III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ЧИСТЫЙ ВОЗДУХ (МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ВОЗДУХА В МИКРОРАЙОНЕ И В ЗДАНИИ ШКОЛЫ)
Костина Д.О., Немцова А.Р.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF



Введение

Атмосфера является одной из систем, в которой протекает жизнедеятельность человека и чистота воздуха является необходимым условием здоровья людей. Более 80% вклада в загрязнение воздушного бассейна вносят выбросы от автотранспорта. На территории нашей области зарегистрировано более 820 тысяч единиц транспорта. Из всех зарегистрированных транспортных средств, практически три четверти автомобилей находится в эксплуатации более пяти лет. Низкий технический уровень транспортных средств, отсутствие систем нейтрализации отработанных газов, высокая плотность транспортного потока, недостаточная развитость улично-дорожной сети способствуют загрязнению атмосферного воздуха. Состояние воздуха является одной из актуальных проблем современности. В силах каждого из нас участвовать в решении проблемы загрязнения воздуха там, где живешь: в своем городе, селе, доме. Мы решили не остаться в стороне от этой проблемы. Экологический проект «Чистый воздух» стартовал в нашей школе в октябре 2016 года, (в России 2017 год был объявлен Годом экологии, проект приурочен к этому событию, носит долгосрочный характер и разбит на несколько этапов).

Гипотеза исследования связана с предположением о том, что уровень загрязнения воздуха в микрорайоне школы повышен. Цель: выяснить наличие загрязнения воздуха в микрорайоне и в здании школы . В ходе проекта решались следующие задачи:изучить литературу, используя разные источники информации о загрязнении атмосферы различными веществами и их влиянии на организм человека; освоить методики определения автотранспортной нагрузки, физико-химических характеристик проб талого снега; провести экспресс-анализ запыленности воздуха; провести опрос учащихся и анкетирование родителей по вопросам охраны воздуха от загрязнений.

Основные этапы работы

Работа проходит в несколько этапов:

1. создание инициативной группы учащихся, определение целей и задач проекта;

2. изучение методик исследования ,

3. проведение самих исследований;

4. анализ полученных результатов, подведение итогов

5. составление рекомендаций по вопросам улучшения экологического состояния в микрорайоне школы,

6. информирование учащихся школы и их родителей о результатах проекта.

Направления исследований

Исследования состояния Исследования состояния воздуха в микрорайоне школы воздуха в помещениях

Глава 1. Исследования состояния воздуха в микрорайоне школы

Определение границ и составление плана изучаемой территории.

Для учета автомобильных потоков, в прилегающей к школе территории, мы изучили схему улиц, по которым разрешено движение транспорта. Затем выбрали улицы с незначительным, средним и интенсивным движением автомашин в микрорайоне нашей школы - это ул. 9 Января, ул. Малаховского и ул. Газовая. Данный участок испытывает сильное влияние автотранспорта.

  1. Определение содержания количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу автотранспортом. Цель работы на данном этапе: изучить влияние автотранспорта на состояние атмосферного воздуха в районе школы.

Для достижения данной цели необходимо было выполнить следующие задачи: 1определить интенсивность и состав транспортного потока на контрольных участках; 2 рассчитать количество топлива разного вида, сжигаемого двигателями автомашин; рассчитать количество образованных вредных веществ.

Санитарные требования по уровню загрязнения допускают поток транспорта в жилой зоне интенсивностью не более 200 авт./час.

Учет автотранспортной нагрузки мы провели следующим методом. На каждой выбранной улице наметили створ наблюдений, располагающийся вдали от перекрестков и остановок транспорта, безопасный для наблюдателей. На каждый створ требуется два наблюдателя: один учитывает машины, идущие из центра на окраину, второй – из окраинных районов в сторону центра. Каждую проехавшую мимо автомашину ученик отмечает точкой в соответствующей графе учетной таблицы, при этом мы проводили отдельный учет легковых автомобилей, грузовых машин, автобусов. На одних и тех же створах возможно проведение разнообразных наблюдений: в разные дни недели, но в одно и то же время (недельные изменения); в разные сезоны года, но в одни и те же дни (сезонная динамика движения транспорта).

Определение количества единиц автотранспорта, проходящего по контрольному участку исследования.

1.В течение недели(в октябре- ноябре, декабре-январе-феврале) производился подсчет автомобилей, движущихся в оба направления. Работа производилась в дневные часы (14.00.-15.00.) следующим образом: занималось место у исследуемого участка, и в течение 1 часа в отдельный бланк заносились данные о проезжающем транспорте.

На основе ежедневного (1 неделя в месяц) проведения эксперимента были получены усредненные характеристики транспортного потока. Наибольшая транспортная нагрузка приходится на ул. 9 Января – 1200 ам / час, т.к. является крупной транспортной развязкой и открыта для всех видов транспорта (синий цвет диаграммы). На Ул. Малаховского низкая интенсивность транспортного потока 65 ам/час, на ул. Газовая интенсивность выше 87 ам/час, это объясняется тем, что данная улица ведет к заводу «Фруктовые воды».

