Определение концентрации углеводородов нефти и сероводорода в воздухе на детских площадках микрорайона Высотный г. Томска

Номинация: Самая актуальная работа
Просмотреть картинки списком
1ое, 2ое и 3е место: I место

Наставник: Фахрадова Людмила Николаевна

Ученик: Габова Надежда Константиновна

Город: г. Томск

Название колледжа: ГОУ СПО «Томский государственный промышленно – гуманитарный колледж»

Название изобретения или изделия: Определение концентрации углеводородов нефти и сероводорода в воздухе на детских площадках микрорайона Высотный г. Томска

ВВЕДЕНИЕ

Здоровье – это капитал, данный нам не только природой от рождения, но и теми условиями, в которых мы живём и создаём

В настоящее время значительная часть болезней человека связана с ухудшением экологической обстановки в среде его обитания: загрязнениями атмосферы, воды и почвы, в том числе и нефтепродуктами. Приспосабливаясь к неблагоприятным экологическим условиям, организм человека испытывает состояние напряжения. Напряжение — это мобилизация всех механизмов, обеспечивающих определенную деятельность организма человека. В зависимости от величины нагрузки, степени подготовки организма, его функционально-структурных и энергетических ресурсов, снижается возможность функционирования организма на заданном уровне, наступает утомление.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автотранспорта и авиации существенно увеличилась доля выбросов, поступающих в атмосферу от подвижных источников: грузовых и легковых автомобилей, тракторов, тепловозов и самолетов. Согласно оценкам экспертов, в городах, на долю автотранспорта приходится (в зависимости от развития в данном городе промышленности и числа автомобилей) от 30 до 70 % общей массы выбросов. Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине, затем самолеты, автомобили с дизельными двигателями, тракторы и другие сельскохозяйственные машины, железнодорожный и водный транспорт. К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники (общее число таких веществ превышает 40), относятся оксид углерода, углеводороды и оксиды азота, сероводород. Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью (из диапазона наиболее экономичных). Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на «холостом» ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.

Целями данной работы являются:

● определение содержания углеводородов нефти и сероводорода на детских площадках микрорайона Высотный города Томска;

● Изучение влияния углеводородов нефти и сероводорода на организм человека;

● Привлечение внимания природоохранных органов и общественности к проблеме загазованности новых микрорайонов.

ВЛИЯНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Токсичность нефтепродуктов и выделяющихся из них газов определяется, главным образом, сочетанием углеводородов, входящих в их состав. Тяжелые бензины являются более токсичными по сравнению с легкими, а токсичность смеси углеводородов выше токсичности ее отдельных компонентов. Наиболее вредной для организма человека является комбинация углеводорода и сероводорода. В этом случае токсичность проявляется быстрее, чем при изолированном их действии.

Все углеводороды влияют на сердечно-сосудистую систему и на показатели крови (снижение содержания гемоглобина и эритроцитов), также возможно поражение печени, нарушение деятельности эндокринных желез. Особенности воздействия паров нефти и ее продуктов связаны с ее составом. Нефть, бедная ароматическими углеводородами, по своему действию приближается к бензиновым фракциям. При попадании паров автомобильного бензина через дыхательные пути или в результате всасывания в кровь из желудочно-кишечного тракта, происходит частичное растворение жиров и липидов организма. Бензин поражает центральную нервную систему, может вызвать острые и хронические отравления, иногда со смертельным исходом. Все виды бензина обладают выраженным действием на сердечно-сосудистую систему. Раздражение рецепторов вызывает возбуждение в коре головного мозга, которое вовлекает в процесс подавления органы зрения и слуха. При остром отравлении бензином состояние напоминает алкогольное опьянение. Оно наступает при концентрации паров бензина в воздухе 0.005-0.01 мг/м³. При концентрации 0.5 мг/м³ смерть наступает почти мгновенно. В результате частых повторных отравлений бензином развиваются нервные расстройства, хотя при многократных воздействиях небольших количеств может возникнуть привыкание (понижение чувствительности).

Общее действие керосина сходно с действием бензина, хотя раздражающее влияние его паров на слизистые ткани значительно сильнее. По токсическим концентрациям пары керосина близки к парам бензина, но они воздействуют и на кожу подобно мазутам, газойлям, смазкам, вызывая дерматиты и экземы.

Предельные углеводороды химически наиболее инертны, но все же являются токсикантами. С увеличением числа атомов углерода сила наркотического воздействия их растет, зато собственное воздействие ослабляется ничтожной растворимостью в воде и крови. Характерна неустойчивость реакций центральной нервной системы, возникающая под влиянием паров углеводородов. Это проявляется не только при высоких, но и при низких (пороговых) концентрациях. Токсичность усиливается в присутствии H₂S и при повышении температуры.

