Исследовательская работа по экологии на тему: Влияние выхлопных газов на окружающую среду и организм человека

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа с. Суадаг
Исследовательская работа на тему:
«Влияние выхлопных газов на здоровье человека и окружающую среду»
Ученица 10 класса: Гаева Татьяна
Руководитель: Персаева Алена
Владиславовна
Суадаг 2015г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1.Цель, задачи и предмет исследования.
2.Влияние транспорта на окружающую среду.
3.Влияние на человека отработавших газов автомобиля.
3.1Состав выхлопных газов автомобилей (таблица)
3.2Монооксид углерода или окись углерода (СО)
3.3Оксиды азота – смесь различных оксидов NO2 , N2O, N2O4
3.4Сернистый ангидрид
3.5 Углеводороды
3.6 Бензапирен4.Экспериментальная часть работы
4.1 Рост количества машин в республике за последние 10 лет4.2Количество проезжающих машин по трассе Алагир – Владикавказ
4.3Количество зарегистрированных больных среди населения Суадаг
5.Пути снижения выбросов и токсичности выхлопных газов
5.1Градостроительные мероприятия
5.2Контроль выброса токсичных веществ
5.3Изменение состава топлива
5.4Использование энергии торможения
5.5Перевод автомобилей на сниженный газ
5.6Нейтрализаторы выхлопных газов
5.7Совершенствование двигателей внутреннего сгорания
5.8Альтернативное топливо
6.Используемая литература
Введение.
Нынешний век с полной уверенностью можно назвать веком экологии, экологических исследований и открытий. Еще совсем недавно казалось, что основная цель человечества - сделать людей сытым и богатыми. Однако теперь этого уже мало. Вспомним мудрую индийскую пословицу: «Когда вы убьете последнего зверя и отравите последний ручей, тогда вы поймете, что деньгами питаться нельзя».В современном человеческом обществе для выживания недостаточна богатства и сытости. Нужна также благоприятная для жизни среда. Мы называем ее окружающей ,или природой ,средой. Если качество этой среды не соответствует определенным параметрам, то и интенсивность проявления жизнедеятельности человека будет снижена до определенной границы, за пределами которой наступает коллапс (угрожающее для жизни состояние)и гибель. Это действительно реальная угроза для человечества, если всерьез не заняться решением основных экологических проблем. И источником всех этих проблем в конечном счете является сам человек. Человек раз и навсегда противопоставить себя природой. Поэтому задачи человечества на современном этапе развития общества коренным образом отличаются от тех, которые стояли перед ним на заре цивилизации. Человек перестал быть гармоничной частью биосферы. Мощь цивилизации возрастает неизмеримо быстрее, чем способность природы к самовосстановлению. И чрезвычайно важно знать те критические значения параметров биосферы , за которыми может начаться не предсказуемое развитие природных сил и переход их в новое состояние ,где для человека (увы!)места может не оказаться .
Сейчас, пожалуй, уже никого не волнует судьба исчезнувшего с лица Земли мамонта или саблезубого тигра, но мир наверняка станет беднее, если современный человек допустит исчезновение слона, тигра или носорога .В свое время И.Кант утверждал, что человек имеет обязательство только перед самим собой. Так ли это ? Не в ответе ли он перед живыми существами ,которые окружают его?
Человек оказался подхваченным вихрем демографического взрыва и вовлеченным в стремительный темп современной жизни. Наши разнообразные потребности- действительные и надуманные- в последнее время начали оказывать на природу столь мощное давление ,что возникала вполне реальная угроза самому существованию Человека как биологического вида .
Цель, задачи и предмет исследования.
Цель: исследование проблемы загрязнения воздуха выхлопными газами
Объект исследования: процесс загрязнения воздуха выхлопными газами в селе Суадаг
 Предмет исследования: главная трасса Алагир - Владикавказ, проходящая через селение Суадаг с протяженностью 1,5 км.
Гипотеза исследования: загрязнение воздуха и почвы выхлопными газами автотранспорта отрицательно влияет на здоровье человека
  
Задачи исследования:
1. Изучить вопрос  экологической обстановки в с. Суадаг.
2.Познакомиться с научной  литературой на изучаемую тему.