На основе полученных данных был проведен расчет количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу автотранспортом на контрольных участках за сутки по методике Ашихминой. Т.Я. (данные представлены в таблице).

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

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

3. Рассчитывается объемное количество выделившихся загрязняющих веществ (V, л) на выбранном нами участке дороги по формуле: V = R х 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.

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

Таблица 1. Состояние атмосферного воздуха по величине автотранспортной нагрузки на контрольных участках

Контрольный участок

Легковые автомобили

(авт/час)

Грузовые автомобили и автобусы(авт/час)

Количество выделившихся загрязняющих веществ

CO

(л/час)

NO2

(л/час)

Феррац., г/ч

Ул. 9 Января (дорога перед школой)

962

117

6,0

0,50

1,7

Ул. Малаховского

48

8

0,288

0,0192

-

Ул. Газовая

57

17

0,575

0,0324

0,023

Примечание: санитарные требования по уровню загрязнения допускают поток машин в жилой зоне интенсивностью не более 200 автомобилей в час.

Вывод: полученные результаты говорят о том, что среднесуточный транспортный поток на ул. 9 Января намного превышает санитарные нормы ( в 5 раз). Как следствие, превышение количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу работающими автомобильными двигателями. На вспомогательных дорогах по ул. Малаховского и ул. Газовой обстановка более благоприятная. Считаем целесообразным провести дальнейшее исследование по определению загрязнения проводимым автотранспортом в весенне-летний период , когда идет увеличение транспортной нагрузки.

  1. Определение загрязнений воздуха по снежному покрову.

Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. Снежные хлопья захватывают примеси и выводят их из атмосферы. Поэтому по результатам анализа талого снега можно судить и об атмосферном загрязнении.

Задачи работы на данном этапе:установление таких характеристик талого снега, как прозрачность, запах, наличие осадка; установление химического состава талого снега: определение кислотности.Отбор проб и подготовка их к исследованию

Для отбора проб мы выбрали четыре точки в микрорайоне школы:

проба №1 – автодорога по ул. 9-Января; проба №2 – ул. Газовая; проба №3 – у дороги перед школой; проба № 4 - на территории школы.

Отбор проб проводился 23 января 2017 г.

Отбор проб снега проводился пластмассовой трубкой, которую врезают на всю толщину снежного покрова до поверхности земли, после чего вытаскивают со снегом, поддерживая ее снизу полиэтиленовой лопаткой. Нижняя часть трубки тщательно очищается от частиц грунта. Проба снега из трубки высыпается в полиэтиленовый мешок, подписывается номер пробы и снег оставляется в пакете до полного таяния. После таяния снега и достижения талой водой комнатной температуры, проба готова к проведению анализа.

Методика определения физических свойств талого снега

1. Для определения прозрачностипроб талой воды в стеклянный цилиндр диаметром 3 см, высотой 30 см наливается определенное количество воды, через которую просматривается шрифт (печатный текст). Можно сравнить каждую пробу с контрольным образцом – дистиллированной водой. Вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Перед замером воду необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения и определяется высотой столба воды в цилиндре, сквозь который начинают читаться буквы.

2. Для определения запаха в чистую широкогорлую колбу объемом 100 мл наливают исследуемую воду на 2/3 объема, прикрывают стеклышком, осторожно взбалтывают. Затем, сдвинув с колбы стеклышко, определяют запах воды. Интенсивность запаха воды (при 20° С не должна превышать двух баллов) определяем по пятибалльной системе (см. таблицу).

Таблица. Пятибалльная система определения интенсивности запаха

Интенсивность запаха

Характер проявления запаха

Оценка интенсивности запаха

Нет

Запах не ощущается

0

Очень слабая

Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды)

1

Слабая

Запах замечается, если обратить на это внимание

2

Заметная

Запах легко замечается и вызываетнеодобрительный отзыв о воде

3

Отчетливая

Запах обращает на себя вниманиеи заставляет воздержаться от питья

4

Очень сильная

Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению

5

Таблица. Определение характера запаха

Характер запаха

Естественного происхождения

Искусственного происхождения

неотчетливый (или отсутствует)

неотчетливый (или отсутствует)

  1. Качественную оценку цветностиводы можно провести путем сравнения ее с дистиллированной водой, на фоне листа белой бумаги сравнить наблюдаемый цвет (бесцветная, светло-бурая, желтоватая, серая, мутная и т. д.) Результаты определения физических свойств талого снега представлены в таблице.

