XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение чистоты воздуха у школы при работе автотранспорта

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Орещенков И.Г. 1

---

1Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «РСШ №1 города Рудни»

Комарова Г.И. 1

---

1Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «РСШ №1 города Рудни»

Работа в формате PDF

137.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Проблема загрязнения атмосферного воздуха автотранспортными средствами без всяких сомнений является актуальной, поскольку транспорт относится к главным загрязнителям. В выхлопных газах содержится более 200 химических соединений и элементов. Наибольший вклад в структуру загрязняющих веществ вносят оксиды углерода и азота, углеводороды, сернистые соединения и сажа.

При автотранспортной нагрузке снижается качество окружающей среды из-за повышения уровня шумового воздействия. Все это разработки теоретических основ и методичных подходов к решению экологических проблем, связанных с работой автотранспортных средств, а также проведение исследований, направленных на изучение качества атмосферного воздуха при автотранспортной нагрузке.

Это предопределило тему нашей работы «Определение чистоты воздуха у школы при работе автотранспорта».

Основная цель работы: оценить экологическое состояние атмосферного воздуха при работе автотранспортных средств.

Для достижения цели были определены следующие задачи:

1. Изучить литературу по данному вопросу, освоить методики для проведения исследований.

2. Определить объемы веществ загрязнителей при работе автотранспортных средств на автотрассе у школы и на окружной дороге.

3. Проанализировать полученные результаты, сделать выводы и оценить экологическое состояние воздуха.

4. Предложить пути решения проблемы и определить перспективы на будущее.

Объект исследования: атмосферныйвоздух

Предмет исследования: экологическое состояние атмосферного воздуха

Гипотеза: экологическое состояние атмосферного воздуха находится в удовлетворительном состоянии.

Методы исследования:

• Теоретические: поиск и анализ информации.

• Эмпирические методы: наблюдение, описание, измерение, математические расчеты, сравнение, анализ результатов.

Оборудование: печатные источники, компьютер, фотоаппарат, дневник.

Место проведения: участок автотрассы центральной улицы Киреева и окружная дорога в микрорайоне школы.

Время проведения: зимний период.

Практическая значимость:

• Повышение экологической грамотности и экологической культуры

• развитие интереса к экологии, чувства причастности к решению экологических проблем.

Ожидаемые результаты: результаты данной работы позволят выяснить экологическое состояние атмосферного воздуха рядом со школой и наметить пути решения проблемы.

Основная часть

Глава 1.Загрязнение окружающей среды при работе автотранспорта

1.1. Экологическая цена автомобилей

Загрязнение окружающей среды имеет почти такую же дол­гую историю, что и история самого человечества. Долгое время перво­бытный человек мало, чем отли­чался от других видов животных и в экологическом смысле находился в равновесии с окружающей средой. К тому же численность человече­ства была невелика.

С течением времени в результате развития биологической организации людей, их умственных способностей, чело­веческий род выделился среди других видов: возник первый вид живых существ, воз­действие которых на все живое представляет собой потенциаль­ную угрозу равновесию в природе. «Можно счи­тать, что «вмешательство» человека в природные процессы за это время выросло не менее чем в 5000 раз, если это вмешательство вообще можно оценить» [3, стр.3].

«Известно, что основным источником загрязнения атмосферного воздуха является тепловая энергетика, промышленные предприятия и автомобильный транспорт» [5, стр.128].

Один из наиболее опасных источников загрязнения атмосферы предоставляет собой автомобильный транспорт. Подсчитано, что один автомобиль за год выбрасывает в атмосферу 600-800 кг оксида углерода, около 200 кг несгорающих углеводородов и около 40 кг оксида азота. В отработанных газах автомобиля около 280 вредных компонентов, некоторые из них обладают канцерогенными свойствами.

Таким образом, автомобильный транспорт становится одним из основных источников загрязнения окружающей среды.

В России количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух составляет 15,5 млн. тонн, в том числе от автотранспорта 13,5 млн. тонн. Количество автомобилей увеличивается с каждым годом. Структура загрязнения воздуха автотранспортными средствами в России, показывает следующую картину: 84 % - загрязнение углекислым газом, 83% - оксидами азота, 73% - углеводородами.

Особенно велик «вклад» автотранспорта в загрязнении воздушного бассейна крупных городов. Определяющая доля выбросов приходится на грузовые и легковые автомобили индивидуального пользования.

В районных городах с небольшим населением также следует отметить рост автотранспортных средств и ухудшение экологического состояния воздуха по причине загрязнения его автотранспортными средствами.

