Роль монооксида углерода в возникновении экологических ловушек Муниципальная средняя общеобразовательная школа №14
advertisement
Муниципальная средняя общеобразовательная школа №14 г. Мончегорска Направление: «Экология и охрана окружающей среды» Роль монооксида углерода в возникновении экологических ловушек Авторы работы: Пономарева Елизавета Слесарчук Арина ученицы 10 А класса. Научный руководитель: Чернышёва Ольга Анатольевна учитель химии Мончегорск 2006 г. Оглавление Введение стр.3 1. Теоретическая часть 1.1. Антропогенные загрязнения атмосферы стр. 4 1.2. Стационарные источники загрязнения стр. 4 1.3. Критерии степени загрязнения стр. 4 1.4. Роль автотранспорта в загрязнении атмосферы стр. 5 1.5. Автотранспорт – главный источник образования СО стр. 5 1.6. Свойства угарного газа стр. 6 1. 7. Возникновение экологических ловушек стр. 7 1. 8. Физиологические последствия действия угарного газа стр. 7 2.Практическая часть 2.1. Контроль за уровнем токсичности выхлопных газов стр. 8 2.2. Выявление экологических ловушек стр.8 2.3 Измерение концентрации угарного газа в зоне экологических ловушек стр. 9 2.4 Анализ полученных результатов стр. 10 Заключение стр. 11 Список литературы стр. 12 Приложение стр. 13 Введение Современный человек хочет жить в комфортных условиях (как биологический вид и как социальный индивидуум). С появлением высокоиндустриального общества возрастает уровень потребления, интенсивнее используются природные ресурсы и все больше загрязняется окружающая среда. Вмешательство человека в природу резко усилилось, оно грозит стать глобальной опасностью для человечества. В рамках представленной работы мы рассматриваем последствия химического загрязнения воздушной среды. В частности изучаем роль монооксида углерода в возникновении экологических ловушек. Высокие концентрации монооксида углерода, даже кратковременные, вызванные в городах главным образом, автомобильным транспортом, представляют собой так называемые экологические ловушки. В своей работе мы выявляем причины возникновения этих опасных участков, экспериментальным путем определяем концентрацию монооксида углерода в воздухе на перекрестках города с наиболее интенсивным движением, вносим ряд предложений, позволяющих избежать таких экологических ловушек Обзор литературы по интересующей нас теме позволил выявить химические вещества – основные загрязнители атмосферы, оценить опасность каждого из них, назвать стационарные источники вредных выбросов на территории Кольского полуострова. Литературные данные позволили обосновать зависимость содержания опасных веществ от типа и технического состояния двигателя, качества горючего, осветить вопросы биохимического воздействия угарного газа на транспортную функцию гемоглобина, физиологическое влияние на организм человека. В своей работе мы опирались на статистические и научные исследования по России, конкретизировали информацию на базе данных по Кольскому полуострову и Мончегорску. Экспериментальный этап работы проходил с июня по октябрь 2006 г. в г. Мончегорске. Целью нашей работы было изучение экологических ловушек, оценка степени угрозы их для человека. Такая цель определяла следующие задачи: 1. Определение места угарного газа как вещества – загрязнителя в процессе антропогенного воздействия на окружающую среду. 2. Изучение механизма воздействия монооксида углерода на транспортную функцию гемоглобина 3. Выявление участков с наибольшими локальными концентрациями монооксида углерода 4. Выработка предложений, позволяющих избежать возникновения экологических ловушек Основной раздел 1. Теоретическая часть 1.1. Антропогенное загрязнение атмосферы Источники антропогенного загрязнения атмосферы обычно связаны почти со всеми областями человеческой деятельности. Это предприятия теплоэнергетики, различные отрасли промышленности (химическая, машиностроительная, добывающая, металлургическая, перерабатывающая и т.д.), добыча, транспортировка и переработка нефти и газа, работа транспорта и др. Каждый источник дает свои специфические загрязнения, общий перечень которых включает десятки тысяч наименований. К наиболее распространенным относятся оксид и диоксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, метан, аммиак, углеводороды, сероводород, а так же зола, пыль и различные аэрозоли. Оксиды серы, углерода, азота, углеводороды относятся к первичным загрязнителям воздуха. Вступая в химические реакции между собой или природными компонентами атмосферы, они образуют вторичные загрязнители, которые во многих случаях бывают более опасны, чем первичные. 1. 2.Стационарные источники загрязнения Основными стационарными источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух на территории Кольского полуострова являются промышленные предприятия. Их выбросы характеризуются многокомпонентным составом. Диоксид серы составляет 73% от валового выброса, 8% - оксид углерода, 4% - диоксид азота. Доля других загрязняющих веществ еще меньше. В таблице 1 приложения представлена динамика выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников в атмосферный воздух на территории Мурманской области. 1.3. Критерии степени загрязнения Критериями степени загрязнения окружающей среды служат предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ. Для большинства загрязняющих веществ в атмосфере устанавливают два вида ПДК: максимальную разовую и среднесуточную. Первая связана с возможным рефлекторным (раздражающим) влиянием вещества на организм при кратковременном воздействии, вторая – с хроническим действием при длительном контакте. ПДК некоторых загрязняющих веществ представлены в таблице 2 приложения. 1. 