XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Введение

Наиболее значимым фактором окружающей среды для здоровья населения является атмосферный воздух. Опасность загрязненного воздуха обусловлена наличием разнообразных загрязняющих веществ, оказывающих комбинированное действие, а также трудностью защиты от загрязненного воздуха, который действует на население круглосуточно.

В своей работе мы предлагаем рассмотреть экологическое состояние окружающей среды города Улан-Удэ: город занимает 1 место по уровню загрязнённости воздуха в России, особенно сильно страдает Левобережная часть города, расположенная за мостом через реку Селенга. Более выраженно это проявляется во время отопительного сезона. Республика Бурятия – регион с резко континентальным холодным климатом, в связи с этим жители города вынуждены отапливать свои дома углём либо дровами, что приводит к высокому выбросу канцерогенов в воздух в зимнее время года.

Актуальность: Мы выбрали эту тему потому, что в одном из самых загрязнённых районов города – на Левом Берегу – живут многие члены моей семьи и нас заинтересовал вопрос улучшения экологических условий их проживания.

Гипотеза: Основными источниками загрязнения Левобережья являются отопление частного сектора и повышенное количество личного автотранспорта.

Цель: Найти источники загрязнения воздуха и предложить выходы из сложившейся ситуации.

Задачи:

1.   Изучить информацию об основных источниках загрязнения атмосферного воздуха г. Улан-Удэ;

2. Определить источники загрязнения воздуха Левобережья;

3. Изучить информацию об уже применяемых мерах на данный момент.

Проблема: Повышенная загрязнённость воздуха Левого Берега города Улан-Удэ – столицы Республики Бурятия.

Предмет: Загрязнение воздуха города Улан-Удэ.

Объект: Воздух Левобережья.

В своей работе мы использовали такие сайты как infpol-ru.turbopages.org, m.baikal-media.ru, baikal20.ru, wwf.ru, https://arigus.tv/ и ulan.mk.ru, где при помощи статей, выпусков новостей и других материалов поднимался и освещался вопрос загрязнения воздуха г. Улан-Удэ. Из содержания статей можно сделать вывод, что данный вопрос активно изучается и меры по решению вопроса уже принимаются.  Изучив уже имеющийся в общем доступе материал, мы решили поделиться своими выводами с населением Левобережья.

ГЛАВА 1. Источники загрязнения воздуха и методы борьбы с ними

1.1. Историческая справка

Загрязнение атмосферы городов всевозможными примесями антропогенного характера отмечалось уже в древности. Упоминание о загрязнении воздуха дымом в Древнем Риме встречается уже около 24 г. до н. э. в одах Горация (65–8 гг. до н. э.). Еще более определенно об этом сказано у Сенеки (3 г. до н. э. – 65 г. н. э.): «Я почувствовал перемену в настроении, лишь только покинул смрадный воздух Рима, воняющий дымными печами, которые изрыгают отвратительный чад и сажу».

С наступлением ноября над Сибирью царит зимний азиатский антициклон, и дымный воздух становится плотным, как туман (приложение 1). И с каждым годом становится только хуже.   

1.2. Источники загрязнения воздуха

  Источники загрязнения многочисленны и разнообразны по своей природе. Различают естественное и антропогенное загрязнение атмосферы. Нужно отметить, что г. Улан-Удэ расположен в горном кольце, что позволяет загрязнениям из других регионов проникать через горы на территорию города, задерживаться и оседать.

1. В первую очередь это ТГК-14. ТЭЦ-1 - источник 33% всех вредных выбросов. ТЭЦ-2 - ещё 19%. Небольшие котельные - 17,5%.

2. В достаточно большой степени неблагоприятное состояние атмосферного воздуха в городе обусловлено наличием большого количества частных домовладений с печным отоплением углем, дровами: всего их в городе насчитывается около 43 тысяч, а так же небольшими котельными, дым от которых не уходит высоко в атмосферу, а стелется над землёй.

3. Третья проблема - рост числа автомобилей. По федеральной трассе проходят большегрузные машины, из выхлопных труб которых идёт столько дыма, что можно «потеряться как в тумане».

