Проектная работа:«Оценка экологического состояния пос. 1-го отделения совхоза «Новоусманский»

МКОУ «Бабяковская СОШ № 2»

Проектная работа: «Оценка экологического состояния пос. 1-го отделения совхоза «Новоусманский»

                                 Проект подготовили: ученики 8-го класса

                                             Болотов Сергей и Дворецких Диана.

                                         Руководитель: учитель биологии Рыбина Е. Н.

2012-2013 гг.

Введение

Бабяковская СОШ № 2 расположена в пос. 1-го отделения совхоза «Новоусманский», ул. Ленина, д. 1.

Рис. 1. Бабяковская СОШ № 2

Нас зовут Болотов Сергей и Дворецких Диана, у нас, вместе с нашим учителем Рыбиной Е. Н. возникла идея провести исследование экологической обстановки плодосовхоза Новоусманский, и территории нашей школы. Для успешного выполнения работы мы изучили методы диагностики и определили степень загрязненности воздуха в районе. Исследовательская работа данного направления в школе проводилась впервые.

Цели работы:

• выяснить наличие загрязнения воздуха в плодосовхозе «Новоусманский» и на территории школы, путем проведения физико-химического анализа проб талого снежного покрова, почвы, растительности;
• выяснить, насколько актуальна проблема загрязнения окружающей среды для плодосовхоза «Новоусманский»  и территории моей школы;
• выяснить экологическую обстановку поселка и влияние ее на физическое и психическое здоровье людей.
• сделать выводы.

В ходе исследования решались следующие задачи:

• изучить литературу, используя разные источники информации, о загрязнении атмосферы различными веществами и их влиянии на организм человека;
• освоить методики определения физико-химических характеристик проб талого снега, почвы, растительности, атмосферы;
• определить физические характеристики, качественный и количественный состав талого снега,  почвы, растительности, атмосферы.

1. Определение загрязнений, производимых автотранспортом

Автомобиль – один из главных источников загрязнения окружающей среды. Выброс автотранспортом загрязняющих веществ в атмосферный воздух остается одной из главных проблем. Отработанные газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200 вредных веществ и соединений, в том числе и канцерогенных. Среди веществ, вызывающих химическое загрязнение воздуха, наиболее распространены и опасны оксиды азота, серы, угарный газ, углеводороды, тяжелые металлы, сажа – продукт неполного сгорания топлива.

Загрязнение воздуха в первую очередь отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека, на животных и растениях.

В данной части работы проведено исследование влияния выхлопных газов автомобилей на экологическое состояние нашего поселка.

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

Цель работы на данном этапе: изучить влияние автотранспорта на состояние атмосферного воздуха в плодосовхозе «Новоусманский№.

Для достижения данной цели необходимо было выполнить следующие задачи:

• определить интенсивность и состав транспортного потока на контрольных участках;
• рассчитать количество топлива разного вида, сжигаемого двигателями автомашин;
• рассчитать количество образованных вредных веществ по бензину.

Определение количества единиц автотранспорта, проходящего по контрольному участку исследования.

1. Для работы были выбраны 2 участка дороги.Один на расстоянии 300 метров от школы, другой 30 метров.На выбранных для исследования участках длиной 100 м, неоднократно производился подсчет 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.

Рис.2- два участка дороги.

На основе пятикратного проведения эксперимента были получены усредненные характеристики транспортного потока, представленные в таблице.

Таблица. Среднесуточный поток автотранспорта на контрольных участках

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

3. 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

4. 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.

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

В таблице представлен расчет количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу исследуемым количеством автомобилей, проезжающих на контрольном участке за сутки.

Табл. Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу

Вывод: полученные результаты говорят о том, что среднесуточный транспортный поток на дороге ведущей в поселок немного превышает санитарные нормы. Можно предположить небольшое превышение количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу работающими автомобильными двигателями. На дороге возле школы обстановка благоприятная. Представлялось целесообразным провести дальнейшее исследование по определению загрязнения проводимым автотранспортом.

1. 2. Определение содержания свинца в зеленой массе растений.

