Размещено на http://www.allbest.ru

30

Размещено на http://www.allbest.ru

оценка экологического состояния

придорожной территории улиц города Оренбурга

Введение

экологическая придорожная территория загрязнение

Исследования по определению экологических нагрузок, формирующихся при вымывании пылегазовых примесей осадками в виде дождя и снега в придорожной территории являются особо актуальными.

Целью данной работы является оценка экологического состояния придорожной территории улиц города Оренбурга.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать содержание загрязняющих веществ в снежном покрове;

- определить pH атмосферных осадков;

- рассчитать коэффициент концентрации загрязняющих веществ и показатели химического загрязнения в атмосферных осадках;

- дать оценку экологического состояния придорожной территории по pH и показателю химического загрязнения атмосферных осадков.

1. Анализ литературных данных показателей загрязнения ОС

1.1 Анализ валовых показателей выбросов

Всего в России статус особо загрязненных имеют 30 городов, в которых проживает почти 20 млн. чел., или 15% населения страны. Всего же в РФ каждый десятый город является городом с высоким уровнем загрязнения (всего городов - 1097), в том числе все города с населением более 1 млн. чел., 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн., 25% - с численностью от 250 тыс. до 500 тыс. человек. В целом в городских агломерациях с высоким уровнем загрязнения живет более 50 млн. человек, что составляет более трети всех жителей России.

Рост российского автомобильного парка происходит в условиях существенных отставаний экологических показателей отечественных автотранспортных средств и используемых моторных топлив от мирового уровня, а также отставания в развитии и техническом оснащении дорожной сети и состояния улиц и дорог. Средний возраст автомобильного парка остается значительным и составляет в целом по стране 10,5 лет, а в отдельных регионах доходит до 14 лет.

К выбросам от самого автомобиля нужно добавить выбросы, сопряженные с его движением, складывающиеся из пыли, а также продуктов износа дорожных покрытий и автомобильных покрышек. По имеющимся оценкам, только за один год движущимся автотранспортом поднимается в воздух около 4 млн. т минеральной пыли. В целом транспортно-дорожный комплекс является одним из новых основным загрязнителем воздуха - на его долю приходится 40% всех выбросов в РФ.

В особенности эта проблема затрагивает крупные города. Например, в Москве объемы выбросов автомобилей превышают объемы промышленных загрязнителей в 12 раз, а по их сумме Москва находится в первых рядах наиболее грязных городов страны. Высока доля загрязнения транспортными выбросами в Санкт-Петербурге, Уфе, Омске и в ряде других крупных городах. При сохранении нынешних тенденций через 10 лет автомобильный парк мира может достигнуть 1,5-1,7 млрд. единиц.

Сжигание автотранспортом топлива повышает концентрации газов, тяжелых металлов, твердых частиц, дает жидкие (загрязненная вода, масла) и твердые (сам автомобиль или его детали) отходы. На долю автомобилей приходится 25% сжигаемого топлива. За жизненный цикл автомобиль выбрасывает в атмосферу 6 т углерода, 9 т углекислого газа, другие вещества. В нашей стране проблема усугубляется старением парка автотранспорта - многие автомобили (особенно грузовой транспорт) имеют сроки службы более 15-20 лет, выходящие за всякие разумные пределы. (2)

1.2 Источники и объекты загрязнения окружающей среды

Загрязнением окружающей среды называется прямое или косвенное негативное воздействие на нее, вызываемое антропогенной деятельностью.

В принципе, загрязнение может происходить и за счет естественных источников в результате природных процессов. Но большинство выбросов, связанных с этими причинами, как правило, не приносит окружающей среде особого вреда, так как не достигает опасных для нее концентраций за счет рассеивания, растворения, поглощения. Исключение составляют природные катастрофы или опасные природные явления, к которым относятся наводнения, землетрясения, сильный ветер, оползни, снежные лавины и засуха.

Территория России испытывает на себе влияние всего спектра опасных природных явлений. В последнее время ежегодно фиксируется около 400 чрезвычайных ситуаций природного характера. 20% территории РФ подвержено воздействию землетрясений силой более 7 баллов. Всего за последнее десятилетие произошло более 100 землетрясений, среди которых несколько имели катастрофические последствия. Землетрясения занимают первое место по ущербу и по числу человеческих жертв.

На втором месте по этим показателям находятся наводнения. В России угроза наводнений актуальна для более чем 700 городов. Площади затоплений колеблются от 50 до 400 тыс. км2. Наиболее опасными с точки зрения природных явлений в России являются Дальневосточный и Северо-Кавказский регионы.

Однако основные проблемы загрязнения связаны с деятельностью человека, т.е. обусловлены искусственно созданными источниками, которые делятся на стационарные (предприятия промышленности, сельского хозяйства и т.п.) и передвижные (транспорт).