Таблица. Результаты определения физических свойств талого снега

Контрольный участок

Прозрачность

Запах при 20°С

Цветность

автодорога по ул. 9-Января (проба 1)

Сильно- мутная ( 10 см)механический осадок

Запах замечается, если обратить на это внимание (2 балла)

Серая

Школьный двор(проба 2)

прозрачная (23 см)

Неотчетливый (1 балл)

Бесцветная

Дорога перед школой (проба 3)

прозрачная (20 см)

Неотчетливый (1 балл)

Бесцветная

Ул. Газовая (проба 4 )

Слабо-мутная

Неотчетливый (1 балл)

Светло-серая

Методика определения химических свойств талого снега1. Определение кислотности. Для определения реакции водной среды талого снега необходим универсальный индикатор, полоску которого необходимо смочить в пробе и сравнить цвет со шкалой pH. Снег может иметь как кислую, так и щелочную реакцию, в зависимости от преобладания тех или иных загрязняющих веществ. Если в снег попадают основания различных кислот, он приобретает кислотную реакцию. Присутствие соединений металлов, ароматических углеводородов защелачивает снег. Таблица. Результаты химического анализа проб талого снега

Контрольный участок

P-H

Автодорога по ул. 9-Января

9(слабощелочная)

Школьный двор

6-7(нейтральная)

Пешеходная дорога перед школой

5-6 (слабокислая)

Ул. Газовая

8 (слабощелочная)

Результаты исследования свойств талого снега. На основании проведенных исследований физических и химических свойств талого снега можно сделать следующие выводы:- анализ физических свойств проб талого снега показал, что наиболее близки дистиллированной воде по прозрачности и запаху пробы № 2 и №3; механический осадок присутствует в 1 и 4 пробах, особенно велик в пробе №1 -показатель рН близок к норме в пробах№2; пробы №1 , №4 говорят о присутствии соединений металлов, ароматических углеводородов, которые защелачивают снег; -самой чистой оказались проба №2 (территория школы).

Глава 2. Исследования состояния воздуха в школьных помещениях

Пыль – хороший адсорбент ядовитых газов и тяжёлых металлов, способствующих развитию различных заболеваний. Пыль раздражает дыхательные пути, ускоряется развитие ОРЗ, снижается уровень иммунитета.

Определение степени запылённости воздуха в школе и прилегающей территории.

1.) Для проведения данного исследования мы сделали картонные карточки размером 20/20 см. Посередине вырезали отверстие , оставив «рамочку» и наклеили внутрь скотч. Липкая сторона скотча будет собирать на себя твёрдые частицы (пыль), содержащиеся в воздухе. Рамки разместили в классах , у входа в школу, в непосредственной близости от автотрассы, предварительно пронумеровав.2.) Через неделю сняли рамки и изучили степень загрязнённости полосок. Сделали выводы:Анализ запылённости школьных помещений показал, что содержание пыли в воздухе наших учебных кабинетах не превышает допустимых норм.В целом воздух благоприятен на 1, 2, 3 и 4 – этажах. На лестницах по сравнению с этажами и кабинетами содержание пыли больше, но не превышает поставленных требований.. Показатель запыленности у входа в школу повышен (причина – близость автодороги по ул. 9 Января ), а в непосредственной близости от автотрассы уровень запыленности высокий.

Глава 3. День без машин

Анкетирование родителей «День без машин» и опрос учащихся.

Результаты наших исследований были представлены ученикам нашей школы. Мы провели опрос среди учащихся по вопросам экологической обстановки в районе (большинство учащихся поддержали идею озеленения территории школы вдоль проезжей части). Также мы провели анкетирование родителей «День без машин». (22 сентября — это Всемирный день без автомобиля, в который автомобилистам предлагается хотя бы на день отказаться от использования транспортных средств, стать пешеходами и сделать воздух чище). По результатам анкетирования большинство родителей-автомобилистов не знали о «Дне без автомобиля», 74% согласны стать пешеходом 22 сентября 2017 года, 26% опрошенных отказаться от машины не могут, т.к. работают на них. Учащиеся школы решили подготовить буклеты и агитационные листовки ко «Дню без машин 2017», с информацией по результатам нашего проекта.

Заключение

Исследования состояния воздуха показали превышение потока машин и как следствие увеличение уровня загрязнения воздуха в микрорайоне школы (наша гипотеза о том, что уровень загрязнения воздуха в микрорайоне школы повышен нашла свое подтверждение)

В ходе проекта мы решили поставленные задачи: изучили разные источники информации о загрязнении атмосферы , освоили методики определения автотранспортной нагрузки, физико-химических характеристик проб талого снега; провели экспресс-анализ запыленности воздуха, опросили учащихся и родителей по вопросам охраны воздуха от загрязнений, выступили на уроках экологии и природоведения с результатами нашего проекта.

Вывод:

  1. На ул. 9Января необходимо организовать пункт постоянного контроля воздуха.

  2. Необходимо озеленение прилегающей к школе территории со стороны проезжей части кустарником.

  3. Уменьшение транспортной нагрузки на ул. 9 Января (строительство дублирующей дороги, введение пропускного режима по четным и нечетным номерам)

  4. Подготовить агитационные листовки ко «Дню без машин 2017», где отразить результаты проекта.

  5. Продолжить исследования в весенне-летний период.

Список используемых источников и литературы.

  1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. Учеб. методич. пособие/Под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: Агар, 2000.

  1. Криксунов Е.А. и др. Экология: 9 класс: Учеб. для общеобразоват. Учеб. заведений/Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник, А.П. Сидорин. – М.: Дрофа, 1995.

  1. Пасечник В.В. Школьный практикум по экологии 10 (11) класс. –М.: Дрофа, 2002.

  1. Сайт сети Интернет http://tram.ruz.net/info/pub

16