Оценка чистоты снежного покрова г. Нижнекамска как показатели состояния воздушной среды

Титульник Оценка чистоты снежного покрова г. Нижнекамска как показатели состояния воздушной среды

Содержание

Введение…………………………………………………………………….3

Глава 1. Оценка экологического состояния воздушной среды промышленных городов………………………………………………………….5

1. Характеристика источников загрязнения атмосферного воздуха.5
2. Влияние соединения серы и хлора на окружающую среду……..13
3. Использование снежного покрова, как показателя экологического состояния атмосферы……………………………………………………………19

Глава 2 Оценка содержания соединения хлора и серы в снежном покрове различных районов г. Нижнекамска………………………………….24

2.1 Характеристика экологического  состояния г. Нижнекамска……..24

2.2 Характеристика методов  исследования…………………………….32

2.3 Исследование содержания  хлоридов и сульфатов в снежном  покрове различных участков г. Нижнекамска…………………………………38

Заключение………………………………………………………………..42

Список литературы……………………………………………………….43

Введение

    Снежный покров – решающий погодный фактор, он оказывает влияние на все отрасли народного хозяйства и особенно в районах сурового климата. 

     Запасы воздуха  на земном шаре очень велики, практически безграничны. Химический состав его в различных частях Земли более или менее однороден. Кроме таких важных компонентов, как азот, кислород, углекислый газ, атмосферный воздух в разных количествах содержит множество других веществ. Первые относятся составляющим атмосферы, вторые ее загрязняют. Загрязнение может быть связано с естественными (извержение вулканов, пыльные бури, лесные пожары) и антропогенными (дымовые трубы промышленных предприятий, электростанции, котельные, автомобильный и железнодорожный транспорт, авиация) процессами. Вместе с дымовыми и вентиляционными газами улетают тысячи тонн ценных веществ и материалов. Особенно большие изменения в составе атмосферного воздуха происходят в крупных промышленных центрах, где состав воздуха уже не в состоянии самовозобновиться. В результате этого заводские районы некоторых городов становятся непригодными для проживания.

     Наблюдения  за состоянием атмосферного воздуха, проводимые в России в 1988-1996 гг., свидетельствовали о снижении  средних концентраций взвешенных  веществ, растворимых сульфатов, аммиака, сероводорода вследствие спада  производства и закрытия предприятий. В последние годы содержание  в атмосферном воздухе вредных  примесей увеличивается, т.к. наблюдается  подъем производства предприятий  черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной  промышленности, энергетических предприятий  и стройиндустрии и рост парка  автомобилей. [1]

     Источник снежного  покрова – снежинки. Они образуются  в холодных слоях тропосферы  при конденсации влаги на носящихся  в воздухе пылинках, частичках солей, спорах и пыльце растений и других компонентах, находящихся в атмосфере, в том числе и вредных. Поэтому анализ снежного покрова является одним из компонентов определения степени загрязнения атмосферы. Система контроля снежного покрова является частью общей системы мониторинга трансграничного и дальнего переноса загрязняющих веществ. Осадки являются эффективным фактором вымывания различных веществ из воздуха. При этом процессы влажного и сухого выпадения могут привести к изменению химического состава почв, вод рек и водоемов. Снежный покров – надежный индикатор в частности такого важного параметра, как атмосферная нагрузка на природные экосистемы. [2]

     В более  широком плане оценка снежного  покрова необходима для понимания:

1. взаимосвязи между изменяющимся составом атмосферы и изменениями климата;
2. влияние изменений климата на химический состав атмосферы;
3. переноса потенциально опасных веществ в атмосфере на большие расстояния и их выпадение;
4. естественного кругооборота химических элементов и антропогенных воздействий на атмосферу.

Целью данной дипломной работы: провести первичную оценку состояния воздушной среды г. Нижнекамска путем анализа талых вод на содержание соединений серы и хлора

Исходя из цели, были выдвинуты следующие задачи:

1. В теоритическом аспекте рассмотреть вопросы оценки экологического состояния воздушной среды по содержанию различных химических соединений в снежном покрове
2. Провести химический анализ снежного покрова различных участков города Нижнекамска на содержание соединений хлора и серы
3. Провести сравнительный анализ полученных результатов

Глава 1. Оценка экологического состояния воздушной среды промышленных городов

1.1Характеристика источников загрязнения атмосферного воздуха

Атмосферный воздух является основной средой деятельности биосферы; соотношение между основными его компонентами в процессе развития цивилизации существенно не изменилось, однако в период промышленной и научно-технической революций увеличился объем эмиссии в атмосферу газов и аэрозолей техногенного происхождения.

