Определение ядовитых веществ в воздухе

Экологический  проект на тему:

« Определение ядовитых веществ  в выхлопных газах автотранспорта и их  влияние на здоровье человека».

                                                                                               Выполнил:

                                                                                ученик 9 «А» класса     МБОУСОШ №1

                                                                             Бушев  Дмитрий Анатольевич

                             Руководитель:

                                                                                преподаватель химии и биологии

                                                                                  Минина Светлана Николаевна.

                            МБОУСОШ№1                  

г. Азов

2016 год

Содержание.

I. Аннотация………………………………………………………………      1

 II.Введение.  ………………………………………………………………     2

III. Основная    часть……………………………………………………      3

1.Теоретический компонент. …………………………………………     3

• Экологические понятия    ПДК ……………………………………   4
• Характеристика ядовитых веществ ……………………………   5        

2.Практическая часть……………………………………………………  7

• Географическое положение дачного участка  ……………   7

•  Анализ атмосферного воздуха по результатам наблюдения транспортного потока  и математических вычислений ……  8                                                                                      

IV. Заключение.……………………………………………………………....18.

V. Список   использованных  источников. ……………………………  20

Аннотация.

                     Творческий проект посвящен определению выбросов автотранспорта в воздух и их  влиянию  на здоровье человека.

             Работа состоит из введения, в котором рассматривается актуальность указанной темы, цель, задачи, объект проведенных исследований, выдвигается гипотеза. Основная часть включает  теоретический компонент, раскрывающий содержание  по характеристике   выхлопных газов и их влиянию на состояние  здоровье.  В практической части описываются проведенные исследования, приведены фактические данные по теме исследования, доказательства гипотезы. Выводы, рекомендации освещены в заключении. Работа включает  список использованных источников.

1. Введение.

Тема: « Определение ядовитых веществ  в выхлопных газах автотранспорта и их  влияние на здоровье человека».

          Современная экология - наука комплексная. Объектом экологических исследований являются экосистемы нашей планеты, которые можно разделить на естественные и искусственные.  В 90-х годах, во время перестройки, в нашем городе активно развивались  садоводческие товарищества, например, «Мичуринец-3». Дачные участки были практически у всех в идеальном состоянии и давали хороший урожай, что особенно было важно в напряженное экономическое время. Но постепенно хозяйства стали приходить  в упадок. Причин было много:  экономических (например, не было средств  для водоснабжения), социальных (участившиеся кражи). Постепенно люди стали забрасывать свои хозяйства, продавать. Актуальность  проблемы  о целесообразности  содержания участков обострилась  в настоящее время, в связи с введением новой  автомагистрали, соединяющую  Азов с Ростовом,  движение по которой  открыто  с  сентября  2015 года.  Зная, что выбросы автотранспорта содержат много   ядовитых веществ,   определил  опасность выхлопных газов для воздушной среды на  участке автодороги  и  в микрорайоне  «Мичуринец-3».  Вот такие предпосылки подтолкнули  к  исследованиям.

Цель исследования:  определить фактическую концентрацию  ядовитых веществ  в выхлопных газах автотранспорта, сравнить с предельно допустимыми концентрациями    и охарактеризовать  их  влияние на здоровье человека.

Задачи исследования: 

• Изучить теоретические источники по теме исследования;
• Осуществить практическую часть:

              1)Рассмотреть географическое  положение  дачного участка, оценив   удаленность от автодороги;

                2)Выявить опасность загрязнения выхлопными газами через определение фактической концентрации;

               3)Научиться оценивать состояние окружающей среды, сравнивая предельно допустимые концентрации веществ с фактически найденными;

• Сделать выводы и предвидеть возможные перспективы развития проекта.

    Гипотеза.

 Вследствие открытия новой дороги  усилился транспортный поток, следовательно, есть опасность увеличения концентрации ядовитых веществ в воздухе, оказывающих  отрицательное влияние на организм человека.

Объект исследования:  загрязнение  воздуха выхлопными газами

Предмет исследования: состав воздуха

Методы: наблюдения, подсчета,  математического вычисления, сравнения.

II.Основная часть.

1.Теоретический обзор

Антропогенная экологическая нагрузка на окружающую среду возрастает. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» нацеливает на рациональное  природопользование  для развития и сохранения  цивилизации.   Перед каждым  человеком стоит задача  осознания, осмысления, критической оценки  окружающей среды и внесения  вклада  в решение проблем экологической безопасности. Состояние воздушного бассейна характеризуются определенными нормативами допустимого воздействия на окружающую среду при осуществлении хозяйственной деятельности.

