VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Мониторинг загрязнения воздуха в Центральном районе города Воронежа

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дьяченко И.Д. 1

---

1МБОУ СОШ № 102

Шацких М.А. 1

---

1МБОУ СОШ № 102

Работа в формате PDF

524.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

...Или люди сделают так, чтобы в воздухе

стало меньше дыма, или дым сделает так,

чтобы на Земле стало меньше людей

Дж. Баттон

Введение

Проблема оздоровления окружающей среды переросла из национальной в международную и стала предметом постоянного внимания Организации Объединенных наций. По данным ВОЗ, состояние здоровья населения на 20-30% зависит от решения экологических проблем. В охране окружающей среды особое место занимает борьба с загрязнением атмосферного воздуха, представляющим растущую угрозу для здоровья населения и благосостояния общества.

Право человека на здоровую окружающую среду в России обеспечивается, прежде всего, основным законом государства – Конституцией. Поскольку атмосферный воздух является жизненно важным компонентом окружающей природной среды, неотъемлемой частью среды обитания человека, растений и животных, было актуальным принятие в 1999 году закона «Об охране атмосферного воздуха», устанавливающего правовые основы охраны атмосферного воздуха и направленного на реализацию конституционных прав граждан на благоприятную окружающую среду и достоверную информацию о ее состоянии.

Загрязнение воздуха является одной из наиболее острых проблем последнего десятилетия. Во многом это обусловлено развитием транспортной инфраструктуры и, прежде всего, ростом автомобильного транспорта.

Прежде чем начать наше исследование, мы обратились к словарю Д.Н. Ушакова с целью дать определение слову «воздух». И так, воздух – это сложное газообразное вещество, составляющее атмосферу Земли [11]. Возникает вопрос: почему это сложное вещество? Ответ нам дает Домогацких Е.М., который считает, что воздух – это смесь газов: азота, кислорода и др. В состав воздуха также входят водяной пар, частицы твердых веществ, микроорганизмы [3].

В ходе своей жизнедеятельности, мы привыкли считать, что человек вдыхает кислород и выдыхает углекислый газ. Однако большинство ученых считают, что в составе воздуха 78 % - это азот и только 21 % - кислород, еще 1 % приходится другие газы, в число которых входит углекислый газ (0.03%). Следует отметить, что слово «азот» означает безжизненный, но без смеси его с кислородом жизнь не возможна [10].

Кислород жизненно необходим для всего живого. Растения не могут прорастать без насыщения кислородом. В этом элементе нуждаются и корни, и листья, и стебли растений. Воздух способствует осуществлению микробиологических процессов, происходящих в почве. Благодаря этим процессам в почве образуются элементы, необходимые для питания, роста и жизни растений - азот, фосфор, калий и другие.

Животные, как и растения, нуждаются в воздухе. Возраст, пол, размер и физическая активность напрямую связаны с потребляемым количеством воздуха.

Организм животных очень чувствителен к недостатку кислорода. Из-за пониженной кислородной концентрации у животных перестают окисляться потребляемые белки, жиры и углеводы. Это приводит к накоплению вредных токсических веществ в организме [7].

Кислород необходим для насыщения крови и тканей живого существа. Поэтому при нехватке этого элемента у животных учащается дыхание, ускоряется ток крови, снижаются окислительные процессы в организме, животное становится беспокойным [7].

Именно воздух является той средой, без которой человек просто не может существовать. При отсутствии воздуха человек может прожить буквально несколько минут. При этом, например, без еды организм способен продержаться почти месяц. Благодаря воздуху осуществляются основные процессы жизнедеятельности в организме, происходят почти все окислительно-восстановительные реакции. Отметим, что качество этих процессов напрямую зависти от чистоты воздуха.

Качественная воздушная атмосфера должна содержать оптимальное, сбалансированное количество составляющих газов. Однако дышать качественным воздухом в пределах города-миллионника невозможно.

Цель работы: оценка загрязнения воздушной среды города автотранспортом.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- провести учёт транспортной нагрузки на улицах города

- оценить количество загрязняющих веществ в воздухе на улицах Центрального района г. Воронежа, выбранных в качестве объектов исследования

- определить загрязнение воздуха используя различные методики

-сравнить количество загрязняющих веществ в выхлопных газах автомобилей работающих на жидком и газообразном топливах.