3.Подсчитать количество машин, проезжающих через селение Суадаг
3. Определить содержание тяжелых металлов в почвенных образцах взятых в школьном дворе.
4. На основе изученных вопросов сделать вывод
Влияние транспорта на окружающую среду.
Наряду с энергетикой, промышленностью, сельским хозяйством и строительством на окружающую среду существенное воздействие оказывает транспорт. Транспорт всегда играл важную роль в жизни человечества, но особенно его роль возросла в XXI в.
В промышленно развитых странах основным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт, парк которого непрерывно растет. Если в 1900г. на планете насчитывалось около 6 тыс. автомобилей, то к началу XXI в. Численность мирового парка автомашин достигла 500 млн. единиц.
Если поставить все существующие сегодня в мире автомобили бампер к бамперу, они составят ленту, которой 100 раз можно обмотать земной шар по экватору.
Одна из главных причин сверхмерного загрязнения выхлопными газами наших городов - это крайне низкое качество автомобильного топлива. Несмотря на то, что самый страшный этилированный бензин уже 12 лет (с 2003 года) находится в России под запретом, очистить атмосферу от последствий его использования до сих пор не удаётся. Содержащий токсичное вещество первого класса опасности -тетраэтилсвинец - этилированный бензин применялся в нашей стране с 1942 г. Если до этого рубежа советским бензином больные ангиной полоскали горло, то в последующие 60 с лишним лет применения тетраэтилсвинца о таком антисептике и подумать было страшно. Это ядовитое органическое соединение свинца, использовавшееся для повышения октанового числа, в 8 раз токсичнее обычного металлургического свинца.
Машина, заправленная этилированным бензином, каждые 100 м пути выбрасывала с выхлопными газами по 3-4 г свинца. Это чудовищное топливо изначально строжайше запретили использовать в обеих столицах и южной курортной зоне. Чтобы очистить атмосферу остальных городов и регионов России от накопленных за 61 год свинцовых загрязнений, необходимо проведение специальных мероприятий. Загрязнение почвы свинцом будет пострашнее радиоактивного, ведь для токсичных металлов нет периода распада.
В то время как экологи бьются над решением проблемы 12-летней давности, стремящиеся сэкономить на топливе автомобилисты продолжают усугублять положение со свинцовым загрязнением. Разумеется, в стране, где изобрели самогонку, не могли не придумать "палёный" бензин - дешёвый прямогонный бензин с добавлением тетраэтилсвинца для повышения октанового числа.
Вторая причина интенсивного отравления воздуха крупных российских городов выхлопными газами с повышенной концентрацией загрязняющих веществ - это старые отечественные машины. Выбросы таких автомобилей в разы токсичнее зарубежных, поскольку европейские, американские и японские машины оснащены нейтрализаторами выхлопных газов.
Следующая причина сверхмерного загрязнения атмосферы наших мегаполисов автомобильными выбросами кроется в одной из главных бед России - дорогах. Из-за того что они слишком узкие, да ещё и с множеством перекрёстков и светофоров, автомобилям приходится часто останавливаться, часами стоять в пробках. На каждом светофоре и в местах образования заторов количество автомобильных выбросов зашкаливает, поскольку при режимах холостого хода и набора скорости в атмосферу выделяются максимальные объёмы выхлопных газов.
Как правило, наибольшему загрязнению автотранспортом подвергаются центральные, самые густонаселённые, районы городов. В результате от загрязнения атмосферы автомобильными выбросами страдает здоровье сотен тысяч жителей каждого крупного города России. Наибольшую опасность выхлопные газы представляют для маленьких детей, поскольку высота автомобильных выбросов не достигает и 1 м.
Влияние на человека отработавших газов автомобиля.
По воздействию на организм человека компоненты отработавших газов подразделяются на 3 группы:
токсичные – оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, свинцовые соединения;канцерогенные – бензапирен;
раздражающего действия – оксиды серы, углеводороды.
Влияние перечисленных компонентов отработанных газов на организм человека зависит от их концентрации в атмосфере и продолжительности воздействия.