4. Роль автотранспорта в загрязнении атмосферы Немалый вклад в загрязнение атмосферы вносят автотранспортные средства. В среднем за год автомобиль проезжает 10 тыс. км, сжигает 10 т бензина, расходуя 25 т кислорода и выбрасывая в атмосферу 160 т выхлопных газов, в которых обнаружено 200 различных веществ, в том числе 800 кг СО, 40 кг оксидов азота, 200 кг углеводородов. Если бензин этилирован, то в выбросы поступает 3,5 кг ядовитого свинца. Кроме того, каждый автомобиль, стирая шины, поставляет в атмосферу 5-8 кг резиновой пыли ежегодно. Всего в Мурманской области зарегистрировано 159145 автомобилей (АМТС), принадлежащих физическим и юридическим лицам. Количество их неуклонно растет. Динамику роста выбросов в атмосферу загрязняющих веществ в результате работы автотранспорта можно проследить по таблице 3 приложения. Согласно ее данным, наибольшее загрязнение атмосферы от работы автотранспорта в г. Мурманске (86,247 тыс. т. в год), за ним идут такие города, как Кировск и Оленегорск (11,01 и 8,25 тыс.т. в год соответственно). Самыми «чистыми» городами в этом плане можно считать Полярные Зори и Апатиты. Мончегорск занимает в этой градации «золотую середину» 4,127 тыс. т. в год. Автотранспорт выбрасывает 13% диоксида азота, 64% оксида углерода, 14% углеводородов. Как показывает статистика, «вклад» монооксида углерода в процесс загрязнения окружающей среды наиболее весомый, поэтому он стал объектом наших исследований. 1.5. Автотранспорт – главный источник образования монооксида углерода (СО) Монооксид углерода образуется в результате неполного сгорания топлива в двигателе: 2С + О2 = 2СО В двигателе с исправным зажиганием горение начинается в точке разряда и происходит неравномерно (стенки цилиндра двигателя – холодные) и неполно. Количество вредных веществ в выбросах автомобилей зависит от размеров, возраста, режима работы, качества регулировки, степени нагрева цилиндров. При торможении процент выбросов углеводородов и СО увеличивается. Типичный автомобильный двигатель 60 –х годов выбрасывал с выхлопными газами в среднем 73 г СО на каждые 1,5 км пробега. К 1981 г. выброс СО новыми автомобилями достиг уровня всего 3,4 г. на 1,5 км. Каждая марка автомобиля нового поколения снижает эту планку. Для достижения установленного стандарта выхлопные газы смешиваются с воздухом в присутствии катализатора, Дальнейшее окисление оставшегося СО происходит в каталитическом преобразователе (Pt – Pd). Именно такая система в настоящее время выбрана для уменьшения выбросов в атмосферу. Эффективность каталитических преобразователей со временем уменьшается и необходимо регулярно осуществлять повторные проверки выхлопных газов на содержание СО. Еще одним резервом в борьбе за чистоту воздуха является регулировка карбюратора бензинового двигателя. При правильно проведенной регулировке выброс СО снижается в 4 – 5 раз. 1.6 Свойства монооксида углерода (угарного газа) Молекулы самого монооксида углерода сравнительно нереакционноспособные, и может показаться, что это инертное вещество не опасно для здоровья. Однако угарный газ обладает одним неприятным для человека свойством: он способен специфически связываться с гемоглобином (железосодержащим белком) – переносчиком кислорода в крови, образуя прочный комплекс (карбоксигемоглобин). Молекулы угарного газа конкурируют с молекулами кислорода за право связаться с гемоглобином и превосходят в этом кислород в 210 раз. Молекулы СО и О2 очень схожи по электронному строению, но СО обладает, кроме того, большим, чем О2, сродством к иону Fe2+ в геме. В реакции между гемоглобином и кислородом происходит образование относительно нестойкого комплекса оксигемоглобина HbO2: Hb + O2 HbO2 В присутствии СО происходит вытеснение кислорода из комплекса: CO + HbO2 HbCO + O2 Константа равновесия этой реакции имеет большое численное значение: Kp = [ HbCO][O2 ] == 210 [CO][ HbO2 ] Даже небольшое количество СО выводит из рабочего состояния существенную часть гемоглобина крови, и организм соответственно получает меньше кислорода. Например, человек, вдыхающий несколько часов воздух с содержанием СО всего в 0,1%, поглощает его столько, что большая часть гемоглобина (60%) связывается в HbCO. При этом на столько же снижается нормальная функция крови по переносу кислорода. Этот процесс сопровождается головной болью и снижением умственной деятельности. 1.7.Возникновение экологических ловушек Высокие локальные концентрации СО, даже кратковременные, вызванные в городах главным образом автомобильным транспортом, представляют собой так называемые экологические ловушки. Монооксид углерода – бесцветный газ, не имеющий запаха, поэтому его трудно обнаружить нашими органами чувств. Однако, первые симптомы отравления им (появление головной боли) возникают у человека, находящегося в среде с концентрацией СО 200 -220 мг/м3 всего лишь 2 часа. ПДК монооксида углерода для рабочих с 8- часовым рабочим днем составляет 50 млн. долей (0,05 г / кг). 1.8.Физиологические последствия действия угарного газа Человек, попав в зону высокой локальной концентрации угарного газа, может не подозревать о наличии этого загрязнителя. Монооксид углерода, создавая такую ловушку, негативно влияет на поведение человека – у автомобилиста снижаются реакция, внимание, способность быстро и правильно оценивать ситуации. Пешеходы и работники ГИБДД могут стать жертвами аварий или просто отравиться. 