- сделать выводы о загрязнении воздуха в Центральном районе города Воронежа.

Основными источниками информации при проведении исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых биологов, в т.ч. Акимова Л.М., Бочарова В.Л., Куролап С.А., а также данные нормативных источников, исследований, проведенных Гринпис и опубликованных на сайте https://priroda36.ru.

Объектом исследования выступили улицы Центрального района г. Воронежа: Дарвина, Шишкова, Московский проспект.

В ходе исследования был использован теоретический (изучение и анализ литературы) и эмпирический (наблюдение, эксперимент, анализ, синтез и т.д.) методы.

Предметом исследования является загрязнение воздуха в районе проживания и обучения.

Автором было изучено состояние воздуха в районе обучения и проживания, проведены исследования по определению транспортного потока на улицах – объектах исследования и дана оценка его влияния на качество воздуха, проанализирован состав выбросов транспорта, работающего на различных видах топлива, даны рекомендации по улучшению качества воздуха и решению проблемы его загазованности автотранспортом.

1. Общие сведения о загрязнении воздуха в г. Воронеже

Последние пять лет в г. Воронеже ведутся активные исследования загрязнения воздуха, поскольку размеры города и его население значительно увеличились, транспортные потоки стали гораздо плотнее, появились новые предприятия, автодороги. Не всегда, используемое автомобилистами топливо, имеет хорошее качество, не смотря на требования нормативных актов. При этом доля транспорта в общем объеме загрязнения очень высока. Недостаточная эффективность очистительных установок на промышленных предприятиях, также оказывает негативное влияние на качество воздуха в городе.

Деятельность человека способствует выбросу золы, сажи, пыли. Также в атмосферу попадают минеральные кислоты, органические растворители.

По данным сайта priroda36.ru в настоящее время суммарные выбросы в атмосферу за год в г. Воронеже составляют в среднем около 360 – 400 тысяч тонн. Из них на стационарные источники приходится около 70 тысяч тонн. Это твердые вещества, оксиды углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, органические соединения. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят: Воронежская ТЭЦ-1, ОАО «Амтел-Черноземье», ОАО «Воронежсинтезкаучук», ОАО «ВАСО», ОАО «Рудгормаш», ОАО «Тяжмехпресс», ОАО «Станкостроительный завод», ОАО «Минудобрения» в г. Россошь, ОАО «Семилукский огнеупорный завод», ОАО «Павловскгранит», ОАО «Подгоренский цементник» и др [12].

Основная причина загрязнения атмосферы – выбросы от передвижных источников, т. е. автотранспорта (83 – 85% загрязнений). По данным управления Роспотребнадзора по Воронежской области за 2018 год, вклад машин в загрязнение воздуха составлял около 80%.

Летом 2018 года волонтеры Гринпис провели в России исследование загрязнения воздуха. В нем участвовали 8 городов-миллионников, в том числе и Воронеж. Целью исследования было выявление зависимости концентраций диоксида азота (ядовитого для человека газа) от близости к источникам загрязнения, в первую очередь к дорогам. Исследование консультировал университет Эксетера, результаты анализировались лабораторией в Великобритании и показали существенное превышение норм диоксида азота в воздухе у дороги [13].

Проанализировав различные источники относительно загрязнения воздуха в г. Воронеже, возник вопрос: насколько загрязнен воздух в районе моего проживания (Московский проспект) и нахождения школы (ул. Шишкова)? Какова концентрация вредных газов в воздухе, которым дышу я и мои одноклассники?

2. Практическая часть работы

1. Учет интенсивности транспортных потоков.

Методика выполнения:

На улицах, выбранных в качестве объектов исследования (Московский проспект, Шишкова, Дарвина) проведено наблюдение за интенсивностью автотранспортного потока

Подсчитано количество единиц автотранспорта, проходящего на данных точках (2017, 2019 г.г.). Данные внесены в таблицу 1.

