Оценка степени загрязнения воздуха в городе Сясьстрой по характеристике движения транспорта

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

« Сясьстройская средняя общеобразовательная школа №2 »

Научно-исследовательская работа

на тему

«Оценка степени загрязнения воздуха

в городе Сясьстрой по характеристике движения транспорта»

Авторы:  

Учащиеся  4 «Б» класса

Воеводина Маргарита

Катин Артём 

Руководитель:

учитель химии

Бочкова Ирина Анатольевна

                              г. Сясьстрой

                     2014-2015 учебный  год.

Содержание

Введение

Обоснование темы проекта и её актуальность                                          стр. 3

1. Аналитический обзор

1.  Географическое положение города Сясьстрой                                стр. 5
2.  Характеристика СЦБК                                                                стр. 6

1.3. Экологическое загрязнение окружающей среды и её оценка            стр.6

1.4. Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы                        стр. 7

5. . Влияние автотранспорта на экологическую обстановку                стр. 7
6. . Влияние экологии на здоровье человека                                        стр. 9

2. Экспериментальная часть 

2.1.         Определение содержания количества вредных веществ,

 которые выбрасываются в атмосферу автотранспортом                стр. 10

2.2         Оценка состояния здоровья учащихся нашего класса                        стр. 14

Выводы                                                                                                   стр. 15                                      

Список литературы                                                                          стр.16                                                      

Введение

Обоснование выбора темы проекта и ее актуальность:

Актуальность исследования определяется его научным значением, связанным с химико-экологическими проблемами и охраной окружающей среды, антропогенными загрязнениями.

Человеческий организм использует и преобразует как природные химические соединения, так и вещества, возникающие в результате производственной деятельности.

Автомобильный транспорт - самый массовый и динамично развивающийся вид транспорта в городах. В то же время он является главным источником загрязнения воздуха, составляя от 60 до 80% всех выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Интенсивность движения автотранспорта - важный фактор прямого и косвенного воздействия на окружающую среду города.

             В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания содержится до 280 компонентов, большинство из которых относится к категории вредных.

        В городе Сясьстрой находится Сясьский ЦБК, через город проходит трасса Кола Федерального значения, поэтому в воздух поступает большое количество вредных веществ.

Гипотеза: большое количество проходящего через город автотранспорта оказывает отрицательное действие на экологическое состояние города и состояние здоровья населения

Цель работы: оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта в городе Сясьстрое

Задачи: 

• изучить литературу о загрязнении атмосферы веществами, находящимися в выхлопных газах автотранспорта,
• определить загруженность улицы автотранспортом
• выяснить роль выхлопных газов автомобилей в загрязнении воздуха
• выяснить влияние загрязнения атмосферы на организм человека
• провести мониторинг  состояния здоровья учащихся нашего класса.

Предмет исследования: процесс загрязнения атмосферы воздуха автомобилями

Объект исследования: атмосфера города в районе городского рынка и школы

План работы над проектом

1.Изучение литературы по темам:

1.1 Географическое положение города Сясьстрой                

1.2 Характеристика СЦБК                                                                

1.3 Экологическое загрязнение окружающей среды и её оценка            

1.4 Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы        

1.5 Влияние автотранспорта на экологическую обстановку                

1.6 Влияние экологии на здоровье человека

1.7 Методики изучения чистоты воздуха

2.  Выполнение практической части.

3. Формулирование выводов.
4. Оформление отчета о работе.
5. Создание компьютерной презентации на основе полученных в работе материалов.
6. Защита проекта.

Методы, используемые для работы над проектом:

• теоретический (анализ и синтез данных литературы  по проблеме исследования)
• метод  качественного  и  количественного  анализа  экспериментальных данных (статистическая обработка результатов).
• практический (сделана презентация)

1. Аналитический обзор

1.1 Географическое положение города Сясьстрой

Город расположен на реках Сясь и Валгомка, в 7 км от железнодорожной станции Лунгачи, в 35 км от города Волхов и в 152 км от Санкт-Петербурга, недалеко от берега Ладожского озера. Валгомка протекает через Сясьстрой и впадает в Сясь в 4 км от устья последней.