В городе Рудня, с населением около 9 тысяч человек, количество транспортных средств также увеличивается с каждым годом и, соответственно возрастает степень риска загрязнения атмосферного воздуха, которая связанна с увеличением количества выбросов загрязнителей в атмосферу при работе автотранспортных средств.

1.2. Загрязнение атмосферного воздуха выхлопными газами

«Загрязнение – привнесение в природную среду, а также возникновение и нарастание в ней исходно её не присущих химических, физических, информационных и биологических агентов. Загрязнение – все то, что выводит природные системы из состояния равновесия и отличается от наблюдаемой нормы» [1, стр.847].

В настоящее время автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидами азота и угарным газом, содержащимися в выхлопных газах. Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасны, чем угарный газ.

Загрязнение воздушной среды происходит из-за увеличения масштабов сжигания нефтепродуктов и это в свою очередь стало ощутимым с развитием автомобильного транспорта. Бензин, израсходованный на приведение в действие двигателей внутреннего сгорания, никуда не исчезает. Отдавая заключённую в нём энергию химических связей, он разлагается на более простые вещества – оксиды углерода, сажу, углеводороды и др. Наибольшее количество загрязняющих атмосферу веществ выбрасывается с выхлопными газами автомобилей. «Анализ выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания показал, что в них содержится около двухсот различных веществ, большинство из которых токсично» [5, стр.129].

Количество выбросов существенно зависит от конструкции двигателя, но количественный и качественный состав выхлопных газов, в значительной степени, зависит от технического состояния, условий и режима, работы двигателя. Само по себе попадание в окружающую среду с выхлопными газами токсичных веществ является весьма нежелательным, так как они представляют реальную опасность для здоровья людей. Так, оксид углерода инактивирует гемоглобин, обуславливая кислородную недостаточность тканей, вызывая расстройство нервной и сердечно – сосудистой систем, а так же способствует развитию атеросклероза.

Оксиды азота резко раздражают лёгкие и дыхательные пути, способствуя возникновению воспалительных процессов в них. Под влиянием оксидов азота образуется метгемоглобин, понижается кровяное давление, возникает головокружение, сонливость, расстройство дыхания и кровообращения.

Таким образом, при работе автотранспортных средств в окружающую среду выделяются загрязнители, которые существенным образом влияют на состояние здоровья человека.

1.3.Нормативы загрязнения атмосферного воздуха

Превышение максимально недействующих доз (МНД), к которым человечес­кий организм приспособился в ходе естественной эволюции, приводит к срыву защитных механизмов и развитию патологии[1, стр.23].

Последствия отрицательного воздействия на организм человека основных загрязнителей воздуха, попадающих в атмосфе­ру из выхлопных газов, приведены в таблице.

Особенностью нормирования качества атмосферного воздуха является зависимость воздействия загрязняющих веществ, присутствующих в воздухе, на здоровье населения не только от значения их концентраций, но и от продолжительности временного интервала, в течение которого человек дышит данным воздухом.

В Российской Федерации, как и во всем мире, для загрязняющих веществ, как правило, установлены 2 норматива: норматив, рассчитанный на короткий период воздействия загрязняющих веществ, который называется «предельно допустимые максимально-разовые концентрации» (ПДКмр).

Эта концентрация при вдыхании в течение 20-30 минут не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека. Второй норматив называется «предельно допустимая среднесуточная концентрация» (ПДКсс) химического вещества в воздухе населенных мест.

Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании и норматив, рассчитанный на более продолжительный период воздействия (8 часов, сутки, по некоторым веществам год). В Российской Федерации данный норматив устанавливается для 24 часов[5].

1.4.Методы исследований

Загрязнение атмосферного воздуха можно определить разными методами. Для этого широко используются физико-химические и биоиндикационные. При определении загрязнения атмосферного воздуха автотранспортными средствами можно использовать методику Федорос Е.И., Нечаевой Г.А «Определение количества загрязнителей, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта» [4, стр. 285].

Чистоту атмосферного воздуха можно определить биоиндикационными методами и при этом использовать метод Алексеева «Определение чистоты воздуха пассивным методом лихеноиндикации» [6].

Глава 2. Определение объемов загрязняющих веществ и чистоты

воздуха

2.1. Определение объемов загрязнителей на автотрассе у школы

Исследования проводились по методике авторов Федорос Е.И., Нечаевой Г.А «Определение количества загрязнителей, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта».

