также люди, которые очень часто стоят в многокилометровых автомобильных пробках на дорогах во время часов пик движения транспорта.

Большее вредное влияние оказывают машины, двигатели которых работают на дизеле, нежели на бензине или газе, при этом вырабатывается большее количество сажи.

Выхлопные выбросы действуют сразу непосредственно на внутренние органы дыхания, причем у детей младшего возраста намного значительнее, чем у взрослых. Это объясняется тем, что самая большая концентрация выбросов находится на уровне лица маленьких детей.

Состав и объем выхлопных газов, которые загрязняют атмосферу

В составе выхлопных газов разных видов топлива, могут быть такие вредные элементы:

• оксиды азота и углерода;
• диоксиды азота и серы;
• сернистый ангидрид;
• бензопирен;
• альдегиды;
• ароматические углеводороды;
• некоторое количество сажи;
• разные соединения свинца;
• взвешенные частицы.

Согласно статистике, грузовые машины и автобусы вырабатывают больше выхлопных газов, нежели легковые автомобили. Этот факт напрямую связан с режимом работы и объемами двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Так, например, легковая машина дает за сутки порядка 220 мг/м 3 угарного газа, автобус 230 мг/м 3 , а небольшой грузовик целых 500 мг/м 3 . Легковушка дает 45 мг/м 3 оксида азота, автобус 18 мг/м 3 , а небольшой грузовик – 70 мг/м 3 . Также автобус, в отличие от легковушки, постоянно выбрасывает в воздух оксиды серы и углерода, а также соединения свинца.

Важно помнить, что выхлопные газы от автомобилей – это почти 90% загрязнения всего объема воздуха окружающего человека. Один автомобиль способен всего лишь за сутки поставить в воздух до одного килограмма таких вредных соединений.

Влияние выхлопных газов на организм людей

Вследствие содержания в выхлопных газах автомобилей вредных и даже ядовитых веществ, а также при постоянном действии таких элементов на органы человека, они способны вызывать развитие острых и хронических болезней.

Для органов дыхания характерные следующие заболевания:

• аллергические реакции;
• астма;
• бронхит;
• гайморит;
• образование злокачественных опухолей;
• воспаление дыхательных путей;
• эмфизема.

Для сердечно-сосудистой системы свойственны такие заболевания:

• нарушения дыхания в виде отдышки;
• головокружения;
• увеличение проявления признаков стенокардии;
• инфаркт миокарда;
• вязкость крови, как итог – тромбозы, тромбоэмболии;
• кислородное голодание, так называемая гипоксия тканей.

Для нервных клеток характерно развитие таких нарушений:

• общее недомогание;
• повышенная возбудимость;
• сонливость и стойкое нарушение сна.

Химические соединения, что есть в составе выхлопных газов, в особенности тяжелые металлы, характеризуются свойством накапливаться в организме. Вследствие чего начинается зашлаковывание организма с последующим развитием серьезных заболеваний.

Наибольший объем токсинов присутствует в выхлопных газах, когда двигатель работает на холостом ходу и на сниженных скоростях. При таких режимах происходит плохое выгорание топлива и отход несгоревших элементов топлива в количестве более чем в десять раз превышающем выхлопы при стандартном режиме автомобиля.

По степени действия на человека, составляющие выхлопных газов можно разбить на пять групп:

