IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ГОРОДА КРАСНОДАРА
Дудникова Е.Н.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Экологические проблемы Краснодара как и большинства современных городов во многом связаны с качеством воздушного бассейна в условиях интенсивного техногенного загрязнения. В последние десятилетия произошло усиление процессов урбанизации в виде уплотнения городской застройки, роста загрязнения атмосферы, снижения аэрации и озеленения городских территорий, что усугубляется на фоне современных глобальных и региональных климатических изменений, в частности, «потепления» климата и тенденции к росту аномально жарких дней на территории России и Европы [1]. Загрязнение атмосферного воздуха в Краснодаре, главным образом, создается за счёт выбросов от объектов теплоэлектроэнергетики, городского транспорта, а так же предприятий топливной и пищевой промышленности. По данным Всемирной организации здравоохранения загрязненный воздух становится причиной более 3-х миллионов смертей ежегодно [2]. На фоне ухудшения экологии увеличивается заболеваемость населения, а создание климатически комфортной среды обитания становится важнейшей задачей жизнеобеспечения нашего города. В число загрязнителей, вызывающих наибольшую обеспокоенность ВОЗ, входят твердые частицы (пыль), угарный газ, озон, двуокись азота и двуокись серы [3]. По мнению экспертов ВОЗ, даже здоровые дети относятся к наиболее уязвимой группе населения. Ряд факторов ведет к повышению уровней воздействия на детей по сравнению со взрослыми: дети, как правило, проводят больше времени вне помещений, на открытом воздухе; они более активны, вдыхают больше воздуха и, соответственно, в их организм попадает больше вредных компонентов из расчета на единицу массы тела. Легкие у детей находятся в стадии развития, что обусловливает их повышенную, по сравнению со взрослыми, чувствительность к загрязнению воздуха, поэтому они более чувствительны к продолжительному воздействию загрязнения воздуха [4]. Поэтому целью нашего исследования стал сравнительный анализ содержания вредных газообразных веществ на территории школы №16, а так же отдельных улиц города Краснодара.

Основная часть

Исследование проводилось ежемесячно с июня по сентябрь 2017 года, на территории МБОУ СОШ №16, а так же на улицах: Трамвайной, Кубанской набережной и Тургенева. При работе над исследованием были использованы следующие методы:

  1. Теоретический – изучение специальной литературы по данной проблеме;

  2. Инструментальный – измерение содержания угарного газа (CO), сероводорода (H2S), аммиака (NH3), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), диоксида серы (SO2) и пыли при помощи универсального газового анализатора УГ-2, предоставленного для исследования ФГБОУ ВО «КубГУ»;

  3. Статистический – обработка и анализ результатов исследования с использованием пакета статистической программы "Exсel 2013".

На первом этапе исследования была изучена литература, особое внимание уделено следующим параметрам:

- ПДК с.с.- среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не оказывает пагубного влияния на здоровье человека при условии круглосуточного вдыхания.

- H2S или Сероводород (сернистый водород, сульфид водорода, дигидросульфид) — бесцветный газ со сладковатым вкусом, имеющий запах протухших куриных яиц. Очень токсичен. При вдыхании воздуха с большой концентрацией из-за паралича обонятельного нерва запах сероводорода почти сразу перестаёт ощущаться. При высокой концентрации однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть. При вдыхании воздуха с небольшими концентрациями у человека довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху «тухлых яиц» и он перестаёт ощущаться, однако, вызывает головокружение, головную боль, тошноту, а со значительной концентрацией приводит к коме, судорогам, отёку лёгких и даже к летальному исходу. Во рту возникает сладковатый металлический привкус. Смертельная концентрация этого газа в воздухе очень мала – всего 0,1%. Такое количество сероводорода может привести человека к летальному исходу за 10 минут. Стоит лишь немного увеличить концентрацию – и смерть наступает мгновенно, после первого же вдоха, для примера: в канализационной системе концентрация сероводорода иногда достигает 16%. ПДКс.с. – 0,008 мг/м3[5, 6, 7].

