Мониторинг состояния окружающей среды на примере загрязнения снега

Районная открытая конференция

научного объединения учащихся

«Юный исследователь»

Секция: «Экология»

«Мониторинг состояния окружающей среды на примере загрязнения снега»

Созаева Марианна, 10 х/б  кл.,

Эркенова Асият, 10 х/б  кл.,

Атмурзаева Жаннета, 9  кл,

Научные  руководители:

Грамотеева С.В. – учитель химии

Бичекуева А.М. – учитель биологии

Тырныауз, 2012

Содержание

Введение

Воздух является одним из важнейших элементом среды. Воздушная среда необходима для дыхания человека. Это обусловлено физиологическим значением дыхания. При вдохе в органы внешнего дыхания поступает воздух, в котором содержится необходимый для организма кислород. Человек дышит воздухом помещения, рабочего места и воздушного бассейна населенного пункта, где он живет. Рассеивание в воздушной среде промышленных и автомобильных выбросов изменяет химический состав атмосферы. В воздухе городов часто или постоянно обнаруживаются вредные вещества. По мере накопления отходов в окружающей среде происходит вначале исчезновение чувствительных к загрязнителям видов, затем, по мере устойчивых видов, изменение структуры экосистемы, замещение одной экосистемы другой или опустынивание территории. Накопление в окружающей среде отходов, токсичных для здоровья человека, вызывает угнетения здоровья вначале отдельных людей, имеющих ослабленное здоровье, затем - здоровье большей и большей части населения. Это является суровым экологическим предупреждением о том, как хрупка защитная система организма человека. Таким образом, воздействие человека на природу в индустриальную эру действительно стало фактором, превосходящим все природные силы, которые когда-либо влияли на развитие жизни, родных циклов подрывает существование не только различных биологических видов, но и его самого.

Действительно, мы редко задумываемся над тем, что мы практически дышим «выхлопными газами». Когда человек едет на автомобиле, он не задумывается, что он загрязняет окружающую среду и воздух, а потом сам же его вдыхает. Все понимают, что без автомобилей в настоящее время не обойтись. Но можно сделать так, чтобы  автомобили выделяли в окружающую среду меньше вредных веществ. Т.е., надо на них поставить другие двигатели, которые не выделяли бы так много выхлопных газов, сколько выделяют двигатели современных автомобилей.     

Актуальность. Уровень загрязнения атмосферного воздуха в городах КБР в настоящее время остается высоким и формируется под влиянием выбросов промышленных предприятий, энергетики, стройиндустрии и автотранспорта. Наивысший уровень загрязнения атмосферного воздуха наблюдается в периоды неблагоприятных метеорологических условий, способствующих скоплению вредных примесей в приземном слое, в районах, подверженных скоплению большого количества автотранспорта. Автомобильный транспорт по–прежнему остается одним из самых крупных загрязнителей окружающей среды во всем мире. Воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду многообразно и проявляется, прежде всего, в загрязнении атмосферного воздуха и почвы токсичными веществами отработавших газов транспортных двигателей.

Поэтому мы решили проверить, в каком экологическом состоянии находиться наш город по отношению к подобным загрязнителям. Ведь промышленных предприятий у нас практически нет, остается автомобильный транспорт. Так как у нас нет приборов способных провести анализ воздуха, то мы решили провести анализ состояния загрязнения снега.

Цель работы: 

1. провести анализ состояния загрязнения снежного покрова вдоль центральной трассы (в лесу (парк Тю-Тю-Суу), в районе школы МОУ «Гимназия №5», в районе детского парка «Солнышко», в районе кинотеатра «Минги-Тау», около автодороги вблизи магазина «Магнит»);
2. выяснить состав веществ, оседающих на снежном покрове;
3. провести подсчет автотранспорта, проезжающего по трассе в часы пик (12.00 – 15.00).

Задачи: 

1. Определить, какие факторы влияют на качество снега;
2. Обобщить собранный материал, полученный в результате исследования.

Методы исследования:

1. Отбор пробы снега.
2. Подготовка талой воды к анализу.
3. Проведение анализов.
4. Изучение литературы.

Объект исследования: состояния загрязнения окружающей среды вдоль центральной трассы.

Предмет исследования: исследование среды на примере загрязнения снега.

Гипотеза: проверить, действительно ли загрязнение окружающей среды достигло критических размеров. Если это так, то в пробах снега мы должны обнаружить ионы тяжелых металлов.