1.3 Процессы окисления в атмосфере

Большинство газообразных примесей, выделяемых с поверхности планеты в атмосферу в результате геологических и биологических процессов, находится в восстановленной форме или в виде оксидов с низкой степенью окисления (сероводород, аммиак, метан, оксид азота и т. д.). В то же время анализ атмосферных осадков показывает, что возвращаемые на поверхность планеты примеси представлены в основном соединениями с высокой степенью окисления (серная кислота и сульфаты, азотная кислота и нитраты, диоксид углерода). Таким образом, атмосфера играет на планете роль глобального окислительного резервуара.

Процессы окисления примесей в атмосфере могут протекать:

1) непосредственно в газовой фазе;

2) в растворе, когда окислению предшествует абсорбция частицами воды;

3) на поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе, когда окислению предшествует адсорбция примесей.

Окислительная способность атмосферного воздуха не вызывает сомнений и подтверждается термодинамическими расчетами. Однако скорость процессов окисления примесей непосредственно молекулой кислорода в газовой фазе при характерных для атмосферы температурах и давлениях мала. Молекулы кислорода редко являются непосредственной причиной окисления примесей в газовой фазе. Долгие годы протекание процессов окисления в тропосфере связывали с присутствием в ней озона и пероксида водорода. Однако, как показали исследования последних десятилетий, основную роль в процессах окисления, протекающих в газовой фазе, играют свободные радикалы. Имея по одному не спаренному электрону на внешней электронной орбите, свободные радикалы являются сильными окислителями и принимают самое активное участие в процессах окисления примесей в газовой фазе атмосферы. (3)

1.4 Химические превращения органических соединений в атмосфере

Фотохимическое превращение метана и его гомологов в атмосфере протекает по радикальному механизму. На первой стадии при взаимодействии с гидроксидным радикалом происходит образование соответствующего алкильного радикала:

R-CH₃ + HO > R-CH₂ + H₂O.

В случае превращения метана образовавшийся на первой стадии метальный радикал при столкновении с молекулой кислорода в присутствии третьего тела дает другую неустойчивую частицу -- метилпероксидный радикал:

CH₃ + O₂ + M > CH₃OO + M°

Метилпероксидный радикал в атмосфере разлагается с образованием метоксильного радикала по реакции:

2CH₃OO > O₂ + 2CH₃O.

Возможными являются и процессы взаимодействия с оксидом азота:

CH₃OO + NO > CH₃O + NO₂;

При взаимодействии метоксильного радикала с кислородом происходит образование формальдегида:

CH₃O + O₂ > CH₂O + HO₂.

Молекулы формальдегида более устойчивы в атмосфере и являются промежуточными продуктами окисления метана. При окислении гомологов метана образуются соответствующие альдегиды.

Оксид углерода при взаимодействии с гидроксидным радикалом образует диоксид углерода, который является конечной стадией окисления метана и его гомологов в атмосфере:

CO + OH > CO₂ + H.

Необходимо отметить, что в процессе окисления органических соединений в атмосфере, протекающем через ряд последовательных стадий, происходит образование органических радикалов, отличающихся высокой реакционной способностью и малым временем жизни в атмосфере, и достаточно устойчивых промежуточных продуктов окисления, которые часто являются значительно более токсичными соединениями, чем исходные вещества. (3)

1.5 Атмосферный цикл соединений серы в тропосфере

Основные поступления неорганических соединений серы в атмосферу связаны с антропогенными источниками. На их долю приходится примерно 65 % всех поступлений неорганических соединений серы в атмосферу. Около 95 % из этого количества составляет диоксид серы. Из природных источников поступления неорганических соединений серы следует выделить волновую деятельность в океанах, приводящую к образованию аэрозолей (в виде сульфатов магния и кальция). Биологические источники неорганических соединений серы выделяют преимущественно сероводород, с которым в атмосферу поступает по различным оценкам от 23 до 49 % всех неорганических соединений серы.

Основным окислителем соединений серы являются свободные радикалы.

Сероводород, например, последовательно в ряде стадий окисляется до SO₂:

H₂S + OH > H₂O + HS;

HS + O₂ > SO + OH;

SO + H₂O > SO₂ + OH.

Полученный в результате диоксид серы, как и SO₂, поступающий из других источников, окисляется далее. Механизм этого процесса подробно изучен.

Окисление диоксида серы может протекать в газовой фазе -- первый путь, в твердой фазе (окислению предшествует адсорбция) -- второй путь и в жидкой фазе (окислению предшествует абсорбция) -- третий путь.

Основной механизм процесса в газовой фазе (первый путь) связывали с образованием диоксида серы в возбужденном состоянии, который, реагируя с молекулярным кислородом, образует SO₃. Образующийся SO₃ вступает во взаимодействие с молекулой воды:

SO₃ + H₂O > H₂SO₄.

Однако, как показали исследования, рассмотренный механизм не является основным процессом окисления SO₂ в газовой фазе.

Лабораторные эксперименты показали, что процесс окисления SO₂ в фотохимических камерах значительно ускоряется, если в воздухе содержатся оксиды азота или углеводороды. В этом случае становится возможным протекание процессов с участием атомарного кислорода и свободных радикалов.