Причиной летнего листопада является высокое содержание свинца в воздухе. Но концентрируя этот металл, растения очищают воздух. Зимой, на улицах для борьбы с гололедом разбрасывают большое количество противогололедных реагентов, содержащих соединения хлора (СаСl₂). Соль хлорида кальция отрицательно воздействует на растения. Кроме того, листья деревьев накапливают в себе вредные соединения из атмосферы. Поэтому осенью следует собирать листья и уничтожать их. Причем экологически целесообразно захоронять загрязненные листья, так как при сжигании все накопленные вредные вещества, снова поступят в атмосферу. На территории вокруг школы,весной и осенью проводятся субботники, на которых дети вместе с учителями собирают всю листву.

Рис. 3- учителя Бабяковской СОШ № 2 на субботнике.

Задачи данного этапа работы:

• определить наличие свинца в зеленой массе растений, окружающих школу;
• показать уровень загрязнения окружающей среды выхлопными газами автомобилей.

Пробоотбор проводился 29 октября 2012 г.

Методика определения содержания свинца в листьях растений

1.     Было собрано по 100 г растительных проб одного вида с контрольных участков. Собранные пробы пронумеровывались, измельчались и растирались в ступке.

2.     Затем было добавлено по 50 мл 40%-ного этилового спирта.

3.     Проведено фильтрование раствора.

4.     Экстракт кипятился на водяной бане, чтобы соединения свинца (а это главным образом бромид свинца) перешли в раствор.

5.     Экстракт упаривался до 10 мл.

6.     Далее на фильтровальную бумагу необходимо было нанести каплю исследуемого раствора. Затем подсушить ее на воздухе, (над плиткой или пламенем спиртовки). В то же самое место капнуть раствор реагента – йодистого калия (KI).

Рис. 4- определение содержания свинца в листьях растений.

Результаты эксперимента представлены в таблице.

Таблица. Количество ионов свинца в листьях растений

Эксперимент показал, что соединений свинца в растениях нет.

Вывод: полученные результаты можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, пробоотбор проводился после листопада. С другой стороны, ведется борьба с недобросовестными производителями бензина, которые в целях повышения октанового числа используют присадки, содержащие соединения свинца. А если в топливе нет свинца, то его нет и в атмосфере.

1. 3. Определение содержания свинца и хлоридов в почвенной вытяжке

Вокруг городов, поселков, металлургических предприятий, вдоль дорожных магистралей и вокруг мест свалок промышленных отходов образуются зоны загрязнения почвы свинцом, мышьяком, висмутом, медью, кадмием и т. д. Поэтому качественный химический анализ почвенного раствора является одним из простых и доступных методов обнаружения «нежелательных элементов».

Анализ водной вытяжки почв описан русским ученым Н. Комовым (1788 г.), а с конца ХIХ века он используется как основной метод для определения степени и характера засоленности почв и решения других практических задач. В лаборатории для получения водной вытяжки используют дистиллированную воду.

Задача: определить наличие свинца в образцах почвы, взятых на контрольных участках.

Для качественного анализа почв было исследовано три образца, взятые из разных мест: с придорожной полосы, дороги ведущей в поселок(проба №1), с дороги перед школой (проба №2) и со школьного двора (проба №3). Пробоотбор проводился 7 ноября 2012г.

Рис. 5- образцы почвы.

Методика определения содержания свинца и хлоридов в почвенной вытяжке.

1. Образцы почвы были взяты с глубины 5 см, сложены в три разных полиэтиленовых пакета. Каждая проба была перемешана, высушена на воздухе в течение 7 дней, удалены из почвенных смесей листья, корни и камни, измельчены все комки до размеров 2-3 мм в диаметре и пересыпаны в бумажные пакеты с этикетками.

2. Для приготовления водной вытяжки на весах отмерялось по 50 г почвы из каждого пакета. В каждый из трех стаканов с образцами почв добавлялось по 125 мл дистиллированной воды, до соотношения почва: вода - 1:2,5. Смесь в каждом стакане тщательно перемешивалась в течение 4 минут, затем суспензия была отфильтрована через бумажный фильтр.

Рис. 6- определяем содержание  свинца и хлоридов в почве.

Исследование проводилось с целью обнаружения катионов свинца и анионов хлора.

3. Для обнаружения ионов свинца в почвенных образцах использовался метод капельного анализа. На рабочем столе выкладываются три предметных стекла. На отдельные стекла наносится по 1 капле каждой вытяжки. Затем к каждой капле вытяжки добавляется по капле реагента KI. На всех пластинках не было обнаружено видимых изменений (выпадение осадка в виде желтых хлопьев). Следовательно, во всех трех пробах качественные реакции на свинец дали отрицательный результат.

