Мхи как накопители тяжелых металлов

Одним из ведущих загрязнителей атмосферы крупных городов является автомобильный транспорт. Ежегодно один легковой автомобиль поглощает 4 тонны молекулярного кислорода, при этом выделяя в атмосферу 0,8 тонн оксида углерода, до 40 килограмм оксидов азота, до 200 килограмм углеводородов, а также сажу, тетраэтилсвинец, альдегиды. В выхлопных газах содержатся вещества, способствующие развитию раковых заболеваний (например, бензапирен). Негативное влияние транспорта на окружающую среду заключается в том, что для его работы нужно топливо, которое является токсичным. Нерациональное использование веществ также загрязняет природную среду. Работа транспорта обуславливается шумом, вибрациями, электромагнитным излучением, тепловым загрязнением среды обитания.

Уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе Челябинск на данный момент остается высоким, испытывая негативное воздействие под влиянием выбросов предприятий чёрной и цветной металлургии, энергетики, машиностроения, строительной индустрии и автотранспорта [9, 10].

В городе Челябинск состояние атмосферного воздуха соответствует очень высокому уровню загрязнения.

Критический уровень загрязнения атмосферного воздуха наблюдается в периоды неблагоприятных метеорологических условий, которые способствуют скоплению вредных примесей в приземном слое, в районах, подверженных влиянию крупных промышленных предприятий.

Автомобильный транспорт является одним из самых крупных загрязнителей окружающей среды города Челябинск. Воздействие автомобильного транспорта многообразно и проявляется в загрязнении атмосферного воздуха и почвы токсичными веществами отработавших газов транспортных двигателей [17].

Транспортная ситуация с каждым годом усложняется, так как темпы роста численности автотранспорта опережают темпы развития уличной дорожной сети города.

Общая протяженность сети автомобильных дорог на территории города Челябинска составляет 1291 км, в том числе улиц с усовершенствованным покрытием, рассчитанных на движение современных транспортных средств 772 км (60 %) [24].

По данным Министерства экологии Челябинской области в 2016 году продолжилось снижение объёмов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников. За отчётный год организациями, действующими на территории Челябинской области, было выброшено в атмосферу 597,484 тыс. тонн загрязняющих веществ, что составило 15,4 % от общего количества загрязняющих веществ, отходящих от всех стационарных источников или 95,3 % к уровню прошлого года [20].

Количество объектов, осуществляющих выбросы загрязняющих веществ на территории Челябинской области, составило 551 единицу. Количество объектов, имеющих установленные нормативы предельно допустимых выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух составляет 397 единиц [20].

На очистные сооружения поступило 3392,15 тыс. тонн загрязняющих веществ (76,4 % от общего количества загрязняющих веществ, отходящих от всех стационарных источников выделения), из них было уловлено и обезврежено 3 284,083 тыс. тонн (84,6 % от поступивших на очистные сооружения) [20].

По видам экономической деятельности, наносящим наибольший вред окружающей среде, выделяются обрабатывающие производства. Выбросы загрязняющих атмосферный воздух веществ по этим организациям в 2016 году составили 2 211,9 тыс. тонн (56,9 % от выбросов по всем видам экономической деятельности); в организациях, осуществляющих производство и распределение электроэнергии, газа и воды, выбросы в атмосферу составили 1579,1 тыс. тонн (40,7 %), при добыче полезных ископаемых - 46,95 тыс. тонн (1,2 %); выбросы транспорта и связи - 27,458 тыс. тонн (0,7 %); выбросы от сельского и лесного хозяйства - 7,34 тыс. тонн (0,18 %). На долю хозяйствующих субъектов с другими видами экономической деятельности, действующих на территории Челябинской области, приходится 4,59 тыс. тонн загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу (0,12 %) [20].

В целом по Челябинской области снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников в 2016 году (597,484 тыс. тонн) в сравнении с 2015 годом (626,889 тыс. тонн) на 4,7 % произошло за счёт выполнения природоохранных мероприятий промышленными предприятиями, в том числе: ОАО «ММК», филиал «Южноуральская ГРЭС» АО «Интер РАО - Электрогенерация», ЗАО «Карабашмедь», филиал ПАО «ОГК-2» - Троицкая ГРЭС, ПАО «Челябинский цинковый завод» [20].

Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносили: бенз(а)пирен, формальдегид, диоксид азота. Среднегодовая концентрация бенз(а)пирена превысила предельно допустимый уровень в целом по городу в 2,3 раза, что ниже, чем в 2015 году (3 ПДКсс) - в 1,3 раза. Среднегодовая концентрация формальдегида в 2016 году, по сравнению с 2015 годом, снизилась в 1,3 раза и составила 0,9 ПДКсс. Среднегодовая концентрация диоксида азота в 2016 году составила 1 ПДКсс, тогда как в 2015 году этот показатель фиксировался на уровне 0,7 ПДКсс, то есть также наблюдалось снижение в 1,4 раза [20].

Максимальные из среднесуточных концентрации тяжёлых металлов, превысившие нормативные значения, достигали: свинца - 1,3 ПДКсс (район пр. Победы, ПНЗ № 23, июнь), это выше, чем аналогичный показатель в 2015 году в 1,2 раза, марганца - 1,5 ПДКсс (район ул. Российской, ПНЗ-27, апрель) [20].

По результатам мониторинга загрязнения атмосферного воздуха в г. Челябинске в 2016 году уровень загрязнения атмосферного воздуха по городу в целом по Индексу загрязнения атмосферного воздуха оценивается как «высокий» [20].

3.2 Основные особенности производства нефтяной и газовой промышленности

Нефтяная и газовая отрасли являются ведущими на территории Западной Сибири. На её территории расположен г. Ноябрьск, важной характеристикой этого города является высокий промышленный потенциал. Добыча углеводородного сырья является главным сектором экономики как региона, так и конкретно данного населённого пункта.

В городе Ноябрьск Ямало-Ненецкого автономного округа расположены предприятия нефтяного и газового промысла такие как:

• Акционерное общество «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз»

• ОАО «Варьеганнефть»

• НафтаГаз

• Weatherford

• Каскад-Сибсервис

• Газпром добыча Ноябрьск

• Schlumberger

• ГазпромТрансГаз Сургут

• Schoeller-Bleckmann

• СибурТюменьГаз

• Halliburton

• Римера

Крупным градообразующим предприятием является Акционерное общество «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» осуществляет деятельность по добыче нефти и газа в Ямало-Ненецком и Ханты-Мансийском автономных округах. С момента создания предприятия добыто более 850 млн. тонн углеводородов в нефтяном эквиваленте.

Компания АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» разрабатывает 13 месторождений: Холмогорское, Карамовское, Пограничное, Спорышевское, Средне-Итурское, Западно-Ноябрьское, Вынгапуровское, Новогоднее, Ярайнерское, Холмистое, Чатылькинское, Воргенское, Равнинное. Основная часть месторождений находится на Ямале.

На территории данного города занимаются добычей, первичной переработкой, транспортировкой нефти и природного газа.

Объекты газодобывающего и нефтедобывающего комплекса являются лидерами во многих регионах Российской Федерации. При эксплуатации скважин и подготовке работы нефтепроводящих нефтепроводов в окружающую среду попадают высокоактивные пластовые воды, попутный нефтяной газ вырывается наружу и сжигается в факелах, так как промышленные предприятия не улавливают его, на почвы и в грунтовые воды попадают химические реагенты, которые используются для интенсификации извлечения углеводородного сырья.

Также важно отметить, что при разработке и эксплуатации газовых и нефтяных скважин происходит нарушение земель, учитывая, что на территории Западно-Сибирской равнины находятся малопродуктивные почвы, которые легко разрушаются и долго восстанавливаются после антропогенного воздействия.

Эксплуатация скважин часто сопровождается разливами нефти, содержание тяжёлых металлов зависит от площади и количества разлива нефти, а также её состава.

Смолы и асфальтены, которые входят в состав нефти содержат основную часть её микроэлементов. Нефтяное загрязнение способно со временем исчезать под действием микробиологических процессов, а металлы и радионуклиды могут включаться в биогеохимические циклы, встраиваться в растения, по трофическим цепям попадать в организм человека и животных.

3.3 Количественное определение содержания меди, цинка, свинца и кобальта во мхах исследуемых территорий

Анализируя комплексный доклад Министерства экологии Челябинской области, можно сказать, что тяжёлые металлы выступают в качестве приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха. В связи с этим, нами проведен анализ количественного содержания некоторых тяжелых металлов: меди, кобальта, цинка, свинца во мхах, находящихся на территории объектов, подверженных техногенному воздействию и с активной транспортной средой.