Наиболее активными с точки зрения химического взаимодействия с компонентами атмосферы и биосферы являются соединения серы, азота, фосфора, галогенов, фенолов и формальдегид.

По ориентировочным данным, ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов серы, азота, галогенпроизводных и других соединений.

Таблица 1 Основные источники загрязнения атмосферы

В атмосферный воздух города поступает большое количество различных вредных веществ. Повсеместно выбрасываются такие вредные вещества, как пыль (взвешенные вещества), диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода, которые принято называть основными, а также различные специфические вещества, выбрасываемые отдельными производствами, предприятиями, цехами (РД 52.04.186-89).

Данные медицинской статистики развитых стран показывают, что в связи с ростом воздействия вредных факторов промышленного производства и загрязнения воздушной среды возрастает частота многих хронических патологических процессов: заболеваний органов дыхания, почек, хронических отравлений, аллергических процессов, злокачественных опухолей и болезней крови (Гичев, 2007).

Уровень загрязнения атмосферы городов определяется, главным образом, высокими концентрациями бенз(а)пирена, формальдегида, диоксида азота, которые являются основными компонентами выхлопных газов автотранспорта.

Максимальные разовые концентрации загрязняющих веществ, превышающие предельно допустимые в 10 раз.

Высокие уровни загрязнения атмосферы наблюдались в феврале и июле.

В результате антропогенной деятельности происходит загрязнение атмосферы, что приводит к изменению химического состава атмосферного воздуха. Под загрязнением атмосферы понимают редкие и твердые частички и газовые вещества, которые поступают в атмосферу вследствие бытовой и промышленной деятельности людей, а так же физиологической деятельности людей и животных в сверх нормы. И вообще, загрязнением атмосферы называют невосприимчивые изменения состояния атмосферного воздуха, полностью или частично обусловленные деятельностью человека.

Загрязнение атмосферы происходит так же и природным путем: вулканические газы, природная пыль, споры грибов, микроорганизмы. Основным источником загрязнения является энергетика, промышленные предприятия, транспорт, коммунальное и сельское хозяйство, военно-промышленный комплекс.

Значительной мерой загрязняют атмосферу самолеты. Так, выбросы четырех моторного реактивного самолета на взлете с полной нагрузкой эквивалента выброса 6850 автомобилей марки "Фольксваген".

Каждое из приведенных источников связано с выбросом специфических примесей, состав которых не всегда поддается идентификации. Самыми распространенными загрязнителями считаются пепел, сажа, оксид цинка, аммиак, озон, альдегиды, хлорид гидрогена.

Тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу газы, что содержат азот, кислород, оксид нитратов, оксиды карбона. Предприятия черной металлургии выбрасывают газы, которые содержат пыль и оксид карбона, металлов.

Предприятия цветной металлургии выбрасывают запыленные газы, которые содержат оксиды цветных и тяжелых металлов, можно получить до 100 кг меди и немного меньше свинца и цинка. Химические предприятия загрязняют атмосферу пылью, которая содержит органические и неорганические соединения, а так же разные газы.

Под влиянием атмосферных остатков, солнечной радиации, перенесение воздушных масс, взаимодействие с гидросферой и литосферой и деятельность микроорганизмов атмосферный воздух лишается посторонних примесей. Этот процесс называют самоочищением атмосферы. Но в результате антропогенной деятельности образуется такое большое количество загрязнений, что атмосфера уже не способна самоочищаться и происходит значительное накопление загрязняющих веществ в воздухе.

За последние десятилетия масштабы техногенных осадков в атмосферу существенно возросли и за размерами приближаются к природным нахождениям или даже превышают их.

Классификация загрязнения атмосферы

За агрегатным состоянием загрязняющие вещества делятся на:

-газовые

-редкие

-твердые

-смешанные.

Промышленные выбросы в атмосферу так же делятся:

- на организованные и  неорганизованные;

- нагретые, температура которых  выше от температуры атмосферного  воздуха, и холодные;

-вспомогательном и подсобном производствах;

- выбросы без очищения (организованные и неорганизованные) и после очищения (организованные)

Организованный промышленный выброс - это выброс, который происходит в атмосфере через специально сооруженные газоходы.