1. К первой группе относятся малотоксичные химические элементы отходящих газов заведенного двигателя. К ним относят азотные соединения, водород, водяной пар, кислород, углекислый газ и прочие составляющие атмосферы. Такие вещества не несут непосредственно вред здоровью человека, однако способствуют возникновению неблагоприятных условий существования людей, так как оказывают действие на состав окружающего воздуха.
2. Ко второй группе относится оксид углерода, который является сильным ядовитым веществом. Отравиться угарным газом можно при заведенном двигателе автомобиля в гараже с плотно прикрытыми воротами или ночуя в машине с не выключенным мотором. Угарный газ вызывает кислородное голодание и, как результат, нарушение функций всех внутренних систем человеческого организма. Степень интоксикации угарным газом определяется его концентрацией, временем действия и иммунитетом человека, на которого воздействует такое вещество. При легком отравлении учащается сердцебиение, наблюдается пульсация в висках и темнеет в глазах. Для среднего отравления характерны сонливость и неясное сознание. Тяжелая степень отравления газом с концентрацией более 1% приводит к спутанности сознания, а в исключительных случаях, даже к летальному исходу.
3. К третьей группе относятся оксид азота и диоксид азота, содержащиеся в выхлопных газах автомобиля. Они считаются более токсичными элементами, нежели угарный газ. Так, диоксид азота тяжелее воздуха и стелется по полу, скапливается в нишах и каналах, а при повышенных концентрациях является очень опасным при регулярном обслуживании автомобилей. При продолжительном действии таких газов человек может заболеть астмой, отеком легких, хроническим бронхитом, воспалением слизистой пищеварительной системы, сердечной недостаточностью и нервными расстройствами.
4. Четвертая группа является самой многочисленной по количеству веществ. Сюда входят самые разнообразные углеводороды, например, парафиновые алканы, нафтеновые цикланы и определенные ароматические бензолы. Таких соединений около 160 единиц. Эти вещества ядовиты и пагубно действуют на функции сердечно-сосудистой системы. Помимо этого, углеводородные соединения являются канцерогенами и способствуют возникновению и росту злокачественных опухолей;
5. В пятую группу входят органические альдегиды, такие как формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Подобные вещества также ядовитые и являются продукцией выгорания топлива при работе мотора на тихом ходу или при небольших нагрузках, если температура отходящих газов невысокая. Вредное воздействие таких соединений выражается в раздражение слизистых оболочек, поражении внутренних дыхательных органов и нервных клеток.
6. К шестой группе относится сажа и мелкие элементы, являющиеся результатом износа и внутреннего нагара на двигателе, а также добавления аэрозолей и масел. Такие частицы не оказывают непосредственного негативного влияния на здоровье человека, но легко раздражают дыхательные пути и собирают на своей поверхности опасные компоненты.

Развитие науки и техники, которые позволяют повысить комфортность жизни людей, помимо благ, приносит и вред, как, например, выхлопные газы от автотранспорта. Смерть от выхлопных газов встречается нечасто и считается результатом неправильного обращения с автомобилем.

Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (С Х H Y), окислы азота (NO X), альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% С Х H Y и 98% NO X , картерные газы по – 5% С Х H Y , 2% NO X , а топливные испарения – до 40% С Х H Y . В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О 2 , О 3 , С, СО, СО 2 , СН 4 , C n H m , C n H m О, NO, NO 2 , N, N 2 , NH 3 , HNO 3 , HCN, H, H 2 , OH, H 2 O.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NO X , C X H Y , R X CHO, SO 2 , сажа, дым. СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО 2 на СО и О 2 при высоких температурах.

NO X (оксиды азота) – самый токсичный газ из ОГ.

N – инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует с кислородом при высоких температурах.

Выброс с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота.

Гидроводороды (С x Н y) – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных гидроводородов.

В дизельных двигателях С x Н y образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество С x Н y , когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

Дым – непрозрачный газ. Дым может быть белым, синим, черным. Цвет зависит от состояния ОГ.

Белый и синий дым – это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

Синий дым бывает от масла. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Черный дым состоит из сажи. Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.

Сажа – представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3... 100 мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.

SO 2 (оксид серы) – образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания. SO 2 ,H 2 S – очень опасны для растительности.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87% общей эмиссии свинца по различным оценкам. РЬО (оксиды свинца) – возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин. При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5... 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта – отказ от использования этилированных бензинов.

Альдегиды (R x CHO) – образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра. При сжигании топлива при высоких температурах эти альдегиды исчезают.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1)ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65%); 2)картерные газы (20%); 3)углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15%).

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.

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, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), 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 углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. Примерный состав.

При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе - сажа.

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). 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 последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. 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.

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 NOx составляет оксид азота NO, который ещё в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2). 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 NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

Закись азота (N2O гемиоксид, веселящий газ) газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO2 (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/м3. 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. 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 Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний. Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м3. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, - возникают его частые пропуски. Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрение воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода). Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.

Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические CH обладают отравляющими свойствами. Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию смога.

Смог от выхлопных газов.

Смог (Smog, от smoke дым и fog - туман) ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненной вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях. Он представляет собой аэрозоль, состоящую из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях. Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д. В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из оксидов азота, углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).

Низкие концентрации NO2 могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений. Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные гидроперекисные соединения. При их концентрации более 0,2 мг/м3 наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе диоксид азота NO2 капельки желтой жидкости). Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно-транспортных происшествий. Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка. Природа смогов различна. Например, в Нью-Йорке образованию смога способствуют реакции фтористых и хлористых соединений с капельками воды; в Лондоне присутствие паров серной и сернистой кислот; в Лос-Анджелесе (калифорнийский или фотохимический смог) наличие в атмосфере оксидов азота, углеводородов; в Японии - присутствие в атмосфере частиц сажи и пыли.