Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №16

Исследование загрязнения воздуха

городским транспортом

Исследовательская работа по химии

Выполнил: учащийся 9^б класса Дедков Павел

Романович

Руководитель: Иванова Ирина Викторовна - учитель химии

Г. Тверь 2009 год.

Содержание:

I. Введение:

1. Цель работы

2. Актуальность

II. Основная часть:

1. Виды загрязнений, вызываемых работой городского транспорта.

2. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе.

3. Влияние токсичных веществ на здоровье людей

III. Практическая часть:

1. Ход работы, пример расчетов.

2. Результат самостоятельных измерений и расчётов.

4. Выводы

4. Список литературы.

I Введение

1.1 Цель работы.

Цель данной исследовательской работы состоит в том, чтобы показать насколько сильно городской транспорт, работающий на жидком топливе, загрязняет атмосферный воздух в центральной части города (Студенческий переулок, Тверской проспект и набережная Степана Разина), рассмотреть воздействие выхлопных газов на здоровье людей, в частности на детский организм. Составить экологическую картину состояния вредных выбросов на Студенческом переулке, месторасположения МОУ СОШ № 16. Предложить пути устранения этой проблемы. Дать рекомендации людям, живущим вблизи автомобильных дорог, с интенсивным движением.

1.2 Актуальность.

В настоящее время проблема загрязнения воздуха является довольно острой, поскольку, несмотря на величину воздушного бассейна, он подвергается очень существенным воздействиям со стороны транспорта, что вызывает изменения его состава, как на отдельных участках, так и на всей планете. Также известно, что в результате загрязнения воздуха могут появляться различные хронические бронхиты, повышенная склонность к инфекциям и даже генетические нарушения. Поэтому необходимо указать на то, какой огромный вред машины наносят атмосфере планеты, своими вредными выбросами.

Свидетельству медиков, наиболее уязвимыми к вредному воздействию загрязненного транспортом воздуха является детский организм. Результаты исследования ученых показывают, что у детей, живущих в городских кварталах с интенсивным автомобильным движением и, соответственно, высоким уровнем загрязнения атмосферы, коэффициент интеллекта ниже, чем у их сверстников, проживающих в экологических чистых районах. Вредные вещества, содержащиеся в автомобильных выхлопах, нарушают химические, в частности окислительные процессы в мозге, что в конечном счете заканчивается ухудшением памяти и других интеллектуальных способностей.

II Основная часть

2.1 Виды загрязнений вызываемых работой городского транспорта.

Основным источником веществ загрязняющих атмосферный воздух является автотранспорт, поскольку он постоянно работает и в результате неполного сгорания бензина или дизельного топлива в двигателе, образуются такие вещества как: СО (угарный газ), SO₂, NO, NO₂,углеводороды, сажа, СО₂, соединения свинца и др.

Автомобильные выхлопные газы — смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды—не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т. е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме. К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода, образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7% оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9%, а на малом ходу—до 6,9%.

Наибольшее количество загрязняющих атмосферу веществ выбрасывается с выхлопными газами автомобилей. Анализ выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания показал, что в них содержится около двухсот различных веществ, большинство из которых токсично.

