Загрязняющие вещества в выпадающих осадках Калининградской области
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ИММАНУИЛА КАНТА
ФАКУЛЬТЕТ БИОЭКОЛОГИИ
КАФЕДРА ХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ХИМИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ
КУРСОВАЯ РАБОТА
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКАХ
студентка III курса
Санжеревская Д.Ю.
Научный руководитель
доцент, к.б.н.
Н.В. Чибисова
Калининград - 2012
Оглавление
Введение…………………………………………………………
Глава 1. Обзор
литературы……………………………………………………
- Источники поступления…………………………………………...
.....6 - Биологическое действие …………………………………………….10
Глава 2. Наблюдения за химическим составом осадков………………….15
2.1. Отбор проб……………………………………………………………15
2.2. Оборудование для отбора проб………………………….. …………17
Глава 3. Методы определения……………………………………………….
3.1. Определение рН…………………………………………………...19
3.2. Электропроводность………………………………
3.3. Определение основных ионов……………………………………22
3.3.1. Ионная хроматография…………………………………….22
3.3.2. Атомно-абсорбционная спектроскопия……………..........23
Заключение……………………………………………………
Список литературы………………………………………………….
Введение
В эпоху научно-технической
революции антропогенные
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 к 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-
Часть взвешенных в воздухе
веществ оседает на Землю вместе
с осадками. Осадки являются эффективным
фактором вымывания различных веществ
из воздуха. При этом процессы влажного
и сухого выпадения могут привести
к изменению химического
Исходя из этого, была сформулирована цель данной работы: изучить загрязняющие вещества, входящие в состав атмосферных осадков, их влияние на человека.
Для достижения обозначенной цели были поставлены следующие задачи:
- провести анализ имеющейся по данной теме литературы;
- изучить правила отбора проб атмосферных осадков;
- изучить методы определения загрязняющих веществ.
Глава I. Обзор литературы
По своему химическому составу вода является соединением двух атомов водорода и одного атома кислорода. Однако в естественных условиях в воде постоянно содержаться самые различные вещества и элементы. Это объясняется тем, что в процессе круговорота она, соприкасаясь с загрязненным воздухом, различными горными и осадочными породами и почвами, растворяет то или иное количество содержащихся в них химических соединений и превращается в раствор, часто весьма сложного состава. При этом формирование метеорных осадков начинается еще в процессе их выпадения, когда капельно-жидкая вода и кристаллы снега поглощают и как бы вымывают из атмосферы молекулы солей, взвешенные вещества и бактерии. Следовательно, качественный состав осадков зависит от степени загрязнения тех слоев воздуха, через которые они проходят. В дальнейшем, по мере стекания дождевых и талых вод к искусственным и естественным водосбросам, отмечается еще более значительное изменение их химических и бактериальных показателей.
Среди неорганических соединений, находящихся в воде, необходимо указать на соли кальция и магния, количество которых определяет ее жесткость, а также на возможность содержания других минеральных соединений, что, прежде всего, относится к хлоридам и сульфатам. Одним из постоянных ингредиентов водной среды является железо, а так же некоторые микроэлементы, в том числе бериллий, марганец, медь, молибден, мышьяк, свинец, селен, стронций, фтор, цинк и др. В воде также могут обнаруживаться соли аммиака, азотной и азотистой кислот, наличие которых служит одним из показателей загрязнения воды белковыми веществами. В открытых водоисточниках содержится примесь органических соединений, являющиеся водных организмов или попадающих вместе с различными стоками. Наконец, для газового состава воды характерно наличие растворенного кислорода, углекислого газа, сероводорода2.
- Источники поступления.
Под загрязнением атмосферного
воздуха следует понимать любое
изменение его состава и
Атмосфера всегда содержит определённое количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников.
Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами.
Естественные источники загрязнения обычно бывают площадными (распределёнными), например, выпадение космической пыли и т.п. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др.
Уровень загрязнения атмосферы
естественными источниками
Помимо газообразных загрязняющих веществ, в атмосферу поступает большое количество твердых частиц. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность таит загрязнение природной среды тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров. Особенно остро стоит проблема загрязнения воздуха свинцом.
- Кальций.
Основные источники
Поступление значительных количеств
кальция и связанное с этим
увеличение щелочности и жесткости
питьевой воды имеет место при
использовании цементных и
- Сульфаты.