- CO - Монооксиид углероода (угарный газ, окись углерода, оксид углерода(II)) — бесцветный чрезвычайно токсичный газ без вкуса и запаха. Основным антропогенным источником CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Оксид углерода образуется при сгорании углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания. По классификации ООН оксид углерода(II) относится к классу опасности 2,3, вторичная опасность по классификации ООН: 2,1. Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Признаки отравления: головная боль и головокружение; отмечается шум в ушах, одышка, учащённое сердцебиение, мерцание перед глазами, покраснение лица, общая слабость, тошнота, иногда рвота; в тяжёлых случаях судороги, потеря сознания, кома. ПДКс.с. – 3,0 мг/м3 .[5, 6, 7]

- NH3 - Аммиак (нитрид водорода) - химическое соединение, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом. По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Ощущение запаха аммиака свидетельствует о превышении допустимых норм содержания в воздухе. ПДКс.с. – 0,04 мг/м3 [4, 5, 6]

- NO - Оксид азота (II) (мон(о)оксид азота, окись азота, нитрозил-радикал) бесцветный ядовитый газ, плохо растворимый в воде. Более 90% от общего количества выбросов оксидов азота попадают в воздушную среду при сжигании различных видов топлива. 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, круп 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, что ведет к отеку 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. ПДКс.с. – 0,06 мг/м3[5, 6, 7]

- NO2 - Оксид азота (IV) (диоксид азота) — ядовитый газ, красно-бурого цвета, с характерным острым запахом или желтоватая жидкость. Оксиды азота, улетучивающиеся в атмосферу, представляют серьёзную опасность для экологической ситуации, так как способны вызывать кислотные дожди, а также сами по себе являются токсичными веществами, вызывающими раздражение слизистых оболочек. Двуокись азота воздействует в основном на дыхательные пути и легкие, а также вызывает изменения состава крови, в частности, уменьшает содержание в крови гемоглобина. Образующаяся в результате взаимодействия диоксида азота с водой азотная кислота является сильным коррозионным агентом. ПДКс.с. – 0,04 мг/м3[5, 6, 7]

- SO2 - Оксид се́ры (IV) (диоксид серы, двуокись серы, сернистый газ, сернистый ангидрид) - представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички), очень токсичен. Симптомы при отравлении сернистым газом — насморк, кашель, охриплость, сильное першение в горле и своеобразный привкус. При вдыхании сернистого газа высокой концентрации развивается удушье, расстройство речи, затруднение глотания, рвота, возможен острый отёк лёгких. При кратковременном вдыхании оказывает сильное раздражающее действие, вызывает кашель и першение в горле. Из-за образования в больших количествах в качестве отходов диоксид серы является одним из основных газов, загрязняющих атмосферу. ТЭЦ ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Выпадая с осадками, она подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей, скрыто угнетающе воздействует на здоровье человека. ПДКс.с. – 0,05 мг/м3 [5, 6, 7].

- Пыльмелкие твёрдые частицы органического или минерального происхождения. К пыли относят частицы меньшего диаметра от долей микрона и до максимального — 0,1 мм. Более крупные частицы переводят материал в разряд песка, который имеет размеры от 0,1 до 5 мм. Химический состав пыли определяет многообразие воздействия ее на организм. Специфическое влияние проявляется при вдыхании пыли; меньшее значение имеет заглатывание ее со слюной и слизью. Вдыхание пыли может вызывать поражение органов дыхания — бронхит, пневмокониоз, либо развитие общих реакций — аллергии и интоксикации и способствовать развитию пневмонии, туберкулеза, рака легких. Неспецифическое действие пыли проявляется в заболеваниях верхних дыхательных путей, слизистой оболочки глаз, кожных покровов. ПДКс.с. – 0,15 мг/м3[5, 6, 7]

Полученные данные представлены в таблицах 1-4. В ходе измерений обнаружено, что содержание изучаемых вредных веществ не превысило допустимые нормы.

Таблица 1 – Средние показатели загрязнения воздуха в июне 2017 года

Вещество (ПДКсс,

мг/м3*)

Средняя концентрация

CO

(3,000)

H2S

0,008

NH3

(0,040)

NO

(0,060)

NO2

(0,040)

SO2

(0,050)

Пыль

(0,150)

СОШ №16

0,117

0,00137

0,000140

0,00115

0,00107

0,00366

0,024

ул. Трамвайная

0,0996

0,00260

0,00673

0,00313

0,00298

0,00478

0,0644

ул. Кубанская набережная

0,0182

0,00154

0,00182

0,00208

0,00141

0,005

0,0445

ул. Тургенева

0,505

0,00125

0,00593

0,00792

0,00244

0,00241

0,0476

Примечание: * - здесь и далее ПДК с.с. - среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не оказывает пагубного влияния на здоровье человека при условии круглосуточного вдыхания.