С учетом научных данных можно утверждать, что этот процесс следует учитывать только на высоте более 10 км при концентрации SO₂, равной 1 мкг/м³. Время пребывания диоксида серы на высоте 10 км при отсутствии других процессов должно составлять примерно 1 000 ч и уменьшаться на высоте 30 км до 5-10 ч.

Из того, что время жизни диоксида серы в приземном слое воздуха значительно отличается от расчетных значений, следует, что реакция окисления SO₂ атомарным кислородом не играет существенной роли в трансформации соединений серы в тропосфере, а особая важность принадлежит свободным радикалам. Протекающие при этом процессы можно представить следующими уравнениями:

SO₂ + OH + M > HSO₃ + М?;

HSO₃ + HO₂ > SO₃ + 2OH;

SO₂ + CH₃O₂ > SO₃ + CH₃O.

Скорость трансформации диоксида серы в воздухе, имеющем средние для тропосферы значения концентраций свободных радикалов, составляет примерно 0,1 % в час, что соответствует времени пребывания SO₂ в тропосфере, равному пяти суткам. Процесс трансформации диоксида серы резко ускоряется в воздухе промышленных регионов, где увеличивается содержание свободных радикалов.

Триоксид серы -- серный ангидрид -- легко взаимодействует с атмосферной влагой и образует растворы серной кислоты, которые, реагируя с аммиаком или ионами металлов, присутствующими в частицах атмосферной влаги, частично переходят в соответствующие сульфаты. Образование сульфатов происходит и в процессе окисления на поверхности твердых частиц, присутствующих в воздухе. В этом случае стадии окисления предшествует адсорбция, сопровождающаяся химической реакцией (второй путь окисления диоксида серы):

SO₂ + CaO > CaSO₃;

SO₂ + MgO > MgSO₃.

Оксиды железа, алюминия, хрома и других металлов (катализаторы) резко ускоряют процесс окисления диоксида серы.

Третий путь окисления диоксида серы в тропосфере связан с предварительной абсорбцией SO₂ каплями атмосферной влаги. В дождливую погоду и при высокой влажности атмосферы этот путь окисления может стать основным в процессе трансформации диоксида серы. В качестве окислителя в природных условиях часто выступает пероксид водорода. При высоких значениях рН, когда растворе в основном находятся ионы, скорость окисления заметно возрастает.

Конечным продуктом окисления, как и в случае окисления в газовой фазе, является серная кислота, которая в дальнейшем может перейти в сульфаты.

В случае выпадения дождевых осадков над территорией практически все соединения серы будут выведены из атмосферы в виде кислотного дождя.

Вывод состоит в необходимости контроля содержания в атмосфере не только диоксида серы, но и серной кислоты и сульфатов. Контроль за этими соединениями становится особенно важным при удалении от источника выброса SO₂. (3)

1.6 Соединения азота в тропосфере

Соединения азота в тропосфере представлены в основном оксидами азота, аммиаком и солями аммония, а также азотной кислотой и нитратами. Среди оксидов следует выделить гемиоксид азота (N₂О), оксид азота (NO) и диоксид азота (NO₂). Другие соединения азота с кислородом (NO₃, N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅) в условиях тропосферы являются неустойчивыми и разлагаются по следующим уравнениям:

N₂O₃ + hн > NO + NO₂;

N₂O₄ + hн > 2NO₂;

NO₃ + hн > NO + O₂;

NO₃ + NO > 2NO₂;

N₂O₅ > N₂O₃ + O₂;

N₂O₅ + H₂O > 2HNO₃.

Среднее значение концентрации гемиоксида азота в тропосфере составляет в среднем около 0,3 млн-¹. Общее количество гемиоксида азота, поступающего в атмосферу, составляет 100 млн.т/год (в результате протекания процессов денитрификации). Среднее время пребывания молекул гемиоксида азота в атмосфере составляет 20 лет. Основные процессы вывода N₂O из атмосферы связывают с протеканием процессов фотодиссоциации:

N₂O + hн > N₂ + O, н ? 250 нм

или взаимодействия с синглетно возбужденным атомом кислорода:

N₂O + O(1D) > N₂ + O₂;

N₂O + O(1D) > 2NO.

Поскольку в тропосфере концентрация синглетно возбужденных атомов кислорода является низкой и практически нет излучения с длиной волны н < 250 нм, молекулы N₂О обладают бoльшим временем жизни и могут переместиться в стратосферу. В стратосфере в связи с ростом концентрации O(1D) атомов и изменением спектра проходящего солнечного излучения скорость процессов разрушения молекул N₂О резко возрастает. Поэтому концентрация N₂О на высоте 35 км примерно в 10 раз меньше, чем в тропосфере.

