Проектно-исследовательская работа «Изучение экологического состояния микрорайона Арбеково города Пенза»

«ИЗУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МИКРОРАЙОНА АРБЕКОВО ГОРОДА ПЕНЗА».

 

С.Г. Никитин, учитель химии и биологии.

Д.В. Воеводин, ученик 11 класса.

МБОУ Лицей № 73 г.Пенза, Россия

1.Введение

Охрана окружающей среды неразрывно связана с вопросами экологической безопасности. Каждый фактор экосистемы взаимосвязан с другим и оказывает влияние на живые организмы, внутри этой экосистемы, в том числе и на нас.

Изучение этих факторов- важная многоплановая проблема современной науки. Один из вариантов всестороннего изучения загрязнённости окружающей среды - проведение химического мониторинга. Лучший его вариант - это многолетнее исследование, способное показать изменение тех или иных факторов (4).

Территория микрорайона Арбеково г.Пензы ежегодно изменяется. Появление большого количества новостроек, частных автомобилей, расширение дорожного полотна не может не сказываться на состоянии экосистемы.

В связи с этим было решено провести всесторонний комплексный анализ экологического состояния микрорайона Арбеково.

Цель: Всесторонне исследовать экологическое состояние микрорайона Арбеково г.Пенза.

Задачи:

1.Изучить научную и справочную литературу по данному вопросу, просмотреть и проанализировать информацию в сети Интернет.

2.Ознакомиться с методиками проведения исследований по физико-химическим характеристикам исследований воздуха, снежного покрова и водных ресурсов.

3.Провести исследования по анализу воздуха, снега и водных ресурсов.

4.Дать оценку полученным результатам.

Объект исследования:

Воздух- исследуемый на разных улицах микрорайона.

Снег, взятый с разных участков территории микрорайона Арбеково.

Вода из пруда у городской больницы №6 им.Захарьина.

Предмет исследования: воздух, снег, водные массы, поглощающие вещества-загрязнители.

Методы исследования: изучение литературы; описательный и расчётный методы; эксперимент; анализ; обобщение.

 

2. Изучение вопросов загрязнения окружающей среды.

Изучив литературу по данному вопросу, было выяснено, что загрязнителями атмосферы могут быть вещества в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Так как аэрозоли и газообразные примеси улавливаются атмосферной влагой, снегом, то они могут быть использованы для изучения степени загрязнения атмосферы на данной территории.

Запасы подземных вод в значительной степени пополняются за счет перемещения снега и поверхностного стока воды с почвы. Соответственно, состав снежного покрова может существенно влиять на качество грунтовых вод. А это приведёт к влиянию и на флору и фауну нашей местности (6).

В связи с этим актуально проведение исследования состояния экологической обстановки микрорайона в течении всего года, изучив при этом воздушные, водные и снежные ресурсы на территории нашего микрорайона.

Основными главными источниками загрязнения окружающей среды в микрорайоне Арбеково являются : автомобильный транспорт от проходящей рядом с микрорайоном автомобильной трассы М5, постепенное увеличение количества личного автотранспорта, в связи с увеличением числа жителей микрорайона , а также расположенная недалеко железная дорога.

Данный комплексный мониторинг, основанный на предыдущих исследованиях, позволит получить полную и достоверную информацию о состоянии атмосферного воздуха и привлечь внимание учащихся школы к этой важной и порой мало обсуждаемой проблеме.

Комплексный мониторинг экологического состояния данной территории, также позволит дать прогноз о возможном заражении окружающей среды токсичными веществами в последующие годы, так как ожидается ещё больший рост числа жителей микрорайона и появлении в связи с этим неблагоприятных факторов.

3. Практическая часть.

3.1 Определение содержания количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу автотранспортом.

Определение количества вредных веществ требует выполнения задач по определению интенсивности транспортного потока, а также расчёта количества образованных вредных веществ по бензину.