Химический состав автомобильных выхлопных газов

 Проведенные учеными исследования выявили, что наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ, доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4-5% от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается, однако особенно, что непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются, образуя ядовитые кислородсодержащие соединения –  составляющие смогов. Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды являются сильными  канцерогенами. Среди них наиболее изучен бензапирен, кроме него обнаружены производные антрацена: 1,2 – бензантрацен; 1,2,6,7 – дибензантрацен; 5,10 – диметил - 1,2 – бензантрацен.

В качестве метода исследования мы выбрали эксперимент, в котором мы взяли пробы снега в пяти местах, которые наглядно покажут нам уровень загрязнения в разных районах. В качестве литературы мы использовали несколько источников как документальных, так и публицистических.

«Характеристика  автотранспорта»

Мы решили изучить долю загрязнения окружающей среды автомобилями, проезжающими через наш  город в часы пик. А ведь машины не только проезжают, они оставляют после себя вредные и ядовитые вещества, содержащиеся в выхлопных газах. Для этого было решено произвести подсчет единиц автотранспорта за несколько часов (с 12.00 до 15.00).

Известно, что один автомобиль в течении суток может выбрасывать до 1кг выхлопных газов, в состав которых входит около 0,03 кг угарного газа, 0,006 кг оксида азота. Предположим, что автомобили движутся со скоростью 60 км/ч. Протяженность данного участка трассы составляет около 100 м.

Подсчет производили днем: 12, 25, 29 февраля с 12:00 до 15:00.

В среднем за 3 часа

Исходя из этих данных, мы можем примерно произвести подсчет единиц автотранспорта за 12 ч в сутки, с учетом того, что в ночное время движение практически отсутствует. Исходя из всех этих данных, которых мы посчитали, можно вычислить среднее число автотранспорта, проезжающего за светлое время суток. Следовательно, если взять в расчет начало движения автотранспорта с 8 ч утра и до 20 ч вечера, т.е. 12 ч. Следовательно, среднее число автотранспорта будет составлять: (данные в таблице).  

Исходя из результатов исследования, мы можем предположить:

1. Степень загрязнения окружающей среды на примере загрязнения снега зависит от удалённости снегового покрова,  от потока автотранспорта и строительных объектов.
2. В районе трассы содержание вредных веществ является наиболее высоким.

3. На участке исследуемой трассы основным источником загрязнения является автотранспорт, так как количество машин в городе большое и скорость движения на данном участке низкая (40 – 60 км/ч). 

Содержание основных веществ в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания.

Экспериментальная часть

Снеговой покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим  снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоемы, загрязняя их.

Нами был взяты    пробы снега в разных местах. Затем они были помещены в теплое место, чтобы снег растаял. Пробы были взяты в районе исследуемой трассы на разном удалении от дороги: в лесу (парк Тю-Тю-Суу), в районе школы МОУ «Гимназия №5», в районе детского парка «Солнышко», в районе кинотеатра «Минги-Тау», около автодороги вблизи магазина «Магнит». При визуальном обследовании мы отметили, что в районе трассы снег очень тёмный и черный. В небольшом удалении – светло-серый, то есть белый с серым налётом, в лесу - белый.

Как мы видим, степень загрязнения в разных районах отличается. Талая вода, полученная при оттаивании снега, взятого у автодороги вблизи магазина «Магнит» очень грязная, почти черная. Осадок в банке тёмных частиц составил около одного сантиметра. Пробы снега, взятые в районе МОУ «Гимназия №5», в районе кинотеатра «Минги-Тау» и детского парка «Солнышко» дали воду мутную и серую. Также наблюдаются песчинки и осадок на дне банки. В банке обозначился контур на уровне воды в виде темного ободка. Вода после оттаявшего снега в лесу практически прозрачная, без явных осадков. Банка осталась чистой. Наш эксперимент наглядно демонстрирует загрязнение окружающей среды.    

Методика определения

Отбор образцов снега

Отбор образцов снега проводился в нескольких точках: в районе школы МОУ «Гимназия №5», около автодороги вблизи магазина «Магнит», в районе детского парка «Солнышко», в лесу (парк Тю-Тю-Суу), в районе кинотеатра «Минги-Тау».

Снег брался с 1 м2, помещался в пакет с этикеткой, приносился домой, пересыпался в банку, которая закрывалась крышкой, снег таял. Полученную талую воду использовал для анализов.

Определение внешнего вида снега

Перед отбором образца снега поверхность снежного покрова осматривалась на определение внешнего вида снега. Цвет может быть - белый, светло серый, серый, грязный или другой. Так же определялось чем обусловлен цвет снега – пыль, песок, гарь, копоть …

Органолептический анализ

1. Запах воды

Для определения запаха талой воды взять 500 мл при комнатной температуре, налить в колбу с широким горлом, накрыть стеклом и встряхивать вращательными движениями. Открыв стекло, быстро определить запах. Для определения интенсивности запаха, колбу накрыть стеклом, нагреть на водяной бане до температуры 60 градусов и определить интенсивность запаха.