Оксид и диоксид азота в тропосфере подвергаются взаимным превращениям. Как известно, NO в присутствии кислорода окисляется до NO₂. Расчеты показывают, что в равновесных условиях концентрация диоксида азота примерно в 100 раз должна превышать содержание NО. Поэтому долгое время при анализе атмосферы на содержание оксидов азота определяли только концентрацию NO₂ в воздухе. Однако исследования, проведенные за последние 15?20 лет, показали, что содержание оксида азота NO в приземном слое воздуха сопоставимо с концентрацией NO₂. Это является следствием интенсивного поступления NO в атмосферу с поверхности планеты, что делает практически невозможным достижение равновесия. Поэтому при анализе атмосферного воздуха на общее содержание оксидов азота предварительно необходимо окислить NO до NO₂ и затем проводить определение содержания NO₂ в пробе. Основные природные источники оксидов азота (процессы денитрификации, окисление NH₃ и азота при разрядах молний) ежегодно поставляют в тропосферу от 21 до 89 млн. т NO_X в пересчете на элементный азот. Помимо этого в результате антропогенных выбросов еще около 20 млн.т азота в виде оксидов выбрасывается в атмосферу. Как природные, так и антропогенные выбросы преимущественно содержат оксид азота NO.

Одним из основных источников образования оксида азота является окисление азота воздуха, сопровождающее все процессы горения, в которых в качестве окисления используется воздух. С повышением температуры увеличивается равновесное количество оксида азота в воздухе. Процесс сжигания ископаемого топлива на тепловых электростанциях и топлива в двигателях автомобилей является основным источником загрязнения атмосферы оксидами азота.

В сфере оксид азота, взаимодействуя с гидропероксидным радикалами, переходит в диоксид азота:

NO + HO₂ > NO₂ + OH.

Другой возможный путь окисления оксида азота -- взаимодействие с озоном:

NO + O₃ > NO₂ + O₂.

Диоксид азота в тропосфере в присутствии излучения длиной волны н < 398 нм разлагается с образованием оксида азота и атома кислорода:

27NO₂ + hн > NO + O(3P).

Образующийся оксид азота вновь подвергается процессу окисления, а атомарный кислород приводит к появлению в тропосфере озона.

Важной частью атмосферного цикла соединений азота является образование азотной кислоты. Примерно 44 % ее в тропосфере образуется в результате взаимодействия диоксида азота с гидроксидным радикалом:

NO₂ + HO > HNO₃.

Около 24 % HNO₃ появляется в атмосфере в результате взаимодействия пентаоксида диазота с молекулами Н₂О. До 28 % всей выделяющейся в атмосфере азотной кислоты образуется при взаимодействии триоксида азота с органическими кислородсодержащими радикалами. Часть азотной кислоты разлагается с образованием диоксида или триоксида азота, которые вновь включаются в атмосферный цикл соединений азота:

HNO₃ > OH + NO₂;

HNO₃ + OH > NO₃ + H₂O.

Основное количество азотной кислоты выводится из тропосферы с атмосферными осадками в виде растворов HNO₃ и ее солей. Среди нитратов, присутствующих в атмосфере, основное количество составляет азотнокислый аммоний NH₄NO₃, который, как и в случае сульфата аммония, образуется при взаимодействии аэрозолей азотной кислоты с NH₃.

Ежегодно из природных источников в атмосферу поступает около 70 млн. т NH₃ в пересчете на азот. Антропогенный вклад в загрязнение атмосферы аммиаком составляет всего около 4 млн. т. В тропосфере аммиачный азот представлен в основном содержащимися в аэрозолях ионами аммония. Общее содержание NH₄-ионов в пересчете на элементный азот составляет примерно 2 млн. т, что примерно в два раза превышает общее содержание газообразного аммиака.

С атмосферными осадками и в результате процессов сухого осаждения ежегодно около 70 млн. т соединений аммония выводится из атмосферы. Часть аммиака (от 3 до 8 млн.т/год) вступает во взаимодействие со свободными радикалами, в основном с гидроксидным радикалом:

NH₃ + OH > NH₂ + H₂O.

В дальнейшем NH₂ легко окисляется до оксида азота. (3)

1.7 Лондонский смог

Смог лондонского типа -- сочетание газообразных загрязнителей (в основном сернистого газа SO₂), пылевых частиц и тумана. Впервые был отмечен в 1952 г., когда в Лондоне в течение двух недель погибли около 4 000 человек.

Токсичность лондонского смога целиком определяется исходными загрязнителями, возникающими при сжигании больших количеств топлива, в первую очередь высокосернистых сортов угля и мазута. Главным действующим компонентом смога является, как было указано выше, сернистый газ в сочетании с аэрозолем серной кислоты. При вдыхании этой смеси сернистый газ достигает легочных альвеол и вредно на них действует. Переносу SO₂ на дальние расстояния способствует строительство высоких дымовых труб, что снижает локальное загрязнение атмосферы. Однако в результате такого приема, рассчитанного на естественное самоочищение воздуха за счет рассеивания, увеличивается время пребывания серосодержащих соединений в воздушной среде и, следовательно, увеличивается дальность переноса предшественников серной кислоты и сульфатов. Смог наблюдается обычно в осенне-зимнее время (с октября по февраль). (3)

2. Исследование процессов формирования пылегазовых примесей в придорожной зоне улиц города Оренбурга

2.1 Характеристика объекта исследования и применяемых методик

2.1.1 Характеристика объекта исследования

Объектом исследования является придорожная территория проспекта Гагарина города Оренбурга. Схема места отбора пробы снега для исследования содержания загрязняющих веществ представлена на рисунке 2.1.

