Анализ уровня загрязнения цинком и медью реки Амур за период 2011-2013 год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Загрязнение реки Амур - основная проблема, которой занимаются в последнее время амурские экологи. За минувшее десятилетие река значительно пострадала от деятельности человека. Пробы воды показывают повышенную концентрацию загрязняющих веществ.

Сейчас в реке сократилось численность ценных промысловых рыб. А те, что обитают, небезопасны для здоровья человека.

Тема курсовой работы- «Оценка загрязнения реки Амур тяжелыми металлами (цинк, медь) за период 2011-2013».

Актуальность темы. Как известно, вода- это залог жизни на нашей планете. Из-за того, что водой занято две трети земной поверхности, она влияет на все природные процессы. Если рассматривать человеческое тело, то для нас по значимости вода стоит на втором месте после кислорода. Вода задействована во всех внутренних процессах нашего организма: она делает возможной переработку пищи; с ее помощью происходит терморегуляция тела и увлажнение воздуха при дыхании; благодаря ей к клеткам доставляются полезные вещества и кислород; без воды не работает система выведения шлаков и токсинов из организма. Ведь уже ни для кого не секрет, что без еды человек способен продержаться до четырех недель, а без воды погибнет уже через неделю.

Цель работы - сделать анализ уровня загрязнения цинком и медью реки Амур за период 2011-2013 гг.

Задачи:

1) Дать общую характеристику загрязнения реки Амур тяжелыми металлами.

2) Определить источники поступления цинка и меди в р. Амур.

3) Сделать анализ уровня загрязнения реки Амур тяжелыми металлами (цинк, медь).

4) Предложить мероприятия по снижению загрязнения.

Объектом данного исследования является река Амур.

Предметами данной работы являются цинк и медь, как загрязняющие вещества.

1. Общая характеристика загрязнения реки Амур тяжелыми металлами (Цинк и медь)

Цинк -- химический элемент II группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева; синевато-белый металл.

Цинк энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах.

Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов, добываемых подземным выщелачиванием (золото, серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из чернового свинца в виде интерметаллидов цинка с серебром и золотом (так называемой «серебристой пены»), обрабатываемых затем обычными методами аффинажа.

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация -- для мостов, емкостей, металлоконструкций).

Медь -- золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных руд выплавляют 80% всей добываемой меди. Как правило, медные руды содержат много пустой породы. Поэтому для получения меди используется процесс обогащения. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд.

Медь, ее соединения и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности.

В электротехнике медь используется в чистом виде: в производстве кабельных изделий, шин голого и контактного проводов, электрогенераторов, телефонного и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы. Более 30% меди идет на сплавы.

Сплавы меди с другими металлами используют в машиностроении, в автомобильной и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники), для изготовления химической аппаратуры.

Высокая вязкость и пластичность металла позволяют применять медь для изготовления разнообразных изделий с очень сложным узором. Проволока из красной меди в отожженном состоянии становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные элементы орнамента. Кроме того, проволока из меди легко спаивается сканым серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится. Эти свойства меди делают ее незаменимым материалом при производстве филигранных изделий.

В поверхностных водах медь в большинстве случаев присутствует в результате загрязнения их сточными водами предприятий химической и металлургической промышленности или вследствие загрязнения шахтными водами.

1.1 Влияние цинка и меди на живые организмы

Цинк - постоянная и крайне необходимая для жизни составляющая часть растений и животных организмов. Содержание его в большинстве земных организмов составляет тысячные доли процента. Беспозвоночные морские животные являются по своей сути концентраторами цинка. Особенно богаты им устрицы - 0,7%. Из наземных растений концентраторами цинка служат грибы - подберезовики, лисички, масленки - до 0,2% от общей массы (в высушенном виде).

В промышленности цинк чаще всего используют как защитное покрытие.

В организме взрослого человека содержится до 2,4 г цинка, большая часть находится в мышцах, чуть менее в волосах. Этот металл отвечает за восстановительную способность волос, ногтей и кожи, скорость роста у детей. Ежедневная потребность в цинке у взрослого человека около 12-16 мг, для детей - 4-6 мг в сутки.