2. Практическая часть Для практической части нашей работы мы ставили следующие задачи: исследовать интенсивность движения автотранспорта в разных районах г. Мончегорска выявить участки с наибольшей концентрацией угарного газа – экологические ловушки зафиксировать на этих участках концентрации СО в разные дни недели и время суток. определить круг лиц, попадающих в «зону риска» внести ряд предложений, позволяющих избежать действия экологических ловушек 2.1 Контроль над уровнем токсичности выхлопных газов Государственный контроль над уровнем токсичности выхлопных газов автотранспорта осуществляет ГИБДД. На станции технического обслуживания проводятся плановые проверки на токсичность выбросов автотранспорта организаций и индивидуальных владельцев. Результаты таких проверок за 2002 - 2006 год представлены в таблице 4приложения. Как видно по диаграмме 1 приложения, динамика изменений токсичных выбросов в атмосферу не утешительная. С 15 ноября 2003 г. начала работать современная, оснащенная компьютерами линия технического диагностирования автотранспортных средств, которая позволяет проверять не только техническое состояние, но и уровень токсичности выбросов всего городского автотранспорта. В приложении представлен образец диагностической карты транспортного средства. Кроме того, силами ГИБДД ежегодно проводится операция «Чистый воздух», которая позволяет выявлять автомобили – загрязнители в нашем городе. Результаты такой операции, которая проходила в г. Мончегорске с 1 июня по 31 августа 2006 г. приводятся в таблице 5, диаграмме 2 приложения. Таким образом, мы убедились, что ГБДД действительно стоит «на страже» чистого воздуха нашего города. . 2.2.Выявление экологических ловушек В ходе предварительных наблюдений мы выявили на исследуемой территории перекрестки с наиболее интенсивным движением. Такими участками, по нашему мнению, являются: * пл. Ленина * перекресток ул. Ленина и ул. Комсомольская * перекресток ул. Ленина и ул. Комарова. Как выяснилось при дальнейших исследованиях, на этих участках в «часы пик» происходит многократное превышение максимальной разовой ПДК содержания СО в воздухе. Такие перекрестки можно отнести к разряду экологических ловушек. 2.3 Измерение концентрации монооксида углерода в зоне экологических ловушек На этих участках три раза в сутки (7:00 – 8:00, 14:00 – 15:00, 19:00 – 20:00) мы проводили наблюдения за движением автотранспорта. Продолжительность наблюдения составляла 15 мин. с пересчетом на 1 час. Данные заносили в дневник наблюдений: Место Количество транспортных единиц за 1 час. наблю- Время дений наблюдений, день недели Грузовых Легковых Мотоциклов Автобусов Всего Для того, чтобы наши расчеты были статистически достоверны, наблюдения проводились на трех перекрестках в течение недели (9-15 октября 2006 г.). Количественные показатели выбросов угарного газа рассчитывались по формуле: C (7,38 0,26 И ) (V H 30) 1 3 , где С – концентрация СО на расстоянии Н (м) V – скорость ветра (м /с) И – интенсивность транспортных средств (тр. ед. / час). Информацию о скорости ветра в дни наблюдений нам предоставила городская метеослужба. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 октября 2006 г. скорость ветра составляла, соответственно 7,5,7,9,6,8,4 м/сек. С целью соблюдения техники безопасности расстояние от исследователя до автопотока составляло 5 м. В результате математической обработки данных была получена сводная таблица 6 приложения. На основании полученных результатов мы составили график зависимости выбросов угарного газа от интенсивности транспортных потоков в разные дни недели и время суток для трех исследуемых участков (диаграмма 4 приложения). 2.4. Анализ полученных результатов * Большая часть монооксида углерода (до 90%) в городском воздухе образуется в результате неполного сгорания топлива в двигателе. Наибольшее количество выбросов СО происходит в момент «прогревания» двигателя, так же оно зависит от размеров автомобиля, его возраста, качества регулировки карбюратора, наличия каталитического преобразователя. * Предполагаемые «проблемные перекрестки» действительно являются экологическими ловушками, т.к. содержание угарного газа на этих участках превышает максимальную разовую ПДК в 10,8 раз, среднесуточная ПДК превышается в 18,1 раза. * Наибольшая концентрация монооксида углерода в зоне экологических ловушек возникает во вторник, среду и четверг в интервалах 14-15 час. и 19-20 час, что видимо, связано со всплеском деловой активности мончегорцев в этот временной промежуток. Однако «пик» превышения ПДК угарного газа (максимальная разовая ПДК превышается в 13,4, а среднесуточная – в 22 раза) приходится на воскресенье (14:00 – 15:00 и 19:00 – 20:00), что говорит об активности использования горожанами автомобилей во время воскресного отдыха. * В районе экологических ловушек оказались жители домов № 15 и 17, 9 и 7. по улице Ленина, дома № 40 по улице Комсомольской, работники прилежащих к этим перекресткам магазинов и сотрудники городской администрации на пл. Ленина. * Часто по долгу службы сотрудники ГБДД обязаны находиться в районе перекрестков с интенсивным движением, подвергая опасности свое здоровье. * Кроме исследованных нами зон, в Мончегорске есть еще множество экологических ловушек, например, другие перекрестки с интенсивным движением, автобусные остановки, автостоянки, автостанция, территории гаражных блоков. * Положение с высокой заболеваемостью жителей Мончегорска сердечно-сосудистыми заболеваниями, болезнями крови и дыхательных путей может осложниться повышением содержания токсичных веществ в воздухе. * В природе существуют процессы, приводящие к связыванию избыточных количеств СО: - окислением в СО2 (частично и очень медленно); - поглощение почвенными микроорганизмами; - растворение в водах океанов; - диффузией в стратосферу, но они не справляются с этой задачей в больших городах. Заключение В ходе проделанной работы нами было исследована интенсивность выбросов угарного газа при работе автотранспорта, тем самым изучен механизм возникновения экологических ловушек, определено место их локализации на территории г. Мончегорска. При достаточно благополучных статистических данных по выбросу в атмосферу загрязняющих веществ от автотранспорта в г. Мончегорске, не хотелось, чтобы наш город в дальнейшем превратился в экологическую ловушку для людей. Выход мы видим в совместных, скоординированных действиях многих городских структур и нас с вами, как «физических