Через город Сясьстрой проходит Федеральная магистральная автомобильная дорога М18 «Кола» Санкт Петербург — Мурманск – Борисоглебский. Трасса  имеет протяженность 1394 км от СПб до Мурманска и общую протяженность 1592 км от СПб до Борисоглебского. Автотрасса проходит по территории Ленинградской области, Карелии и Мурманской области. Сясьстрой расположен на 138 км трассы.

Качество дороги на 90% - отличное. Покрытие дороги асфальтобетонное, ширина дорожного полотна 7 - 8 метров.

1.2 Характеристика СЦБК

ОАО «Сясьский ЦБК» (Сясьский целлюлозно-бумажный комбинат) – градообразующее предприятие города Сясьстрой. СЦБК - один из первенцев отечественной целлюлозно-бумажной промышленности. В 1928 г. была принята в эксплуатацию первая очередь комбината. В составе комбината: лесоподготовительное хозяйство, сульфит-целлюлозное производство, древесно-массный цех, производство санитарно-бытовой и гигиенической бумаги, производство биохимической переработки сульфитных щелоков на кормовые дрожжи и технические лигносульфонаты.

Большое внимание уделяется модернизации действующего оборудования, внедрению новой техники и передовой технологии. Комбинат выпускает следующие виды продукции: целлюлозу беленую и небеленую, бумагу, древесноволокнистые плиты, древесную массу.

На комбинате в мае 2008 года была проведена реконструкция, запущена новая бумагоделательная машина итальянской компании Over Meccanica производительностью 26 900 тонн бумаги-основы в год.

В соответствии с санитарной классификацией предприятий, ЦБК относятся к предприятиям 1 класса, значит, санитарная зона должна составлять 2 км.

Санитарно-защитная зона для предприятий 1-го класса должна быть озеленена не менее 40%. В границах санитарно-защитной зоны строительство жилых зданий не допускается.

1.3 Экологическое загрязнение окружающей среды и его оценка

Загрязнение окружающей среды – это процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических агентов, оказывающих негативное воздействие.
Существуют три вида загрязнений: физическое (солнечная радиация, электромагнитное излучение и т.д.), химическое (аэрозоли, тяжелые металлы и т.д.), биологическое (бактериологическое, микробиологическое).

В качестве критериев количественной оценки уровня загрязнения окружающей среды могут быть использованы индекс загрязнения, предельно допустимая, фоновая и токсическая концентрации.

Индекс загрязнения (ИЗ) – показатель, качественно и количественно отражающий присутствие в окружающей среде вещества-загрязнителя и степень его воздействия на живые организмы.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – количество вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека. Предельно допустимые концентрации веществ, загрязняющих биосферу, введены как нормирующие показатели во многих странах, в том числе и в нашей стране. Они установлены в приземной атмосфере, водах, почвах, растениях, продуктах питания. ПДК — предельно допустимая концентрация примеси для населенных мест, утвержденная Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации. Значения ПДК даны в сборнике «Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух».

Основным показателем степени загрязнения воздуха города
является интегральный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). ИЗА учитывает не только концентрации различных веществ, но и вредность их воздействия на здоровье.

1.4 Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы

Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая землю, «легкие» нашей планеты. Её нижний слой (до высоты 8 – 12 км.), где в основном формируется климат земли, называется тропосферой. Воздух – это многокомпонентная система.

Постоянные компоненты воздуха – азот (78,1%), кислород (20,9%), аргон (0,93%), а также CO2 (0, 03%) и некоторые другие газы.

К переменным компонентам воздуха относятся: водяной пар, следы некоторых атмосферных веществ (озон, вещество биологического и геохимического происхождения, токсичные и ядовитые вещества – продукты антропогенного происхождения).