Для расчета вредных выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух автотранспортом за 1 час, мы использовали данные, утвержденные приказом Госкомэкологии России №66 от 16 февраля 1999 года.

Для наблюдения мы выбрали участок центральной улицы, расположенный рядом со школой. Выбранный участок был длиной в 1 км и имеющий хороший обзор. Наблюдения проводилось в разное время суток: утром (08.15), днем (13.30) и вечером (18.00) в одно, и тоже время в течение недели. Кроме того учитывались метеоусловия, а также направление и сила ветра, велись записи в дневнике наблюдений.

Для дальнейшей работы взяли средние значения количества машин за 20 мин, которое составило 128 машин.Далее умножили полученное число автомобилей на три и вычислили N – число единиц автотранспорта, проходящих по участку за 1 час, которое составило число – 512.

Затем рассчитали общий путь (L), пройденный автомобилями за 1 час, при этом, умножив N на длину участка, и получили число – 512 км. Далее рассчитали объем топлива (Q, л) сжигаемого за 1 час легковыми автомобилями (средний показатель) по формуле: Q=L х Y, где Y – удельный расход топлива на 1 км, руководствуясь табл. 1.

Таблица 1. Показатели работы автотранспорта.Нормы расхода топлива

Объем израсходованного топлива за 1 час работы составил 66,56 л. Затем мы рассчитали общие объемы (V) выделившихся в атмосферу загрязнений (угарного газа, углеводородов, диоксида азота в л) при сгорании топлива у всех автомобилей по формуле: V = K х Q, где, К – эмпирический коэффициент, определяющий зависимость величин выброса вредных веществ от вида горючего, руководствуясь табл. 2.

Таблица 2. Показатели работы автотранспорта.Коэффициент выброса загрязняющих веществ в атмосферу

Полученные результаты мы округлили до целых чисел и сделали записи:

V_СО2= 66,56 х 0,6 = 39,936 л ≈40 л;

V_С6H6 = 66,56 х 0,1 = 6,656 л ≈7 л;

V_NO2 = 66,56 х 0,04 = 26,624 л ≈ 3 л

Затем, мы рассчитали массу каждого из выделившишся вредных веществ m_CO2, m_С6H6, m_NO2, по формуле: m = V х M : 22,4, где M – молекулярная масса каждого из оцениваемых загрязнителей.

Нами были произведены математические рассчеты и сделаны следующие записи полученных результатов:

m_CO2= 40 х (12 +2х16): 22,4 = 79 г/м = 0,079 мг/м³;

m_С6H6= 7 х (6х12+6х1): 22,4 = 25 г/м = 0,025 мг/м³;

m_NO2 = 2,7 х (14+ 16х2): 22,4 = 5,5 г/м = 0,055 мг/м³

Полученные результаты расчетов мы представили в табл.3.

Таблица 3. Объм и масса веществ, выделяемых в атмосферу за 1 час

При сгорании 100 литров бензина также выделяется 0,1 кг сажи.

Исходя из результата общих затрат топлива, можно определить сколько выделится сажи при сгорании израсходованного топлива за 1 час общим количеством машин по формуле: Y х 0,1 : 100. По результатам математических действий были сделаны записи – 66,56х 0,1: 100 = 0,067 кг = 67 г = 0,067 мг/м³.

Полученные результаты исследований мы внесли в табл. 4.

Таблица 4. Результаты исследований, токсичность и ПДК

Анализпоказал, что полученные результаты не превышают среднесуточные нормы ПДК по всем показателям, кроме – сажи (копоть) на 7%, а максимально разовые по всем показателям в норме.

На основании анализа, мы пришли к выводу, что в воздухе присутствуют загрязнитель – сажа (копоть), превышающий суточные нормы ПДК, потому что допустимый поток транспорта 200 авт./ч увеличен более, чем в 2 раза.

2.2.Определение объемов загрязнителелей на окружной дороге

Наблюдения проводилось также в разное время суток: утром (08.15), днем (13.30) и вечером (18.00) в одно, и тоже время в течение недели при учете метеоусловий, направления и силы ветра. Все данные записывались в дневнике наблюдений.

Для дальнейшей работы взяли средние значения количества машин за 20 мин. В ходе наблюдений и подсчета машин в дневнике наблюдений были внесены следующие результаты: дизельные грузовые автомобили – 176, легковых автомашин – 172 и автобусов – 12. Далее умножили полученное число автомобилей на три и вычислили N – число единиц автотранспорта, проходящих по участку за 1 час, которое составило: дизельные грузовые автомобили – 528, легковые автомашины – 516 и автобусы – 36. Затем рассчитали общий путь (L), пройденный автомобилями за 1 час, при этом, умножив N на длину участка, и получили числа: 528 км, 516 км и 36 км.