На выбранном для исследования участке улицы Проспект Строителей (в районе Пензенской Областной библиотеки имени Лермонтова) неоднократно производился подсчёт автомобилей, движущихся в оба направления.

Работа производилась в утренние, дневные и вечерние часы следующим образом: занималось место у исследуемого участка, и в течение 15 минут в отдельный бланк заносились данные о проезжающем транспорте.

Исследуемый участок дороги находится на расстоянии 282 метров от здания школы; контрольный участок «дорога перед школой» - 50 метров.

В таблице №1 представлен расчет количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу исследуемым количеством автомобилей, проезжающих на контрольном участке за сутки.

 

 

Таблица 1. Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу автомобильным транспортом на участке автомобильной дороги на ул. Проспект Строителей (в районе библиотеки имени Лермонтова) г.Пензы.

 

Полученные результаты говорят о том, что среднесуточный транспортный поток на данном исследуемом участке превышает санитарные нормы. Можно предположить превышение количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу работающими автомобильными двигателями. На вспомогательной дороге обстановка более благоприятная, что позволяет сделать вывод о сравнительно чистом воздухе в районе Лицея №73.

Учитывая возросшую застройку микрорайона Арбеково необходимо продумывать способы устранения вреда наносимого человеку автотранспортом. Самый возможный вариант – посадка ограждающих полос деревьев.

Чем быстрее растет дерево, тем эффективнее оно в итоге очищает воздух. Из быстрорастущих пород можно рекомендовать все виды тополя, татарский клен. Хвойные деревья и медленно растущие породы с плотной древесиной (дуб, вяз, клен, ясень, каштан) для этих целей неэффективны.

Береза тоже плохо подходит для городского озеленения, хотя в городе Пенза это один из самых часто встречающихся вариантов биологического способа защиты жилых массивов. Она растёт сравнительно медленно, слишком габаритна, сравнительно хрупкая древесина, при больших размерах кроны в сильный ветер легко ломается.

Лучшим вариантом для устранения вредного воздействия от выхлопных газов автомобилей это пирамидальные тополя. Они пуха не дают, быстро растут (до взрослого состояния за 20-30 лет), дерево компактно, не имеет пышной кроны, поэтому хорошо выдерживает ветровые нагрузки и не доставляет проблем при спиливании в условиях плотной застройки.

3.2 Физические и химические методы определения загрязнения талой снеговой воды.

Физические методы определения показателей, характеризующие органолептические свойства талой воды описаны в учебнике О.С.Габриеляна, химия 8 класс, стр. 182, журнал «Химия в школе» № 3, 2004 года.

Отбор образцов снега проводился в нескольких точках: в районе школы, около жилого массива рядом с автотрассой М5, в лесополосе возле микрорайона, вблизи железной дороги.

Учитывая, что изучение снежного покрова проводилось второй год подряд, можно сделать выводы, что основные показатели остались без изменений.

Цвет талой воды, прозрачность, мутность, запах остались без существенных изменений. Не один из исследуемых показателей критически не повысился.

Определение сухого остатка талой снеговой воды.

Сухой остаток – это остаток, полученный при выпаривании досуха профильтрованной и высушенной при температуре 105 ̊С воды.

Сухой остаток характеризует общее содержание в снегу растворённых солей и органических примесей, не разлагающихся при указанной температуре.

Сухой остаток талой снеговой воды определялся методом весового анализа на электронных весах, используя методику, предложенную в научно-теоретическом и методическом журнале [5].

Для определения показателя сухого остатка колбу с водой взболтали, взвесили бумажный фильтр, профильтровали 1 литр талой воды, высушили использованный фильтр, взвесили высушенный фильтр, определили разницу в массе. Разница в массе и есть величина мутности в мг/л твердых загрязнений, выпавших на 1м² поверхности конкретного участка.

В пробах № 3 и №5 значение показателей сухого остатка – максимально, и в 2020 и в 2021 году. В остальных пробах присутствует незначительное количество примесей.