Атмосфера способна к самоочищению и самовосстановлению. Вещества, поступающие в атмосферу естественным путём (продукты жизнедеятельности бактерий и водорослей, вулканические извержения и др.) выводятся из неё благодаря динамическому равновесию в биосфере. Газообразные промышленные и другие антропогенные выбросы, приводящие к сверхнормативному поступлению в атмосферу газов, ведут к нарушению динамического равновесия, к возникновению экологических проблем.            

     Ежегодно в атмосферу сбрасывается 2,3 млрд. тонн вредных примесей:

CO (48,5%), оксиды азота NO, NO2 (15%), SO2 (14,9%), твёрдые частицы (13,6%), углеводороды (8%). Доля промышленных выбросов составляет 14%, транспортных – 44%, тепловых – 20%, продуктов сжигания мусора – 5%, отходов сельского хозяйства и других источников – 17%. Следствием указанных загрязнений являются серьёзные экологические проблемы.

Важнейшие экологические проблемы атмосферы: образование смога (токсичного и фотохимического); загрязнение атмосферы токсикантами; кислотные дожди; разрушение озонового слоя; парниковый эффект.

1.5 Влияние автотранспорта на экологическую обстановку

В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автотранспорта существенно увеличилась доля выбросов, поступающих в атмосферу от подвижных источников. Согласно оценкам, в городах на долю автотранспорта приходится от 30 до 70 % общей массы выбросов. Ежегодно в атмосферу Земли поступает 142 млн. т окиси углерода, 110 млн. т сернистого ангидрида, 37 млн. т окислов азота, 18,5 млн. т углеводородов и 27 млн. т взвешенных частиц. Одной только резины каждый автомобиль  рассеивает в атмосферу  около 10 кг.

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.

Несмотря на то что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ, как СО, NхОу, CxHу, выбрасывают не более, чем бензиновые, они существенно больше выбрасывают дыма (преимущественно несгоревшего углерода), который к тому же обладает неприятным запахом создаваемым некоторыми несгоревшими углеводородами). В сочетании же с создаваемым шумом дизельные двигатели не только сильнее загрязняют среду, но и воздействуют на здоровье человека гораздо в большей степени, чем бензиновые

Одним из опаснейших токсикантов, выбрасываемых в атмосферу, автомобилями является CO, который активно взаимодействует с гемоглобином крови, увеличивает число лёгочных и раковых заболеваний, особенно если его количество значительно превышает ПДК. Вместе с выхлопными газами  автомобилей в атмосферу попадают частички свинца и его оксидов, образуемых при сгорании органических соединений свинца (тетраэтилсвинец), добавляемых в бензин для повышения его октанового числа. Попадая в виде аэрозолей в организм, свинец и его соединения являются источником онкологических заболеваний, поэтому в ряде стран запрещено выращивать сельскохозяйственные культуры вблизи шоссейных дорог.

• В городских условиях от 30% до 40% общего времени движения транспорта составляют режимы разгона и торможения, когда увеличиваются расход топлива и выбросы в атмосферу.
• При интенсивности движения 1500-2000 авт./ч. создаются опасные условия по уровню шума и загазованности в полосе 400-500 м. в каждую сторону от магистрали.
• При расходе бензина 0,1 л/км каждой автомашиной на 1км магистрали выделяется 40-60 г. свинца в час, из этого количества 80% рассеивается в полосе автомагистрали.
• Примерно 3,65кг оксида углерода в сутки выбрасывается одним автомобилем.

Основные компоненты выхлопных газов автомобилей

6.  Влияние экологии на здоровье человека

Поступающие в атмосферу оксиды углерода, серы, азота, углеводороды, соединения свинца, пыль и т.д. оказывают различное токсическое воздействие на организм человека.

Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания.