Таблица 2 – Средние показатели загрязнения воздуха в июле 2017 года

Вещество (ПДКс.с.,

мг/м3)

Средняя концентрация

CO

(3,000)

H2S

0,008

NH3

(0,040)

NO

(0,060)

NO2

(0,040)

SO2

(0,050)

Пыль

(0,150)

СОШ №16

0,111

0,00105

0,000236

0,00156

0,00226

0,00255

0,0321

ул. Трамвайная

0,0993

0,00235

0,00511

0,00389

0,00293

0,00411

0,065

ул. Кубанская набережная

0,231

0,00179

0,00182

0,00208

0,00141

0,00237

0,0411

ул. Тургенева

0,742

0,00187

0,00541

0,00754

0,00232

0,00298

0,0431

Таблица 3 – Средние показатели загрязнения воздуха в августе 2017 года

Вещество (ПДК с.с.,

мг/м3)

Средняя концентрация

CO

(3,000)

H2S

0,008

NH3

(0,040)

NO

(0,060)

NO2

(0,040)

SO2

(0,050)

Пыль

(0,150)

СОШ №16

0,184

0,00117

0,000136

0,00216

0,00112

0,00224

0,013

ул. Трамвайная

0,724

0,00291

0,00436

0,00316

0,0031

0,00871

0,073

ул. Кубанская набережная

0,225

0,00122

0,00142

0,00223

0,00184

0,00264

0,0372

ул. Тургенева

0,827

0,00242

0,00836

0,00916

0,00212

0,00233

0,0407

Таблица 4 – Средние показатели загрязнения воздуха в сентябре 2017 года

Вещество (ПДКс.с.,

мг/м3)

Средняя концентрация

CO

(3,000)

H2S

0,008

NH3

(0,040)

NO

(0,060)

NO2

(0,040)

SO2

(0,050)

Пыль

(0,150)

СОШ №16

0,168

0,00108

0,000144

0,00172

0,00255

0,00233

0,015

ул. Трамвайная

0,721

0,00357

0,00441

0,00333

0,00291

0,00757

0,067

ул. Кубанская набережная

0,0324

0,00128

0,00132

0,00233

0,00214

0,00625

0,0212

ул. Тургенева

0,618

0,00133

0,00855

0,00817

0,00346

0,00288

0,0474

Для наглядности, полученные данные (табл. 1-4) были изображены в виде графиков (рис. 1-4). При сравнительном анализе выявлено, что наименьшие средние уровни загрязняющих веществ были получены на территории МБОУ СОШ №16 (рис 1-4). А наибольшие средние концентрации выявлены на территории улицы Тургенева в июне, июле и августе. В сентябре улица Трамвайная соответствовала по уровню загрязнения воздуха улице Тургенева.

Рисунок 1. Результаты измерений, проведенных в июне.

Рисунок 2. Результаты измерений, проведенных в июле.

Рисунок 3. Результаты измерений, проведенных в августе.

Рисунок 4. Результаты измерений, проведенных в сентябре

Далее нами было проанализировано состояние воздушной среды каждого объекта исследования в зависимости от месяца. На территории нашей школы наибольшая выраженность загрязнения обнаружена августе. Среди вредных веществ во все месяцы на всех исследованных территориях преобладало пылевое загрязнение (рис. 5-8).

Рисунок 5. Сравнительный анализ загрязнения воздушной среды территории МБОУ СОШ №16.

На улице Трамвайной наиболее неблагоприятная обстановка выявлена в августе-сентябре с преобладанием пылевого загрязнения (рис. 6).

Рисунок 6. Сравнительный анализ загрязнения воздушной среды ул. Трамвайная.

На улице Кубанская набережная выявлено также преобладание пылевого загрязнения с максимумумом интенсивности воздушных загрязнений в июле-августе (рис. 7).

Рисунок 7. Сравнительный анализ загрязнения воздушной среды ул. Кубанская набережная.