Содержание основных веществ (в объемных %) в выхлопных газах

двигателей внутреннего сгорания

Вещество

Двигатель

Карбюраторный

Дизельный

Азот

74 - 77

76 - 78

Кислород

0,3 – 0,8

2 – 18

Водяной пар

3,0 – 5,5

0,5 – 4,0

Диоксид углерода

5,0 – 12,0

1,0 – 10,0

Оксид углерода

0,5 – 12,0

0,01 – 0,5

Оксиды азота

0,0 – 0,8

0,0 – 0,5

Углеводороды

0,2 – 3,0

0,01 – 0,5

Альдегиды

0,0 – 0,2

0,0 – 0,01

Сажа г/м³

0,0 – 0,4

0,01- 1,1

Бензо[а]пирен мкг/м³

До 20

До 10

Из таблицы видно, что количество выбросов существенно зависит от конструкции двигателя, при этом дизельные двигатели экологически оказываются более приемлемыми. Однако в неменьшей степени количественный и качественный состав выхлопных газов зависит от технического состояния, условий и режима работы двигателя. Особенно резко увеличивается концентрация вредных веществ в выбросах автомобилей при работе на холостом ходу. Карбюраторные двигатели выбрасывают значительно больше несгоревших углеводородов и продуктов их неполного окисления (альдегидов, оксида углерода). Пройдя 15 тыс. км, каждый автомобиль с таким двигателем выбрасывает в атмосферу более 3 т диоксида углерода, 93 кг углеводородов, 0,5 т оксида углерода, около 30 кг оксидов азота.

2.2 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе.

Для начала, дадим определение гранично-допустимой концентрации (ГДК) химических веществ.

Под граничной допустимой концентрацией химических веществ в воздухе понимают такую концентрацию, при которой эти вещества не оказывают на человека прямого или косвенного влияния, не снижают его трудоспособности, не сказываются отрицательно на самочувствии.

Название вещества

ПДК (мг/м^З)

Максимальная

газовая концентрация

Среднесуточная

газовая концентрация

Концентрация в производственных помещениях

Неорганические вещества

Оксид углерода (II)

3,0

1,0

20

Пыль нетоксичная

0,5

0,1

20

Хлороводород

0,2

0,2

50

Аммиак

0,2

0,2

20

Хлор

0,1

0,03

5

Оксид азота (IV)

0,085

0,085

5

Оксид серы (IV)

0,03

0,005

10

Сероводород

0,008

0,008

10

Ртуть (пары)

0,003

0,003

0,01

Органические вещества

Бензин

5,0

1,5

10

Тетрэхлорметэн

4,0

2,0

20

Дихлорметан

3,0

1,0

10

Бензол

1,5

0,8

5

Метанол

1,0

0,5

5

Ацетон

0,35

0,35

200

Формальдегид

0,035

0,012

0,15

Фенол

0,01

0,01

5

Пыль нетоксичная

-

0,5

0,15

2.3 Влияние токсичных веществ на здоровье людей

Само по себе попадание в окружающую среду с выхлопными газами токсичных веществ является весьма нежелательным, так как они представляют реальную опасность для здоровья людей.

Медициной установлена связь между загрязнением атмосферой транспортом и числом заболеваний людей хроническим бронхитом, эмфиземой легких, астмой и др. болезнями.

Подрыв здоровья, прежде всего, характерен для жителей крупных городов и промышленных районов. Особенно отрицательно загрязнение воздуха влияет на здоровье детей. Известно, что автомобильные выбросы концентрируются вдоль автотрасс, а самой активной зоной загрязнения является 8-10м от кромки дороги.

Хронические действия атмосферных загрязнителей выражается в ослаблении иммунозащитных сил увеличении общей заболеваемости. Твердые и жидкие частицы, содержащиеся в атмосферном воздухе, приводят к значительному загрязнению оконных стекол, снижая освещенность внутри помещений. Пыль, сажа, загрязняя внутреннюю обстановку, одежду, а также вызывает ощущение неприятных запахов. Все это вынуждает людей реже проветривать помещения и пользование чистым свежим воздухом ограничивается.

В результате загрязнения атмосферного воздуха возрастает облачность, увеличивается частота туманов, снижается видимость и происходит значительная потеря ультрафиолетовой радиации. Подобные изменения природной среды оказывают негативное влияние на здоровье людей.

1. Оксид углерода инактивирует гемоглобин, обуславливая кислородную недостаточность тканей, вызывая расстройства нервной и сердечно-сосудистой системы, а также способствует развитию атеросклероза.

2. Оксиды азота резко раздражают легкие и дыхательные пути, способствуя возникновению воспалительных процессов в них. Под влиянием оксидов азота образуется метгемоглобин, понижается кровяное давление, возникают головокружения, рвота, одышка.

3. Углеводороды раздражают дыхательные пути, появляется тошнота, головокружение, сонливость, расстройство дыхания и кровообращения.

Некоторые углеводороды, особенно полициклические ряда бензо[а]перена, канцерогенны.