Недостаток цинка - спутник многих заболеваний: диабет, атеросклероз, язвенная болезнь, цирроз печени, ревматизм и пр. Появится он может в результате неправильного питания, или как следствие болезней или приема некоторых лекарств.

Восполнить этот недостаток помогут пшеница, рис, свекла столовая, салат, томаты, лук, фасоль, горох и соя.

Металлическая пыль оксида цинка вызывает патологию легких, а передозировка цинкосодержащими препаратами может привести даже к летальному исходу. Вода из оцинкованной посуды плохо влияет на желудочно-кишечный тракт.

Цинк входит в состав многих лекарственных препаратов как вяжущее, дезинфицирующее или антисептическое средство.

Медь - очень важный для жизни металл. Содержание меди в организме человека колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг в костях, в жидкостях тела - от 100 мкг (на 100 мл) в крови до 10 мкг в спинномозговой жидкости. А всего меди в организме взрослого человека около 100 мг. Медь входит в состав ряда ферментов - тирозиназы, цитохромоксидазы, стимулирует кроветворную функцию костного мозга.

Ежедневный прием меди с пищей составляет 0,50-6 мг, из которых усваивается только 30%. Токсическая доза меди больше 250 мг. Попав в организм, соединение меди поступает в печень, которая является главным складом этого микроэлемента. Медь концентрируется также в мозге, сердце и почках, мышечной и костной тканях. Многие растения и животные концентрируют медь, и лечебное действие при их использовании связано в большей мере с этим элементом. Наиболее богаты медью шампиньоны, картофель, печень (особенно палтуса и трески), почки, яичный желток, цельное зерно, а также устрицы и каракатицы. В молоке и молочных продуктах ее очень мало, поэтому длительный молочный рацион может привести к недостаточности меди в организме.

Малые дозы меди влияют на обмен углеводов в организме (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и других. Увеличение содержания меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина.

Недостаток меди в организме может спровоцировать следующие болезни:

* Анемию

* Бронхиальную астму

* Бронхит

* Витилиго

* Глаукому

* Дистрофию мышц

* Импотенцию с отсутствием сексуального влечения

* Ишемическую болезнь сердца

* Миопатию

* Невриты

* Остеопороз

* Псориаз

* Сахарный диабет

* Токсикоз беременности

* Туберкулез легких

* Эпилепсию

1.2 Источники поступления цинка и меди в реку Амур

В водоёмы тяжелые металлы поступают обычно со стоками горнодобывающих и металлургических предприятий, а также предприятий химической и легкой промышленности, где их соединения используют в различных технологических процессах. Например, много солей хрома сбрасывают предприятия по дублению кожи, хром и никель используются для гальванического покрытия поверхностей металлических изделий. Соединения меди, цинка, кобальта, титана используются в качестве красителей и т.д.

К возможным источникам загрязнения биосферы тяжелыми металлами относят: предприятия черной и цветной металлургии (аэрозольные выбросы, машиностроения, гальванические ванны омеднения, никелирования, хромирования), заводы по переработке аккумуляторных батарей, автомобильный транспорт.

Цинк попадает в воду с промышленными стоками, вымывается из оцинкованных труб и иных коммуникаций, может накапливаться и поступать в воду из ионообменных фильтров.

Источники поступления меди в экосистемы - выбросы металлургических предприятий, минеральные и органические удобрения (особенно медьсодержащие), пестициды, транспорт, осадки сточных вод. Годовой объем техногенного поступления меди в окружающую среду составляет с отходами 77 тыс. т., с удобрениями 94 тыс. т. В результате работы химических предприятий на поверхность Земли ежегодно поступает около 155 тыс. т. (Давыдова, 1991).

Каменный уголь разных месторождений может содержать от 15 до 340 мг/кг соединений меди. Из-за сжигания угля и нефти в атмосферу ежегодно поступает около 2100 т соединений меди. На расстоянии нескольких километров от горно-металлургического комбината, концентрация соединений меди в воздухе может достигать 1,3 мг/м³, при средней концентрации соединений меди в атмосфере города 0,09 мг/ м³ (Байдина, 1995).