4. Хлорид-ионы обнаруживают с помощью 2%-ного раствора нитрата серебра АgNО₃, путем добавления нескольких капель. В результате взаимодействия ионов хлора с ионами серебра выпадает белый творожистый осадок. Помутнение будет тем значительнее, чем больше концентрация хлорид-ионов в воде.

Результаты эксперимента представлены в таблице.

Таблица. Количество ионов свинца и хлора в почвенной вытяжке

В пробах №1 и №2 было обнаружено незначительное содержание хлорид-ионов судя по характеру выпавшего осадка в виде слабой мути (концентрация 1-10 мг/л).

Выводы: присутствие хлорид-анионов является, скорее всего, результатом обработки дороги и придорожной полосы противогололедными реагентами в зимнее время.

1. 4. Определение загрязнений воздуха по снежному покрову

Как известно, круговорот воды осуществляется за счет ее испарения и осаждения в виде атмосферных осадков (снега, дождя, града). При этом атмосферу попадают сотни веществ, которые ранее отсутствовали в природе. Это атмосферные загрязнители – сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода (угарный газ), хлор, формальдегид, и др. В некоторых случаях из двух или нескольких относительно неопасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Главные источники загрязнения – тепловые электростанции, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт. Менее опасны станции, работающие на газе, более – на угле.

Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу – это атмосферные осадки в виде дождя и снега. Снежные хлопья и дождевые капли захватывают примеси и выводят их из атмосферы. Таким образом, осадки приводят к уменьшению концентрации загрязняющих веществ в воздухе. Снежные хлопья засчет большой поверхности адсорбции являются лучшими его очистителями. При таянии снежного покрова примеси загрязняют водоемы. Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. Поэтому по результатам качественного 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, обнаружение в пробах талого снега катионов металлов и анионов кислотных остатков.

Отбор проб и подготовка их к исследованию

Для отбора проб мы выбрали три точки:

• проба №1 – дорога ведущая к поселку;
• проба №2 –дорога перед школой
• проба №3– на территории школы;

Рис. 7- собираем пробы снега.

Пробоотбор проводился 15 января 2013 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 воды комнатной температуры, проба готова к проведению анализа.

Методика определения физических свойств талого снега

1. Для определения прозрачности проб 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

Таблица. Определение характера запаха

3. Качественную оценку цветности воды 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

4. Содержание взвешенных частиц. Определяется фильтрованием воды через бумажный фильтр и последующим высушиванием осадка в сушильном шкафу до постоянной массы.

Содержание взвешенных частиц (в мг/л) в испытуемой воде определяется по формуле: (M1-M 2) х 1000 / V, где М1 - масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц (г), М2 - масса бумажного фильтра (г), V - объем воды для анализа, в литрах.

Методика определения химических свойств талого снега

1. 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.

2. Обнаружение органических веществ.

В одну пробирку наливают 5 мл дистиллированной воды, в другую – исследуемую воду. В каждую пробирку прибавляют по капле 5% перманганата калия КМnО₄. В пробирке с дистиллированной водой окраска сохранится. Исчезновение окраски в исследуемой воде указывает на присутствие в ней органических веществ (иногда неорганических восстановителей).

Рис. 8- обнаружение органических веществ.

3. Определение ионов железа Fe³⁺.

К 10 мл исследуемого талого снега прибавляют 1-2 капли соляной кислоты HCl, несколько капель пероксида водорода и 0,2 мл (4 капли) 50%-го раствора тиоцианата калия KNCS. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Примерное содержание железа находят по таблице. Метод чувствителен, можно определить до 0,02 мг/л. Качественная реакция протекает по ионному уравнению: Fe³⁺ + 3NCS^- = Fe(NCS)₃

Таблица. Примерное определение ионов Fe³⁺ в пробах снега

4. Определение ионов свинца Pb²⁺ (качественное).

Иодид калия (KI) дает в растворе с ионами свинца характерный осадок йодида свинца PbI₂.

Исследования производятся следующим образом. К 5 мл испытуемого раствора прибавить немного KI, после чего, добавив уксусной кислоты CH₃COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего мало характерного желтого осадка PbI₂. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI₂ выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов: PbI₂ + 2I- = PbI2 v

5. Определение ионов меди Cu²⁺ (качественное).

В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемого талого снега, выпарить досуха, затем прибавить 1 каплю концентрированного раствора аммиака NH₃. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди: 2Cu²⁺ + 4NH₄ОН = 2 [Cu(NH₃)₄]²⁺ +4H₂O

6. Определение ионов хлора Cl- (качественное).