лиц»: автовладельцам стоит следить за своим автомобилем не только с точки зрения механической исправности, но и экологической чистоты. автостоянки не должны располагаться вблизи придомовой территории, гаражи и стоянки такси - в непосредственной близости к остановкам общественного транспорта. сотрудники ГИБДД обязаны проявлять принципиальность и не считать пустяковым нарушением чадящий автомобиль. Кроме того, проверки на токсичность выхлопных газов должны стать не выборочными, а общими. свой отдых в выходные дни мончегорцам целесообразнее планировать на «лоне природы». Хотелось бы пожелать городской администрации направить усилия на восстановление туристического комплекса и баз отдыха в окрестностях Мончегорска. Мы давно занимаемся мониторингом экологической ситуации Мончегорска и предлагаем свое участие и помощь ГБДД в проведении ежегодной операции «Чистый воздух», а результаты нашей работы - для пропаганды экологических знаний. Список литературы 1. Гринин А.С., Новиков В.Н. «Промышленные и бытовые отходы. Хранение. утилизация, переработка». М., ГРАНО, 2002 г. 2. Воронков Н.А., «Экология общая», М., «Рандеву АМ»; «Агар», 1999 г. 3. Муравьев Л.А. «Экология и безопасность жизнедеятельности» М., 2000 г. 4. Новиков Ю.В. «Экология, окружающая среда и человек», М., ГРАНО, 2002 г. 5. Протасов В.Ф. «Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России» М., ж. «Финансы и статистика»; 2000 г. 6. Протасов В.Ф., Матвеев А.С. «Экология», М., ж. «Финансы и статистика» 2001 г. 7. Силина Н.В. «Экологически чистый автомобиль – мечта или реальность?», М., «Знание», 1990 г. 8. Сагайдачная В.В, «Краеведческий материал на уроках химии», Мурманск, НИЦ «Пазори», 2003 г. 9. Шустов С.Б., Шустова Л.В., «Химические основы экологии», М., «Просвещение», 1995 г. Приложение Таблица 1 Динамика выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) от стационарных источников в атмосферный воздух на территории Мурманской области Загрязняющие вещества Выбросы загрязняющих веществ, тыс. т. 1997 1998 1999 2000 2001 ЗВ (всего) 553,189 449,3024 371,731 373,402 369,423 Твердые ЗВ 51,535 49,666 47,726 46,743 46,882 Жидкие и газообразные 501,654 399,636 324,005 326,659 322,541 Диоксид серы 459,906 351,605 273,638 275,715 270,989 Окись углерода 28,03 31,842 33,222 32,015 31,086 Диоксид азота 11,435 11,686 12,242 14,075 15,767 Таблица 2 ПДК некоторых загрязняющих веществ в атмосфере ПДК, мг / м3 Вещество Класс опасности Свинец и его соединения Бенз(а)пирен Диоксид азота Фтористый водород Двуокись серы Пыль Сажа Оксид углерода Бензин Никель металлический Оксид меди (II) 1 1 2 2 3 3 3 4 4 2 2 Максимальная разовая 0,08 0,02 0,5 0,5 0,15 5,0 5,0 0,01 - Среднесуточная 0,0003 0,00001 0,04 0,005 0,05 0,15 0,05 3,0 1,5 0,001 0,002 Таблица 3 Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от автотранспорта Город CO CH NOx C SO2 Мурманск 52,78 12,214 12,063 3,973 5,217 Всего тыс. т 86,247 Апатиты 1,73 0,311 0,177 0,029 0,043 2,273 Кировск 5,925 1,599 1,924 0,711 0,922 11,01 Полярные Зори 0,933 0,177 0,115 0,025 0,035 1,285 Кандалакша 2,723 0,589 0,521 0,158 0,209 4,2 Оленегорск 5,454 1,154 0,977 0,285 0,38 8,251 Мончегорск 2,835 0,574 0,442 0,118 0,159 4,127 Таблица 4 Результаты проверки автомобильного транспорта на содержание токсичных выбросов по г. Мончегорску Проверяемые объекты 2004 г 2005 г 2006г 2007 г Организации и ЧП 139 149 Количество автомобилей 1346 1351 1283 1175 содержанием токсичных веществ 90 103 26 61 Индивидуальный транспорт 3372 3448 8159 6229 233 236 159 161 Выявлено АТС с повышенным Выявлено АТС с повышенным содержанием токсичных веществ Таблица 5 Результаты операции «Чистый воздух» Наименование Всего Индивидуальных АТП владельцев Проведено проверок 42 25 17 545 409 136 138 103 25 - привлечено водителей 20 12 8 - привлечено должностных лиц 4 - - Проверено автомобилей на токсичность отработанных газов Выявлено автомобилей с повышенным содержанием СО По результатам проверки: Таблица 6 Интенсивность выбросов угарного газа при работе автотранспорта Место наблюдений Площадь Ленина Дата, время, день недели 9 октября 2007 г. понедельник Кол – во АМТС за час Концентрация CO (мг/м3) 7:00 – 8:00 1612 41,962 14:00 – 15:00 1308 34,185 19:00 – 20:00 1536 40,018 7:00 – 8:00 1704 49,575 14:00 – 15:00 1340 39,159 19:00 – 20:00 1496 43,623 7:00 – 8:00 1760 45,748 14:00 – 15:00 1528 39,813 19:00 – 20:00 2112 54,752 7:00 – 8:00 1432 34,355 14:00 – 15:00 1444 34,638 19:00 – 20:00 1648 39,437 7:00 – 8:00 1588 43,528 14:00 – 15:00 1656 45,359 19:00 – 20:00 1724 47,191 10 октября 2007 г. вторник 11 октября 2006 г. среда 12 октября 2006 г. четверг 13 октября 2006 г. пятница 14 октября 2006 г. суббота 7:00 – 8:00 1308 32,697 14:00 – 15:00 1588 39,548 19:00 – 20:00 1516 37,754 7:00 – 8:00 948 30,098 14:00 – 15:00 1420 44,648 19:00 – 20:00 1708 53,527 7:00 – 8:00 1760 45,748 14:00 – 15:00 1316 34,39 19:00 – 20:00 1648 42,883 7:00 – 8:00 1692 49,232 14:00 – 15:00 1768 51,407 19:00 – 20:00 1712 49,804 7:00 – 8:00 1776 46,157 14:00 – 15:00 1360 35,516 19:00 – 20:00 1620 42,167 15 октября 2006 г. воскресенье Перекресток ул.Ленина и ул.Комсомольская 9 октября 2006 г. понедельник 10 октября 2006 г. вторник 11 октября 2006 г. среда 12 октября 2006 г. четверг 7:00 – 8:00 2192 52,234 14:00 – 15:00 2208 52,611 19:00 – 20:00 1640 39,954 7:00 – 8:00 1496 41,051 14:00 – 15:00 1672 45,79 19:00 – 20:00 1417 38,923 7:00 – 8:00 1805 44,857 14:00 – 15:00 1988 49,335 19:00 – 20:00 1726 42,924 7:00 – 8:00 1454 45,697 14:00 – 15:00 2132 66,597 19:00 – 20:00 1634 51,245 7:00 – 8:00 1454 37,92 14:00 – 15:00 1488 38,79 19:00 – 20:00 1361 35,541 13 октября 2006 г. пятница 14 октября 2006 г. суббота 15 октября 2006 г. воскресенье Перекресток ул.Ленина и ул.