Далее рассчитали объем топлива (Q, л) сжигаемого за 1 час всеми видами транспорта (средний показатель) по формуле: Q=L х Y, где Y – удельный расход топлива на 1 км, руководствуясь табл. 1. (см выше)

Полученные результаты объема израсходованного топлива за 1 час работы мы округлили до целых чисел и внесли табл.5.

Таблица 5. Результаты объема расхода топлива на 1 км

Затем мы рассчитали общие объемы (V) выделившихся в атмосферу загрязнений (угарного газа, углеводородов, диоксида азота в л) при сгорании топлива у всех автомобилей по формуле: V = K х Q, где, К – эмпирический коэффициент, определяющий зависимость величин выброса вредных веществ от вида горючего, руководствуясь табл. 2.(см выше). Полученные результаты мы округлили до целых чисел и поместили в табл. 6.

Таблица 6. Результаты объемов веществ, выделяемых в атмосферу за

1 час работы автотранспорта

Затем, мы рассчитали массу каждого из выделившишся вредных веществ m_CO2, m_С6H6, m_NO2, по формуле: m = V х M : 22,4, где M – молекулярная масса каждого из оцениваемых загрязнителей.Полученные результаты расчетов мы представили в табл.7.

Таблица 7. Результаты объма и массы веществ, выделяемых в атмосферу

за 1 час работы автотранспорта

При сгорании 100 литров бензина также выделяется 0,1 кг сажи.

Исходя из результата общих затрат топлива, можно определить сколько выделится сажи при сгорании израсходованного топлива за 1 час общим количеством машин по формуле: Y х 0,1 : 100.

Полученные результаты расчетов мы представили в табл.8.

Таблица 8. Результаты объемов сажи (копоти) при работе автотранспорта

Далее мы сравнили объемы всех загрязнителей с нормами ПДК и поместили полученные результаты в табл. 9.

Таблица 4. Результаты исследований, токсичность и ПДК

Анализпоказал, что полученные результаты превышают среднесуточные нормы ПДК по показателю: сажа (копоть) на 19 %, а максимально разовые по этому же показателю – на 6 %. Все остальные показатели в норме.

На основании анализа, мы пришли к выводу, что в воздухе присутствуют загрязнителиь – сажа (копоть).

Таким образом, на автотрассе и окружной дороге превышают суточные нормы ПДК по объему веществ загрязителей – сажи (копоть).

2.3.Определение степени чистоты воздуха методом лихеноиндикации

Продолжением нашей практической работы стало определение чистоты воздуха методом лихеноиндикации, которая проводилась в зимний период.

Для проведения исследований был использован метод Алексеева «Определение чистоты воздуха пассивным методом лихеноиндикации», основанный на наблюдениях и подсчете числа видов лишайников на стволах деревьев на высоте их заселения и плотности колоний [6].

При проведении исследований, мы соблюдали все необходимые правила, подход, технику проведения исследований, наглядный способ «палетки» для измерения численности лишайников на деревьях, в частности их проективного покрытия и процедуру подсчета полученных измерений.

Для исследований был выбран вид дерева – липа остролистная, так как этот вид входит в число преобладающих видов, произрастающих на пришкольной территории.

Затем были определены участки проведения исследований. Для этого мы выбрали два квадрата. Одним из них стал опытный участок № 1 – аллея лип с восточной стороны школы и контрольный участок №2 – аллея лип в городском парке.

Для оценки загрязнения воздуха, мы взяли по 10 модельных деревьев примерно одного возраста на участках №1 и №2. Далее на каждом дереве были выделены четыре пробные площадки с разных сторон света на высоте 1, 5 м с помощью палетки, размером 10 х 10 см и рулетки.

Затем мы измерили способом «палетки» (10 х 10 см с ячейками 1 х 1см =100) площадь проективного покрытия лишайников на стволах деревьев на каждом участке и подсчитали количество квадратов проективного покрытия лишайников к площади, свободной от лишайников на каждом дереве с четырех сторон света.

Для дальнейших расчетов мы взяли средние значения степени проективного покрытия стволов деревьев лишайниками, и поместила в табл.4 и 5.