Проспект Гагарина находится в восточной части Оренбурга и относится к Ленинскому району города. Начинается переходом с улицы Чкалова и заканчивается переходом в автодорогу Оренбург -- Орск. Имеет протяженность чуть менее 9 километров и является восточным въездом в город.

Проспект Гагарина является улицей магистрального и общегородского значения, что говорит о большой загруженности автотранспортом. По проспекту проходят автобусные и троллейбусные маршруты. Движение на проспекте двухстороннее, по три полосы в обе стороны. Перекрестки оборудованы светофорами, имеются тротуары, наземные и подземные пешеходные переходы. Вдоль проезжей части имеются зеленые насаждения в виде кустарников и отдельно стоящих деревьев. Основная застройка представляет собой многоэтажные дома.

Отбор проб проводился на расстоянии 15 метров от проезжей части, на пересечении проспекта с улицей Восточной.

2.1.2 Методика определения содержания взвешенных частиц в атмосферных осадках

Загрязнение осадков происходит как во время образования в облаке и выпадения их на земную поверхность, так и в результате сухого осаждения загрязнителей из атмосферы.

Большое количество пылевых примесей в атмосфере городов нередко провоцирует заболевание дыхательных путей, нарушение работы слизистых оболочек организма человека и животных. Пыль засоряет устьица растений, нарушает процессы цветения и оплодотворения в растениях. В больших количествах пыль образует налет или даже кору на поверхности растений, чем затрудняет протекание процесса фотосинтеза. Будучи сами по себе малотоксичными пылевые частицы способны адсорбировать на своей поверхности тяжелые металлы и другие токсичные вещества.

Для определения содержания взвешенных частиц в атмосферных осадках производят отбор снега (дождя) специальным пробоотборником. Если производится отбор снега, то его необходимо поместить в комнатные условия (18-20°С) до полного таяния. Отобранные осадки фильтруются через широкопористый фильтр (белая лента) предварительно взвешенный на аналитических весах. Для фильтрования берутся три конические колбы, три воронки, в которые вставляются фильтры. Через каждый из них пропускается фильтрат объемом 300 мл. Если после фильтрования фильтрат получается мутным, то его фильтруют еще через узкопористый фильтр (синяя лента), выше указанным способом. После фильтрования фильтры высушиваются в эксикаторе и вновь взвешиваются на аналитических весах. По разности масс фильтров до и после фильтрования вычисляется масса взвешенных частиц. (4)

2.1.3 Методика определения pH водных объектов

Величина pH является мерой активной кислотности природной воды и других объектов окружающей среды, создавшейся в результате взаимодействия растворенных электролитов газов. Определение величины pH в практике исследования природных вод, почв и растений имеет большое значение. Эта величина позволяет судить о формах нахождения в объектах окружающей среды слабых кислот: угольной, кремниевой, сероводородной, фосфорной, а также дает возможность судить о насыщенности объектов слабыми основаниями и служит для контроля некоторых аналитических определений. Активная кислотность почв имеет решающее значение для произрастания растений, жизнедеятельности микроорганизмов, развития и направления биохимических процессов почвы.

Измерение величины pH проводят на приборе «Иономер ЭВ-54». Пробы природной воды в подписанных или пронмерованных химических стаканчиках переносят к прибору. Порядок работы на приборе следующий:

1. Включить прибор в сеть, прогреть 15 минут.

2. Опустить электроды в стаканчик с раствором.

3. Нажать кнопку pX и «-1:19», по нижней шкале прибора определить приблизительное значение pH раствора.

4. На панели переключения пределов измерения нажать кнопку, в которую входит определенная по пункту №3 величина. Например, если 2.4, то нужно нажать кнопку «-1:4» и отсчитать показываемое значение по верхней шкале прибора.

5. Соблюдать осторожность при работе со стеклянным электродом, следить, чтобы шарик стеклянного электрода не прикасался к стенкам и дну стакана.

После каждого измерения вымывают электроды в дистиллированной воде и высушивают фильтрованной бумагой. По окончании работы с прибором электроды помещают в стакан с дистиллированной водой. (4)

2.1.4 Методика определения содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов в атмосферных осадках

Определение карбонат-иона. В колбу наливают 10 мл анализируемой воды. Добавляют пипеткой 5-6 капель раствора фенолфталеина (при отсутствии окрашивания раствора, либо при слаборозовом окрашивании считают, что карбонат-ион в пробе отсутствует; pH пробы меньше 8,0-8,2). Постепенно титруют содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05н) до тех пор, пока окраска побледнеет до слаборозовой. Массовую концентрацию карбонат-иона рассчитывают по формуле:

С_к = V_к * 300,

где V_к - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л.