Комарова 9 октября 2006 г. понедельник 10 октября 2006 г. вторник 7:00 – 8:00 1592 46,37 14:00 – 15:00 1673 48,688 19:00 – 20:00 1646 47,915 7:00 – 8:00 1643 42,755 14:00 – 15:00 1700 44,213 19:00 – 20:00 1788 46,464 7:00 – 8:00 1785 42,66 14:00 – 15:00 1484 35,579 19:00 – 20:00 1693 40,637 7:00 – 8:00 1695 46,41 14:00 – 15:00 1684 46,113 19:00 – 20:00 1526 41,859 7:00 – 8:00 1777 44,172 14:00 – 15:00 1728 42,973 19:00 – 20:00 1686 41,946 11 октября 2006 г. среда 12 октября 2006 г. четверг 13 октября 2006 г. пятница 14 октября 2006 г. суббота 15 октября 2006 г. воскресенье 7:00 – 8:00 1660 52,047 14:00 – 15:00 2125 66,381 19:00 – 20:00 2074 64,809 Диаграмма 1 Результаты проверки АМТС на дымность 9000 АМТС индивидуалных владельцев проверенно 8159 8000 7000 6229 Выявлено автомобилей с повышенным содержанием токсичных выбросов среди индивидуальных владельцев 6000 5000 АМТС организаций проверено 4000 3448 3372 3000 2000 1346 1351 1283 1175 1000 233 90 236 103 159 26 161 61 0 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. Выявлено АМТС с повышенным содержанием токсичных выбросов среди организаций Диаграмма 2 Результаты операции “Чистый воздух” в период с 1.07.2007 по 31.08.2007 г. 450 АМТС индивидуальных владельцев проверено 409 400 350 Выявлено АМТС с повышенным содержанием токсичных веществ среди индивидуальных владельцев 300 250 АМТС АТП проверено 200 150 100 136 Выявлено АМТС с повышенным содержанием токсичных веществ среди АТП 103 50 25 0 1.07.2007 по 31.08.2007 г. Диаграмма 3 Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от автотранспорта тыс. тонн Общий выброс загрязняющих веществ 86,25 52,78 5,93 2,27 1,73 Мурманск 0,93 Апатиты 2,72 1,29 Кировск 5,45 Оленегорск Мончегорск 2,84 11,01 4,2 Полярные зори 8,25 Кандалакша 4,13 Выброс CO Контроль за уровнем токсичности выхлопных газов 1. Ежегодный контроль АМТС государственных предприятий и ЧП на токсичность выхлопных газов. 2. Проверка на токсичность личного автомобильного транспорта при при ежегодном прохождении технического осмотра. 3. Проведение ежегодной операции «Чистый воздух». 4. Обязательная проверка на токсичность выхлопных газов после ремонта двигателя. Отзыв На исследовательскую работу учащихся СОШ №14 Пономаревой Е. и Слесарчук А. «Роль монооксида углерода в возникновении экологических ловушек». В рамках представленной работы рассматриваются последствия загрязнения окружающей среды. В частности, анализируется роль монооксида углерода в возникновении экологических ловушек. В теоретической части своей работы авторы называют загрязнители атмосферы антропогенного характера, приводят их систематизацию, ПДК, подчеркивая главную роль автотранспорта в поступлении монооксида углерода в атмосферу городов. Сотрудничая с работниками ГБДД, авторы изучили механизм образования угарного газа в результате работы двигателя, познакомились с системой государственного контроля технического состояния автомобильного транспорта. Характеризуя свойства СО, авторы раскрывают механизм связывания угарного газа с гемоглобином крови, отражают физиологические последствия этого воздействия на человека. Выполняя практическую часть своей работы, авторы используют рациональную и эффективную методику расчета концентрации СО по количеству проезжающих в единицу времени автомобилей. На основании полученных данных учащиеся пришли к выводу о 10 – 22 кратном превышении допустимой концентрации монооксида углерода в районе перекрестков с интенсивным движением. Это позволило им сделать вывод о существовании экологических ловушек и внести ряд существенных предложений во избежание опасной концентрации СО. На мой взгляд, в проекте удачно сочетается эффективная работа с литературными источниками, статистическими данными, сводками ГБДД и объемная, содержательная экспериментальная часть. Работа удачно выдержана по объему материала, логична, носит исследовательский характер. Защита проекта В своей работе мы рассматриваем последствия химического загрязнения окружающей среды. В частности изучаем роль монооксида углерода в возникновении экологических ловушек. Высокие концентрации СО, вызванные в городах главным образом общественным транспортом, представляют собой так называемые экологические ловушки. Мы выявляем причины возникновения опасных участков, экспериментальным путем определяем концентрацию СО в воздухе на перекрестках города с наиболее интенсивным движением, вносим ряд предложений, позволяющих избежать экологических ловушек. Источники антропогенного загрязнения атмосферы обычно связаны почти со всеми областями деятельности человека Это предприятия теплоэнергетики, различные отрасли промышленности (химическая, машиностроительная, добывающая, металлургическая, перерабатывающая и т. д.), добыча, транспортировка и переработка нефти и газа, работа автотранспорта и др.. Наиболее распространенными из них являются монооксид и диоксид углерода, диоксид серы, оксид азота, метан, аммиак, углеводороды, сероводород, а так же зола, пыль, различные аэрозоли. Анализируя данные по Кольскому полуострову, мы выяснили, что среди загрязнителей преобладает диоксид серы (73%), оксид углерода (8%), диоксид азота – 4% от валового выброса. Критериями степени загрязнения окружающей среды служат предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ. Для большинства загрязняющих веществ устанавливают два вида ПДК: максимальную разовую и среднесуточную. Согласно нормативам, например, для монооксида углерода первая составляет 5 мг/м3, а вторая – 3 мг/ м3. Немалый вклад в процесс загрязнения атмосферы вносят автотранспортные средства. Всего в Мурманской области на 2006 г. зарегистрировано 159145 АМТС, принадлежащим физическим и юридическим лицам. Количество их неуклонно растет. Динамику роста выбросов в атмосферу загрязняющих веществ в результате работы автотранспорта по городам Кольского полуострова можно проследить по диаграмме 3. Согласно ее данным, наибольшее загрязнение от автотранспорта в г. Мурманск, значительные загрязнения в таких городах, как Кировск и Оленегорск. Самыми «чистыми» в этом плане можно считать Полярные Зори и Апатиты. Мончегорск в этой градации занимает «золотую средину» – 4,127 тыс.