Определение водородного показателя (pH) талой снеговой воды.

В атмосфере содержится большое количество углекислого газа, адсорбция которого на снеге вызывает образование угольной кислоты. Угольная кислота, являясь слабым электролитом, диссоциирует:

H2CO3↔H+ + HCO3-.

Вследствие этого, в незагрязнённой атмосфере рН снеговой воды составляет ≈ 5,5 единиц.

Кислотными считаются осадки, рН которых менее 5,5. Величина pH5,5 свидетельствует о том, что в атмосфере имеются загрязнители основного характера, например, оксиды щелочных и щёлочно-земельных металлов или их соли [2].

Для исследования в пробирки налили по 5 мл.талой воды, поместили в пробирки полоски универсальной индикаторной бумаги, и с помощью универсальной индикаторной бумаги сравниваем ее окраску с соответствующей шкалой .

Двухлетнее исследование показало, что pH исследуемых образцов талой снеговой воды колеблются в пределах от 5 до 8. В 2020 году исследуемые образцы №3, №5 имеют кислую среду, № 1 – нейтральную среду, №2, №4– щелочную среду. В 2021 показатели соответствующие, кроме пробы номер 2, тоже показавшей слабо-кислую среду.

Определение хлорид-ионов.

Использование соли, дешевого способа «растопить» снег, приводит к повышению содержания хлоридов в почве и грунтовых водах. Даже когда соль применялась в течение всего лишь одной зимы, ее остается в почве так много, что и спустя несколько лет может сохраняться опасная ее концентрация.

Непосредственно с дорог брызги соли со снегом из-под колес машин попадают на газоны и засоляют почву, в то время как аэрозоль водно-солевой смеси разносится ветром на прилегающие территории и распространяется от 30 до 200 м.

Определение хлорид-ионов основано на реакции осаждения хлоридов нитратом серебра. К 5 мл талой снеговой воды добавила 3 капли 10% - ного раствора азотной кислоты и по каплям 0,1 М раствор нитрата серебра. При наличии хлоридов происходит реакция:

NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl↓.

Исследования показали: в пробирке № 2 образцы талой снеговой воды прозрачны, в пробирках № 1, № 4, №5 наблюдается едва заметное помутнение, в пробирках № 3 выпал осадок белого цвета.

В 2020 году достаточно большое количество хлорид-ионов содержится в талой воде образца №3. Остальные образцы проб также содержат данные ионы, но в незначительных количествах. В 2021 году ситуация чуть хуже, проба №4, вблизи дороги и лесополосы тоже дала положительное помутнение.

Как вариант снижения распространения загрязнения хлорид- ионами можно предложить механические барьеры: здания и деревья, которые уменьшают дальность переноса аэрозолей водно-солевой смеси, но резко увеличивают её концентрацию вблизи дороги. Необходима весенняя уборка «грязного» подтаявшего снега.

Определение сульфат-ионов.

Сульфат ионы накапливаются в снеге за счёт осаждения аэрозолей диоксида серы из воздуха вместе с пылью под действием сил гравитации. После таяния снега сульфаты мигрируют в почву и водные источники.

Определение сульфат- ионов основано на реакции осаждения сульфатов хлоридом бария. К 5 мл фильтрата добавляли 3 капли концентрированной соляной кислоты и 3 мл 20% - ного раствора хлорида бария. Раствор в пробирке нагревали до кипения. При наличии сульфатов происходит реакция:

Na2SO4 + BaCl2 = 2NaCl + BaSO4 ↓

В первый год исследований в пробирке № 3 выпадает обильный осадок, в остальных пробирках – слабый осадок, заметный только на чёрном фоне. Во второй год, вместе с пробой №3, явный осадок дала и проба №4.

Определение солей свинца.

Тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4 используется в качестве антидетонатора для улучшения качества автомобильного топлива.