4. Причиной загрязнения воздуха  может быть и сама природа. Загрязняется воздух и во время лесных пожаров, возникающих от ударов молнии, преломления света от брошенных осколков стекла, окурков и непогашенных костров, которые оставляют отдыхающие, грибники, охотники.

 1.3. Экологические последствия загрязнения

Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия: от кашля до летального исхода. Тяжелые последствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли — смог. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип). Для Республики Бурятия более характерным является Лондонский тип смога, т.к. воздух обладает преимущественно низким уровнем влажности.

1.4. Методы борьбы с загрязнениями  

1. Таким источникам загрязнения как ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 можно порекомендовать опыт абаканской ТЭЦ, которая внедрила электронные фильтры «Alstom Power» для очистки выбросов и повысили её уровень с 98% до 99%. По этому поводу мэр г. Улан-Удэ Игорь Шутенков аккуратно заметил, что работа «по усилению экологической составляющей работы ПАО «ТГК-14»» уже ведётся.

2. Количество автомобильного транспорта продолжает расти и остановить этот процесс нельзя. Но можно его отрегулировать, сделав более привлекательным общественный транспорт и обеспечив больший приоритет экологически чистому транспорту, например, новой модели трамвая «Львёнок». Так же существуют стандарты экологических классов, которые следует учитывать при покупке автомобиля. Так в Европе класс «Евро 5» действует уже 10 лет, он уменьшает ПДК вредных веществ в выхлопах – до 50%.

3.  А вот с частным сектором и небольшими котельными - самая неясная часть. Первый шаг - наведение порядка в системе учёта загрязняющих объектов призван бороться республиканский проект «Чистый воздух», который использует датчики «Air Visual Pro». Задача этих устройств – замерить уровень загрязнения атмосферного воздуха и определить наличие в нём вредных веществ. Второй - запрет на использование твёрдого топлива для тех, кто уже подключен к ТГК-14.

4. Большое значение в сохранении чистоты воздуха имеют растения. Такими помощниками могут быть хвойные (ель, сосна), а также  тополь, ильм.

С главными источниками загрязнения атмосферного воздуха призван бороться республиканский проект "Чистый воздух", инициированный городскими властями (приложение 2,3,4).

1.5. Возможные выходы из ситуации

1) Газификация

             Массовая газификация жилого сектора, которую рассматривают федеральные чиновники для Красноярска, в столице Бурятии вряд ли может быть реализована. Жилой сектор города на Енисее - это плотные районы многоэтажек. А Улан-Удэ - это гигантское кольцо частного сектора. А вот для небольших котельных это вполне реализуемо, и более высокая стоимость газового тепла может компенсироваться снижением затрат на обслуживание (газовые котельные обладают более высокой автоматизацией). Но главная задача для властей - перевести на газ главные объекты - ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2. Без этого доля газового отопления вряд ли превысит 1-2%. Нужно отметить, что большинство ТЭЦ в России работает именно на природном газе, но подавляющее их большинство находятся в европейской части страны и на Урале. В Сибири основным топливом остаётся уголь. В любом случае, перспективы будут зависеть от скорости реализации "Газпромом" проекта прокладки газопровода "Сила Сибири-2" в Монголию и Китай. Без магистрального газа к обсуждению переоснащения улан-удэнских ТЭЦ можно даже не приступать.

2) Электроотопление

Один из самых быстрых способов снижения вредных выбросов - переход от угольных котлов к электроотоплению. Ответ прост – демократичная цена на электричество в Приангарье (одноставочные тарифы 1,42р за кВт/ч в сравнении с 3,464р кВт/ч в Бурятии) делает электрокотлы сравнимыми по затратам с угольными и дровяными, но куда более удобными. Первое препятствие для массового перехода на электроотопление - устаревшие сети. По оценкам МРСК Сибири, на подготовку всего сетевого хозяйства к повышенным нагрузкам потребуется 1,7 млрд рублей. Вопрос только в том, будет ли для электроотопления специальный тариф.