4. Автомобильный транспорт является поставщиком в окружающую среду свинца. Свинец является ядом, который действует на все живое. Симптомами заболевания при отравлении свинцом являются изменения в крови и сосудах, расстройство нервной системы, паралич конечностей. Свинец аккумулируется в организме.

Для повышения октанового числа бензина в него в качестве антидетонатора добавляют тетраэтилсвинец (C₂H₅)₄Pb, который при температуре свыше 200⁰С распадается на свинец и четыре этильных радикала. Использование чистого (C₂H₅)₄Pb осложняется высаждением свинца на стенках цилиндров и поршней, что выводит двигатель из строя. Для предотвращения этого нежелательного эффекта тетраэтилсвинец смешивают с алкилгалогенидами, которые при высокой температуре разлагаются и образуют со свинцом летучие галогениды, удаляемые из двигателей вместе с выхлопными газами:

(C₂H₅)₄Pb + C₂H₄X₂ + 16O₂ = PbX₂ + 10 CO₂ + 12H₂O

X = Cl, Br

Таким путем ядовитые свинцовые соединения попадают в атмосферу, оседают на почву и растительность вдоль дорог. С развитием автотранспорта количество свинца, выбрасываемого с выхлопными газами, непрерывно возрастает. Примером тому может служить количество свинца, извлеченное с техногенной полосы вдоль автомобильной трассы длиной и шириной 100 м. Оно составило 11,6 кг, причем большая часть свинца находилась в почве не глубже 10 см.

Транспорт является также источником шумового загрязнения атмосферы.

При повышенном шуме человек испытывает утомление, головные боли.

III Практическая часть

3.1 Ход работы, пример расчётов.

Ход работы:

1. Недалеко от школы выберите 2 или 3 улицы с разной интенсивностью автомобильного движения.

2. На каждой из них определите участок дороги протяжённостью примерно в 100 м.

3. Подсчитайте число единиц автотранспорта, проходящего по участку за 15 мин. Умножив полученное число на 4, вы узнаете их численность за час (N).

4. Рассчитайте общий путь (S), пройденный всеми машинами за 1 час по формуле: S = N ∙ 100m.

5. Рассчитайте количество топлива, сжигаемое двигателями автомашин (R), по формуле: R = S ∙ K, где К-расход топлива на 1 км пути в литрах для бензиновых двигателей он примерно составляет 0,1 л, для дизельных 0,4 л.

6. Рассчитайте по бензину количество образованных вредных веществ на выбранном вами участке дороги. Для этого воспользуйтесь такими данными: при сгорании топлива, необходимого для пробега 1 км, образуется 0,6 л угарного газа, 0,1 л углеводородов, 0,04 оксида азота (IV). При сгорании дизельного топлива вредных выбросов образуется в 4 (!) раза меньше.

Пример расчета количества вредных выбросов:

Допустим, что за 15 мин вами отмечено 20 единиц автотранспорта с бензиновыми двигателями. Тогда за 1 ч пройдёт 80 единиц автотранспорта. Общий путь, пройденный всеми автомобилями: S=80 ∙ 100m=8000m (8km).

Количество топлива, сжигаемое всеми автомобилями, - 0,1 л\км ∙ 8 км = 0,8 л. Рассчитаем суммарное количество вредных, газообразных выбросов, выделяемых при сжигании 0,8 л топлива (0,6 + 0,1 + 0,04) ∙ 0,8 = 0,74 ∙ 0,8 = 0,59 л.

Так как наша школа находится в центральном районе города, для исследовательской работы мы взяли следующие улицы: Набережная Степана Разина, Студенческий переулок, Тверской проспект.

3.2 Результаты самостоятельных измерений и расчетов

1. Студенческий переулок.

Всего 170 машин за 15 минут,

N = 170 ∙ 4 = 680 машин за 1 час,

S = 680 ∙ 100 = 68000 м = 68 км,

R = 68 ∙ 0,1 = 6,8 л,

СО = 68 ∙ 0,6 = 40,8л,

CxH_Y = 68 ∙ 0,1 = 6,8 л,

N_xO_y = 68 ∙ 0,04 = 2,72 л.