В таблице 1 приведены значения результатов, полученных при определении количественного содержания меди во мхах карбаматным методом по градуировочному графику.



Таблица 1. Содержание меди в исследуемых образцах мхов

№ пробы	№1	№2	№3
Содержание меди, мг/г мха	0,085	0,11	0,075

Результаты определения показывают, что наибольшие содержания меди наблюдаются в точке 2 - территория Парк культуры и отдыха имени Ю.А. Гагарина. Возможно превышение содержания меди в данном случае связано с атмосферным приносом вещества от техногенных источников.

В таблице 2 приведены полученные по градуировочному графику результаты определения количественного содержания кобальта в исследуемых видах мхов.

Таблица 2. Содержание кобальта в исследуемых образцах мхов

№ пробы	№1	№2	№3
Содержание кобальта, мг/г мха	0,001	0,00002	0,00005

Результаты показывают, что наибольшим содержанием кобальта характеризуется точка 1 - город Ноябрьск (Ямало-Ненецкий автономный округ). Данный результат можно объяснить тем, что точка отбора находится недалеко от автомобильной дороги, которая может служить источником поступления тяжёлых металлов. В качестве другого источника поступления металла могут выступать предприятия нефтяной и газовой промышленности, которая в свою очередь является источником многих загрязняющих атмосферу веществ в том числе тяжёлых металлов и радионуклидов.

В таблице 3 приведены результаты титриметрического анализа содержания свинца.

Таблица 3. Содержание свинца в исследуемых образцах мхов

№ пробы	№1	№2	№3
Содержание свинца, мг/г мха	0,1	0,1	0,1



Во всех пробах содержание этого металла оказалось постоянным. Поступление этого металла может быть обусловлено ранним воздействием автомобильного транспорта. В настоящее время содержание свинца в окружающей среде понизилось, что связано с запретом на использование свинецсодержащего бензина. В то же время, этот металл, аккумулируясь мхами, может сохраняться в них длительное время. В связи с этим, достаточно большое содержание данного металла в исследуемых образцах мхов может быть связано с предыдущим воздействием.

В таблице 4 приведено содержание цинка в исследуемых образцах. Оно практически одинаково для всех образцов, но имеет наибольшие значения в точке 1.

Таблица 4. Содержание цинка в исследуемых образцах мхов

№ пробы	№1	№2	№3
Содержание цинка, мг/г мха	0,7	0,6	0,5

Данный результат можно объяснить тем, что точка отбора находится недалеко от автомобильной дороги, которая может служить источником поступления тяжёлых металлов, также в городе имеется нефтяная и газовая промышленность, которая в свою очередь является источником многих загрязняющих атмосферу веществ, в том числе тяжёлых металлов и радионуклидов. Источником поступления цинка в отобранных пробах № 2 и № 3 можно объяснить размещением на территории города Челябинска промышленных предприятий цветной и чёрной металлургии в том числе «Челябинский цинковый завод».

На рис. 1-3 приведен сравнительный анализ содержания четырёх определяемых металлов в образцах отдельных участков, на которых производился отбор проб.

Рис. 1 Содержание металлов в образце мха точки № 1 (содержание кобальта = n*10^-2)

Рис. 2 Содержание металлов в образце мха точки №2 (содержание кобальта = n*10^-4)



Рис. 3 Содержание металлов в образце мха точки №3 (содержание кобальта = n*10^-4).

Анализ содержания металлов показывает, что металлом, характеризующимся наибольшим накоплением в образцах мхов на всех исследованных участках является цинк, при этом его содержание для всех трёх точек практически одинаково. Возможно, что данный металл постоянно вносится в окружающую среду от техногенных источников.

Вторым по содержанию металлов в исследуемых образцах является свинец. Одинаковое содержание этого элемента во всех образцах может свидетельствовать о предыдущем воздействии, возможно, от автотранспорта, которое привело к накоплению металла и его сохранению.

Наименьшим содержанием характеризуется кобальт, что свидетельствует о малом поступлении этого металла из атмосферы.



Заключение по третьей главе

На основании полученных данных можно сказать, что основными источниками поступления тяжёлых металлов является промышленные предприятия. В городе Челябинске источниками поступления являются Челябинский металлургический завод, Челябинский цинковый завод, Челябинский Электрометаллургический завод, ТЭС № 2 и № 3.