В 1983 году вступила в силу «Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большое расстояние», в которой указано, что страны должны стремиться к ограничению и постепенному уменьшению загрязнения воздушной среды, включая загрязнения, выходящие за пределы своего государства. В июле 1985 года в Хельсинки 20 государств Европы и Канада подписали Протокол о 30%-м снижении выбросов оксидов серы на территории этих государств или их трансграничных потоков на территорию соседних государств. Проблема охраны атмосферного воздуха от загрязнений отражена и в Законе об охране окружающей природной среды (2002 год).

Одним из опаснейших токсикантов, выбрасываемых в атмосферу, автомобилями является CO.

Концентрация СО, превышающая предельно допустимую, приводит к физиологическим изменениям в организме человека, а концентрация более 750 млн к смерти. Объясняется это тем, что СО - исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином (красными кровяными тельцами). При соединении образуется карбоксигемоглобин, повышение (сверх нормы, равной 0,4%) содержание которого в крови сопровождается:
а) ухудшением остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов времени,

б) нарушением некоторых психомоторных функций головного мозга (при содержании 2-5%),

в) изменениями деятельности сердца и легких (при содержании более 5%),
г) головными болями, сонливостью, спазмами, нарушениями дыхания и смертностью (при содержании 10-80%).

Отрицательное воздействие на здоровье людей и окружающую среду оказывают промышленные предприятия, расположенные на территории  города  вблизи жилых районов.

2.Экспериментальная часть

2.1 Определение содержания количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу автотранспортом

а) определили интенсивность и состав транспортного потока на контрольном участке.

На выбранном для исследования участке длиной 100 м, неоднократно производился подсчет автомобилей, движущихся в оба направления. Работа производилась в утренние, дневные и вечерние часы следующим образом: занималось место у исследуемого участка, и в течение 15 минут в отдельный бланк заносились данные о проезжающем транспорте. Исследуемый участок дороги – улица Советская (около Городского рынка); контрольный участок – улица 25 Октября  (150 метров от здания школы).

На основе пятикратного проведения эксперимента были получены усредненные характеристики транспортного потока, представленные в таблицах.

б) рассчитали количество топлива разного вида, сжигаемого двигателями автомашин.

Рассчитывается общий путь, пройденный выявленным количеством автомобилей каждого типа за 1 час (S, км), по формуле: S = N ⋅ I, где N – количество автомобилей каждого типа (на дизельном и бензиновом топливе) за 1 час; I – длина участка (км), равная 0,1 км.

Рассчитывается количество топлива, сжигаемого двигателями автомашин R (л), по формуле: R = S ⋅ K, где K – расход топлива на 1 км пути (л) (приблизительно равный 0,1 л для бензиновых двигателей, 0,4 л для дизельных).

в) рассчитали количество образованных вредных веществ по бензину.

Рассчитывается объемное количество выделившихся загрязняющих веществ (V, л) на выбранном нами участке дороги по формуле: V = R ⋅ k , где k – коэффициент:

• для бензина: при сгорании топлива, необходимого для пробега 1 км, выделяется: 0,6 л угарного газа, 0,1 л углеводородов, 0,04 л диоксида азота;
• для дизельного топлива: при сгорании топлива, необходимого для пробега 1 км, выделяется: 0,14 л угарного газа, 0,037 л углеводородов, 0,015 л диоксида азота.

Рассчитывается количество свинца (m , г), содержащееся в топливе (1 л этилированного бензина содержит в среднем 0, 25 г тетраэтилата свинца), с использованием данных по расходу топлива на исследуемом участке автотрассы: m(Pb) = R ⋅ k(Pb) где R – количество сжигаемого топлива, k –  коэффициент, равный 0,25.

Расчет количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу исследуемым количеством автомобилей, проезжающих на участках за сутки, представлен в таблице.

г) рассчитали количество чистого воздуха необходимого для разбавления выделившихся загрязняющих веществ для обеспечения санитарно-допустимых условий окружающей среды.