1.3 Методы определения тяжелых металлов

Флуориметрический метод.

Цинк.

Методика предназначена для выполнения измерений массовой концентрации цинка в пробах природной, питьевой и сточной воды флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «ФЛЮОРАТ® -02».

Основан на образовании комплексного соединения с 8-меркаптохинолином в среде ацетатного буфера (p H 4,6-4,9), однократной экстракции его 5 см3 хлороформа, измерении интенсивности флуоресценции экстракта на анализаторе «ФЛЮОРАТ® -02» и автоматическом вычислении концентрации цинка при помощи градуировочной зависимости, заложенной в память анализатора. Для устранения мешающего влияния меди используют 8,8'-дихинолилдисульфид, а железа-1,10-фе-нантролин.

Диапазон измеряемых массовых концентраций цинка в пробах природных, питьевых и сточных вод составляет 0,005-2,0 мг/дм³. Если массовая концентрация в анализируемой пробе превышает верхнюю границу диапазона, то допускается разбавление пробы таким образом, чтобы концентрация цинка соответствовала диапазону 0,1-2,0 мг/дм³, но не более чем в 50 раз.

Для хранения и транспортировки проб используют сосуды из полиэтилена или фторопласта. Объем отбираемой пробы составляет не менее 250 см³ при предполагаемой концентрации цинка менее 0,2 мг/дм3 и не менее 50 см³ при более высокой концентрации. Пробу консервируют добавлением концентрированной азотной кислоты. Срок хранения законсервированной пробы - 3 дня. Не законсервированную пробу необходимо проанализировать в течение 4 часов с момента отбора. Одновременно анализируют не менее двух порций подготовленной пробы. Объём аликвоты составляет 5 или 50 см³ в зависимости от содержания цинка в пробе.

При выполнении измерений применяются следующие оборудование и реактивы:

* анализатор жидкости «ФЛЮОРАТ® -02» с комплектом светофильтров;

* ГСО состава раствора ионов цинка (например, ГСО № 7256-96);

* натрия 8-меркаптохинолинат, 2-водный, чистый для анализа;

* вода би-дистиллированная;

* кислота азотная, химически чистая;

* кислота уксусная, химически чистая;

* водорода пероксид, химически чистая;

* аммиак водный, химически чистая;

* натрия ацетат, 3-водный, особо чистый;

* 8,8'-дихинолилдисульфид, чистый для анализа;

*1,10-фенантролин (ТУ 6-09-40-2472-87);

* кислота аскорбиновая, фармакопейная;

* спирт этиловый ректификованный;

* хлороформ, чистый для анализа.

Медь.

Методика предназначена для измерений массовой концентрации меди в пробах природной, питьевой и сточной воды флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «ФЛЮОРАТ® -02». После переработки в 2009 г. методики «ЛЮМЭКС» М 01-02-2005 была снижена нижняя граница определения массовой концентрации меди. Это позволяет использовать новую методику для контроля вод рыбохозяйственных водоемов, где предельно допустимый уровень содержания меди составляет 0,001 мг/дм3 (для всех остальных типов вод - 1 мг/дм³)

Основан на проведении в слабощелочной среде реакции образования флуоресцирующего димера люмокупферона, катализируемой ионами меди, и измерении интенсивности флуоресценции при помощи анализатора жидкости «ФЛЮОРАТ® -02».

Диапазон измеряемых значений массовой концентрации меди составляет от 0,0005 до 5 мг/дм3 . При анализе малых концентраций (менее 0,005 мг/дм3 ) проводят концентрирование пробы.

При выполнении измерений применяются следующие оборудование и реактивы:

* анализатор жидкости «ФЛЮОРАТ® -02» с комплектом светофильтров;

* виалы стеклянные фирмы «Hach»;

* баня водяная любого типа или термореактор «Термион»;

* ГСО раствора ионов меди (например, ГСО № 7255-96);

* люмокупферон, ч.д.а.;

* вода бидистиллированная;

* кислота азотная, ос.ч.;

* кислота уксусная, х.ч.;

* водорода пероксид (не стабилизированный), х.ч.;

* аммиак водный, ос.ч.;

* ЭДТА динатриевая соль, 2-водная (Трилон Б), ч.д.а.;

* ацетон, химически чистый.