Сероводород H₂S — газ с неприятным запахом, который ощущается даже при незначительных концентрациях (10^-6 моль/л), хотя прямой пропорциональности между его концентрацией и интенсивностью запаха не наблюдается. Плотность H₂S по отношению к воздуху составляет 1.912, ввиду чего он скапливается в низких местах (ямах, колодцах, траншеях). Он легко растворяется в воде и переходит из свободного в растворенное состояние. В организм сероводород поступает через органы дыхания и в небольших количествах через кожу и желудок. Он реагирует при соприкосновении с влажной (слабо щелочной) поверхностью слизистых оболочек, и образующиеся сульфиды оказывают прижигающее действие. H₂S действует на центральную нервную систему, окислительные процессы и кровь. В небольших количествах сероводород угнетает центральную нервную систему, в умеренных — возбуждает, в больших — вызывает паралич дыхательного и сосудистого центров. H₂S оказывает также отрицательное воздействие на механизмы окислительных процессов, снижает способность крови насыщаться кислородом. При хроническом отравлении H₂S, способность гемоглобина к поглощению кислорода уменьшается до 80-85%, при остром — до 15%, наблюдается также снижение окислительной способности тканей. Привыкания к сероводороду не наступает, но повышается чувствительность. После перенесенных легких отравлений, повторные становятся возможны при меньших его концентрациях. При комбинированном воздействии в сочетании с различными углеводородами может изменяться характер его токсического влияния. Суммарный эффект комбинированного действия смеси из отдельных компонентов превосходит сумму действия этих компонентов в отдельности (так называемое, синергическое действие). Методологические основы гигиенического нормирования атмосферных загрязнений включают следующие положения.

1. Допустимой признается только такая концентрация химического вещества в атмосфере, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного либо неприятного действия, не влияет на самочувствие и работоспособность.

2. Привыкание к вредным веществам, находящимся в атмосферном воздухе, рассматривается как неблагоприятный эффект.

3. Концентрация химических веществ в атмосфере, которые неблагоприятно действуют на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения, считается недопустимой.

Существующая в настоящее время практика гигиенического нормирования загрязняющих веществ в атмосферном воздухе основана главным образом на первых двух критериях вредности. Экологические эффекты атмосферных загрязнений при разработке ПДК учитываются пока редко.

В России устанавливаются нормативы для двух периодов усреднения проб атмосферного воздуха: максимальная разовая и среднесуточная ПДК. Максимальная разовая ПДК (время осреднения пробы 20—30 мин) направлена на предупреждение рефлекторных реакций, связанных с пиковыми, кратковременными подъемами концентраций вредного вещества. Среднесуточная ПДК предназначена для предотвращения хронического воздействия атмосферных загрязнителей, вызывающих общетоксический или специфический эффект. В зависимости от токсичности и опасности атмосферные загрязнители подразделяются на четыре класса опасности. Для веществ I и II классов опасность достижения токсических концентраций в случае превышения ПДК, как правило, наиболее велика.

Содержания углеводородов нефти в атмосферном воздухе для населенных пунктов не нормированы, но существуют ПДК для углеводородов различных классов (и их производных) в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны, причем ароматические углеводороды и альдегиды, являющиеся частью выхлопных газов имеют очень низкие ПДК и наиболее опасны для здоровья человека. Для сероводорода – максимально разовая - 0,008мг/м³, среднесуточная - 0,008мг/м³.

Определение содержания углеводородов нефти проводилось с помощью газоанализатора КОЛИОН-1В-03. Методика определения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе с помощью газоанализаторов позволяет быстро и достаточно точно оценить степень загрязнения воздуха. Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, содержание примесей углеводородов нефти и сероводорода в атмосферном воздухе на детских площадках микрорайона различно.

Газоанализаторы КОЛИОН (Приложение 1) представляют собой переносные и стационарные приборы, предназначенные для измерения концентраций следующих компонентов: пары углеводородов нефти и нефтепродуктов, органические растворители, спирты, альдегиды, амины, меркаптаны, три- и тетрахлорэтилен, аммиак, оксид углерода, сероводород, этиленоксид, пропан, хлор.

В газоанализаторе использованы электрохимический (первый канал) и фотоионизационный (второй канал) методы детектирования. Электрохимический детектор (Приложение 2) состоит из корпуса, заполненного электролитом, в котором находятся рабочий, измерительный и сравнительный электроды. Рабочий электрод представляет собой сетку, выполненную из каталитически активного металла и нанесенную на пористую мембрану. Измеряемый газ, диффундируя через мембрану, взаимодействует одновременно с электродом и электролитом. В результате реакций окисления или восстановления происходит движение зарядов между рабочим и измерительным электродами. Величина возникающего при этом тока пропорциональна концентрации измеряемого газа. Сравнительный электрод измеряет потенциал электролита и оптимизирует работу детектора, стабилизируя с помощью электронной схемы потенциал рабочего электрода.