Состав выхлопных газов автомобилей (% по объему)
компоненты Содержание компонентов в выхлопных газах
Карбюраторный двигатель Дизельный двигатель
N2 74-77 76-78
O2 0,3-8 2-18
H2O 3,0-5,5 0,5-4,0
CO2 5,0-12,0 1,0-10,0
CO 5,0-10,0 0,01-0,5
Оксиды серы 0-0,8 0,0002-0,5
Углеводороды 0,2-0,3 0,001-0,5
Альдегиды 0-0,2 0,001-0,009
Сажа 0-0,4 г/м³ 0,01-1,1г/м³
Бензпирен(10-20)*10 г/м³ 0,00001г/м³
Одним из наиболее токсичных веществ, загрязняющих атмосферу, является оксид углерода СО (II), который активно взаимодействует с гемоглобином крови и уже при очень низкой концентрации снижает её способность переносить кислород. Содержание СО в воздухе около 0,01% вызывает головную боль, снижение умственной деятельности и расстройства ряда физиологических функций организма.
Монооксид углерода или окись углерода (СО), образуется при неполном сгорании веществ содержащих углерод. Не имеет ни цвета, ни запаха. Он способен проникать через перегородки, стены, слои почвы. Не поглощается пористыми материалами, в связи с этим фильтрующие противогазы не защитят от отравления угарным газом. Угарный газ яд быстрого общетоксического действия, при его концентрации в воздухе 1,28 % и более смерть наступает менее чем за 3 минуты. 
Угарный газ считается кровяным ядом, так как первостепенно поражает клетки крови (эритроциты). В норме эритроциты переносят кислород органам и тканям с помощью специального белка – гемоглобина. Попадая в кровь, угарный газ плотно связывается с гемоглобином, образуя губительное соединение - карбоксигемоглобин. При этом эритроциты теряют способность переносить кислород и доставлять его к жизненно важным органам. Весь организм начинает испытывать кислородное голодание (гипоксия).Нервные клетки наиболее чувствительны к недостатку кислорода. И поэтому первые симптомы отравления угарным газом связаны с нарушение работы нервной системы (головная боль, головокружение, тошнота, нарушение координации и др.).
Конечным продуктом сгорания всех видов топлива, разложения всех видов органических вещества, до окисления СО и ряда других процессов, протекающих при участии углерода и его соединений, является диоксид углерода СО2. От других газообразных техногенных выбросов СО2 отличается тем, что в естественных условиях он продуцируется в огромных количествах и его круговорот в биосфере является одним из основополагающих процессов массо- и энергообмена в природе и поддержания жизни на Земле. Сам по себе диоксид углерода не является токсикантом, однако в XXв. его среднепланетная концентрация в воздухе стала ежегодно повышаться на 0,8-1,5мг/кг.
Оксиды азота – смесь различных оксидов NO2 , N2O, N2O4.
Наибольшую опасность представляет NO2.
Воздействие оксидов азота на человека приводит к нарушению функций легких и бронхов. Воздействию оксидов азота в большей степени подвержены дети и люди, страдающие сердечно -сосудистыми заболеваниями.
Оксиды азота в воздухе в зависимости от концентрации вызывают :
Раздражение слизистых оболочек носа и глаз ( С=1 об.%);
Начало кислородного голодания ( С=0,001об.%);
Отек легких (С = 0,008 об. %);
Сернистый ангидрид - бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворяется в воде, образуя сернистую кислоту. Длительное воздействие даже относительно низких концентраций сернистого ангидрида увеличивает смертность от сердечно - сосудистых заболеваний, способствует возникновению бронхитов, астмы и других респираторных заболеваний.
Сернистый ангидрид в воздухе в зависимости от степени концентрации вызывает:
Раздражение слизистой оболочки глаз , кашель ( С= 0,001 % об.);
Раздражение слизистой оболочки горла (С=0,002 об. %);
Отравление через 3 мин (С=0,004 об .%);
Отравление через 1 мин (С=0,01 об .%);
Углеводороды - группа соединений типа Cx Hy. Обладают неприятным запахом. В результате фотохимических реакций углеводородов с оксидами азота образует смог . К числу глобальных загрязнений биосферы следует отнести ее загрязнение углеводородами.
Почти не представляя опасности как самостоятельные загрязняющие вещества воздушной среды ( за исключением высоких концентраций – до 10 частей на миллион и более), углеводороды обуславливают мощность и плотность фотохимического смога. При этом в результате фотохимических реакций углеводороды образуют весьма токсичные продукты: альдегиды, кетоны.