Сульфаты находятся в составе атмосферного аэрозоля, воздушной среды производственных помещений, атмосферы городов, в сточных водах промышленных предприятий (металлургических, химических, текстильных, пищевых, кожевенных, стекольных). Чаще встречаются сульфаты натрия, аммония, кальция.
Большая часть серы поступает в окружающую среду в виде оксида серы (VI). Период существования SO2 в атмосфере города составляет от 3 до 5 часов. Оксид серы (VI) благодаря высокой гигроскопичности быстро реагирует с водяным паром атмосферы и превращается в аэрозоль серной кислоты. При низкой относительной влажности он может длительное время находиться в воздухе, а при высокой – оседать подстилающую поверхность.
Неоднократно отмечалось выпадение аэрозоля серной кислоты из домовых факелов химических предприятий, содержащих оксиды серы при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Сульфаты поступают в атмосферу так же в результате выветривания почв, с частицами морской соли, с выхлопами газов автомобилей5.
Содержание сульфатов в осадках составляет от 1 до 10 мг/л.
- Хлор.
Хлор, присутствующий в виде хлорноватистой кислоты или ионов гипохлорита, принято называть свободным хлором. Хлор, существующий в виде хлораминов (моно- и ди-), а также в виде треххлористого азота, называют связанным хлором. Общий хлор – это сумма свободного и связанного хлора.
Свободный хлор достаточно
часто применяют для
Основной источник поступления хлора в атмосферу – электролиз хлористых солей, массовые выбросы при очистке воды, сжигание продуктов, содержащих хлор. Средние концентрации хлора в атмосферном воздухе колеблются от 1 до 3,7 мг/куб.м. К промышленным предприятиям, наиболее загрязняющих атмосферу хлором, следует отнести химико-фармацевтические, металлургические, целлюлозно-бумажные6.
- Хром.
Источники поступления хрома в окружающую среду могут быть как антропогенными, так и природными.
Находящийся в природе хром всегда встречается в трехвалентном состоянии, шестивалентный хром в окружающей среде практически полностью является результатом хозяйственной деятельности человека7.
Главным антропогенным источником поступления хрома в окружающую среду являются предприятия по производству цемента, стекольное производство, сжигание топлива, черная металлургия, металлообрабатывающая, автомобильная, текстильная, кожевенная, пищевая и химическая промышленность. Промышленные отходы предприятий в виде золы, пыли, шлака, шлама содержат в своем составе значительное количество хромовых загрязнений. Большое количество поступает в водные объекты с промышленными стоками.
Основными природными источниками загрязнения окружающей среды соединениями хрома являются обширные лесные пожары, продукты вулканической деятельности. Вода в районах, где есть месторождения хрома может содержать повышенные его концентрации в результате выщелачивания из пород (серпентинитов и других хромосодержащих минералов). Так же некоторые количества хрома поступают в воду в процессе разложения организмов и растений. Однако не один из этих природных источников, в отличии от антропогенных , не приносит таких количеств хрома, которые представляли бы опасность для здоровья человека и животных8.
- Ртуть.
Природное содержание ртути составляет ~0,003-0,009 мкг/м3. Ртуть характеризуется малым временем пребывания в воде и быстро переходит в отложения в виде соединений с органическими веществами, находящимися в них9. Поскольку ртуть адсорбируется отложениями, она может медленно освобождаться и растворяться в воде, что приводит к образованию источника хронического загрязнения, действующего длительное время после того, как исчезнет первоначальный источник загрязнения. Мировое производство ртути в настоящее время составляет более 10000 т в год, большая часть этого количества используется в производстве хлора. Ртуть проникает в воздух в результате сжигания ископаемого топлива.
- Свинец.
Активными источниками загрязнения свинцом являются электростанции и бытовые печи, работающие на угле. Источниками загрязнения свинцом в быту могут быть глиняная посуда, покрытая глазурью; свинец, содержащийся в красящих пигментах. Наиболее серьезным источником загрязнения среды обитания организмов свинцом являются выхлопы автомобильных двигателей. Антидетонатор тетраметил - или тетраэтилсвинец - прибавляют к большинству бензинов, начиная с 1923 г., в количестве около 80 мг/л. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца в зависимости от условий движения выбрасывается в атмосферу. Основная его масса осаждается на землю, но и в воздухе остается заметная ее часть.