На улице Тургенева так же ожидаемо преобладало загрязнение пылью, наиболее выраженное в августе (рис. 8).

Рисунок 8. Сравнительный анализ загрязнения воздушной среды ул. Тургенева.

Заключение

Полученные нами данные демонстрируют удовлетворительное экологическое состояние воздушной среды города Краснодара. Наименьшие средние значения вредных веществ в воздухе были выявлены на территории МБОУ СОШ №16. Это можно объяснить ее внутриквартальным расположением и достаточной степенью озеленения в районе школы, что соответствует нормам СанПИН [8].

Характерным для всех объектов исследования явилось преобладание пылевого компонента, что может быть связано со временем проведения нашей работы – преимущественно летний, засушливый период. Вместе с тем, выбранный нами для исследования временной промежуток может несколько занижать результаты, поскольку время с мая по сентябрь является традиционно отпускным периодом, и, соответственно снижается интенсивность транспортного сообщения нашего города. Кроме того, в указанный период не работает ТЭЦ и котельные, наносящие огромный урон экологии нашего города. Поэтому, перспективами дальнейшей разработки нашей темы может послужить дополнительное исследование в осенний, зимний и весенний период и проведение сравнительного анализа данных, полученных в течение года. Необходимо так же расширить спектр изучаемых параметров загрязнения воздуха, а именно, измерить содержание таких опасных веществ как: свинец, никель, озон, бензапирен, формальдегид, фенол.

Несмотря на полученные удовлетворительные результаты, необходимо помнить, что нужно поддерживать и улучшать санитарное состояние нашего города и прежде всего его воздушной среды, что благоприятно скажется на здоровье горожан. Вот некоторые пути улучшения экологии Краснодара:

- Увеличение плотности городского озеленения и создание внешнего зеленого пояса, что может служить практически единственным средством решения основных экологических проблем города (уменьшение загрязнения воздуха и воды, снижение уровня шума, обогащение атмосферы кислородом);

- Запрет на сжигание листвы на дачных и приусадебных участках. Следует наоборот - обогащать ею почву: пролежав зиму под снегом или просто в верхнем слое почвы - под кронами деревьев или в компостных ямах, листва будет оказывать положительное действие. Систематическая же уборка листвы и подстилки в парках и на бульварах приносит только вред, вызывая уплотнение почвы, ухудшение ее водно-физических свойств и теплового режима, нарушая биологический круговорот питательных веществ;

- Снижение интенсивности транспортного потока в городской черте путем конструирования дополнительных транспортных развязок и введения в эксплуатацию экологически чистого общественного транспорта.

Выражаем глубокую благодарность администрации ФГБОУ ВО «КубГУ» за предоставления измерительного прибора для проведения исследования.

Список литературы

  1. Региональное бюро ВОЗ: Природные пожары и аномальная жара в РФ. Методико-санитарные рекомендации. 2010 г. Режим доступа: http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0019/120745/Sitrep_19August_RUS_wildfires.pdf?ua=1 (дата обращения 20.10.2017).

  2. Оценочные данные ВОЗ по воздействию загрязнения воздуха на здоровье человека. 2016 г. Режим доступа: http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2016/air-pollution-estimates/ru/ (дата обращения 22.10.2017).

  3. Рекомендации ВОЗ по качеству воздуха, касающиеся твердых частиц, озона, двуокиси азота и двуокиси серы. Глобальные обновленные данные. Краткое изложение оценки риска. Режим доступа: http://www.who.int/publications/list/who_sde_phe_oeh_06_02/ru/. (дата обращения 22.10.2017).

  4. ВОЗ: окружающая среда и социальные детерминанты здоровья. Режим доступа: http://www.who.int/phe/ru/. (дата обращения 20.10.17).

  5. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001. – 743 с.

  6. Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды: Учебник для вузов. – М.: Мир, 2005. – 296 с.

  7. ГН 2.1.6.695-98 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Режим доступа: http://www.gosthelp.ru/text/GN21669598Predelnodopusti.html (дата обращения 23.10.17).

  8. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 29.12.10 г. N 189 "Об утверждении СанПиН 2.4.2.2821-10 "Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях" (с изменениями и дополнениями Режим доступа: http://base.garant.ru/12183577/#ixzz4wPsgq94Ghttp://base.garant.ru/12183577/ (дата обращения 20.10.17).