Неорганизованный промышленный выброс - промышленный выброс, который поступает в атмосферу в виде ненаправленных потоков газу вследствие нарушения герметического оборудования.

Промышленные выбросы делятся на первичные и вторичные.

Первичные - это выбросы, которые поступают в атмосферу непосредственно от источника. Вторичные - это продукты первичных, но могут быть токсичными и опасными. Все существующие источники загрязнения атмосферного давления можно разделить на природные, искусные или антропогенные.

Классификация загрязнения атмосферного воздуха

Космическая пыль образуется во время сгорания метеоритов. Природная пыль это постоянная составная земной атмосферы. Она состоит из мелких повисших в воздухе частиц, которые имеют органическое или неорганическое происхождение. Пыль образуется во время выветривания горных пород и грунтов, извержения вулканов, пожаров в лесах, степях, испарений с поверхности морей и океанов, а также бактериями, спорами растений и т.д.

Атмосферная пыль помогает образованию водяных паров и, таким образом, поглощает прямую солнечную радиацию и защищает организмы от солнечного излучения. Биологическое разложение, что включает жизнедеятельность грунтовых бактерий, помогает образованию аммиака, оксидов нитрогена, карбона.

Все источники загрязнения атмосферы воздуха промышленными выбросами можно квалифицировать по таким признакам:

1) за назначением: технологические, которые состоят из хвостовых газов после улавливания на установках, продувание аппаратуры и воздушных вытяжек; вентиляционные выбросы - местные выбросы от оборудования;

2) по месту расположения: не заниженные, или высокие, которые находятся в зоне воздушного недеформированного потока; заниженные, или низкие - расположенные на высоте в 2.5 раза ниже высоты строения; надземные, размещенные близко к земной поверхности;

3) за геометрической формой: точечные, линейные;

4) за режимом работы: беспрерывные, периодического действия.

Парниковый эффект

На протяжении всего исторического периода планеты ее климат не раз менялся. Однако эти изменения происходили постепенно. В последнее время в результате быстрого возрастания населения планеты им ее нужд происходит интенсивное развитие промышленности и энергетики. Все это привело к образованию и выбросу в атмосферу большого количества загрязнений и неиспользуемой теплоты.

За подсчетами, вследствие сгорания значительного количества горючего в атмосферу выбрасывается большое количество теплоты, которая рассеивается в окружающей среде. Потепление планеты происходит главным образом вследствие загрязнения атмосферы тепличными газами - большей частью углекислым газом и меньшим количеством метана.

Потепление воздействует на изменение климата почти на всей планете, что может иметь негативное или даже катастрофические последствия. Основные климатические зоны изменяются на юге на 400 км. Будет потепление в зоне тундр, увеличится засуха в средних широтах, где развито зерновое земледелие. Климат здесь будет наполовину пустынным, что приведет к значительному снижению количества урожая.

С целью избежание влияния парниковых эффектов на всемирной конференции ООН в Токио в 1998 году было принято решение про выброс выбросов парниковых газов. Это должно уменьшить возрастание выбросов парниковых газов.

Кислотные дожди

Оксиды сульфата и нитрогена, которые попали в атмосферу, окисляются и, объединяясь с водой, образуют туманоподобные капли сульфатной и нитрогенной кислоты. Переносясь ветрами на дальние расстояния, они со временем выпадают с дождем, которые имеет кислотную реакцию.

Кислотными называют любые осадки - дождь, снег, туман, если в них большая часть содержания сульфата и нитрогена.

Впервые кислотные дожди зарегистрированы в Англии в 1972 году, они были последствием попадания в атмосферу оксидов сульфата и нитрогена. Последовательно индустриализация охватывала все большее число стран, а количество сульфата и нитрогена без прерывно увеличивалось. Поэтому кислотные осадки выпадают везде.

Под влиянием кислотных дождей происходит окисление водоемов и грунта, вымывания с грунта калия, магния и кальция. Уменьшается количество урожая сельскохозяйственных культур, деградация флоры и фауны. В окисленных водоемах гибнет рыба и некоторые виды насекомых. Вследствие выпадения кислотных дождей гибнут леса, особенно буковые, тисовые и кедровые. Кислотный снег создает еще больший вред, так как может накапливаться в продолжении долгого времени. Кислотность талой воды еще больше чем кислотность воды дождей.

Во многих странах кислотные дожди создают огромный ущерб. Так, в Швейцарии от кислотных дождей гибнет третья часть лесов, В Британии высыхают 69% буковых и тисовых лесов.