Введу некоторые экологические понятия, которые имеют место  в данном исследовании.    

 (« Экология».    Составители: Е. Н. Калюкова  В. В. Савиных, 2013г.)

• Экологические понятия.

 Нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) химических веществ – это нормативы, которые установлены в соответствии с показателями предельно допустимого содержания химических веществ, несоблюдение которых может привести к загрязнению окружающей среды.

 Для воздуха населенных пунктов установлены два вида ПДК:

Максимально разовая предельно допустимая концентрация ПДК м.р. – это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не должна вызывать при вдыхании его в течение 30 мин рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз и др.).

Среднесуточная предельно допустимая концентрация ПДК с.с. – это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного  вредного  воздействия при неопределенно долгом (годы) воздействии.  

По степени воздействия на организм человека вредные вещества в соответствии с классификацией ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» подразделены на 4 класса опасности:

1 – чрезвычайно опасные вещества, ПДК < 0,1мг/м3 , например, свинец, ртуть, озон;

2 – высокоопасные вещества, ПДК = 0,1...1,0 мг/м3 , например, марганец, хлор, азотная кислота;

3 – умеренно опасные, ПДК = 1,0...10 мг/м3 , например, азота диоксид, метиловый спирт, сернистый ангидрид;

4 – малоопасные, ПДК > 10 мг/м3 , например, угарный газ, ацетон, аммиак. 1

Среди ядовитых веществ  в воздухе  оксид углерода(II), оксид азота (IV), углеводороды.

Приведу характерные особенности  указанных химических веществ.

• Характеристика некоторых ядовитых веществ.

http://ruecology.info/term/12429/

http://www.syl.ru/article/172799/new_dioksid-azota-vliyanie-na-cheloveka-dioksid-azota-klass-opasnos

УГАРНЫЙ ГАЗ, ОКСИД УГЛЕРОДА(II) ,окись углерода, (СО) — бесцветный газ, не имеющий запаха, немного легче воздуха, высокотоксичный, образуется при сжигании топлива в условиях недостатка кислорода. В городах СО в большей степени продуцируется автотранспортом. ПДК в атмосферном воздухе — 3 мг/м3.    Первичный эффект (при концентрации близкой к 0,01%) проявляется в кислородной недостаточности и выражается для человека в головной боли, тошноте. Вторичный эффект проявляется в нарушении клеточного дыхания и гибели организма (при концентрации 1,0 % в течение нескольких минут).

 В крови СО соединяется с гемоглобином и образуется карбоксигемоглобин. Допустимое содержание последнего в крови 1-5%, но оно часто превышается и это ведет к обострению сердечно- сосудистых заболеваний. При содержании карбоксигемоглобина в 2,5-4% нарушаются процессы мышления, а при его концентрации в 10% ослабевают реакции водителя на сигналы для управления автомобилем.

ДИОКСИД АЗОТА,  ОКСИД АЗОТА (IV), ДВУОКИСЬ АЗОТА (NO2) ,«лисий хвост»- газ желто-бурого цвета. В условиях низких температур становится бесцветным, имеет  высокую химическую активность, специфический запах, который в значительных концентрациях становится удушливым. Бурый оттенок газа позволяет наблюдать его визуально в воздухе больших городов, что связано с интенсивностью движения автотранспортных средств и солнечного излучения. Санитарно-гигиенические характеристики: NO2 относится к высокоопасным веществам. Класс опасности – второй. Предельно допустимая максимально-разовая концентрация (ПДК) диоксида азота в воздухе населенных пунктов равна 0,085 мг/м3, среднесуточная – 0,04.

Диоксид азота в воздухе, способен приводить к существенным изменениям в организме человека, является острым раздражителем, характеризуется общетоксическим действием. При воздействии на дыхательную систему в  зависимости от концентрации наблюдаются различные последствия - от слабого раздражения слизистых оболочек глаз и носа до отека легких. Может приводить к изменениям состава крови, в частности, способствует уменьшению содержания гемоглобина. При попадании в организм и взаимодействии с влагой диоксид азота образуют азотистую и азотную кислоты, разъедающие стенки альвеол легких. Они, как и кровеносные капилляры, становятся легко проницаемыми. В результате сыворотка крови попадает в полость легких. При вдыхании воздух с жидкостью образуют пену, которая нарушает нормальный газообмен, что приводит к возникновению отека легких.