В пробирку с талой водой, вносили по 1 мл 50% раствора уксусной кислоты (CH3COOH) и перемешивали. Далее прилили по 0,5 мл 10% раствора дихромата калия. В случае содержания солей свинца в образцах появляется желтое окрашивание. 

Если в первый год исследований наличие свинца определялось только в образцах №3 и №5, то в 2021 году наличие свинца показала и проба №4.

Поступление тяжелых металлов в снежный покров возможно за счет выхлопных газов автотранспорта. Соответственно на участке №4 возросло количество автотранспорта.

Анализ химических свойств воды из пруда у Городской больницы №6.

В 2021 году используя методики, соответствующие методикам определения загрязнения талого снега, было проведено исследование образцов воды из пруда находящегося возле Городской больницы №6. Участок находится рядом с исследуемым микрорайоном.

В качестве контрольного раствора использовали дистиллированную воду.

Образцы показали наличие всех определяемых образцов, что говорит о чрезмерной загрязнённости данного водоёма.

Таблица №2. Наличие загрязнений в водоёме у больницы имени Захарьина , район Арбеково г.Пензы.

 

4. Заключение.

В результате проведённых исследований было установлено:

Хлорид-ионы, сульфат-ионы, соли свинца в образцах талой снеговой воды присутствуют в пробах под №3 объясняется расположением рядом с исследуемым участком автомобильной трассы с значительным автомобильным потоком, под №4 и №5 расположением участка внутри жилого массива, где тоже присутствует дорога с автомобильным движением и парковками автомашин.

Самыми чистыми исследуемыми участками являются участки №1 и №2, что легко объясняется изолированностью территории лицея от оживлённых автомобильных дорог и хозяйственной деятельности человека.

В случае лесного массива отсутствие основных загрязнений также обусловлено изолированностью данной местности от источников постоянного загрязнения.

Самый чистый участок, следовательно, и самый чистый воздух, вблизи лесного массива, на удалении от автомобильных трасс.

Самый загрязнённый участок, следовательно и самый загрязнённый воздух, вблизи автомагистрали М5.

Участок лесного массива к которому примыкает побочная дорога в 2021 году тоже оказался загрязнённым больше, чем в первый год исследований. Учитывая увеличение количества автомашин в микрорайоне, то можно предположить, что и в дальнейшем будет наблюдаться ухудшение показателей на этом участке.

Предлагаемое решение:

Усилить зеленый щит из деревьев и кустарников, которые насыщают воздух кислородом и поглощают вредные газы, задерживают пыль, сажу, а также снижают шум. Использовать для обустройства автостоянок пустыри или территории, которые не вплотную примыкают к нежилым зданиям. Детские площадки изолировать от проезжей части живыми изгородями или другими способами и располагать их в глубине дворов.

5. Список используемых источников:

1. Биология. Человек. 8 класс : учеб. для общеоразоват. учреждений / Н.И. Сонин, М.Р. Сапин. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.

2. Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг. Киров: ООО Типография Старая Вятка, 2012.

3.ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. – М.: Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава России, 2003. - /Гигиенические нормативы/.

4. Зарина Л.М., Гильдин С.М. Геоэкологический практикум. Учеб-но-методическое пособие; С-П: Изд. РГПУ им. А. И. Герцена,2011

5. Муравьёв А.Г. Экологический практикум: учебное пособие с комплектом карт-инструкций. СПб.: Крисман+, 2003.

6.Основы безопасности жизнедеятельности. 8 класс: учеб. для об-щеобразоват. учреждений / А.Т. Смирнов, Б.О. Хренников; под ред. А.Т. Смирнова; Рос. Акад. Наук, Рос. Акад. Образования, изд-во «Просвещение». – 6-е изд. – М.: Просвещение, 2012.

7.СанПиН 2.1.6.1032-01 «Атмосферный воздух и воздух закрытых помещений. Санитарная охрана воздуха. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест».

8.Школьный экологический мониторинг. Т.Я. Ашихмина- М., «Агар», 2000.

9. «Химия в школе» № 3, 2004 год.