Определение гидрокарбонат-иона. В колбу наливают 10 мл анализируемой воды. Добавляют пипеткой 1-2 капли раствора метилового оранжевого. Постепенно титруют содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05 н) при перемешивании до перехода желтой окраски в розовую. Массовую концентрацию гидрокарбонат-иона рассчитывают по формуле:

С_к = V_гк * 305,

где V_гк - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л. (4)

2.1.5 Методика определения содержания хлорид-ионов в атмосферных осадках

Высокая растворимость хлоридов объясняет широкое распространение их во всех природных водах. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико (20-30 мг/л). Незагрязненные грунтовые воды в местах с несолончаковой почвой обычно содержат до 30 мг/л хлорид-иона. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву в 1 литре могут содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350 мг/л, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500-1000 мг/л неблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов является показателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников и сточных вод. Определение хлоридов ведется по методу Мора.

Принцип метода Мора основан на осаждении хлоридов азотнокислым серебром в присутствии хромата калия. При наличии в растворе хлоридов AgNO₃ связывается с ними, а затем образует хромат серебра оранжево-красного цвета.

NaCI + AgNO₃ > AgCI v + NaNO₃

2AgNO₃ + K₂CrO₄ > Ag₂CrO₄ v + 2KNO₃

Вначале устанавливают титр AgNO₃. Для этого в коническую колбу на 200 мл вносят 10 мл раствора NaCI и 90 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 капель K₂CrO₄. Содержимое колбы титруют раствором AgNO₃ до перехода лимонно-желтой окраски мутного раствора в оранжево-красную, не исчезающую в течение 15-20 с.

При содержании хлоридов менее 250 мл берут 100 мл фильтрованной испытуемой воды. При большем содержании хлоридов берут 10-50 мл. Испытуемую воду наливают в две конические колбы, доводят до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 капель раствора K₂CrO₄. Раствор в одной колбе титруют AgNO₃, а вторая колба используется для контроля.

Содержание хлор-иона в воде рассчитывается по формуле:

Х = V * 35,5 ,

где Х - содержание хлор-иона в мг/л;

35,5 - эквивалентное количество хлора, соответствующее 1 мл 0,01%-му раствору AgNO₃, мг;

V - объем исследуемой пробы, мл. (4)

2.1.6 Методика определения содержания сульфидов и гидросульфидов в атмосферных осадках

При действии раствора йода на связанный и свободный сероводород и соли сернистой и тиосернистой кислот происходит окисление последних:

S^2- + I₂ > 2I^- + S

HS^- + I₂ > H⁺ + 2I^- + S

SO₃^2- + I₂ > SO₄^2- + 2I^- + 2H⁺

2S₂O₃^2- + I₂ > 2I + S₄O₆^2-

Вследствие летучести свободного сероводорода производят два определения: ориентировочное и точное.

Ориентировочное определение. В коническую колбу помещают 20 мл фильтрата атмосферных осадков, добавляют 0,2 г иодида калия и перемешивают круговыми движениями, при этом кристаллы растворяются. Затем прибавляют 2-3 капли 0,5%-ного раствора крахмала и титруют 0,01%-ным раствором йода до появления голубой окраски, не исчезающей при энергичном встряхивании.

Точное определение. В коническую колбу вносят 20 мл исследуемой пробы, 0,2 г иодида калия, отмеряют из бюретки 0,01%-ный раствор йода на 1 мл больше, чем было израсходовано на ориентировочное титрование, затем прибавляют 2-3 капли 0,5%-ного раствора крахмала, тщательно взбалтывают и оттитровывают избыток йода 0,01%-ным раствором тиосульфата натрия.

Общее содержание соединений серы Х (в мг/л), окисляемых йодом, выраженное в форме сероводорода, вычисляется по формуле:

,

где V₁ - объем прибавленного раствора йода, мл;

H₁ - нормальность раствора йода, н;

V₂ - объем раствора тиосульфата натрия, израсходованный на титрование избытка раствора йода, мл;

H₂ - нормальность раствора тиосульфата натрия, н;

17 - эквивалентный вес сероводорода, г/моль;

1000 - коэффициент перевода мл в л;

V - объем исследуемой пробы. (4)

2.1.7 Методика определения содержания кальция и магния в атмосферных осадках

В этой методике используется комплексонометрический метод определения Са²⁺ и Mg²⁺ при их совместном присутствии в растворе.

Сущность определения сводится к тому, что в начале определяется суммарное содержание молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л Mg²⁺, титруя фильтрат раствором трилона Б в присутствии хромогена черного. Затем находят содержание ионов Са²⁺, титруя фильтрат раствором трилона Б в присутствии индикатора мурексида. По разности этих двух определений находят содержание ионов Mg²⁺.

Пипеткой на 50 мл отбирают фильтрат и переносят его в колбу для титрования, приливают 5 мл аммонийной буферной смеси, 25-30 мг хромогена черного и титруют раствором трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л до перехода винно-красной окраски раствора в синюю.

Титрование проводят 2-3 раза и берут среднее значение.

Содержание Са²⁺ и Mg²⁺ вместе взятых можно найти по формуле:

,

где C(1/z Na₂[H₃Tr]) - концентрация раствора трилона Б, н;

V(Na₂[H₃Tr]) - объем рабочего раствора трилона Б, затраченного на титрование, мл;

V_ф - объем фильтрата, мл.