2. Набережная Степана Разина.

Всего 186 машин за 15 минут,

N = 186 ∙ 4 = 744 машины за 1 час,

S = 744 ∙ 100 = 74400 м = 74 км 400 м,

R = 74,4 ∙ 0,1 = 7,44 л,

СО = 74,4 ∙ 0,6 = 44,64 л,

C_xH_y = 74,4 ∙ 0,1 = 7,44 л,

N_xO_y = 74,4 ∙ 0,04 = 2,976 л

3. Тверской проспект.

Всего 1800 машин за 15 минут,

N = 1800 ∙ 4 = 7200 машин за 1 час,

S = 7200 ∙ 100 = 720000 м = 720 км

R = 720 ∙ 0,1 = 72 л,

СО = 720 ∙ 0,6 = 432 л,

C_xH_y = 720 ∙ 0,1 =72 л,

N_xO_y= 720 ∙ 0,04 = 28,8 л

Результаты исследований

Улица

Число машин (час)

Площадь

(км²)

Количество топлива

(л)

СО

(л)

СхНу

(л)

NхОу

(л)

Студенческий переулок

680

68000

6.8

40,8

6,8

2,72

Набережная Степана Разина

744

74400

7,44

44,64

7,44

2,978

Тверской проспект

7200

720000

72

432

72

28,8

V Выводы

1. Данная работа ярко показала нам, что количество вредных выбросов выделяемых машинами по всем показателям максимально на Тверском проспекте. Это объясняется тем, что Тверской проспект, является центральной магистралью, на которой находится большое число светофоров и машины вынуждены работать на холостом ходу. Из ходя из результатов, МОУ СОШ № 16 находится в благоприятной экологической зоне, где выхлопные газы в меньшей степени оказывают негативное влияние на самочувствие детей и их интеллектуальные возможности.

И это доказывает, что необходимо искать новые методы очистки автомобильного выхлопа, например создание новых более качественных фильтров, или создание нового менее вредного топлива, нежели бензин.

2. Конечно, можно понять, что не так-то просто найти новый более экологически чистый вид топлива, но ещё сложнее перевести на него всю российскую технику, но мы искренне надеемся, что государство обратит внимание на эту, немаловажную, проблему предпримет все необходимые меры.

3. Осознание того, что загрязнение свинцом приняло угрожающие размеры, заставило в последнее время разрабатывать альтернативные антидетонаторы, не оказывающие отрицательного влияния на окружающую среду.

4. Проблема загрязнения воздуха городским транспортом может быть решена, если перейти на использование электромобилей на аккумуляторах, топливных элементах, на использование в качестве топлива сжиженных газов, водорода, метанола.

5. В целях уменьшения опасности заболевания людей от выхлопных газов транспорта необходимо:

• увеличивать озеленение улиц с интенсивным движением;

• устраивать санитарно-защитные зоны, отделяющие жилые кварталы от дорог,

• регулировать, дорожное движение таким образом, чтобы реже создавались автомобильные пробки

• устанавливать пластиковые окна в домах, расположенных вблизи дорог с интенсивным движением

• на центральных улицах делать подземные или надземные переходы

V Список литературы:

1. Кузьменок Н.М., Стрельцов Е.А., Кумачев А.И. Экология на уроках химии. – Мн.: Изд. ООО «Красикопринт», 1996 г.

2. Программы элективных курсов. Химия. Сост. Г. А. Шипарева. – М. : Дрофа, 2006.

3. Элективный курс. Химия и охрана окружающей среды. 10 класс. /Сост. И.Н.Баланова. – Волгоград: ИТД «Корифей»

4. Элективный курс. Химия и охрана окружающей среды. 11 класс. /Сост. И.Н.Баланова. – Волгоград: ИТД «Корифей»

5. Химия. 9 класс: сборник элективных курсов/ сост.В.Г.Денисова. - Волгоград: Учитель, 2006.

6. Химия. 9 класс: сборник элективных курсов/ сост. Н. В. Ширшина. - Волгоград: Учитель, 2006.