Наиболее часто для определения меди и цинка используют инструментальные методы: недорогие фотометрические методы анализа (с диэтилдитиокарбаматом натрия, диэтилдитиокарбаматом свинца и более дорогостоящие методы элементного анализа, например, атомно-абсорбционную спектрометрию (с пламенной или электротермической атомизацией). Достоинством предлагаемого экономичного флуориметрического метода является высокая чувствительность определения, что позволяет уменьшить аликвотные порции образца, при этом сокращается мешающее влияние матричных компонентов и в целом снижается расход реагентов для анализа, в том числе токсичных реактивов.

2. Оценка загрязнения р. Амур тяжелыми металлами (цинк, медь) в период 2011-2013

Оценка состояния поверхностных вод имеет два аспекта: количественный и качественный. И, тот и другой аспекты составляют одно из важнейших условий существования живых существ, в том числе и человека.

Оценка качества поверхностных вод относительно хорошо разработана и базируется на законодательных, нормативных и директивных документах

В качестве критериев оценки ресурсов поверхностных вод рекомендуются два наиболее емких показателя: величина поверхностного (речного) стока или изменение его режима применительно к определенному бассейну и величина объема единовременного отбора воды.

Наиболее распространенным и существенным фактором, обуславливающим дефицит водных ресурсов является загрязнение водных источников, о котором обычно судят по данным наблюдений служб мониторинга Росгидромета и других ведомств, контролирующих состояние водной среды.

Одним из главных факторов, определяющих возможные уровни загрязнения водоемов, помимо их природных свойств, является исходное гидрохимическое состояние, возникающее под влиянием антропогенной деятельности.

Основным критерием загрязнения воды также являются ПДК, которые различаются на санитарно-гигиенические и рыбохозяйственные. Последние, как правило, строже, так как обитатели водоемов обычно более чувствительны к загрязнению, чем человек. Источником информации о гидрологических и гидрохимических свойствах водоемов являются материалы наблюдений, осуществляющихся в сети ЕГСЭМ (Единой государственной системы экологического мониторинга) России.

Таблица 1. Концентрация цинка и меди в реке Амур за период 2011-2013 гг.

Наименование загрязняющего вещества	2011 год	2012 год	2013 год	ПДК мг/дм3
Цинк	0,03	0,04	0,02	0,01
Медь	0,006	0,003	0,002	0,001

В таблице 1 приведены данные о концентрации цинка и меди за период 2011 - 2013 гг.

За три года исследований, концентрация тяжелых металлов, а именно цинка и меди, незначительно превышала ПДК, но к 2013 году снизилась, так как произошло наводнение реки Амур и так же изменения в химическом составе поверхностных вод.

2.1 Анализ содержания цинка в р. Амур за период 2011-2013 год

Качество поверхностных вод оценивалось методом комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям согласно РД 52.24.643 - 2002.

В качестве норматива использовались ПДК вредных веществ для рыбохозяйственных водоёмов, а также водных объектов хозяйственно - питьевого и культурно - бытового водопользования - наиболее жесткие значения из совмещенных списков, рекомендуемых для подготовки информационных документов по качеству поверхностных вод. Наиболее информативными комплексными оценками являются: удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ); класс качества воды. Значение УКИЗВ может варьироваться в водах различной степени загрязненности от 1 до 16. Большему значению индекса соответствует худшее качество воды в различных створах, пунктах и т.д. Классификация качества воды, проведенная на основе УКИЗВ, позволяет разделять поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени их загрязненности: 1-й класс -- условно чистая; 2-й класс -- слабо загрязненная; 3-й класс -- загрязненная; 4-й класс -- грязная; 5-й класс -- экстремально грязная. Большей степени загрязненности воды комплексом загрязняющих веществ соответствует больший номер класса. Для анализа состояния загрязненности использовались перечень и число критических показателей загрязненности (КПЗ).