Определение содержания кальция. 50 мл фильтрата переносят в колбу для титрования, приливают 2,5 мл раствора NaOH с молярной концентрацией 2 моль/л, 30-40 мг смеси мурексида с хлоридом натрия и приступают к титрованию раствором трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л до появления сине-фиолетовой окраски, не исчезающей в течении 2-3 минут. Титрование повторяют 2-3 раза и берут среднее значение. Содержание кальция вычисляют по формуле, как и суммарное содержание Са²⁺ и Mg²⁺.

Количество магния находят:

m(Mg²⁺) = m(Ca²⁺ + Mg²⁺) - m(Ca²⁺) (4)

2.1.8 Методика определения содержания цинка в атмосферных осадках

Цинк находится в природных водах главным образом в виде иона Zn2+. Наиболее удобным методом определения микроколичества цинка является дитизоновый. Метод применим для анализа пресных и соленых вод (до минирализации 100 г/л). Цинк образует с дитизоном красное соединение, экстрагируемое лучше всего четыреххлористым углеродом. Следует иметь ввиду, что цинк также образует с тиосульфатом комплексное соединение, хотя и относительно мало устойчивое. Это приводит к замедлению и некоторой неполноте реакции образования дитизоната цинка. Поэтому построение градуировочного графика и само определение надо проводить в одинаковых условиях.

Метод исключительно чувствителен, поэтому следует особо тщательно следить за чистотой посуды и реактивов.

Приготовление стандартных растворов для построения градуировочного графика. Для приготовления эталонов в мерные колбы на 50мл наливают 0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 мл рабочего раствора хлорида цинка, в каждую из колб добавляют 5 мл ацетатного буферного раствора, затем 1 мл 20%-ного раствора тиосульфата натрия и 4 мл раствора дитизона; доводят объем до метки дистиллированной водой и фотометрируют. (После добавления каждого раствора содержимое колбы перемешивают).

Рабочий раствор хлорида цинка, содержащий 5 мкг/мл цинка, готовят, взяв навеску хлорида цинка 10,46 мг и растворив ее в мерной колбе на 1 л дистиллированной водой. В коническую колбу помещают 100 мл исследуемого раствора, добавляют 5 мл ацетатного буферного раствора, перемешивают, приливают 1 мл 20%-ного раствора тиосульфата натрия и 4 мл рабочего раствора дитизона в четыреххлористом углероде. Энергично встряхивают в течении 2-5 минут.

Окраска дитизона в зависимости от содержания цинка изменяется от зеленой до красной.

Содержимое колбы переливают в делительную воронку и отделяют окрашенную органическую часть раствора, которую помещают в кювету на 10 мл и определяют оптическую плотность на ФЭК. Зеленый светофильтр, Х=540 нм.

Значение концентрации цинка определяют по калибровочному графику. (4)

2.1.9 Математическая обработка результатов исследования

Любые экспериментальные данные должны быть подвергнуты математической обработке, что позволяет судить об их достоверности. Вычисляют среднее арифметическое значение экспериментальных данных Хn, полученных при анализе параллельных проб. Затем находят среднее квадратичное отклонение для n определений по формуле:

Полученную величину отклонения Sn используют для вычисления абсолютной и относительной погрешности анализа с заданной степенью надежности (а = 0,95) по формуле:

Где tan - коэффициент распределения Стьюдента, который определяют по таблице для а = 0,95 и числа определений n без промахов.

Таблица 2.1. Коэффициенты Стьюдента при а = 0,95

Количество параллельных измерений (n)	Коэффициенты Стьюдента, tan
2	12,706
3	4,303
4	3,182
5	2,776
6	2,446
7	2,365
8	2,306
9	2,262

Относительная погрешность рассчитывается по формуле:

Полученные и вычисленные экспериментальные данные записываются в виде таблицы. (4)

2.2 Исследование содержания загрязняющих веществ в атмосферных осадках (снежном покрове)

Нами было определено содержание загрязняющих веществ в снежном покрове. Также нами было определено значение pH талой воды. Полученные данные приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Значение pH пробы талой воды

Место отбора пробы	pH	pH	Еотн., %
Проспект Гагарина, 15 м	4,95 5,1 5,1	5,05	4,35

Среднее значение pH равно 5,05. Значит это слабокислая среда.

Помимо pH мы определили содержание взвешенных и кислотообразующих веществ (хлориды, сульфиды и т.д.). Значения приведены в таблицах 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 и 2.9.