Таблица 1 – Интенсивность транспортного потока на улицах-объектах исследования

Улица	Время	Легковые, шт		Грузовые, шт		Автобусы, шт.		Всего, шт		2019 г. в % к 2017 г.
		2017 г.	2019 г.	2017 г.	2019 г.	2017 г.	2019 г.	2017 г.	2019 г.
Дарвина	18.00-18.15	328	406	14	36	6	9	348	451	130
Шишкова	18.00-1815	984	1487	78	145	2	10	1064	1642	154
Московский проспект	18.00-18.15	1012	2415	624	829	41	78	1677	3322	198

Проведенные исследования показали, что количество автотранспорта на улице Дарвина в 2019 г. увеличилось на 30 %, на ул. Шишкова на 54 %, на Московском проспекте на 98 % по сравнению с 2017 г. Во многом это связано с ростом маршрутного автотранспорта, строительством дополнительных полос на ул. Дарвина и Московском проекте.

2. Определение загрязнения воздуха на основе проб коры деревьев

Методика выполнения:

1. На выбранных участках осмотрели деревья и выбрали неповрежденные, отдельно стоящие деревья, с прямым стволом, с диаметром стволов не менее 30 см. Для исследований были отобраны деревья сосны, лиственницы, березы, дуба.

2. Отбор проб коры:

-пробы коры отбирались по окружности ствола на высоте 1,2 м от земли (Приложение 1);

- кора срезалась в виде пластинок толщиной 0,5-3 мм (Приложение 2);

- пробы коры очищались от посторонних примесей, например, лишайников и помещались в бумажные пакеты.

3. Подготовка проб коры для анализа:

- кора высушивалась на воздухе при комнатной температуре;

- высушенная кора измельчалась до состояния порошка с помощью комбайна (Приложение 3);

-измельченная кора взвешивалась на лабораторных весах, и отбирались пробы в количестве

2 г. (Приложение 4)

4. Проведение лабораторных исследований (Приложение 5, 6).

Таблица 2 - Анализ собранного материала

Анализируя данные таблицы 2, можно сделать вывод, что наименьшей проводимостью обладает кора березы и лиственницы, собранные в экологически чистом районе города (по данным экологов города) – СХИ. Наибольшая проводимость у образца сосны, взятого в районе проживания и нахождения школы – Московский проспект (МП). Следовательно, она содержит большое количество разнообразных солей.

Исследование образцов на кислотность показало, что большинство проб имеют среду близкую к нейтральной (7)

Изучив образцы на содержание солей, мы пришли к выводу, что образец лиственницы из СХИ обладает наименьшим значением – 30 ppt. Наибольшее солесодержание у образца сосны с МП.

По данным исследования, наибольшее количество нитратов содержится в коре березы, взятой в микрорайоне МП, наименьшее – в том же образце, но из микрорайона СХИ.

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что образцы, собранные в микрорайоне МП загрязнены больше, чем те же образцы, но в другом районе города. Все это свидетельствует о значительном загрязнении воздуха в районе нахождения школы и проживания. Здесь проходят две оживленные дороги.

3. Определение концентрации загрязняющих веществ в воздухе

Методика выполнения:

Для определения в воздушной среде диоксида азота:

1. Вскрыли трубку индикаторную (ТИ) ТИ-[NO-0.05] с обеих концов.

2. Вставили ТИ в гнездо аспиратора (НП-3М, АМ-5М) концом, на который указывает стрелка.

3. Прокачали через ТИ 300 см³ (1800 см) анализируемого воздуха. Максимальное время прокачивания 100 см³ – 120 сек. В присутствии диоксида азота индикаторная масса должна изменить цвет с белого на бордово-коричневый.

4. Измерили концентрацию диоксида азота по шкале, нанесенной на трубку или приложив ТИ к соответствующей шкале внутри коробки. При использовании шкалы внутри коробки совместили границу начала изменения окраски индикаторной массы ТИ с начальным делением шкалы.

Для определения в воздушной среде диоксида углерода.

1. Вскрыли трубку индикаторную (ТИ) ТИ-[CO₂-2.0% об.] с обоих концов.

2. Вставили ТИ в гнездо аспиратора (НП-3М. АМ-5М) концом, на который указывает стрелка.