УГЛЕВОДОРОДЫ

ПДК для большинства нефтепродуктов очень велики и составляют 300 мг/м3. Суммарной  ПДК для нефтепродуктов в атмосферном воздухе населенных мест не существует. Тем не менее нормировано содержание в атмосферном воздухе большинства углеводородов нефтяного происхождения. Среднесуточная  ПДК амиленов в атмосферном воздухе принята на уровне 1,5 мг/м3.. В перечне приоритетных загрязнений городского воздуха, ароматические углеводороды и альдегиды, являющиеся частью выхлопных газов, имеют очень низкие ПДК и наиболее опасны для здоровья населения. Метан и другие  низшие алканы, такие как этан, пропан, накапливаются в атмосфере и влекут за собой постепенное повышение среднегодовой температуры, что усиливает «парниковый» эффект. Низкомолекулярные углеводороды, обладают наркотическим действием,  влияют на тонус мышц и рефлексы. При воздействии на человека в значительных концентрациях отмечается возбуждение, замедление пульса, рвота, а на следующий день — легкое повышение температуры, снижение кровяного давления. При одновременном содержании в воздухе нескольких вредных веществ однонаправленного, действия (обычно близких по химическому строению и характеру биологического воздействия) их влияние  на живые организмы усиливается. Углеводороды, как загрязняющие вещества воздушной среды, обуславливают мощность и плотность фотохимического смога. При этом, в результате фотохимических реакций углеводороды образуют весьма токсичные продукты: альдегиды, кетоны.   

2.Практическая часть.

Опишу географическое положение дачного участка  и,  используя   наблюдения за транспортным потоком,  определю концентрации ядовитых веществ в воздухе.

• Географическое положение дачного участка

Площадь участка 6 соток(20м *30м=600).   Географическое положение товарищества  отражают координаты 47°N 39°E

В 300 м от участка проходит автодорога.  На юго-западе он  граничит с территорией автодрома. С востока примыкают  поля, а с  северо-востока  - лесополоса, в которой доминируют акация, тополь, сирень, травянистые растения, а также, лесопитомник с соснами.

• Анализ атмосферного воздуха по результатам наблюдения транспортного потока и математическим вычислениям.

Предположив, что наибольшую опасность представляет   автомобильный транспорт, точнее его  выбросы, подсчитано  число единиц транспортных средств, проходящего по участку автодороги, в месте  съезда  за 20 мин. Умножением на 3 , определена  численность за 1час (N),  рассчитан  общий путь (S) за 1 час  S = N*1км

Таблица 1. 1. Сведения о числе транспортных единиц на исследуемом участке       утром.

    Таблица 1. 2.Сведения о числе транспортных единиц на исследуемом участке      днем.

Анализ автотранспортной  нагрузки  на данный участок дороги  позволяет   прийти к выводу, что утром   загруженность больше, но не превышает допустимого потока транспорта в жилой зоне, которая составляет не более 200 автотранспортных средств   за 1  час.

Для вычисления   общего количества топлива, сжигаемого двигателями автомашин (R),   приняты  следующие нормы расхода топлива.

(http://www.infosait.ru/norma_doc/11/11099/index.htm

 «Методические  указания  по расчету выброса вредных веществ автомобильным транспортом».  Москва.  Гидрометиздат. 2005 г)

Нормы расхода топлива:  потребление

для легкового автомобиля   0,11-0,13   л на 1 км, т.к средний расход топлива на 100км 11-13 л  (среднее  значение 12 л)

для грузового                      0,29-0,33     л  на 1 км, т.к средний расход топлива на 100км 29-33л (среднее  значение 31 л)

для автобуса                        0,41-0,44      л на 1 км, т.к средний расход топлива на 100км 42-44л (среднее  значение  43 л)

Таблица 2. 1.    Сведения об общем  количестве сожжённого топлива утром

Таблица 2. 2. Сведения об общем  количестве сожжённого топлива днем

  Количество образованных  вредных веществ на выбранном участке рассчитано по количеству   израсходованного топлива, учитывая, эмпирические  коэффициенты К.  Коэффициент К равен количеству вредных выбросов соответствующего  компонента в литрах при сгорании в двигателе автомашины количества  топлива (также в литрах), необходимого для проезда 1 км  (т.е. равного  удельному расходу).