Фотоионизационный метод детектирования основан на измерении тока, вызванного ионизацией молекул газов и паров фотонами, излучаемыми ультрафиолетовым источником. Схема фотоионизационного детектора приведена в Приложении 3. Ультрафиолетовый источник (ВУФ-лампа), в котором горит электрический разряд, испускает вакуумное ультрафиолетовое (ВУФ) излучение. Энергия фотонов, излучаемых лампой, зависит от типа лампы и составляет около 10 эВ. Через окно лампы, изготовленное из специального монокристаллического материала, прозрачного в ВУФ-области, излучение выходит в ионизационную камеру, где установлены два электрода, один из которых соединен с источником питания, а другой — с электрометром. В ионизационную камеру подается анализируемый воздух, который попадает под действие излучения и затем выводится из камеры. Под действием излучения примеси с энергией ионизации меньшей энергии фотонов, испускаемых лампой, ионизируются; в ионизационной камере протекает ток, величина которого пропорциональна концентрации примесей. При этом компоненты чистого воздуха (кислород, азот, аргон, метан, водяной пар, оксид и диоксид углерода) не ионизируются и вклада в сигнал не дают, то есть в чистом воздухе газоанализатор должен показывать нулевое значение. Газоанализатор также не имеет чувствительности к некоторым другим веществам, среди которых оксиды серы и озон.

В работе использовался газоанализатор КОЛИОН - 1В – 03, диапазон измерений которого составляет ФИД: 0 – 20000 – 30 мг/м³; H₂S: 0 – 30 мг/м³. В данном газоанализаторе установлены два детектора: фотоионизационный (ФИД) - для измерения содержания нефти и нефтепродуктов и других вредных веществ, и электрохимический – для селективного измерения сероводорода.

Анализируемый воздух прокачивается через детекторы с помощью встроенного микрокомпрессора. Текущие значения измеряемых концентраций в мг/м³ представляются в цифровом виде на двухстрочном жидкокристаллическом индикаторе. Анализ воздуха проводился в первой половине дня, когда на площадках обычно бывают дети. Карта – план отбора проб воздуха и маршрут движения по микрорайону приведены на рис.1.

Полученные данные приведены в таблице результатов исследования (см. Приложение 4).

ВЫВОДЫ

На содержание углеводородов нефти и сероводорода на детских площадках оказывают влияние многие факторы: атмосферное давление, направление ветра, температура, загруженность транспортных магистралей и т.д. Как видно из карты-плана микрорайон расположен на пересечении очень нагруженных транспортных магистралей. Наименьшее количество углеводородов нефти и сероводорода зарегистрировано в точке 1, расположенной практически около проезжей части улицы Мичурина, это можно объяснить хорошим проветриванием улицы. В глубине микрорайона (точки 2, 3, 4) воздух периодически загрязнен углеводородами нефти и сероводородом, это связано, как мы считаем, с влиянием АЗС и транспортного потока на Иркутском тракте. Максимальное содержание углеводородов нефти на детских площадках, равное 6 мг/м³ зарегистрировано на точке 6. Точки 5 и 6 находятся в районе старой застройки, дома образуют почти замкнутое каре, плохо проветриваемое, что ведет к накоплению загрязняющих веществ. Многие жители микрорайона имеют автомобили, проблема стоянок не решена, поэтому автомобили находятся около подъездов, при запуске и медленном движении по микрорайону выделяются углеводороды нефти. К тому же на противоположной стороне улицы находится АЗС. При пополнении запасов топлива (сливе из бензовоза) уровень загазованности на подветренной стороне составил 76 мг/м³.

Определяемые нами содержания углеводородов нефти и сероводорода кажутся незначительными по сравнению с ПДК рабочих зон. ПДК углеводородов нефти составляет 300 мг/м³, ПДК сероводорода 10 мг/м³. Но ПДК сероводорода для населенных пунктов составляет 0,008мг/м³ и содержание сероводорода равное 0,2 мг/м³ в 25 раз превышает норматив. В представленном исследовании речь идет о детских площадках. Таким образом, мы делаем вывод об экологическом неблагополучии района.

В рамках общественного экологического контроля результаты данного исследования будут направлены в муниципальные природоохранные органы, депутатам Городской думы.

Мы видим следующие пути решения проблемы:

1. Дальнейшее изучение проблемы загрязнения воздуха в микрорайоне, проведение более глубоких исследований в зависимости от времени года, времени суток, атмосферных условий и др.факторов.

2. Изучение влияния АЗС на экологическое благополучие микрорайона, решение вопроса об их оптимальной численности в районах города и, возможно, перенос АЗС, или её закрытие.

3. Решение вопроса об организации стоянок и запрет на «хранение» автомобилей во дворах.

Мы исследовали воздух на нескольких детских площадках одного из новых строящихся микрорайонов города. Почему мы выбрали этот объект исследования? Да потому, что здоровье наших детей - это наше будущее, это здоровье нации. Таким образом, научные исследования, посвященные охране окружающей среды, служат здоровью человека.