3) «Бездымный уголь»

Технология, вызвавшая наибольшие споры. Сомневались, что это вообще возможно, но после наглядной презентации сомневаться почти перестали. Подозревали, что вопрос лоббируют красноярские производители такого угля. Но оказалось, что единственная возможность снизить себестоимость «полукокса» до приемлемого уровня - это организовать его производство на улан-удэнских котельных, используя тепло для той же системы отопления. И при этом производить из местного угля. Опасались, что самодельные печи не выдержат более высокую температуру «полукокса». Но презентация проводилась на самых обычных «буржуйках», а ориентироваться на домашние печи (многие из которых работают на одном честном слове) было бы глупо.

Но есть одно но. При всех усилиях городских властей нарастить производство «бездымного угля» быстро вряд ли получится. Необходимы специальные печи, которые нужно установить, проверить, убедиться. Ответы на большинство вопросов даст предварительное технико-экономическое обоснование, которое уже разрабатывают специализированные институты. Себестоимость такого топлива представляет дорогое удовольствие для частного сектора (10-30 фракций составляют 11 500р за 1 тонну).

4) Природные возобновляемые источники

Есть и абсолютно экологичные источники природного тепла, которые в республике пока применяются мало. В первую очередь это солнечные коллекторы. Кстати, не стоит путать их с солнечными батареями. Батареи вырабатывают электричество, а коллекторы нагревают жидкость-теплоноситель, которая передаётся в систему отопления. Батареи проще в установке, но для получения тепловой энергии от солнца коллекторы в несколько раз эффективнее. Кроме того, в Улан-Удэ успешно применяют и теплообменные насосы, получающие тепло из земли. Если описать грубо, то это "холодильник наоборот", способный даже температуру в 3-5 градусов использовать эффективно. В Бурятии несколько объектов уже отапливается такими насосами, например, здание прокуратуры в центре Улан-Удэ, а также городской "Водоканал" начал использование такой системы на своих насосных станциях. Интересно, что эти же насосы летом используются как кондиционеры, наоборот, "сбрасывая" излишки тепла из здания. Однако в частном секторе нет как возможности использования данной системы, так и необходимости. В зимнее время года почва промерзает настолько, что проложенные под землёй трубы сковывает льдом и в ней не сохраняется необходимых нескольких градусов тепла, а в летнее время года в частных домах комнатная температура понижается за счёт подпольных помещений и тесного контакта с холодной землёй.

В итоге можно сказать, что с технологической точки зрения возможности для улучшения экологической ситуации в Бурятии давно есть. Коронавирус сейчас наглядно показал, насколько опасно теперь иметь не совсем здоровые органы дыхания. А в Улан-Удэ такие почти у всех.

Вывод: нашей целью было найти источники загрязнения воздуха в районе Левобережья и возможные выходы из сложившейся ситуации. Для этого мы изучили информацию об источниках загрязнения, составе выбросов канцерогенов в атмосферу, статистические данные о загрязнениях, их влиянии на здоровье человека и окружающую среду, а также методы борьбы с загрязнением. Выяснилось, что загрязнение воздуха действительно представляет угрозу жизни для жителей города. В Улан-Удэ Администрация города и Минприроды Бурятии уже разработали комплексный план по городскому проекту «Чистый воздух». Он включает в себя мероприятия, при реализации которых, воздух в Улан-Удэ значительно улучшится.

ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования

 После изучения теории по данному направлению мы решили опытным путём убедиться в том, что основными источниками загрязнения воздуха в районе Левобережья являются автотранспорт и отопление частных домов (особенно с применением угля в качестве топлива).

2.1. Практическая работа №1

Тема: «Исследование количества выбросов в атмосферу от автомобилей»

Цель: рассчитать количество выбросов в атмосферу основных загрязняющих веществ от автотранспорта на автотрассе «5 км»  Левобережья.

Ход работы:

1. Я изучила ПДК вредных веществ, норм  расхода топлива, значения эмпирических коэффициентов, выброс вредных веществ (приложение 5,6,7);                                

2. Выбрала участок автотрассы на 5 км Левобережья длиной 0,5 км, имеющий хороший обзор;

3. Определила количество единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 минут. Количество единиц автотранспорта за 1 час рассчитала, умножив на 3 количество, полученное за 20 минут;

 4. Рассчитала общий путь, пройденный выявленным количеством автомобилей каждого типа  за 1 час (L, км) по формуле: Li= Ni · I, где Ni– количество автомобилей каждого типа за 1 час; i – обозначение типа автотранспорта; I – длина участка (км) (приложение 8);

 5. Рассчитала количество топлива (Qi, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле: Qi= Li. Yi.  Значения Yi взяла из таблицы 2;

6. Определила общее количество сожженного топлива каждого вида (Qi) (приложение 9);

7. Рассчитала количество выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива по таблице3 (приложение 10);

Обработка результатов и выводы.