т. в год. Но это не значит, что ситуация абсолютно благополучна. Автотранспорт выбрасывает с выхлопными газами 64% СО, 13% диоксида азота, 14% углеводородов. Как видим, вклад монооксида углерода в процесс загрязнения окружающей среды наиболее значительный. Монооксид углерода образуется в результате неполного сгорания топлива в двигателе: 2С + О2 = 2 СО В двигателе с исправным зажиганием горение начинается в точке разряда и происходит неравномерно (т.к. стенки двигателя холодные) и неполно. Количество вредных веществ в выхлопных газах зависит от размеров, возраста автомобиля, режима работы, качества регулировки, степени нагрева цилиндров. При торможении процент выбросов углеводородов и СО увеличивается. Типичный автомобильный двигатель 60-х годов выбрасывал с выхлопными газами в среднем 73 г СО на каждые 1,5 км пробега. К 1981 г. выброс СО новыми автомобилями достиг уровня всего 3,4 г на 1,5 км пробега. Каждая марка автомобиля нового поколения снижает эту планку. Для достижения установленного стандарта выхлопные газы смешиваются с воздухом в присутствии катализатора, дальнейшее окисление оставшегося СО происходит в каталитическом преобразователе (Pt - Pd). Именно такая система выбрана в настоящее время для уменьшения выбросов в атмосферу. Еще одним резервом в борьбе за чистоту воздуха является регулировка карбюратора бензинового двигателя. При правильно произведенной регулировке выброс СО снижается в 4-5 раз. Молекулы самого монооксида углерода сравнительно нереакционноспособны, и может показаться, что это инертное вещество не опасно для нашего здоровья. Однако угарный газ обладает одним неприятным для человека свойством: он способен специфически связываться с гемоглобином – железосодержащим белком – переносчиком кислорода в крови, образуя прочный комплекс карбоксигемоглобин. Молекулы СО конкурируют с молекулами кислорода за право связаться с гемоглобином и превосходят в этом кислород в 210 раз! Молекулы СО и О2 очень схожи по электронному строению, но СО обладает, кроме того большим, чем О2, сродством к иону Fe2+. Образуется относительно нестойкий комплекс оксигемоглобина: HbO2. В присутствии СО происходит вытеснение кислорода из комплекса, образуется карбоксигемоглобин………. Даже небольшое количество СО выводит из рабочего состояния существенную часть гемоглобина крови, и организм получает меньше кислорода. Например, человек, вдыхающий несколько часов воздух с содержанием СО всего 0,1%, поглощает его столько, что большая часть гемоглобина (60%) связывается в карбоксигемоглобин. При этом на столько же снижается нормальная функция крови по переносу кислорода. Этот процесс сопровождается головной болью и снижением умственной деятельности. Как уже было сказано выше, высокие локальные концентрации СО, даже кратковременные, вызванные в городах главным образом, автомобильным транспортом, представляют собой так называемые экологические ловушки. Монооксид углерода – бесцветный газ, не имеющий запаха, поэтому его трудно обнаружить нашими органами чувств. Человек, попавший в зону высокой локальной концентрации СО может не подозревать о наличии этого загрязнителя. Монооксид углерода, создавая такую ловушку, негативно влияет на поведение человека – у автомобилиста снижаются реакция, внимание, способность быстро и правильно оценивать ситуацию. Пешеходы и работники ГИБДД могут стать жертвами аварий или просто отравиться. Государственный контроль за уровнем токсичности выхлопных газов автотранспорта осуществляет ГИБДД. Выполняя этот проект, мы сотрудничали с работниками станции технического обслуживания при ГИБДД, вникли в механизм этого контроля. 1. На станции тех. обслуживания проводятся плановые проверки на токсичность выбросов автотранспорта организаций и индивидуальных владельцев. Динамика изменений содержания токсичных выбросов, представленная на диаграмме 1, не утешительная: Всего за 2006 г было проверено 1283 автомобилей организаций и ЧП, среди них выявлено 26 АМТС с повышенным содержанием токсичных веществ. Индивидуальных транспортных средств было проверено 8159, среди них «нарушителей» -159. В 2006 г. было проверено 1175 автомобиль организаций и ЧП, что позволило выявит 61 нарушителя, а среди индивидуальных владельцев соответственно 6229 и 161. Как видим, число АМТС в городе растет с каждым годом. В настоящее время в городе зарегистрировано около 10000 легковых и 1500 грузовых автомобилей, это не считая транзита. Проверки автомобилей на дымность достоверно показали, что не всегда владельцы автомобиля контролируют свой автомобиль на содержание токсичных выбросов. 2. Еще в нашем городе силами ГИБДД ежегодно проводится операция «Чистый воздух». Так в период с 1 июня по 31 августа 2007 г.производились выборочные проверки автомобилей на «дымность». В результате проверки 545 автомобилей выявлено 138 АМТС с повышенным содержанием СО. А это составляет четвертую часть от проверенных автомобилей. 3.