3. Прокачали через ТИ 400 см³ (4000 см³) анализируемого воздуха. Максимальное время прокачивания 100 см³ – 130 сек. В присутствии диоксида углерода индикаторная масса обесцвечиваясь изменяет цвет с сиреневого на темно-сиреневый (темно-фиолетовый).

4. Подсчитали концентрацию диоксида углерода по шкале, нанесенной на трубку или приложив ТИ к соответствующей шкале внутри коробки.

Для определения в воздушной среде диоксида серы:

1. Вскрыли трубку индикаторную (ТИ) ТИ-[SO₃-0.13] и трубку фильтрующую (ТФ) ТФ-SO с обоих концов.

2. Перед началом измерений через ТФ прокачали 300 см³ анализируемого воздуха. ТФ можно применять не более чем с 5 ТИ. Если применение ТФ необходимо в дальнейшем, ее концы следует закрыть заглушками.

3. Соединили конец ТИ без перетяжки (сужения) концом ТФ с перетяжкой отрезком эластичной трубки.

4. Вставили ТИ в гнездо аспиратора (НП-3М, АМ-5М) концом, на который указывает стрелка.

5. Прокачали через ТИ 1100 см³ (3000 см³) анализируемого воздуха. Максимальное время прокачивания 100 см³ – 200 сек. В присутствии диоксида серы индикаторная масса изменяет цвет с фиолетового на белый.

6. Измерили концентрацию диоксида серы по шкале, нанесенной на трубку или приложив ТИ к соответствующей шкале внутри коробки. При использовании шкалы внутри коробки совместили границу начала изменения окраски индикаторной массы ТИ с начальным делением шкалы. При размытости границы раздела окрасок слоев исходной и прореагировавшей индикаторной массы измерение проводили по нижней и верхней частям границы. За результат измерения принимается среднее значение.

Проведение проб с индикаторными трубками лаборатории Крисмас+ на улицах города результатов не дало. Возможно, концентрация загрязняющих веществ не такая высокая, либо очень быстро рассеивается (Приложение 7).

4. Определение экологически безопасного вида топлива

Исследование проводится по следующим показателям: содержание диоксида углерода, диоксида серы, диоксида азота (с помощью индикаторных трубок), диоксид азота и пары ртути (тест-системы)

Методика выполнения:

1. Подготовили и расправили чистый, сухой, целый полиэтиленовый мешок

2. Надели мешок на 3-5 с на выхлопную трубу глушителя автомобиля с работающим двигателем и наполнили выхлопными газами.

3. Герметично зажали рукой горловину мешка.

4. Вскрыли индикаторную трубку с обоих концов, используя отверстие в головке насоса.

5. Подсоединили индикаторную трубку со стороны выхода воздуха к насосу.

6. Приоткрыли пакет и быстро поместили туда индикаторную трубку вместе с частью насоса, после чего пакет снова загерметизировали, зажав рукой.

7. Прокачали через индикаторную трубку необходимый по инструкции объем воздуха, сделав требуемое количество качаний насосом.

8. Отметили изменение окраски наполнителя и длину прореагировавшего столбика наполнителя после покачивания. Расположили индикаторную трубку рядом со шкалой, изображенной на этикетке, и определили величину концентрации газа в мг/ м³ по границе столбика, изменившего окраску.

Проведенные исследования показали, что газовое топливо не содержит паров ртути и диоксид серы. Диоксида же углерода и азота содержится в два раза меньше, чем в бензине (Таблица 3).

Таблица 3 - Сравнение количества загрязняющих веществ в выхлопах двигателях, работающих на разном топливе. (1 л)

Из таблицы видно, что выхлопы после работы машины на газовом топливе, содержат действительно меньшее количество загрязняющих веществ, чем при работе на бензине. Таким образом, мы опытным путем доказали, что газовое топливо является наиболее экологичным по сравнению с бензином.

3. Выводы и предложения по улучшению качества воздуха в Центральном районе г. Воронежа

На основании проделанной работы мы можем сделать следующие выводы:

1. Автотранспорт является основным источником загрязнения воздуха в нашем городе. За последние 2 года его количество существенно возросло.