1.     Масса выделившихся вредных веществ (m, г) рассчитывается по формуле: m = V × M : 22,4; m – масса выделившихся вредных веществ; V – количество вредных веществ (л);  М – молярная масса; М(СО) = 28 г/моль, М(С5Н12) = 72 г/моль, М(NO2) = 46 г/моль.

2.     Рассчитала количество чистого воздуха, необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ с целью обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды (для этого делим массу на значение ПДК) по формуле:

 Vвозд = mв  / ПДКв

Вид вредного вещества	Количество, л	Масса, г	Количество воздуха для разбавления, м³	Значение ПДК, мг/м³
СО	20,2	25,25	8416	3
Углеводороды	3,4	10,9	436	25
NO2	1,3	2,7	67500	0,04
Всего			76352

Вывод: результаты, полученные в ходе обработки данных, свидетельствуют о том, что количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу работающими автомобильными двигателями, велико, а особенно по угарному газу и углеводороду.

2.2. Практическая работа №2

Тема: «Анализ загрязнения воздуха в п. Солдатский  по выпавшим осадкам»

Цель: проанализировать загрязненность воздуха в п. Солдатский по выпавшим осадкам.

Ход работы:

1. Внешний вид снега свежего и суточного;

2. Внешний вид в растворах;

3.Фильтрация растворов.                        

Вывод: результат проведенного эксперимента вода в 1 стакане была прозрачная, без примесей. Во 2 стакане наблюдалась более мутная с примесями твердых частиц. После фильтрования на ватном диске №2 мы увидели  мелкие частички мусора, пыли и сажи. Увиденный результат позволяет сделать вывод, что в воздухе поселка настолько высокая концентрация крупных канцерогенных частиц, что в течение суток они оседают на снегу в количестве, видимом невооруженным глазом.

2.3. Практическая работа №3

Тема: «Опрос жителей Левобережья и анализ его результатов»

Цель: узнать общественное мнение по поводу проблемы загрязнения и уровень информированности населения Левобережья.

Ход работы:

1.     Я создала социологический опрос и разместила в соц. сетях;

2.     Проанализировала полученные ответы;

3.      Сделала выводы.

Вывод: жители Левобережья действительно страдают от возникшей проблемы, о чём свидетельствуют цифровые данные опроса. Большинство жителей Левобережья осознают, что воздух загрязнён, заболеваемость дыхательных путей растёт, сложно дышать и участники опроса понимают необходимость перехода на безопасную альтернативу привычным для них источникам загрязнения. На данный момент предпочтение людей отдаётся электроотоплению.

Заключение

С каждым годом тема загрязненной атмосферы в столице Бурятии становится все актуальнее, реакция на нее — все напряженнее, а дышать полной грудью — все труднее.

Мы поставили перед собой цель: найти источники загрязнения воздуха в районе Левобережья и возможные выходы из сложившейся ситуации. Для этого мы изучили информацию об источниках загрязнения, составе выбросов канцерогенов в атмосферу, статистические данные о загрязнениях, их влиянии на здоровье человека и окружающую среду. Выяснилось, что загрязнение воздуха действительно представляет угрозу жизни для жителей города. В Улан-Удэ Администрация города и Минприроды Бурятии уже разработали комплексный план по городскому проекту «Чистый воздух». Он включает в себя мероприятия, при реализации которых, воздух в Улан-Удэ значительно улучшится. Также идет научно-исследовательская работа «Загрязнение атмосферного воздуха», в ходе которой подрядной организацией проведены замеры загрязнения воздуха и испытания бездымного топлива, которое является еще одним направлением плана.