2. Наличие углеводородной пленки

Воду в колбе отстоять в течение суток и отметить есть или нет радужная пленка.

3. Цвет воды

Для описания цвета воды используют обычные ее названия: бесцветная, светло-желтая, зеленая, светло-зеленая, бурая и т.д.

Пробу воды наливают в цилиндр до отметки 20 см. В качестве контроля используют цилиндр, заполненный на ту же высоту дистиллированной водой. Затем оба цилиндра рассматривают сверху на белом фоне при рассеянном дневном освещении.

4. Наличие осадка и мутности

Для определения осадка воду отстоять в течение суток, определить, образуется ли осадок после отстаивания воды. Если осадок образуется, то его интенсивность, чем обусловлен осадок, цвет осадка.

б) Воду взболтать, профильтровать и сравнить фильтр на цвет и наличие примесей на фильтре.

Мутность воды - мера содержания в ней взвешенных частиц, различных по происхождению. Это могут быть частицы глины, песка.

Для определения мутности колбу с водой взболтать, взвесить бумажный фильтр, профильтровать 1 литр талой воды, высушить использованный фильтр, взвесить высушенный фильтр, определить разницу в весе. Разница в массе и есть величина мутности в мг/л твердых загрязнений, выпавших на 1м² поверхности конкретного участка.

Химические показатели воды:

1. Определение pH универсальным индикатором
2. Определение окисляемости воды
3. Определение концентрации катионов железа 
4. Определение ионов свинца
5. Определение ионов меди
6. Определение сульфатов
7. Определение сульфид-ионов
8. Определение ионов аммония
9. Определение органических веществ в воде

Химический анализ

Определение кислотности снега

1. Водородный показатель рН

Опустить в воду листок индикаторной бумаги и сравнить цвет листа со стандартной шкалой.

2. Определение окисляемости воды (качественное с приближенной количественной оценкой)

Оборудование и реактивы: пробирки, H2SO4(1:3), 0, 01н КМnО4.

Определение.

5мл исследуемой воды прилить в пробирку, добавить 0, 3мл раствора H2SO4(1:3) и 0, 5мл 0, 01н раствора перманганата калия. Смесь перемешать, оставить на 20 минут. По цвету раствора оценить величину окисляемости по таблице 1.

Таблица 1 

3. Определение ионов железа

Оборудование и реактивы: 50% раствор KCNS, HCl-24%

Таблица 2

Приближенное определение ионов Fe+3

Окрашивание, видимое при рассмотрение пробирки сверху вниз на белом фоне

Примерное содержание ионов железа Fe+3

Определение. 

К 10мл исследуемой воды прибавляют 1-2 капли HCl и 0, 2 мл (4 капли) 50%-го раствора KNCS. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Примерное содержание железа находят по таблице 2. Метод чувствителен, можно определить до 0, 02 мг/л.  Fe3+ + 3NCS- = Fe(NCS)3

4. Определение сульфатов (качественное определение с приближённой количественной оценкой.)

Оборудование и реактивы:

Штатив лабораторный с пробирками, пипетки 5 и 10 см3 с делениями на 0, 1 см3, колбы мерные вместимостью 100, 500 и 1000 см3, пробирки колориметрические с притертой пробкой и отметкой на 10 см3, палочки стеклянные, воронки стеклянные, HCl (1:5), BaCl2.

Подготовка к анализу

Приготовление основного стандартного раствора серно кислого калия

0, 9071 г K2SO4 растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в дистиллированной воде и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. 1 см3 раствора содержит 0, 5 мг сульфат-иона.

Приготовление рабочего стандартного раствора сернокислого калия

Основной раствор разбавляют 1:10 дистиллированной водой. 1 см3 раствора содержит 0, 05 мг сульфат-иона.

Приготовление 5 %-ного раствора хлористого бария

5 г ВаСl2 растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 100 см3. 

Проведение анализа

В колориметрическую пробирку диаметром 14-15 мм наливают 10 см3 исследуемой воды, добавляют 0,5 см3 соляной кислоты (1:5). Одновременно готовят стандартную шкалу. Для этого в такие же пробирки наливают 2, 4, 8 см3 рабочего раствора сернокислого калия и 1, 6; 3, 2; 6, 4 см3 основного раствора K2SO4 и доводят дистиллированной водой до 10 см3, получая, таким образом, стандартную шкалу с содержанием: 10, 20, 40, 80, 160, 320 мг/дм3 сульфат-иона. Прибавляют в каждую пробирку по 0, 5 см3 соляной кислоты (1:5), затем в исследуемую воду и образцовые растворы по 2 см3 5 %-ного раствора хлористого бария, закрывают пробками, перемешивают и сравнивают со стандартной шкалой.