Таблица 2.3. Содержание взвешенных частиц в пробе талой воды

Место отбора пробы	С взвешенных в-в, г/л	С взвешенных в-в, г/л	Еотн., %
Проспект Гагарина, 15 м	0,3516 0,3533 0,3523	0,3524	0,6

Таблица 2.4. Содержание гидрокарбонатов в пробе талой воды

Место отбора пробы	C HCO3, мг/л	C HCO3, мг/л	Еотн., %
Проспект Гагарина, 15 м	68,63 54,9 54,9	59,48	33,2

Таблица 2.5. Содержание хлорид-ионов в пробе талой воды

Место отбора пробы	C CI, мг/л	C CI, мг/л	Еотн., %
Проспект Гагарина, 15 м	71 67,5 63,9	67,5	13,5

Таблица 2.6. Содержание гидросульфидов в пробе талой воды

Место отбора пробы	C HS, мг/л	C HS, мг/л	Еотн., %
Проспект Гагарина, 15 м	5.44 5,015	5,23	51,7

Таблица 2.7. Содержание ионов кальция в пробе талой воды

Место отбора пробы	C Ca2+, мг/л	C Ca2+, мг/л	Еотн., %
Проспект Гагарина, 15 м	14 12 11	12,3	30,3

Таблица 2.8. Содержание ионов магния в пробе талой воды

Место отбора пробы	C Mg2+, мг/л	C Mg2+, мг/л	Еотн., %
Проспект Гагарина, 15 м	1,2 2,4 3	2,2	100

Таблица 2.9. Содержание ионов цинка в пробе талой воды

Место отбора пробы	C Zn2+, мг/л	C Zn2+, мг/л	Еотн., %
Проспект Гагарина, 15 м	0,2316 0,2314 0,2311	0,2314	0,27

Таким образом, как показали исследования, приоритетными по содержанию являются взвешенные вещества. В пробе талой воды мы обнаружили 67,5 мг/л хлоридов - это второе место по содержанию, а также гидрокарбонаты в концентрации 59,48 мг/л - третье место. Концентрация ионов кальция составляет 12,3 мг/л, сульфидов - 5,23 мг/л, ионов магния - 2,2 мг/л. Менее всего по содержанию ионов цинка - 0,2314 мг/л.

2.3 Оценка экологического состояния придорожной территории на примере проспекта Гагарина

Объективно оценить состояние придорожной территории по содержанию загрязняющих веществ невозможно, поэтому были разработаны критерии оценки экологического состояния территории.

Таблица 2.10. Критерии оценки качества территорий

Показатели качества	Параметры состояния
	ЭБ	ЧЭС	КЭС	ОУС
pH	< 5,6	5,7 - 6,5	6,6 - 7,0	> 7,0
ПХЗ воды	> 100	50 - 100	1 - 50	< 1

ПХЗ рассчитывается по формуле:

где C_i - значение концентрации i-го загрязняющего вещества;

C_{i фон} - значение фоновых концентраций i-го загрязняющего вещества. (5)

Содержание и значение коэффициентов концентрации примесей приведены в таблице 2.11.

Таблица 2.11. Концентрации и коэффициенты концентраций загрязняющих веществ

Место отбора пробы	Значение Ci (мг/л) и Ki загрязняющих веществ	ПХЗ	pH
	Взвеш. в-ва	HCO3-	CI-	HS-	Ca2+	Mg2+	Zn2+
Проспект Гагарина	352,4	59,48	67,5	5,23	12,3	2,2	0,2314	-	5,05
Фон	6,7	29,5	8,1	1,09	5,0	1,0	0,01	-	-
Ki	52,6	2,02	8,3	4,8	2,5	2,2	23,1	95,5	-

Проанализировав данные из таблицы можно сделать следующие выводы. По показателю pH талой воды можно определить состояние придорожной территории проспекта Гагарина как «экологическое бедствие». А показатель химического загрязнения указанной территории говорит о «чрезвычайной экологической ситуации». Приоритетными загрязняющими веществами являются взвешенные вещества (K_i = 52,6) и ионы тяжелого металла цинка, коэффициент превышения для которого равен 23,1. Далее в порядке убывания следуют хлориды, гидросульфиды, ионы кальция и магния. На последнем месте находятся гидрокарбонаты.

Заключение

В процессе существования города медленно, но верно нарушается природный биогеохимический баланс, изменяется круговорот веществ. С появлением химических производств эти нарушения еще больше увеличились. Параллельно с развитием промышленности, развивался соответственно и транспорт (водный, железнодорожный, автомобильный). Что так же вело за собой усиление загрязнения окружающей среды. (7)

Экологическая обстановка в Оренбургской области сложная. Химическое загрязнение природных сред наблюдается в городах, где проживает основное население области.

Необходимо отметить, что анализируемых показателей недостаточно. При ограниченных возможностях мы не сможем получить объективную и полную картину антропогенного воздействия и изменений, которые происходят в окружающей среде, влиять на эти изменения принятием законодательных актов и управленческих решений.

В настоящее время работа по экологическому мониторингу ограничивается общими оценками состояния загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвенного покрова. Оценка включает в основном сравнение уровней превышения химических веществ и элементов с принятыми предельно допустимыми нормами и фоновыми значениями. (8)Проанализировав данные, полученные в ходе исследования снежного покрова, отобранного на проспекте Гагарина, можно охарактеризовать экологическую ситуацию на данном участке как «чрезвычайную», а по показателю pH как зону экологического бедствия. Приоритетными загрязняющими веществами являются взвешенные вещества (K_i = 52,6) и ионы тяжелого металла цинка, коэффициент превышения для которого равен 23,1.

Размещено на Allbest.ru

...