Для этого используют уравнение состояния идеального газа (его также называют уравнением Клапейрона-Менделеева):

PV = RT    =>   m =

P – давление газа (атм)

V – объем газа (л);

T – температура газа (К);

R – газовая постоянная (0,0821 л·атм/моль·K).

m (CO) = (1⋅ 50,12 ⋅ 28)/(0,0821 ⋅ 293) = 58(г)

V1(воздуха для разбавления) = = 19333(м3)

m (СхНу) = (1⋅ 9,12 ⋅ 72)/(0,0821 ⋅ 293) = 27(г)

V2(воздуха для разбавления) = = 1080(м3)

m (NO2) = (1⋅ 3,67 ⋅ 46)/(0,0821 ⋅ 293) = 7(г)

V3(воздуха для разбавления) = = 175000(м3)

Общий V(воздуха для разбавления) = 19333 + 1080 + 175000 = (м3)

Чтобы добиться ПДК только для этих трёх веществ, необходимо 195413 м3 чистого воздуха.

2.2 Оценка состояния здоровья учащихся нашего класса

Один из основных методов оценки здоровья является изучение динамики заболеваемости. Заболеваемость отражает число всех имеющихся у населения болезней. Она может характеризовать отдельную возрастную, профессиональную, социальную, половую группу, например заболеваемость учащихся нашего класса.

Характеристика заболеваемости учащихся школы

На основании сведений из классных журналов за 1-4 классы мы рассчитали:

1. «показатель временной нетрудоспособности» за каждый  год. Он определяется по отношению числа дней, пропущенных по болезни детьми, к общему числу всех наблюдаемых детей. Он характеризует среднее число пропусков дней по болезни одним учащимся и коллективом класса.
2.  «индекс здоровья». Оценивается в % по отношению детей, не болевших ни разу в году, к общему числу наблюдаемых детей.

Низкий «индекс здоровья»  нельзя объяснить только влиянием загрязнения атмосферы на организм человека. Необходимо брать во внимание наследственность человека, загрязнение воды, почвы и многие другие факторы.

Выводы

На основании полученных результатов можно сделать ряд выводов:

1. среднесуточный транспортный поток  на улице Советской превышает санитарные нормы; в районе школы обстановка благоприятная
2. количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу работающими автомобильными двигателями выше ПДК
3. можно предположить, что в целом степень загрязнённости  окружающей среды города – тревожная
4. логическим завершением работы является оценка состояния здоровья учеников нашего класса: экологическая обстановка города оказывает влияние на состояние здоровья
5. проектная работа позволяет сделать вывод, что те исследования, которые были проведены, не достаточны для окончательной оценки экологической ситуации города, микрорайона. Необходимо рассмотреть сезонные изменения движения транспорта; проблемы подземных вод, земель, отходов производств.
6. для уменьшения влияния выделений автотранспорта на экологическую обстановку в городе и на состояние здоровья населения, необходимо выносить трассы за пределы населённого пункта.

Источники информации

Литература: 

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Гущина Э.В. Экологический практикум школьника. – Самара, 2006. – 144 с
2. Владимиров А.М. и др. Охрана окружающей среды.
   Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат 1991.
3. Воронцова В.Г.,. Элиасберг Н.И. Универсальный справочник школьника. 5-11 класс. Учебное пособие нового типа: Книга– СПб.: ИД «Весь», 2004.
4. ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. – М.: Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава России, 2003. - /Гигиенические нормативы/.
5. Федеральный Закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ. Об охране окружающей среды: Статья 11. Права и обязанности граждан в области охраны окружающей среды. Статья 52. Требования в области охраны окружающей среды при установлении защитных и охранных зон.
6. Школьный экологический мониторинг. Т.Я. Ашихмина - М., «Агар», 2000.

Иллюстрации: 

Фотографии из личного архива