Разрушение озонового шара

Расположенный в атмосфере на расстоянии 20-35 км озоновый шар является природным защитным барьером от проникновения на Землю ультрафиолетового излучения Солнца. Этот шар имеет небольшую толщину, он надежно защищает живые вещества биосферы от губительного воздействия радиации. Если бы не существовало озонового шара, то жизнь на суше земли была бы невозможной.

Как впервые заметили метеорологи США, последним временем озоновый шар атмосферы разрушается. Этот нежелательный и опасный процесс интенсивно происходит под действием некоторых химических веществ, которые широко используются в технике и быту. Разрушение озонового шара так же происходит из-за космической и реактивной техники.

Вследствие разрушения озонового шара концентрация озона стала уменьшаться, а в некоторых местах возникает "пульсивная дыра". Вследствие этого наблюдается повышенный ультрафиолетовый фон. Это создает увеличение количества заболеваний людей.

С целью устранения разрушения озонового шара атмосферы была подписана Конвенция о защите озонового шара.

Определяющим фактором качества воздуха является поступление в атмосферу загрязняющих веществ в результате деятельности предприятий и организаций промышленного и аграрного комплекса, расположенных на территории Башкортостана и граничащих с ним областей и республик, а также от автомототранспортных средств. Более 4 тысяч промышленных предприятий и организаций имеют источники выбросов загрязняющих веществ, а республиканский автопарк насчитывает более 1378 тыс. единиц автомототранспортных средств. В атмосферном воздухе республики в результате эксплуатации данных объектов в 2012 году содержались примеси 447 наименований.

Мониторинг состояния атмосферного воздуха осуществляется Федеральным государственным бюджетным учреждением «Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Р.Т.» Общее количество постов наблюдений составляет 20 единиц.

За 2014 год было выполнено более 112 тысяч определений, анализы проводились по 26 ингредиентам. Критерии оценки загрязнения атмосферного воздуха приведены в таблице 1.

Таблица 1.Критерии оценки загрязнения воздуха

где:

– СИ – стандартный индекс, наибольшая измеренная в городе максимальная

разовая концентрация любого вещества, деленная на ПДК;

– НП – наибольшая повторяемость превышения ПДК любого вещества в городе, %;

– ИЗА – индекс загрязнения атмосферы.

Наиболее высокие средние уровни загрязнения в 2014 году были отмечены:

– формальдегидом – 5,3 ПДК в Казане;

– бенз(а)пиреном – 2,3 ПДК в Набережных Челнах;

– диоксидом азота – 1,3 ПДК в Нижнекамске;

– взвешенными веществами (пыль) – 1,4 ПДК в Альметевске.

2. Влияние соединения серы и хлора на окружающую среду

Экологическая роль серы и хлора исключительно велика. Сера входит в состав серосодержащих аминокислот - цистеина, цистина, незаменимой аминокислоты метионина, биологически активных веществ (гистамина, биотина, липоевой кислоты и др.) В активные центры молекул ряда ферментов входят SH - группы, участвующие во многих ферментативных реакциях, в том числе в создании и стабилизации нативной трехмерной структуры белков, а в некоторых случаях - непосредственно как каталитические центры ферментов.

Сера обеспечивает в клетке такой тонкий и сложный процесс, как передача энергии: переносит электроны, принимая на свободную - орбиталь один из неспаренных электронов кислорода. Этим объясняется высокая потребность организма в данном элементе.

Сера участвует в фиксации и транспорте метильных групп. Она является также частью различных коэнзимов, включая коэнзим А. Большая часть серы поступает в организм в составе аминокислот, а выводится в основном с мочой в виде SO2-4. К числу наиболее опасных соединений серы как загрязнителей природной среды относятся сероводород и диоксид серы. Сероводород выбрасывают в атмосферу предприятия нефтеперерабатывающей, коксохимической, азотно-туковой промышленности.

В больших концентрациях сероводород действует как сильный яд нервно-паралитического действия. При его концентрации 1000 мг/м3 и выше у человека появляются судороги, может остановиться дыхание или наступить паралич сердца. Сероводород блокирует дыхательные ферменты в результате его взаимодействия с железом. Раздражающе действует на слизистую органов дыхания и глаз. Сероводород крайне ядовит: уже при концентрации 0,1% влияет на центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему, вызывает поражение печени, желудочно-кишечного тракта, эндокринного аппарата. При хроническом воздействии малых концентраций – изменение световой чувствительности глаз и электрической активности мозга, может вызывать изменения в морфологическом составе крови, ухудшение состояние сердечно-сосудистой и нервной систем человека.