- Кадмий и цинк.
Кадмий и цинк являются наиболее важными металлами при изучении проблемы загрязнений, так они широко распространены в мире и обладают токсичными свойствами. Кадмий и цинк (так же ка свинец и ртуть) обнаружены в основном в сульфидных осадках. В результате атмосферных процессов эти элементы легко попадают в океаны. В почвах содержится приблизительно 4,5х10 –4 %. Растительность содержит различное количество обоих элементов, но содержание цинка в золе растений относительно высоко –0,14;, так как этот элемент играет существенную роль в питании растений. Около 1 млн. кг кадмия попадает в атмосферу ежегодно в результате деятельности заводов по его выплавке, что составляет около 45 % общего загрязнения этим элементом. 52 % загрязнений попадают в результате сжигания или переработки изделий, содержащих кадмий. Кадмий обладает относительно высокой летучестью, поэтому он легко проникает в атмосферу. Источники загрязнения атмосферы цинком те же, что и кадмием10.
- Биологическое действие
В эпоху научно-технической революции деятельность человека приобретает масштаб геоэкологических процессов, приводит к изменению естественных биогеохимических циклов на земле, нарушению экологического равновесия в биосфере, что, в свою очередь, сказывается на самом человеке. Уровень здоровья человека в значительной степени зависит от качества среды его обитания. По мнению многих ученых факторы окружающей среды в 18-20% определяют состояние здоровья человека.
Накопившиеся десятилетиями
недостатки в природоохранной
Доля влияния загрязнения атмосферного воздуха в формировании заболеваемости системы органов дыхания составляет 20%, системы кровообращения – 9%.
Наиболее высокий индекс
загрязнения в городских
В настоящее время, при стремительном развитии производительных сил и освоении все новых и новых энергетических мощностей, процессы биогеохимической миграции и концентрации веществ в биосфере протекают настолько быстро, что организм человека не успевает приспосабливаться к новым уровням содержания химических элементов в питьевых водах, продуктах питания и воздухе12. Состояние здоровья населения является отражением сложного комплекса явлений в окружающей среде. На процесс его формирования влияет целый ряд биологических, антропогенных, природно-климатических и др. факторов.
- Кальций.
Кальций является важнейшим
биогенным элементом, его вредное
действие возможно лишь при поступлении
в организм в очень больших
дозах. В виде пыли или аэрозоля соединения
кальция оказывают сильное
Жесткие требования по содержанию
кальция предъявляются к водам,
поскольку в присутствии
- Сульфаты.
Сульфаты активно участвуют в сложном круговороте серы. При отсутствии кислорода под действием сульфатредуцирующих бактерий они восстанавливаются до сероводорода и сульфидов, которые в природной воде кислорода снова окисляются до сульфатов. Растения и животные извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества.
Сульфаты малотоксичны, обладают раздражающим эффектом. Повышенное содержание сульфатов ухудшает органолептические свойства воды и оказывает физиологическое действие на организм человека. При приеме внутрь они действуют как «осмотическое» слабительное, причем токсического эффекта обычно не наблюдается вследствие медленного всасывания и быстрого воздействия.
- Хлор.
Хлор поступает в питьевую воду в виде свободного, для дезинфекции, или при выбросе сточных вод с промышленных предприятий. При большой концентрации в организме способствует угнетению желудочной секреции, уменьшению диуреза, повышению артериального давления и другие нарушения, оказывающиеся особо вредными для больных с заболеваниями сердца и почек. Однако все эти проявления могут возникать лишь при концентрации хлоридов в питьевой воде, превышающий порог их вкусового ощущения.
Хлор отрицательно действует на организм. Он оказывает раздражающее и прижигающее действие, вызывая некроз тканей, а затем первичное токсико-химическое воспаление, к которому может в дальнейшем присоединиться вторичная инфекция. При небольших концентрациях вызывает общее недомогание. При больших дозах поступления в организм появляется сильный кашель, боль и стеснение в груди, одышка, кровохаркание14.
- Хром.
Вода, содержащая 5 мг/л хрома, вредно влияет на растения; при концентрации 10 мг/л наблюдается хлороз, а при 15 – 50 мг/л металла в воде задерживается рост растений.