Что радует, на станции технического обслуживания работает современная, оснащенная компьютерами линия технического диагностирования АМТС, которая позволяет проверить не только техническое состояние, но и уровень токсичности выбросов всего городского автотранспорта при прохождении ежегодного тех. осмотра. Образец карты технического диагностирования автомобилей мы поместили в приложении. Собственные исследования уровня загрязненности городского воздуха монооксидом углерода мы начали в октябре 2007 года. Изучая карту города, и в ходе предварительных наблюдений мы выявили на исследуемой территории перекрестки с наиболее интенсивным движением. Такими участками, по нашему мнению, являются: * пл. Ленина * перекресток ул. Ленина и ул. Комсомольская * перекресток ул. Ленина и ул. Комарова На этих участках три раза в сутки (с 7:00 – 8:00; 14:00 – 15:00 и 19:00 – 20:00) мы проводили наблюдения за движением автотранспорта. Продолжительность наблюдений составляла 15 мин. В пересчете на 1 час мы считали количество транспортных единиц, проходивших за это время. Для того, чтобы расчеты были статистически достоверны, наблюдения проводились на трех перекрестках в течение недели. Количественные показатели выбросов угарного газа рассчитывались по формуле: Информацию о скорости ветра в дни наблюдений нам предоставила городская метеослужба. С целью соблюдения техники безопасности расстояние до автопотока составляло 5 м. В результате математической обработки данных была получена сводная таблица 6, представленная в приложении. На основании полученных результатов мы составили график зависимости выбросов угарного газа от интенсивности транспортных потоков в разные дни недели и время суток для исследуемых участков. Анализ этих данных позволил сделать следующие выводы: Предполагаемые «проблемные перекрестки» действительно являются экологическими ловушками, т.к. содержание угарного газа на этих участках превышает максимальную разовую ПДК в 10,8 раз, среднесуточная ПДК превышается в 18,1 раза. Наибольшая концентрация монооксида углерода в зоне экологических ловушек возникает во вторник, среду и четверг в интервалах 14-15 час. и 19-20 час, что видимо, связано со всплеском деловой активности мончегорцев в этот временной промежуток. Однако «пик» превышения ПДК угарного газа (максимальная разовая ПДК превышается в 13,4, а среднесуточная – в 22 раза) приходится на воскресенье (14:00 – 15:00 и 19:00 – 20:00), что говорит об активности использования горожанами автомобилей во время воскресного отдыха. В районе экологических ловушек оказались жители домов № 15 и 17, 9 и 7. по улице Ленина, дома № 40 по улице Комсомольской, работники прилежащих к этим перекресткам магазинов и сотрудники городской администрации на пл. Ленина. Часто по долгу службы сотрудники ГБДД обязаны находиться в районе перекрестков с интенсивным движением, подвергая опасности свое здоровье. Кроме исследованных нами зон, в Мончегорске есть еще множество экологических ловушек, например, другие перекрестки с интенсивным движением, автобусные остановки, автостоянки, автостанция, территории гаражных блоков. Положение с высокой заболеваемостью жителей Мончегорска сердечно-сосудистыми заболеваниями, болезнями крови и дыхательных путей может осложниться повышением содержания токсичных веществ в воздухе. Итак, в ходе проделанной работы нами было исследована интенсивность выбросов угарного газа при работе автотранспорта, тем самым изучен механизм возникновения экологических ловушек, определено место их локализации на территории г. Мончегорска. При достаточно благополучных статистических данных по выбросу в атмосферу загрязняющих веществ от автотранспорта в г. Мончегорске, не хотелось, чтобы наш город в дальнейшем превратился в экологическую ловушку для людей. Выход мы видим в совместных, скоординированных действиях многих городских структур и нас с вами, как «физических лиц»: автовладельцам стоит следить за своим автомобилем не только с точки зрения механической исправности, но и экологической чистоты. автостоянки не должны располагаться вблизи придомовой территории, гаражи и стоянки такси - в непосредственной близости к остановкам общественного транспорта. сотрудники ГИБДД обязаны проявлять принципиальность и не считать пустяковым нарушением чадящий автомобиль. Кроме того, проверки на токсичность выхлопных газов должны стать не выборочными, а общими. свой отдых в выходные дни мончегорцам целесообразнее планировать на «лоне природы». Хотелось бы пожелать городской администрации направить усилия на восстановление туристического комплекса и баз отдыха в окрестностях Мончегорска. Мы давно занимаемся мониторингом экологической ситуации Мончегорска и предлагаем свое участие и помощь ГБДД в проведении ежегодной операции «Чистый воздух», а результаты нашей работы - для пропаганды экологических знаний. Тезисы доклада «Экологические ловушки» Авторы: Пономарева Елизавета, Слесарчук Арина учащиеся 10А класса СОШ № 14, г. Мончегорск С появлением высокоиндустриального общества возрастает уровень потребления, интенсивнее используются природные ресурсы и все больше загрязняется окружающая среда. Высокие концентрации монооксида углерода, даже кратковременные, вызванные в городах главным образом, автомобильным транспортом, представляют собой так называемые экологические ловушки. В представленной работе авторы выявляют причины возникновения опасных участков, экспериментальным путем определяют концентрацию монооксида углерода в воздухе на перекрестках города с наиболее интенсивным движением, вносят ряд предложений, позволяющих избежать возникновения экологических ловушек Выхлопы газа. Ежегодно в мире в автомобильных двигателях внутреннего сгорания сжигается около 2 млрд. т нефтяного топлива. При этом коэффициент полезного действия в среднем составляет 23%, остальные 77% уходят на обогрев окружающей среды. В крупных городах автомобиль является основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Он выделяет в воздух более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов и 30% оксидов азота. В атмосферный воздух от автотранспорта поступают канцерогенные (бензол, формальдегид, бенз(а)пирен, ацетальдегид и др.) и опасные вещества (толуол, кислоты, 1,3-бутадиен, тяжелые металлы и др.), вызывающие различные заболевания. Топливо сгорает в камере при взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождаются интенсивным выделением тепла, которое и преобразуются в работу. Воспламенение и сгорание