К 5 мл талого снега добавить 3 капли 10% раствора нитрата серебра AgNO₃, подкисленного азотной кислотой HNO₃. Образуется осадок или муть: Ag⁺ + Cl^- = AgCl v

• слабая муть – 1-10 мг/л,
• сильная муть – 10-50 мг/л,
• хлопья – 50-100 мг/л,
• белый творожистый осадок > 100 мг/л.

7. Определение сульфат ионов SO₄^2- (качественное).

К 5 мл талого снега добавить 4 капли 10% раствора соляной кислоты HCl и 4 капли 5% раствора хлорида бария BaCl₂. Образуется осадок или муть: Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄ v

• слабая муть – 1-10 мг/л,
• сильная муть – 10-50 мг/л,
• хлопья – 50-100 мг/л,
• белый творожистый осадок > 100 мг/л.

Таблица. Результаты химического анализа проб талого снега

Проводя анализ на наличие катионов и анионов в пробах талого снега, использовали в качестве контрольного раствора дистиллированную воду.

Анализ результатов исследования свойств талого снега и выводы.

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 во всех пробах, особенно велик в пробе №1;
• показатель рН близок к норме (для атмосферных осадков нормально рН = 5,6) во всех пробах;
• исследование химического состава проб талого снега показали разную степень их загрязнения: в пробе №1 обнаружено наличие хлорид-ионов и ионов железа, что объясняется соседством с дорогой;
• самыми чистыми оказались две пробы №3 (территория школы) и №2 (дорога перед школой).

2. Влияние экологической обстановки на психическое и физическое здоровье населения.

Плодосовхоз «Новоусманский», имеет не очень благоприятное месторасположение. В 3-х километрах от поселка распологается городская свалка бытовых и производственных отходов.

Когда на ней поджигают мусор в нашем поселке нечем дышать, жителей начинает тошнить, некоторым становится совсем плохо.

Рис. 9- городская свалка.

Неблагоприятное воздействие на людей оказывают и электромагнитные поля высоковольтной линии проходящей в 2,5 км от поселка.

Рис. 10- высоковольтная линия.

Состояние неблагоприятной экологической обстановки в поселке ухудшает отсутствие водоема и лесного массива. Единственным «зеленым островком» поселка являются насаждения вокруг детского сада, школы и поселковый парк. Благодаря стараниям детей и учителей школы здесь всегда чисто, красиво, много зелени.

Рис. 11- территория  вокруг школы.

Учащиеся «Бабяковской СОШ № 2» вносят посильный вклад в улучшение экологической обстановки: содержат в чистоте территорию вокруг школы, регулярно убирают в парке, неоднократно убирали мусор вдоль дороги, ведущей в поселок с центральной трассы.

Заключение

По результатам работы мы сделали следующие выводы:

1. Нагрузка на автодорогах, маленькая площадь зеленых насаждений, близость свалки  оказывают неблагоприятное влияние на экологическое состояние поселка.

2. Необходимо проведение ежегодного экологического исследования поселка.

3. Необходимо заниматься озеленением, проводить экологические рейды.

4. Необходимо распространять среди школьников экологическую культуру, пропагандировать здоровый образ жизни, проводить лекции о вреде курения, алкоголя, наркотиков.

Список литературных источников

1.     Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV (V-VIII) групп: Справ. изд. / А.Л.Бандман, Н.В. Волкова, Т.Д. Грехова и др.; Под ред. В.А. Филова и др., - Л.: Изд-во «Химия», 1989 г.

2.     Вредные химические вещества. Природные органические соединения. Изд. Справ. – энциклопедического типа. Т. 7/Под ред. В. А. Филова. - СПб.: СПХФА, НПО «Мир и семья-95», 1998 г.

3.     Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, пер. и доп. В трех томах. Том III. Неорганические и элементорганические соединения. Под ред. Н.В. Лазарева и И.Д. Гадаскиной, - Л.: Изд-во «Химия», -1977 г.

4.     ГОСТ 17.2.2.03-87. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями.

5.     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/.

6.     Экологический мониторинг в школе. / Под ред. Коробейниковой Л.А. – Вологда: Русь, 1998. - 212 с.

7.     Следим за окружающей средой нашего города.9-11 кл, школьный практикум. М.Владос, Под ред .Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. 2001.

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