Метан и другие низшие алканы , такие, как этан ,пропан ,накапливаясь в атмосфере , влекут за собой постепенное повышение среднегодовой температуры, что является следствием «парникового» эффекта.
Бензапирен – полициклический и ароматический углеводород (ПАУ). При нормальных атмосферных условиях – кристаллический продукт , плохо растворимый в воде. Попадая в организм человека, ПАУ постепенно накапливается до критических концентраций и стимулирует образование злокачественных опухолей.
С начала 30-х годов к подавляющему большинству бензинов добавляют в качестве антидетонатора тетраметил – или тетраэтилсвинец в количестве 80 мг \ л. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца выбрасывается в атмосферу, осаждается на землю, попадает в поверхностные воды. Свинец аккумулируется в почве и растительности вдоль автострад.
Свинец. В 4 группе периодической системы особое значение имеет свинец вследствие высокой токсичности его соединений. Свинец ингибирует ферментативные реакции, вступая в химическое взаимодействие с белками и осаждая их. Присутствие повышенных концентраций свинца в воздухе и продуктах питания представляет угрозу для здоровья человека. Свинец способен накапливаться в организме, попадая в него через дыхательные пути, с пищей и через кожу. Поражает центральную нервную систему и кровеносные органы.
Экспериментальная часть работы
Количество машин на наших дорогах стремительно увеличивается. В пробках простаивает большое количество автотранспорта , что приводит к более интенсивному выделению выхлопных газов. Количество автомобилей в Северной Осетии в настоящее время достигло уже 251 843 единиц. В 2010 году их было около 238 тысяч. В 2005 году зарегистрированных автомобилей было примерно 192 тысячи. Автомобили с иностранными номерами здесь не учтены, хотя, по некоторым данным, их в республике более 10 тысяч. По нехитрым подсчетам получается, что у каждого третьего жителя республики есть автомобиль.
1 Годы На начало 2005г. На начало 2010г. На начало 2015г.
2 Количество автомобилей, шт192 000 238 000 251843
Рост количества машин можно представит в виде гистограммы

Для оценки экологической ситуации в нашем селе нами была проведена следующее наблюдение: в течение трех дней мы подсчитывали количество проезжающих машин по трассе Алагир-Владикавказ, чтобы приблизительно иметь представление об объем выхлопных газов.
Количество проезжающих машин по трассе Алагир - Владикавказ
№ Время наблюдения грузовики легковые микроавтобусы тракторы всего
1 8.00-9.00 5 57 12 2 76
2 13.00-14.00 3 38 6 0 47
3 18.00-19.00 6 42 9 3 60
4 23.00-24.00 2 26 3 0 31
5 В течении сутки в среднем 96 978 180 20 2568
6 В течении месяца в среднем 2880 29340 5400 600 76440
Наши подсчеты показали, что не смотря на разное время суток через наше село проезжает большое количество автотранспорта, в том числе микроавтобусы и автобусы. Через наше село проезжает не только транспорт нашего района и республики, но и транспорт Южной Осетии. На 1 км дороги оседает у одного автомобиля в среднем  0,2 гр.  пыли. Умножим на количество проходимого транспорта в течении месяца и получим 15,288кг.
Количество зарегистрированных больных среди населения Суадаг
№ Название болезни 2005г 2010г 2015г
1 Население с сердечнососудистыми заболеваниями 17 31 47
2 Население с нарушениями функций легких 2 5 7
3 Население больных онкологией 5 11 17
Также посетили местную амбулаторию, где получили данные за последние 10 лет. По этим данным можно сделать вывод, что с ростом автотранспорта повышается и рост больных с сердечнососудистыми заболеваниями и онкологией.
С 2005года по 2010 год количество больных с сердечнососудистыми заболеваниями выросли на 82%, а с 2010г по 2015г выросли на 66%.
Содержание тяжелых металлов в почве
№ Слой почвы Тяжелые металлы, мг/кг
Cu Zn Pb Cd
1 0-10 11,06 15,9 10,14 0,269
2 10-20 10,32 13,91 8,99 0,249
3 20-30 10,0 11,83 7,4 0,245
Во дворе школы мы взяли образцы почвы, чтобы проверить на содержание тяжелых металлов. Результаты были удовлетворительными. Содержание тяжелых металлов не достигает предельно допустимой концентрации вредных веществ в почве.