Хром так же оказывает влияние и на рыб. Под влиянием хрома может повышаться чувствительность рыбы к инфекциям; высокие концентрации оказывают повреждающее действие на жаберный аппарат и/или накапливаются в различных тканях рыб. Для человека ингаляция атмосферным воздухом, загрязненного соединениями хрома, может вызвать ряд негативных эффектов.
- Ртуть.
Ртуть и ее соединения опасны для жизни. Метилртуть особенно опасна для животных и человека, так как она быстро переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клинические симптомы такого поражения - оцепенение, потеря ориентации в пространстве, потеря зрения. Симптомы ртутного отравления проявляются не сразу. Другим неприятным последствием отравления метилртутью является проникновение ртути в плаценту и накапливание ее в плоде, причем мать не испытывает при этом болезненных ощущений. Метилртуть оказывает тератогенное воздействие на человека. Ртуть относится к I классу опасности15.
- Свинец.
Свинец не является жизненно необходимым элементом. Он токсичен и относится к I классу опасности. Неорганические его соединения нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов (подобно большинству тяжелых металлов). Одним из наиболее коварных последствий действия неорганических соединений свинца считается его способность заменять кальций в костях и быть постоянным источником отравления в течение длительного времени. Биологический период полураспада свинца в костях - около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с возрастом увеличивается, и в 30-40 лет у лиц, по роду занятий не связанных с загрязнением свинца, составляет 80-200 мг. Органические соединение свинца считаются ещё более токсичными, чем неорганические16.
- Кадмий и цинк.
Кадмий намного токсичнее цинка. Он и его соединения относятся к I классу опасности. Он проникает в человеческий организм в течение продолжительного периода. Вдыхание воздуха в течение 8 часов при концентрации кадмия 5 мг/м3 может привести к смерти.
При хроническом отравлении кадмием в моче появляется белок, повышается кровяное давление.
При исследовании присутствия
кадмия в продуктах питания было
выявлено, что выделения человеческого
организма редко содержат столько
же кадмия, сколько было поглощено.
Единого мирового мнения относительно
приемлемого безопасного
Одним их эффективных путей предотвращения поступления кадмия и цинка в виде загрязнений состоит в введении контроля за содержанием этих металлов в выбросах плавильных заводов и других промышленных предприятий.
Глава II. Наблюдения за химическим составом осадков
Выбросы источников
загрязнения городов и
Данные о содержании
веществ в снежном покрове
являются единственными материалами
для оценки регионального загрязнения
атмосферы в зимний период на больших
территориях страны и выявления
ареала распространения загрязняющих
веществ от промышленных центров
и городов. Химический анализ содержания
вредных веществ в снеге
Наблюдения за атмосферными осадками и изучение метода отбора их проб представляет интерес как с точки зрения метеорологической оценки выпавших осадков, так и с точки зрения их дальнейшего анализа на содержание тяжелых металлов, сульфатов, нитратов, кислотность и др17.
2.1. Отбор проб.
Химический состав осадков является интегральной характеристикой загрязнения слоя атмосферы, в котором образуются облака. Отбор проб атмосферных осадков производится на метеорологических станциях, расположенных как в сельской местности, так и в пределах города или промышленного района. При отборе осадков должно быть исключено попадание в пробу посторонних веществ. Стандартный осадкомер, изготовленный из химически нестойкого материала, для этой цели непригоден. При ручном способе отбора проб используются устройства, установленные только на период выпадения осадков. Для анализа важно собрать первые, наиболее загрязненные порции осадков, поэтому на метеостанциях следует предусмотреть круглосуточный режим работы. При автоматическом отборе проб осадков используется установка, снабженная устройством, которое автоматически открывает крышку над приемной поверхностью в начале выпадения осадков и закрывает ее после их прекращения. Она обеспечивает измерения величины pH и электропроводности осадков. Отбор проб производится на открытой ровной площадке, удаленной не менее чем на 100 м от деревьев, холмов, зданий, линий электропередачи, местных источников загрязнения атмосферы. Приемные поверхности осадкосборника и стандартного осадкомера должны быть примерно на одинаковом уровне от подстилающей поверхности.