бензиновоздушной (горючей) смеси длится тысячные доли секунды, и к такому быстрому процессу она недостаточно хорошо приспособлена: в смеси остаются газы от предыдущего цикла, препятствующие доступу кислорода к частицам топлива, не удается добиться ее идеального перемешивания. В результате не все топливо окисляется до конечных продуктов, и для нормального протекания процесса сгорания топливо приходится добавлять. Если в горючей смеси количество топлива превышает расчетное, смесь называется богатой, если его меньше-бедной. При средних нагрузках в камеру сгорания попадает несколько обедненная смесь. Если же смесь обогатить, скорость е сгорания увеличится, давление и температура в камере повышаются. Для максимальных нагрузок или резкого перехода с малой нагрузки на большую требуется богатая смесь. Интенсивно подаётся топливо в цилиндры и при пуске холодного двигателя, когда горючую смесь образуют только самые лёгкие фракции топлива. В этих случаях из-за недостатка кислорода топливо сгорает не полностью. Двигатель хотя и развивает большую мощность, но работает неэкономично и выбрасывает в атмосферу токсичные вещества – оксид углерода, оксиды азота, альдегиды и несгоревшие углеводороды, среди которых особую опасность представляют ароматические, в частности бензопирен, вызывающий онкологические заболевания. Кроме того, входящий в состав воздуха азот при высокой температуре и давлении в цилиндрах двигателя реагирует с остаточным кислородом, в результате образуются оксиды азота – ещё одна вредная составляющая выхлопных газов. Токсичные вещества образуются и при применении топлива с некоторыми присадками и примесями (например, свинец, присутствующий в этилированном бензине). Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продуктами износа шин, тормозных накладок. В городские водоёмы и почву попадают топливо и масла, моющие средства и грязная вода после мойки, сажа. В атмосферный воздух постоянно попадают пары топлива из баков, наиболее заметные в летний период в местах массовых стоянок автомобилей. Наибольший ущерб здоровью наносят машины, стоящие в непосредственной близости от жилых домов. Количество выделяемых в окружающую среду вредных веществ зависит от численности и структуры автомобильного парка, а также от технического состояния автомобилей и в первую очередь их двигателей. Только из-за отсутствия необходимой регулировки карбюратора бензинового двигателя внутреннего сгорания выброс оксида углерода может вырасти в 4-5 раз. На состав отработанных газов двигателя большое влияние оказывает режим работы автомобиля в городских условиях. Низкая скорость движения и частые её изменения, многократные торможения и разгоны способствуют повышенному выделению вредных веществ. Проверки показывают, что каждый пятый автомобиль эксплуатируется с повышенной токсичностью или дымностью отработанных газов. В крупных городах доля загрязнения Сведения о воздухоохранной деятельности. Проверено автотранспорта Выявлено автомобилей с повышенной токсичностью Проверено индивидуального транспорта Выявлено автомобилей с повышенной токсичностью Всего Автомобилей Грузовые транзит Легковые 14 1 308 8 2005 1283 26 8159 159 2006 1175 61 6229 161 11000-11500 ≈1500 ≈1000 ≈10000 Цель: изучение экологических ловушек, оценка степени угрозы их для человека. Задачи: Определение места угарного газа как вещества – загрязнителя в процессе антропогенного воздействия на окружающую среду Изучение механизма воздействия монооксида углерода на транспортную функцию гемоглобина Выявление участков с наибольшими локальными концентрациями монооксида углерода Выработка предложений, позволяющих избежать возникновению экологических ловушек Тема: Роль монооксида углерода в возникновении экологических ловушек Авторы работы: Пономарева Елизавета Слесарчук Арина Научный руководитель: Чернышева Ольга Анатольевна Естественно – научная секция Направление: «Экология и охрана окружающей среды» г. Мончегорск 2006 г. ПДК некоторых загрязняющих веществ в атмосфере ПДК, мг / м3 Вещество Свинец и его соединения Бенз(а)пирен Диоксид азота Фтористый водород Двуокись серы Пыль Сажа Оксид углерода Бензин Никель металлический Оксид меди (II) Класс Максимальная Среднесуточная опасности разовая 1 1 2 0,08 0,0003 0,00001 0,04 2 3 3 3 4 4 0,02 0,5 0,5 0,15 5,0 5,0 0,005 0,05 0,15 0,05 3,0 1,5 2 2 0,01 - 0,001 0,002 • Большая часть монооксида углерода (до 90%) в городском воздухе образуется в результате неполного сгорания топлива в двигателе • Предполагаемые «проблемные перекрестки» действительно являются экологическими ловушками • Наибольшая концентрация монооксида углерода в зоне экологических ловушек возникает во вторник, среду и четверг • Часто по долгу службы сотрудники ГБДД обязаны находиться в районе перекрестков с интенсивным движением, подвергая опасности свое здоровье • В Мончегорске есть еще множество экологических ловушек • Положение с высокой заболеваемостью жителей Мончегорска может осложниться автовладельцам стоит следить за своим автомобилем не только с точки зрения механической исправности, но и экологической чистоты автостоянки не должны располагаться вблизи придомовой территории, гаражи и стоянки такси - в непосредственной близости к остановкам общественного транспорта сотрудники ГИБДД обязаны проявлять принципиальность и не считать пустяковым нарушением чадящий автомобиль. Кроме того, проверки на токсичность выхлопных газов должны стать не выборочными, а общими свой отдых в выходные дни мончегорцам целесообразнее планировать на «лоне природы». Хотелось бы пожелать городской администрации направить усилия на восстановление туристического комплекса и баз отдыха в окрестностях Мончегорска Мы предлагаем свое участие и помощь ГБДД в проведении ежегодной операции «Чистый воздух», а результаты нашей работы - для пропаганды экологических знаний.