ПДК Цинка - 0,01 мг/дм^3;

Диаграмма 1. Анализ загрязнения реки Амур цинком за период 2011 - 2013 гг.

2.2 Анализ содержания меди в р. Амур за период 2011-2013 год

ПДК Меди - 0,001 мг/дм³

Диаграмма 2. Анализ загрязнения реки Амур медью за период 2011 - 2013 гг.

3. Мероприятия по снижению загрязнения р. Амур тяжелыми металлами

По материалам исследований разработаны мероприятия по улучшению работы очистных сооружений и снижению загрязнения реки Амур сточными водами. В результате чего установлено контролируемое ограничение загрязнителей на стадии приема сточных вод в систему канализации, а также повышена эффективность очистки стоков: по взвешенным веществам, БПК, цинку, в среднем на 10%; по меди на 30%; по жирам, по железу на 62%.

Рациональное использование водных ресурсов в настоящее время представляет собой крайне насущную проблему. Это прежде всего охрана водных пространств от загрязнения, а так как промышленные стоки занимают первое место по объему и ущербу, который они наносят, то именно в первую очередь необходимо решать проблему сброса их в реки. В частности, следует ограничить сбросы в водоемы, а также усовершенствование технологий производства, очистки и утилизации. Также важным аспектом является взимание платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ и перечисление взимаемых средств на разработку новых безотходных технологий и сооружений по очистке. Необходимо снижать размер платы за загрязнения окружающей среды предприятиям с минимальными выбросами и сбросам, что в дальнейшем будет служить приоритетом для поддержания минимума сброса или его уменьшения. По всей видимости, пути решения проблемы загрязнения водных ресурсов в России лежат прежде всего в области разработки развитой законодательной базы, которая позволила бы реально защитить окружающую среду от вредного антропогенного воздействия, а также изысканий путей реализации этих законов на практике (что, в условиях российских реалий, наверняка столкнется с существенными трудностями).

Заключение

За минувшее десятилетие река значительно пострадала от деятельности человека. Пробы воды показывают повышенную концентрацию загрязняющих веществ.

Изучив методику проведения оценки воздействия цинка, меди на реку Амур, выявлено, что каждое загрязняющее вещество, является потенциальным источником загрязнения водной среды, которые представляют повышенную экологическую опасность.

Чтобы концентрации соответствовали стандартам, необходимо выполнить мероприятия:

На предприятиях установить современные очистители.

Качественно производить очистку сточных вод.

Разработать малоотходные производства.

Если выполнить эти мероприятия, то состояние реки будет удовлетворительным.

река металл загрязнение цинк

Список используемой литературы

1. Габович Р.Д.- Гигиена водоснабжения населенных мест. В кн.: Руководство к практическим занятиям по коммунальной гигиене. Ж.: Медицина.- 1977. Хб. Гаснлина ММ- Биологически активные вещества в зарегулированных водоемах, их роль в формировании качества воды и гигиеническое значение. В кн.: Труды Всесоюзного гидробиологического общества. М., 1963

2. Гидрохимические бюллетени Амурского территориального управления по гидрометеорологии и контролю природной среды за 1993-2013 годы.

3. Гидрологические ежегодники главного управления гидрометеорологической службы при Совете Министров СССР (бассейн р. Амур)за 1993-2000 годы. 2А.Голубева М.Т., Штуковская Л.А.- Пособие по методике санитарно -химического исследования воды.-М., 1961.- 160 с.

4. Голубовская Э.К. Водоросли и водные грибы. В кн.: Биологические основы очистки воды. -М.; 1978. -С. 17-18.

5. http://www.kmslib.ru/

6. http://www.dissercat.com/

7. http://ecology-education.ru/

Приложение

Флюорат

Диаграмма 1. Анализ загрязнения реки Амур медью за период 2011 - 2013 гг.



Диаграмма 2. Анализ загрязнения реки Амур цинком за период 2011 - 2013 гг.

Размещено на Allbest.ru

...