5. Определение иона свинца (качественное)

Иод калий дает в растворе с ионами свинца характерный осадок PbI2: Исследования производятся следующим образом. К испытуемому раствору прибавить немного KI, после чего, добавив CH3COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего мало характерного желтого осадка PbI2. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI2 выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов Pb2++2I- . = PbI2

6. Определение ионов меди (качественное)

В фарфоровую чашку поместить 3-5мл исследуемой воды, выпарить досуха, затем прибавить 1каплю конц. раствора аммиака. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди

2Сu2+ +4NH4. ОН = 2[Cu(NH3)4]2+ +4H2O

7. определение сульфид-ионов

Для определения сульфидов (S2-) использовать ацетат свинца. Если есть сульфид ионы, то выпадет осадок черного цвета.

8. Определение ионов аммония в воде

Для определения аммония (NH4+) добавить раствор щелочи и подогреть. При наличии ионов аммония появится запах аммиака.

9. Определение органических веществ в воде

Оборудование и реактивы: пробирки, пипетка на 2мл, HCl (1:3), KMnO4

Определение: Наливают в пробирки 2 мл фильтрата пробы, добавляют несколько капель соляной кислоты. Затем готовят розовый раствор KMnO4 и приливают его к каждой пробе по каплям. В присутствии органических веществ KMnO4 будет обесцвечиваться. Можно считать, что органические вещества полностью окислены, если красная окраска сохраняется в течение одной минуты. Посчитав количество капель, которое потребуется для окисления всех органических веществ, узнаем загрязненность пробы

Данные исследований представлены в таблице:

Анализ снега

Выводы:

Исходя из результатов исследования, мы можем сделать следующие выводы:

1. Степень загрязнения окружающей среды на примере загрязнения снега зависит от удалённости от заводов, потока автотранспорта и строительных объектов.
2. В районе автотрассы содержание вредных веществ является наиболее высоким.
3. В центре города основным источником загрязнения является автотранспорт, так как количество машин в городе большое, а скорость движения низкая.
4. При проведении экспериментов мы установили состав загрязнения (см. приложение №1)

Данные таблицы показывают, что самый чистый снег оказался в образцах, взятых в лесу. Снег белый, талая вода без запаха, бесцветна, в ней нет никаких посторонних примесей. Самым грязным оказался снег в образцах, взятых около автодороги вблизи магазина «Магнит» по пр. Эльбрусский. Цвет снега серый, обусловлен пылью, ощущается запах, цвет талой воды – светло-зеленый, при отстаивании образуется осадок, отмечается наличие сульфатов, сульфидов, ионов железа. Менее загрязненными были образцы снега, взятые в районе «Минги-Тау», детского парка «Солнышко», но и в них были отмечены посторонние примеси. Снег, взятый в районе МОУ «Гимназия №5» оказался менее чистым. В связи с тем, что в образцах снега обнаружено отсутствие ионов тяжелых металлов или их присутствие, но в достаточно малом количестве, то это говорит о том, что  окружающая среда чистая. Во всех образцах снега было отмечено наличие углеводородной пленки, реакция среды слабокислая.

5. На загрязнение окружающей среды влияет деятельность человека. Но высокой концентрации ионов тяжелых металлов мы не обнаружили, так как количество автотранспорта  хоть и значительно, но многие автовладельцы устанавливают  газовое оборудование, так как при сгорании газа образуется меньше токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Литература:

1. Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. – 2-е изд. – М.:
2. В. Володин «Человек. Энциклопедия для детей»
3. С.Б.Лавров, Глобальные проблемы современности, Спб., 1993
4. А.И.Кораблева, Оценка загрязнения экосистем тяжелыми металлами, 1991 г.
5. Голубев И. Р., Новиков Ю. В. Окружающая среда и транспорт. - М.: Транспорт, 1987 г. Евгеньев И. Е., Савин В. В. Защита природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог. - М.: Транспорт,1989г.
6. Евгеньев И.Е., Каримов Б.Р. Автомобильные дороги и окружающая среда. - М., 1997г.
7. Защита окружающей среды при транспортных процессах/ Под ред. В. Ененкова. - М.: Транспорт, 1984 г.
8. Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В и др. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов. М.: ИНФРА- М, 1998 - 408 с.
9. Охрана окружающей среды, лесное хозяйство и природные ресурсы.