 При сгорании бензина, необходимого для пробега 1 км, образуется 0,6л угарного газа (СО), 0,1л углеводородов, 0,04л оксида азота (IV) (NO2); при использовании дизельного топлива образуется 0,1л угарного газа (СО), 0,03л углеводородов, 0,04л оксида азота (IV) (NO2). Укажем значения К в виде таблицы.

Таблица 3.Сведения об эмпирическом коэффициенте К

Таблица 4.1.    

Сведения о количестве  вредных выбросов в атмосферу утром

Таблица 4.2.

Сведения о количестве  вредных выбросов в атмосферу днем

Тогда  можно найти   массу выделившихся вредных веществ m, г:

m = VM/22, 4, где М- молярная масса

М (СО)=12+16=28 г/моль угарный газ

М (СН)=12+1=13 г/моль углеводороды

М (NO2)=14+32=46 г/моль диоксид азота

Таблица 5.1  Сведения о массе  выделившихся вредных веществ  утром

Таблица 5.2    Сведения о массе  выделившихся вредных веществ  днем

Определение  концентрации ядовитых веществ в воздухе.

Участок дороги   l=500м, ширина s=10м, высота h=2м (активная зона биосферы).Условный объем воздуха V =l *s* h;  V=10м*500м*2м=10000 м3.          Концентрация  ядовитых веществ в воздухе определил по формуле.             С=    m    вещества / V воздуха

Таблица 6.1  Сведения о концентрации выделившихся вредных веществ  утром

Таблица 6.2  Сведения о концентрации выделившихся вредных веществ  днем

ПДК атмосферного воздуха населенных мест

Сопоставлю   полученные    фактические  концентрации со значениями ПДК согласно  перечня,  подготовленного с участием Комиссии по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России, секции «Гигиена атмосферного воздуха» Проблемной комиссии «Научные основы экологии человека и гигиены окружающей среды» РАМН (М.А.Пинигин, Л.А.  Тепикина, С.М.Новиков, З.В.Шипулина, В.М.Демьянова),  Российского регистра потенциально опасных химических и биологических веществ (И.В.Первухина), Департамента     госсанэпиднадзора Минздрава России (А.П.Веселов).

Таблица 7  Сведения о предельно допустимой концентрации веществ в воздухе и фактически определенной концентрации

Анализ  полученных результатов:

Фактическая концентрация  угарного газа не выходит за пределы ПДК.

Фактическая концентрация  углеводородов( на примере  пентана)

не выходит за пределы ПДК

Фактическая концентрация  оксида азота (IV) превышает ПДК.

• Утром   в    0,27181 /0,04=6,8
• Днем   в      0,2131/0,04=5,3

Определение количества воздуха, необходимого для разбавления  выделившихся вредных веществ   для обеспечения  санитарно-допустимых  условий окружающей среды. 

Таблица 8.1   Сведения о количестве необходимого объема воздуха  для разбавления вредных веществ утром.

Таблица 8.2    Сведения о количестве необходимого объема воздуха  для разбавления вредных веществ днем.

Анализ полученных данных позволяет  прийти к выводу, что наибольший объем  воздуха требуется для разбавления оксида азота(IV).Это связано с тем, что  фактически определенная концентрация  диоксида азота в среднем  в 5- 7 раз превышает  ПДК.

Для учета концентрации проверяемых веществ  на территории дачного участка, использую  аналогичную методику. 

Участок дороги   l=500м, ширина полосы до участка  s=300м, высота h=2м ( активная зона биосферы).  Объем  воздуха определил как произведение

Условный объем воздуха       V =l *s* h;   V=300м*500м*2м=300000 м3  Концентрация  ядовитых веществ в воздухе определил  по формуле.