Пути снижения выбросов и токсичности выхлопных газов
1. Градостроительные мероприятия включают специальные приемы озеленение автомагистралей размещение жилой застройки по принципу зонирования. Важное значение имеют сооружение транспортных развязок, кольцевых дорого, использование подземного пространства для размещения гаражей и автостоянок.
Наибольший выброс выхлопных газов имеет место при задержках машин у светофоров, при стоянке с невыключенным двигателям в ожидании зеленого света, при трогании с места и форсировании работы мотора. Поэтому в целях снижения выбросов необходимо устранить препятствия на пути свободно го движения потока автомашин. В частности, сооружают специальные автомагистрали, не пересекающиеся на одном уровне с движением машин или пешеходов, специальные переходы для пешеходов на всех пунктах скопления машин, а также эстакады или тоннели для разгрузки перекрывающих потоков транспорта.
2.Контроль выброса токсичных веществ. Для снижения загазованности воздушной среды необходима ограничить количество вредных веществ, выделяемых каждым автомобилем, т.е. установить нормы выбросов токсичных веществ с выхлопными газами. Соответствие автомобилей указанным стандартом (в частности, по содержанию оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах ) проверяют инспекторы ГИБДД.
Отметим при этом, что такое простое мероприятие, как регулировка двигателей, может резко снизить токсичность выхлопных газов.
3.Изменение состава топлива. Известно, что в целях предотвращения детонации горючего в двигателях автомашин в него добавляют тетраэтилсвинец, который делает выхлопные газы особо токсичными. Поэтому большие усилия были затрачены на замену указанного вещества на менее опасные, а также на получение стойкого к детонации бензина. При введении в топливо так называемых присадок, можно существенно уменьшить количество некоторых веществ: сажи, альдегидов, оксида углерода и других. Так, для карбюраторных двигателей самыми эффективными оказались смеси различных спиртов.

4.Использование энергии торможения. Заметно сокращения расхода энергии, а значит, количества сжигаемого топлива и уменьшения загрязнения воздушной среды, можно достичь если использовать энергию, затрачиваемую на торможение. Указания рекуперация была впервые успешно реализовать на электрическом транспорте. Ныне построены и успешно используются в автобусах маховичный и гидропневматический рекуператоры. При этом экономия топлива составила 27-40%, объем выхлопных газов снизилось на 39-49%.
5.Перевод автомобилей на сниженный газ, приводит к тому, что в выхлопе газобаллонных автомобилей содержится в 3-4 раза меньше оксида углерода, нежели в выхлопе бензиновых двигателей. При загрузке в баллоны 300 л сжиженного газа автобус способен пройти без заправки до 500 км .Если добавить к этому, что газ дешевле бензина, то достоинства газобаллонного автомобиля становится еще более наглядными.
6. Нейтрализаторы выхлопных газов. К настоящему времени выпускаются нейтрализаторы следующих видов каталитические (используются твердые катализаторы ), пламенные (дожигание примесей в открытом пламени), термические (метод беспламенного окисления ) и жидкостные ( с помощью химического связывания примесей жидкими реагентами ).При этом широкое распространение получили каталитические нейтрализаторы, которые превращают токсичный оксид углерода в малоопасный диоксид.
7.Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Например, в США разработан карбюратор с раздельным смесеобразованием. Он позволяет кроме обычной смеси получать обогащенную, которая подается в специальную предкамеру со свечой зажигания. Благодаря этому происходит полное сгорание рабочей смеси, что в свою очередь позволяет свести до минимума содержание оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах. Создан карбюратор, благодаря которому возможно использовать низкооктановые сорта бензина без антидетонационных добавок.
Использованная литература
1.Орлов Д.С., Садовникова П.К., Лазоновская И. Н. Экология и охрана биосферы при загрезнении., Москва, 2002г
2.Степаловских А.С. Общая экология, Курган изд. «Зауралье», 1999г.
3.Тягунова Г.В., Ярошенка Ю. П., Экология, Москва, 2005г.
4.Экология, учебное пособие для студентов высших учебных заведений, Москва 2004г.