Результаты наших  исследования подтверждают факт того, что количество выбросов в атмосферу основных загрязняющих веществ очень сильно превышают нормы. Поскольку количество автотранспорта продолжает расти и остановить этот процесс невозможно, можно лишь начать его регулировать, запустив больше общественного транспорта, предложить автомобилистам переход на другие виды топлива (например, газ), отдать предпочтение более высокому экологическому классу автомобилей. Было бы справедливо от транспортного налога на 100% хозяев машин, переоборудованных на метан – природный газ и на 50%- автовладельцев, использующих газ и бензин.

Что касается отопления частных домов, то оно оказывает не менее сильное влияние на окружающую среду. Показатели датчиков, установленных на Левобережье, и результаты  наших исследований подтверждают, что за последние года очень сильно повысилась концентрация загрязнителей. Данный фактор влияет на здоровье жителей населённых пунктов в первую очередь.

Данный опрос жителей населенных пунктов, из всех предложенных нами  известных способов решения задачи, показал, что большинство выбрало электроотопление с учётом того, что стоимость электроэнергии будет снижена. Например, в Иркутской области цена за 1 квт/ч – 1,4 руб., а в Бурятии – 3,5 руб.  Для такого перевода, в первую очередь, необходимо реконструировать электросетевое хозяйство в городских микрорайонах, дающих наибольшее загрязнение воздуха.  А уже затем оснастить дома двузонными счетчиками.

Программа модернизации электросетей столицы Бурятии начинает работать с 2025 года. Проектирование начато. При переводе частного сектора на электроотопление, по информации правительства региона, снижение концентрации выбросов бензапирена составит до 88%.

Конечно, не забываем и про газ. На сегодняшний день в Улан-Удэ эксплуатируются четыре газовых котельных. Планируется и дальше переводить малые котельные на газ.

Город нуждается в озеленении. Для проведения акций по озеленению можно привлечь школьников, студентов, детей, пребывающих в летних лагерях отдыха, волонтёрские движения, активное население города к участию в посадке деревьев (желательно не только лиственных, но и хвойных пород).

Так же в последние десятилетия активно развивается строительство новых жилых комплексов, на территории которых не предусмотрены парковые зоны. Наше предложение: на законодательном уровне для строительных организаций ввести обязательное условие для застройщиков – выделение территории для небольшого придомового сквера, т.е. озелененной территории внутри городской застройки.

Наша гипотеза в результате исследования подтвердилась. Наша задача - привлечь внимание жителей. Предупреждён – значит вооружён.

Литературные источники

1.     Андреева, Н. Д. Теория и методика обучения экологии: учебник для СПО / Н. Д. Андреева, В. П. Соломин, Т. В. Васильева; под ред. Н. Д. Андреевой. — 2-е изд., испр. и доп. - М: Издательство Юрайт, 2017. -190 с.;

2.     Астафьева, О. Е. Экологические основы природопользования: учебник для СПО / О. Е. Астафьева, А. А. Авраменко, А. В. Питрюк - М: Издательство Юрайт, 2017.- 354 с.;

3.     Боголюбов, С. А. Правовые основы природопользования и охраны окружающей среды: учебник и практикум для академического бакалавриата / С. А. Боголюбов, Е. А. Позднякова. -3-е изд., перераб. и доп. - М: Издательство Юрайт, 2018. — 429 с.;

4.     Infpol-ru.turbopages.org - газета Информ Полис выпуск от 19.02.2021г.;

5.     M.baikal-media.ru - Информационное агентство БМК, выпуск от 15.11.2022;

6.     baikal20.ru - Социально-экологический Фонд «БайкалЭкоДействие»;

7.     wwf.ru – Всероссийский фонд дикой природы, Выпуск от 22.12.2020г;

8.     https://arigus.tv/ - Телеканал Ариг Ус Тв;

9.     ulan.mk.ru – газета МКRU Улан-Удэ, выпуск 31.05.2022г;

10. Сайт Агентства экономической информации «Прайм», статья от 28.11.2022г.

Приложение

Приложение 1

Приложение 2

20 января, полдень 2021 г.

Приложение 3

20 января 2021 г. 7:00

Цифра соответствует индексу качества воздуха (индекс менее 100 - умеренно, 150-200 - вредно, свыше 200 - опасно для здоровья). Каждый датчик в разные периоды времени имеет разный цвет, это зависит от уровня загрязнения: