Герасин Илья, 9 класс
МБОУ «Табарсукская СОШ.
Руководитель: Михалева Т. Г.
с. Табарсук Аларского района, Иркутской области
Введение
На территории МО «Табарсук» находится Головинское каменноугольное месторождение. Оно относится к Иркутскому угольному бассейну и расположено в центральной его части. Краеведческий кружок «Поиск» несколько лет работает над проектом «Социально-экономическое развитие села Табарсук». Одним из этапов работы над проектом является история открытия и перспективы развития угольного разреза Головинский. За это время собраны сведения об истории открытия залежей каменного угля на территории Аларского района, изучена геологическая характеристика месторождения, проанализированы данные экологического мониторинга, который проводится на разрезе. Головинский угольный разрез ведет свою деятельность на территории МО «Табарсук» с 2007 года и за это время обозначились экологические проблемы, связанные с разработкой месторождения. Это последствия взрывов при вскрытии верхних пород, рекультивация отвалов, сброс сточных вод в некогда чистейшее озеро Буня и другие. На самую острую из этих проблем я обратил внимание.
На территории муниципального образования «Табарсук» первые вскрышные работы произведены были в феврале 2006 года. Добыча каменного угля на Головинском каменноугольном месторождении началась в 2007 году. Добычу угля осуществляет ООО «Востсибуголь».
Погрузка угля в забое предусмотрена в автосамосвалы грузоподъемностью до 30 тонн с последующей доставкой на погрузочно-складской комплекс в Тогот. Для вывоза угля была построена технологическая трасса Табарсук–Тогот. Участок этой трассы протяженностью 1,5 км прилегает к улице Животноводов села Табарсук. Почти на всей протяженности данная трасса имеет гравийное покрытие и лишь на участке, проходящем через деревню Хуруй, трасса имеет асфальтовое покрытие. С начала эксплуатации этой дороги жители села Табарсук, а особенно люди, проживающие на улице Животноводов, жалуются на высокую запыленность воздуха. Этот факт отмечали в своих исследовательских работах ученики нашей школы Черных Данил в 2010 году и Вязьмина Яна в 2013 году. Об этой проблеме ярко свидетельствует гибель придорожных елей (как известно, ель – это биоиндикационная порода, чувствительная к загрязнению окружающей среды). Для борьбы с пылью на дороге на разрезе имеется поливочная машина. С мая по сентябрь дважды в сутки (утром и вечером) участок дороги, прилегающий к улице Животноводов, проливается водой. Но этой меры явно недостаточно. В осеннее, весеннее и зимнее время никаких мер по обеспыливанию дороги не предпринимается. Поэтому возникла необходимость исследовать уровень запыленности атмосферного воздуха вблизи этой технологической трассы.
Цель исследования: с помощью физических методов измерить уровень запыленности атмосферного воздуха вблизи технологической трассы угольного разреза Головинский на участке, прилегающем к улице Животноводов в селе Табарсук, и на участке, проходящем через деревню Хуруй.
Место проведения исследования: село Табарсук и село Хуруй Аларского района.
Время проведения исследования: октябрь 2014 г. – октябрь 2015 г.
Данное исследование является актуальным и социально–значимым для жителей села Табарсук. Это заявление подтверждается результатами опроса населения. Опрос проводился через социальную сеть «Одноклассники», среди подписчиков группы «Табарсук – село родное». Были сформулированы 2 вопроса с вариантами ответов и получены следующие результаты.
1 вопрос. Как Вы считаете, запыленность воздуха вблизи технологической трассы села Табарсук:
а) высокая ………………………….21
б) обычная………………………….1
в) не задумывался об этом. ………0
Вопрос 2. Какие меры помогут снизить запыленность воздуха вблизи технологической трассы села Табарсук:
а) более частый пролив дороги ………………………0
б) асфальтирование этого участка …………………….22
в) никаких мер не нужно, все в порядке ……………..0
г) у меня есть свой вариант (напишите в комментариях) ….0
Таким образом, все 95.5% респондентов считают запыленность вблизи технологической трассы высокой. Также они считают, что эффективной мерой снижения запыленности будет асфальтирование данного участка дороги протяженностью 1,5 км.
Новизна исследования заключается в том, что подобные измерения запыленности в данной местности не проводились ранее, хотя на предприятии проводятся замеры экологических показателей, такие как мониторинг источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, мониторинг состояния загрязнения почв, мониторинг подземных вод, радиационный контроль. Эти показатели измеряются непосредственно в месте добычи, вдоль технологической трассы они не измеряются.
1. Влияние запыленности атмосферного воздуха на здоровье человека.
Всемирной организацией здравоохранения взвешенные частицы, особенно мелкие частицы размером менее 10 мкм (РМ10), отнесены к приоритетным загрязняющим веществам, поступающим в атмосферный воздух, по уровню влияния на здоровье населения. Пыль – это вид аэрозоля, дисперсная система, состоящая из мелких твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде. Пыль относится к 3 классу опасности, то есть «опасное вещество». Большое количество пыли образуется при эксплуатации автомобильных дорог. Эта пыль образуется в результате истирания, измельчения дорожного покрытия, а также заноса на проезжую часть грязи и рыхлого материала с прилегающих территорий и дорог. В ее состав входят продукты истирания автомобильных шин, дорожного покрытия, тормозных накладок, горюче–смазочные материалы, а также твердые выбросы двигателей (сажа). Такая пыль содержит вещества, вредные и опасные для здоровья человека, а также животных и растений. Это соединения тяжелых металлов (например, свинца, цинка, кадмия), асбестовая пыль, бенз(а)пирен и другие.
Свинец, согласно современным исследованиям, даже в малых количествах воздействует на человека. Он накапливается в печени, костях, мышцах, сердце, почках и лимфатических узлах. Свинцовое отравление (сатурнизм) даже на ранних стадиях поражает головной мозг, особенно у детей. В результате снижается интеллект, нарушаются координация движений, слух, память, повышается агрессивность. Растения сравнительно устойчивы к повышенному содержанию свинца. Животные (в т. ч. и человек) гораздо более чувствительны к присутствию этого элемента.
Асбестовая пыль попадает в организм через дыхательные пути и обладает сильным канцерогенным действием.
Бенз(а)пирен – опасный канцероген. Он содержится в пыли, образующейся при стирании асфальтобетонных покрытий и автомобильных шин. Бенз(а)пирен – устойчивое соединение, оно хорошо растворяется в воде, переносится на большие расстояния и может накапливаться в водоемах [3].
Кадмий в организме человека в наибольших количествах накапливается в легких, почках и печени, вызывая в них генетические изменения. Выводится из организма крайне медленно [1].
Запыленность воздуха оказывает также вредное косвенное воздействие. Снижается прямая солнечная радиация. В центрах городов суммарная солнечная радиация обычно на 20–50% ниже, чем в пригородах. Также существенно уменьшается поступление ультрафиолетовых лучей. Это приводит к увеличению количества болезнетворных бактерий в воздухе [4].
Пылевидные частицы, оседающие на листьях растений, оказывают на них разнообразные воздействия. В основном их можно подразделить на физические и химические. Физические воздействия связаны с образованием чехла, препятствующего нормальному тепло- и влагообмену листа с атмосферой и уменьшающего доступ света к растению. Нарушается работа устьичного аппарата, ограничивается процесс транспирации, температура листьев повышается на 2–4°С, а иногда на 8–10°С по сравнению с незапыленными листьями; ослабляется процесс фотосинтеза. Химическое влияние обусловлено содержанием в пыли водорастворимых соединений. Эти соединения могут поступать в растения и оказывать влияние на обмен веществ [1].
Пыль оказывает вредное действие главным образом на дыхательные пути, вызывая заболевания как их верхних отделов, так и легких, а также действует на кожу и глаза.
При вдыхании пылевых частиц размером 5 мк и более они всецело задерживаются в верхних дыхательных путях, в первую очередь в полости носа. Это вызывает травмирование и раздражение слизистой, которое при дальнейшем развитии процесса переходит в катар, вначале гипертрофический (т. е. с разрастанием ткани), а затем атрофический с заменой мерцательного эпителия плоским и гибелью железистого аппарата. Фильтрующая способность носовой полости поэтому сильно снижается, а в далеко зашедших случаях вовсе исчезает. Постепенно под влиянием длительного воздействия пыли развиваются хронические воспалительные процессы и на других участках дыхательных путей (риниты, фарингиты, трахеиты, бронхиты).
Пыль, проникшая глубоко в дыхательные пути, может привести к развитию в них специфического заболевания — пневмокониоза, сущность которого заключается в развитии фиброза, т. е. замещения легочной ткани соединительной тканью. [9].
В настоящее время в качестве критерия качества атмосферного воздуха в России используются санитарно-гигиенические нормы – предельно-допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в воздухе населенных мест. Введенные в действие гигиенические нормативы ГН 2.1.6.2604-10 с 21 июня 2010 года устанавливают предельно-допустимую концентрацию (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест в мг/м3 для взвешенных веществ частиц размером менее 10 мкм (РМ 10) и для частиц размером менее 2,5 мкм (РМ 2,5) [3]. Направленность биологического действия вещества характеризует лимитирующий показатель вредности: рефлекторный (рефл.) и резорбтивный (рез.). Для пыли характерен резорбтивный лимитирующий показатель вредности. Под резорбтивным действием понимается возможность развития общетоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только от концентрации вещества в воздухе, но и длительности ее вдыхания [3].
Методика исследования.
Оценку состояния воздушной среды можно проводить с использованием биоиндикационных, физических и химических методов исследования. Биоиндикационные методы позволяют оценить влияние окружающей среды на живые организмы, с помощью химических методов можно определить состав загрязняющих веществ или их наличие в живых организмах. Нас интересует количество пыли в атмосферном воздухе вблизи дороги, поэтому мы остановили выбор на физическом методе определения запыленности.
Оборудование: весы электронные ВЛ–120, фильтры бумажные, стерильные банки, воронки.
1. Вблизи дороги, прилегающей к улице Животноводов в селе Табарсук (Табарсукский участок), а также вблизи дороги, проходящей через деревню Хуруй (Хуруйский участок), и – для контроля – в удалении от нее выбрали по 5 деревьев березы бородавчатой. На высоте 1–1,5 м со стороны дороги с каждого дерева сорвали по 10 листьев и поместили в чистую стеклянную банку с крышкой. Таким образом, получили 3 банки по 50 листьев в каждой. Места взятия проб отметили на карте местности. Листья в банках залили дистиллированной водой, затем тщательно смыли пыль с поверхности каждого листа. Воду профильтровали и взвесили массу осадка после сушки. Полученный результат дает массу пыли на обмытой поверхности.
2. Для определения поверхности обмытых листьев взяли 5 листочков, лучше разных по размеру, протерли их от воды и обвели каждый из них на бумаге. Затем вырезали по контуру и взвесили вырезанные проекции листьев. Из этой же бумаги вырезали квадрат 10x10 см и взвесили его. Рассчитали поверхность обмытых листьев по формуле:
S=MixN/5xMã
где Mi – масса бумаги, вырезанной по контурам 5 листьев; Мã – масса 1 дм2 бумаги; N – количество обмытых листьев.
3. После этого можно определить, сколько пыли осаждается на 1 кв. м поверхности листвы, а зная точное время накопления пыли (от последнего сильного дождя до момента исследований), можно подсчитать среднюю скорость осаждения пыли за сутки (г/м2 *сут) по формуле:
v=(mx100)/(Sxt)
где m – масса пыли, г; S – поверхность обмытых листьев, дм2; t – время осаждения пыли, сут. [8].
4. Зная, сколько пыли осаждается на 1 кв. м поверхности листвы за сутки, можно рассчитать количество пыли в 1 м3 воздуха по формуле:
Q=v/h
где v – скорость осаждения пыли за сутки (г/м2*сут), h – высота подъема пыли.
Результаты исследования
Для исследования запыленности воздуха выбраны три участка:
№ 1. Участок технологической трассы, прилегающий к улице Животноводов села Табарсук. Это гравийный участок дороги. Расстояние от дороги до огородов жителей составляет 5–10 метров, до домов – 50 метров.
№ 2. Участок технологической трассы, проходящий через деревню Хуруй. Это асфальтированный участок дороги. Расстояние до домов жителей составляет 3–5 метров.
№ 3. Участок в глубине леса, расстояние до дороги более 150 метров.
1. На трех участках были собраны листья березы бородавчатой так, как указано в методике, и подсчитана масса пыли (т) с 50 листьев.
Масса пыли (т) на участке № 1 составила 0,2029 г.
Масса пыли (т) на участке № 2 составила 0,0236 г.
Масса пыли (т) на участке № 3 составила 0,0076 г.
2. Рассчитали поверхность обмытых листьев по формуле:
S=MixN/5xMã
(дм2), где Mi –масса бумаги, вырезанной по контурам 5 листьев = 0,6554 г;
Мg – масса 1 дм2 бумаги = 0,7941 г;
N – количество обмытых листьев = 50.
S=(0,6554 * 50)/(5 * 0,7941) = 8,2534 дм2.
3. Количество пыли, осаждающееся на 1 кв. м поверхности листвы за сутки (г/м2 *сут), рассчитали по формуле:
v=(mx100)/(Sxt)
где m – масса пыли, г;
S – поверхность обмытых листьев = 8,2534 дм2 ;
t – время осаждения пыли, сут. С момента последнего дождя прошло 4 суток.
Для участка № 1 (Табарсук) v = (0,2029*100)/( 8,2534*4)= 0,6146 г/м2 *сут.
Для участка № 2 (Хуруй) v = (0,0236*100)/( 8,2534*4)= 0,0715 г/м2 *сут.
Для участка № 3 (в лесу) v = (0,0076 *100)/( 8,2534*4)= 0,0230 г/м2 *сут.
Вывод: количество пыли, осаждающееся на м2 на участке Табарсук, в 8,6 раз больше, чем на участке Хуруй. И в 26,7 раз количество пыли на Табарсукском участке больше, чем на контрольном участке в глубине леса.
4. Количество пыли в 1 м3 воздуха (г/м3) рассчитали по формуле:
Q = v/h,
где v – скорость осаждения пыли за сутки для каждого из участков (г/м2 *сут),
h – высота подъема пыли. Данная величина взята за 3 метра – это высота грузовой машины, транспортирующей уголь, и, соответственно, высота пылевого столба. Для участка № 1 (Табарсук) Q = 0,6146 /3= 0,2048 г/ м3 (204,8 мг/ м3).
Для участка № 2 (Хуруй) Q = 0,0715 /3= 0,0238 г/ м3 (23,8 мг/ м3).
Полученные данные можно сравнить с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест, принятыми гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.2604–10 с 21 июня 2010 года. Так, запыленность участка Табарсук превышает ПДК в 3 413 раз.
Выводы
Проблема запыленности атмосферного воздуха вблизи улицы Животноводов в селе Табарсук является актуальной. Это установлено в ходе опроса населения. Данная проблема гораздо глубже, чем рассмотрено в работе. Ведь непосредственно рядом с дорогой у жителей улицы Животноводов находятся огороды и кроме пыли растения, произрастающие на огородах и употребляемые в пищу людьми, поглощают такие вредные вещества, как свинец, кадмий, бензапирен и другие.
В ходе работы над проблемой установлено, что уровень запыленности атмосферного воздуха вблизи технологической трассы разреза Головинский на участке, прилегающем к улице Животноводов в селе Табарсук, в 8,6 раз выше, чем на этой же трассе, проходящей через деревню Хуруй. Результаты представлены на гистограмме. Причиной этого является гравийное покрытие на Табарсукском участке дороги, тогда как хуруйский участок имеет асфальтовое покрытие и гораздо менее запылен. Таким образом, поставленная гипотеза подтвердилась.
Также установлено, что на Табарсукском участке запыленность в 3 413 раз превышает ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Запыленная атмосфера, в которой проживают люди, значительно снижает качество жизни и угрожает здоровью населения.
Какие меры могли бы снизить запыленность на данном участке? Я предлагаю следующие:
1. Лес – санитар атмосферы: гектар придорожного елового леса задерживает 30 т пыли в год, соснового бора – 38 т. Одной из мер снижения запыленности в данной зоне может быть посадка лесополосы со стороны жилых домов. Недостатком этой меры является то, что действовать она начнет не ранее, чем через 6–8 лет, когда деревья подрастут. Но сделать это необходимо, потому что деревья не только задерживают пыль, но и снижают загазованность воздуха.
2. Получившее наибольшее распространение в карьерах гидрообеспыливание путем орошения дорог водой в большинстве случаев недостаточно эффективно, характеризуется кратковременностью действия, неэкономично, применимо только в летнее время, снижает срок службы дорог. Наиболее целесообразным считается способ снижения пылевыделения за счет связывания пыли вяжущими веществами. Вяжущие вещества должны выбираться с учетом удовлетворения следующих требований: эластичность, но достаточная прочность связывания пылевых фракций износа дорожных покрытий; нетоксичность, нерастворимость в воде, неагрессивность к резине и металлу и экономичность применения. Применение в качестве связующих веществ хлорида кальция (обеспыливание в течение 240 ч) повышает эффективность пылеподавления, однако имеет и существенные недостатки: выделение вредных паров. Применение отходов бумажно-целлюлозной промышленности снижает интенсивность пылевыделения при щебеночном покрытии дорог на 80–89%. [6].
3. Самым эффективным способом снижения запыленности атмосферного воздуха в данной ситуации я считаю асфальтирование данного участка дороги. Ведь при одинаковой транспортной нагрузке на дорогу на заасфальтированном хуруйском участке запыленность ниже по сравнению с участком дороги, прилегающем к улице Животноводов в Табарсуке.
Заключение
Данные исследования будут продолжены. В январе 2016 года планируется произвести анализ запыленности по снежному покрову, а летом 2016 года с помощью биоиндикационных методов определить состояние окружающей среды вдоль технологической трассы Табарсук–Тогот.
С открытием Головинского угольного разреза население МО «Табарсук» связывало большие надежды, ведь его открытие совпало с банкротством главного работодателя в селе – предприятия ЗАО «Рассвет». Предполагалось, что развитие промышленного производства на территории села будет направлено на улучшение социальных условий. Но надежды не оправдались. Угольный разрез не стал основным работодателем, а кроме того, принес изменения окружающей среды. Эти изменения при разработке недр неизбежны. Но тем не менее необходимо стремиться к их минимизации и соблюдать предельно-допустимые нормы загрязняющих веществ, в том числе и вдоль технологической трассы.
С результатами данных исследований планируется обратиться к руководству компании «Востсибуголь», а также познакомить с ними администрацию МО «Аларский район». А 19 ноября 2015 года состоялось заседание Думы МО «Табарсук», на котором были заслушаны результаты исследования и принято решение о посадке защитной лесополосы вдоль технологической трассы со стороны жилых домов. Сделать это планируется совместными усилиями школы и администрации МО «Табарсук».