В зависимости от
периода отбора пробы могут быть
суммарные и единичные. Единичная
проба отбирается в период отдельного
дождя или снегопада; сбор осадков
может продолжаться от нескольких минут
до нескольких часов, иногда суток. Если
осадки выпадают с небольшим перерывом
(менее 1 ч) и при неизменной облачности,
их отбирают в один сосуд. При перерыве
более 1 ч осадки собирают как отдельные
пробы. Суммарная проба включает
осадки, объединенные за некоторый
промежуток времени: месяц, неделю, сутки.
Такая проба характеризует
В связи с тем что содержание растворенных в осадках веществ невелико и измеряется милиграммами или даже долями миллиграмма в 1 дм3 воды, требуется строгое соблюдение условий отбора, хранения и анализа проб осадков. Необходимо исключить попадание посторонних веществ в пробы осадков как в момент отбора, так и во время их хранения и транспортировки18.
Отбор проб производится непрерывно в течение 24 ч при любых метеоусловиях. При необходимости один день в месяц отводится для профилактического обслуживания аппаратуры. Пробы осадков отбираются с помощью осадкосборников. При смене пробы измеряется ее объем с помощью мерного цилиндра. Затем pH-метром измеряется значение pH. Для отправки в централизованную лабораторию пробу переносят в полиэтиленовую бутылку вместимостью 100 см3. Если происходил отбор проб снега в полиэтиленовый стакан, то его вносят в теплое помещение, накрывают крышкой во избежание попадания пыли и оставляют для оттаивания.
2.2. Оборудование для отбора проб.
Осадкосборные устройства и сосуды для хранения и транспортировки проб атмосферных осадков должны быть изготовлены из прочного химически стойкого материала. Их пригодность необходимо исследовать в химической лаборатории путем измерения электропроводности и pH дистиллированной воды, которую наливают в эти сосуды. За 1 сут допустимо изменение значения pH на 0,3, электропроводности на 1 - 2 мкСм/см. Полиэтиленовые колбы (флаконы), предназначенные для отбора и хранения проб, доставляются на станцию из химической лаборатории тщательно промытыми, закрытыми, пронумерованными и взвешенными. Они открываются только на время отбора проб осадков.
При ручном способе отбора проб осадков в теплый и холодный периоды используют разные осадкосборные устройства. Отбор проб дождевой воды осуществляется через эмалированные, стеклянные или полиэтиленовые воронки с надетым на горловину защитным приспособлением, препятствующим попаданию осадков, стекающих по внешней стороне воронки в сборную колбу. В качестве такого приспособления можно использовать крышку от полиэтиленовой колбы с просверленным в ней отверстием для горловины воронки. Конец воронки должен входить в сборную колбу. Для отбора проб твердых осадков (снег) применяют эмалированные кюветы или пластмассовые ванночки с крышками размером 30 ⃰ 40 см и высотой не менее 5 см. Полиэтиленовые ведра вместимостью 5 - 10 дм3 можно использовать для отбора проб как жидких, так и твердых осадков.
Площадь приемной поверхности устройства для отбора проб определяется объемом пробы, необходимым для выполнения анализа, и средним количеством осадков, выпадающих за тот или иной период отбора. Для проведения полного анализа химического состава осадков необходимо не менее 250 см3 воды, поэтому диаметр приемной поверхности при отборе месячных проб жидких осадков должен быть не меньше 15 см, недельных - 20 см, единичных - 25 см. В тех районах, где наименьшее значение средней месячной суммы осадков составляет 5 мм, диаметр воронки для отбора месячных или недельных проб должен быть не менее 25 см.

- Задания и упражнения для детей с нарушениями произносительной стороны речи
- Задания по "Логистике"
- Задания с использованием приемов работы графическим материалом для развития изобразительной грам
- Задатки и наклонности человека
- Задаток и аванс
- Задача динамики каскада резервуаров
- Задача динамического программирования
- Загрязнение почв
- Загрязнение почв Москвы диоксинами
- Загрязнение почв Республики Беларусь нефтепродуктами и методы контроля их содержания
- Загрязнение приземистого слоя атмосферного воздуха
- Загрязнение природных вод
- Загрязнения и экология города Туймазы
- Загрязненность атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге. Методология и программное обеспечение расчетов загрязнения атмосферного возду