С=    m    вещества / V воздуха

Таблица 9.1    Сведения о концентрации выделившихся вредных веществ  на территории дачного участка днем

Таблица 9.2    Сведения о концентрации выделившихся вредных веществ  на территории дачного участка днем

 Таблица10.   Сравнение   предельно допустимых  концентраций веществ в воздухе и фактически ми на территории дачного участка

Анализ  полученных результатов:

Фактические  концентрации  угарного газа, углеводородов, диоксида азота  не выходит за пределы ПДК

III. Заключение.

• Ухудшение качества воздуха напрямую связан с выхлопными газами автотранспорта, поэтому вопрос изучения воздействия транспортных средств на экосистемы, а, значит,  здоровье проживающих людей очень актуален.
• Полученные результаты  определения фактической концентрации  вредных веществ   в воздухе на участке автодороги  по двум показателям ( угарному газу и углеводородам) ниже, а по одному ( диоксиду азоту)  выше  среднесуточных  ПДК для атмосферного воздуха, принятых в стране, и это настораживает.
• В утренние часы увеличение количества автомобилей на дороге приводит к заметному повышению содержания  ядовитых веществ, что подтвердили полученные  вычисления.
• Вследствие усиления загруженности  автотрассы,  выхлопных газов  становится   больше, особенно за счет  работы двигателя на холостом ходу. Особенно  на это влияет  автомобильная «пробка»  в районе  Пешковского  кольца и железнодорожного переезда.
• Обратившись к источнику - «Экологический вестник Дона» (Правительство РО, Комитет по охране окружающей среды и природных ресурсов РО) к  докладу о состоянии окружающей среды, получил сведения: в городе Азове концентрация диоксида азота превышает ПДК  от 2-до 5 раз.
• В результате повышения концентрации вредных веществ   увеличивается количество дорожно-транспортных происшествий, так как они обладают общетоксическим действием и пагубно сказываются на состоянии здоровья.
• Полученные результаты  определения фактической концентрации  вредных веществ   в воздухе на  дачном участке  ниже ПДКсс по всем определяемым веществам, что объясняется удаленностью от дороги и способностью этих веществ «разбавляться»  в большом объеме воздуха, что делает  дачные участки  пригодными для ведения хозяйственной деятельности. Следовательно, определение концентрации веществ  в воздухе -  важная составляющая экологического проектирования и контроля.
• На территории товарищества и  прилегающих землях много растительности, что является важным условием возможного самоочищения воздуха. Однако, улицы садоводческого товарищества узкие, что не позволяет увеличить на них  количество зеленых насаждений, таких деревьев, как  липы, акации, дубы, клены, тополя, которые являются надежными санитарами  воздуха. В личных участках выращиваются в основном плодовые деревья, значимость которых значительно меньше. Поэтому   желательно обустройство дополнительных лесополос, хотя бы шириной 20-30 м, которые в большей   степени бы отделили  территорию товарищества от автодороги, обеспечивая ветрозащитное  действие, а также   улучшая состояние воздуха.
• В городе  действует  «ЭКА»- организация при городском Совете молодежи. Участвуя в общероссийской акции «Спаси дерево» нашему классу  (осень 2015г. ) удалось собрать больше других в городе макулатуры,  за что  получили благодарность от этой организации. Мой проект     нацеливает на дальнейшее сотрудничество школьников и комитет молодежи, через совместную  работу по  озеленению в целях улучшения состояния воздушной среды.

IV.Список использованных источников. 

1.Экология. Практикум для бакалавров всех профилей.    Ульяновск,      УГТУ 2013.      Составители: Е. Н. Калюкова , В. В. Савиных./112, с.5-54

2.Методические указания к выполнению расчетно-практической работы.

 Уч. - изд. Издательство Архангельского государственного технического университета, 2004г/18, с.3-9

  3.Методические указания  по расчету выброса вредных веществ автомобильным транспортом.  Москва.  Гидрометиздат. 2005 г.

http://www.infosait.ru/norma_doc/11/11099/index.htm

4.Казанцева Л.К., Тагаева Т.О. Современная экологическая ситуация в России // ЭКО. – 2005,с.30-45

5.Мансурова С.Е. Следим за окружающей средой нашего города. Школьный практикум.Москва,2001,/112,с.4-26
6.Козлова Т. А. и др. Экология: Книга для учителя/Т.А.Козлова, Т.С.Сухова

,В.И.Сивоглазов.- М.: Школа-Пресс, 1996, с.191 .

7.https://ru.wikipedia.org/wiki/Портал:Экология

8.http://www.ecocommunity.ru  Экология / Всё об экологии

9.http://vmede.org/sait/?id=Gigiena_truda_ruk_kirilova_2008&menu=Gigiena_truda_ruk_kirilova_2008&page=12

10.http://uchebnikionline.com/ekologia/promislova_ekologiya_-_apostolyuk_co/normuvannya_vikidiv_shkidlivih_rechovin_atmosferu.htm

http://xn--d1ahaoghbejbc5k.xn--p1ai/state-of-the-environment/