Таблица 4. Степень покрытия лишайниками на участке №1

Таблица 5. Степень покрытия лишайниками на участке №2

Используя формулу: R= (100 a+50 b) /C, где С – общее число квадратов палетки, была определена степень покрытия лишайниками стволов деревьев в % и результаты округлены до целых чисел.

Затем, путем математических подсчетов, мы определили среднее значение степени проективного покрытия лишайников для каждого участка.

Анализ полученных результатов показал, что на участке №1 проективное покрытие лишайниками стволов деревьев меньше, чем на контрольном участке №2 и составило 66% и 73% соответственно.

Далее мы определили общее количество видов лишайников на опытном и контрольном участках и общее количество доминантных видов.

Анализ полученных результатов показал, что на обоих участках количество видов лишайников – одинаковое и равно трем, среди которых было определено – 2 доминантных вида на каждом участке.

Затем мы определили степень загрязнения атмосферного воздуха на каждом участке, руководствуясь табл.6 .

Таблица 6. Шкала качества воздуха по проективному покрытию

лишайниками стволов деревьев

Анализ полученных результатов степени загрязнения атмосферного воздуха показал следующие результаты: на участках №1 и №2 – 4 зона, что соответствует относительно чистому воздуху.

Используя анализ полученных результатов, мы пришли к выводу, что вокруг школы относительно чистый воздух,

Таким образом, полученные результаты исследований позволили нам сделать вывод и оценить экологическое состояние воздуха – удовлетворительное, что подтверждает высказанную нами гипотезу.

Пути решения проблемы

Проанализировав теоретическую и практическую часть работы, мы предложили следующие пути решения проблемы:

1. использовать автотранспортные средства, оборудованные выхлопными трубами с фильтрами, двигатели с минимальным выбросом загрязнителей и менее токсичное топливо.

2. осуществить дополнительную посадку деревьев, создать защитные зеленые полосы от выбросов загрязнителей при работе автотранспорта. При этом необходимо использовать деревья, обладающие наибольшей устойчивостью к выхлопным газам автомобиля. Из хвойных пород деревьев таковыми являются:

• лиственница сибирская (Larix sibirica), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), ель (Picea pungens);

• из лиственных деревьев: дуб черешчатый (Quercus robur), липа серцевидная (Tilia cordata), береза повислая (Betula pendula) [7].

Перспективы на будущее: осуществить мониторинг по определению экологического состояния атмосферного воздуха при автотранспортной нагрузке на автотрассе и окружной дороге.

Заключение

В ходе всей проделанной работы, мы пришли к следующим выводам:

1. По данному вопросу изучена и проанализирована литература, освоены методики для проведения исследований.

2. Проведена практическая работа исследовательская работа по определению выброса объемов веществ загрязнителей при работе автотранспорта рядом со школой.

3. Определена степень чистоты воздуха и дана удовлетворительная оценка его экологического состояния, что подтвердило высказанную нами гипотезу.

4. Предложены пути решения проблемы, определены перспективы на будущее, все задачи решены, и цель достигнута.

В заключении хочу отметить, что значительная часть загрязнений атмосферного воздуха связана с автотранспортом. Наша школа находится рядом с автотрассой и окружной дорогой, поэтому есть риски его загрязнения. Их степень будет возрастать с ростом числа автомобилей, что можно отметить в тенденции их роста в настоящее время.

Литература

1. Большой справочник школьника. 5-11 классы, Дрофа, 2004

2. Губарева Л. И. и др. Экология Человека.2003 год М. Владос.

3. Монин А. С.. Шишков Ю. А. Глобальные экологические проблемы. — М.: Зна­ние, 1991.

4. Федорос Е.И., Нечаева Г.А. Экология в экспериментах: учебное пособие для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений. – М.: Вентана-Граф, 2006. – 384 с. – (Библиотека элективных курсов).

5. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/Под ред. Т. Я. Ашихминой.-М.: АГАР,2000.-385 c.

6. Боголюбов А.С., Кравченко М.В. Методическое пособие «Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации» «Экосистема», [Электронный ресурс]

https://karpolya.ru/uploads/fajly/10lihen.pdf?ysclid=m7kufu441880740717

7. Чирткова А.И. Зеленые насаждения как метод защиты от шума и вредных выбросов двигателей внутреннего сгорания в сельской местности /А.И. Чирткова, П.В. Литвинов. – Текст: непосредственный // Молодой ученый – 2017. – №11 (145). – С. 173-176. – URL: [Электронный ресурс]

https://moluch.ru/archive/145/40761/ (дата обращения: 26.02.2025).