2. Пробы коры, собранные на определенных участках, и исследованные с помощью специальной методики, показали высокий уровень загрязнения воздуха в районе проживания и обучения по всем показателям.

3. Использование индикаторных трубок и тест-систем «Крисмас+» позволило определить наиболее экологически безопасный вид топлива. Газовое топливо является наиболее экологичным по сравнению с бензином.

Для улучшения экологической обстановке в городе нами были предложены следующие мероприятия:

- оптимизация движения городского транспорта (разработка новых транспортных развязок, использование альтернативных видов транспорта, в т.ч. строение метро)

- использование альтернативных, экологически чистых видов топлива (вместо бензина и дизельного топлива использовать газ)

- создание (модификация) двигателей, использующих альтернативные виды топлива

- контроль за экологическим классом городского автотранспорта (не менее 5 с 2015 г.)

- увеличение городского парка электротранспорта.

- высадка растений ярусами вдоль дорог и около промышленных предприятий

Список использованных источников

1. Акимов Леонид Мусамудинович. Особенности пространственно-временного распределения основных загрязнителей вохдуха города Воронежа / Л. М. Акимов , А. А. Михеев // Современная экология: образование, наука, практика : материалы международной научно-практической конференции (г. Воронеж, 4-6 октября 2017 г.) .— Воронеж, 2017 .— Т. 1. - С. 376-383 .— 0,4 п.л.

2. Бочаров, В.Л. Здоровье населения при загрязнении окружающей среды соединениями азота / В.Л.Бочаров, А.Я.Смирнова, Л.Н.Строгонова // Вопросы региональной экологии: Материалы докл. V регион. науч.-техн. конф., май 2002г. — , 2002 .— С. 20-22.

3. Домогацких, Е.М. География. Физическая география: учебник для 6 класса общеобразовательных организаций / Е.М. Домогацких, Н.И. Алексеевский. – 6-е изд. – М.: ООО «Русское слово – учебник», 2017. – 224 с.

4. Джувеликян, Х.А. Роль промышленных предприятий и автотранспорта в загрязнении окружающей среды в условиях глобальной и региональной техногенной нагрузки / Х.А.Джувеликян, В.С.Маликов // Вестн. Воронеж. гос. ун-та. Сер. Химия. Биология. Фармация. — 2003 .— № 2 .— С. 123-127.

5. Куролап, С.А. Экологическая диагностика уровней риска для здоровья населения по критериям загрязнения городской среды / С.А.Куролап, Н.П.Мамчик // Вопросы региональной экологии: Материалы докл. V регион. науч.-техн. конф., май 2002г. — , 2002 .— С. 185-187.

6. Маренков, Алексей Николаевич. Разработка подсистемы расчета выброса загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными средствами / А.Н. Маренков // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Системный анализ и информационные технологии .— Воронеж, 2010 .— № 1. - С. 137-141 .— ISSN 1995-5499 .— ISSN 0234-5439 .— 0,3 п.л.

7. Новиков, Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. – М.: Агентство «ФАИР», 1998 г.

8. Постановление «Об утверждении гигиенических нормативов ГН 2.1.6.3492-17 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений» (с изменениями на 31 мая 2018 года)»

9. Смирнова, И.В. Воздух городов и его изменения / Смирнова И.В., Безуглая Э.Ю. Спб.: Асторион, 2008. – 254 с.

10. Строгонова, Л.Н. Изучение химического состава атмосферных осадков на территории г. Воронежа и загрязнение его соединениями азота / Л.Н.Строгонова // Тр. молодых ученых. — 2002 .— Вып. 2 .— С. 132-138.

11. Ушаков, Д.Н. Толковый словарь современного русского языка / Д.Н. Ушаков – М.: «Аделант», 2014. – 180 с.

12. https://priroda36.ru

13. http://downtown.ru/voronezh/news/10836

14. https://www.asi.org.ru/news/2018/09/05/voronezh-zagryaznennost-vozduha

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Отбор проб коры

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Исследуемый материал

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Подготовка собранного материала к лабораторным исследованиям

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Подготовленные образцы

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Изучение проб коры

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Кислотность растворов коры

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Исследование воздуха на улицах города