Оксид серы (IV) поступает в воздух в результате сжигания топлива и плавки руд, содержащих серу. Основные источники загрязнения атмосферы SO2: энергетические установки, предприятия цветной металлургии и сернокислое производство. Менее значительны выбросы предприятий черной металлургии и машиностроения, угольной, нефтеперерабатывающей промышленности, производства суперфосфата, транспорта.

Выбросы SO2 загрязняют воздух на значительное расстояние от источника (на тысячу и более километров). Оксид серы (IV) считается одной из основных действующих составных частей "токсичных туманов" и одним из активных компонентов формирования смога. Сернистый ангидрид может вызывать общее отравление организма, проявляющееся в изменении состава крови, поражении органов дыхания, повышении восприимчивости к инфекционным заболеваниям, нарушение обмена веществ, повышение артериального давления у детей, ларингит, конъюнктивит, ринит, бронхопневмония, аллергические реакции, острые заболевания верхних дыхательных путей и системы кровообращения. При кратковременном воздействии – раздражение слизистой оболочки глаз, слезотечение, затруднение дыхания, тошнота, рвота, головные боли. Повышение уровней общей заболеваемости смертности.  Повышенная утомляемость, ослабление мышечной силы, снижение памяти. Замедление восприятия, ослабление функциональной способности сердца, изменение бактерицидности кожи. Оксид серы (IV) может нарушать углеводный и белковый обмен, способствует образованию метгемоглобина, снижению имуннозащитных свойств организма.

Взаимодействуя с атмосферной влагой, оксиды серы образуют кислотные осадки (Ph<<4,5), которые оказывают как прямое повреждающее действие на биоту, так и косвенное, закисляя почвы и водоемы.

Установлено что при закислении почвы снижаются доступность для растений питательных элементов (Ca, Mg, Mn) и плодородие почвы. Закисление уменьшает скорость разложения органических остатков, поскольку для жизнедеятельности большинства бактерий и грибов необходима нейтральная среда, снижается продуктивность азотфиксирующих бактерий (при Ph < 5,0 азотобактер погибает), что приводит к ограничению поступления связанного азота в растения и торможению их роста.

Изменение структуры почвы (снижение грануляции, слияние частиц, уплотнение почвы и резкое уменьшение воздухопроницаемости) негативно сказывается на функционировании корневой системы растений, что наносит коллосальный вред лесным массивам.

В кислой почве увеличивается подвижность ионов тяжелых металлов, которые накапливаются в растениях. Некоторые из них, например ионы железа и марганца блокируют поступление фосфора в растения. Сероуглерод, выделяемый предприятиями неорганического синтеза, также представляет реальную угрозу жизни населения. Сам по себе он представляет жидкость не имеющую цвета, с приятным запахом, но под действием света сероуглерод начинает разлагаться. Продукты разложения предают сероуглероду желтую окраску и неприятный запах. Его пары ядовиты: вдыхание воздуха с содержанием сероуглерода 0,3% и выше может привести к респираторным заболеваниям, а при хроническом воздействии малых доз паров сероуглерода постепенно развиваются различные расстройства центральной нервной системы.

Сера представляет собой один из так называемых циклических элементов, миграция которых происходит в системе "суша - океан - атмосфера - суша". Глобальный биогеохимический цикл серы представляет собой сложную и разветвленную сеть химических и биохимических процессов, в которых принимают участие соединения серы , находящиеся в различных агрегатных состояниях. В настоящее время круговорот серы нарушается из-за промышленного загрязнения воздуха оксидом серы (IV) и сероводородом, которые в больших концентрациях тормозят процессы анаэробного восстановления сульфатов и аэробного окисления сульфидов.

Хлор участвует в поддержании водно-электролитного баланса в организме, а также входит в состав соляной кислоты - основного компонента желудочного сока. Кроме того, Хлор: - участвует в формировании плазмы крови; - активирует ряд ферментов; - способствует выведению шлаков из организма, улучшая функцию печени; - помогает пищеварению; - участвует в образовании особых веществ, способствующих расщеплению жиров; - следит за тем, чтобы углекислый газ вовремя покидал организм; - курирует состояние красных кровяных телец (эритроцитов).