В городе Ноябрьск Ямало-Ненецкого автономного округа источниками поступления тяжёлых металлов являются предприятия нефтяной и газовой отрасли. Данные предприятия носят угрозу загрязнения всех компонентов окружающей среды: природных вод, почвенного покрова, атмосферного воздуха, растений, которые по цепям питания могут передать аккумулированные элементы из внешней среды. Возможно загрязнение воздуха жилых и общественных зданий, продуктов питания.

Самые высокие содержания тяжёлых металлов в результате аналитических исследований получились при определении таких элементов как свинец, медь и цинк. Наибольшим содержанием характеризуется цинк, наименьшим - кобальт.



Заключение

В результате работы проведен анализ литературного материала, посвященного вопросам источников и путей поступления тяжёлых металлов в объекты окружающей среды, в том числе, в почвы и растения. Рассмотрено влияние тяжёлых металлов на биологические системы, а также возможности использования мхов в качестве биоиндикаторов экологического состояния атмосферы.

Отобраны образцы проб мхов с трёх участков территории города Челябинск и города Ноябрьск Ямало-Ненецкого автономного округа. С помощью методов комплексонометрического титрования и фотометрического анализа проведен анализ содержания в отобранных образцах почв содержания тяжёлых металлов (медь, кобальт, свинец, цинк), проведено сравнение содержания во мхах, отобранных с различных точек, а также различных металлов во мхах одной точки.

Выводы

1. Основным путём попадания тяжёлых металлов во мхи является абсорбция из атмосферы, по причине чего мхи могут быть использованы как биоиндикаторы экологического состояния атмосферного воздуха.

2. Все образцы мхов различных территорий характеризуются близкими значениями содержания исследуемых тяжёлых металлов. Пробы мхов территории города Ноябрьск характеризуются наиболее высоким из трёх проб содержанием кобальта.

3. Наибольшим содержанием в образцах мхов на всех исследованных участках характеризуется цинк, при этом его содержание для всех трёх точек практически одинаково. Возможно, что данный металл постоянно вносится в окружающую среду от техногенных источников. Наименьшим содержанием характеризуется кобальт.

4. Достаточно высокое и одинаковое во всех точках содержание свинца может свидетельствовать о предыдущем воздействии автотранспорта, которое привело к накоплению металла и его сохранению.



Список использованных источников

1. Устойчивость растений к химическому загрязнению [Текст] / сост. Р.В. Кайгородов. - Пермь: Перм. гос. ун-т. - 2010.- 151 с.

2. Межибор, А.М. «Зелёные контролёры» загрязнения воздуха [Текст] / А.М. Межибор // Молодой ученый. - 2015. - №12. - С. 103-108.

3. Давыдова, С.Л. Тяжелые металлы как суперэкотоксиканты XXI века [Текст] / С.Л. Давыдов. - М.: Изд-во РУДН, 2002. - 140 с.

4.Дончева, А.В. Прогнозирование изменения природы горно-металлургическим производством [Текст] / А.В. Дончева, В.Н. Калуцков. - Вестн. Моск. ун-та Сер. География - 1976. - № 5. - С. 10-13.

5. Другов, Ю.С. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов: практическое руководство [Текст]/ Ю.С. Другов, А.А. Родин. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 469 с.

6. Есенжолова, А.Ж. Биоиндикационный потенциал листьев древесных и кустарниковых растений г. Темиртау [Текст] / А.Ж. Есенжолова, М.С. Панин. // Вестник Томского гос. ун-та. Биология. - 2012. - №3.(19). - С.160-168.

7. Иванова, Р.Р. Оценка состояния окружающей среды по содержанию тяжелых металлов в почве и растительности города [Текст] / Р.Р. Иванова. // Научный журнал КубГАУ. - 2012. - № 81(07). - С. 1-10.

8. Зокиров, Р.С. Оценка аккумулирующей способности древесных растений в отношении тяжелых металлов в примагистральных зонах г. Худжанда [Электронный ресурс] / Р.С. Зокиров, О.А. Неверова. // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 5. - Режим доступа: https://science-education.ru/ru/article/view?id=7230, свободный. - Загл. с экрана.

9. Илькун, Г.М. Загрязнители атмосферы и растения [Текст] / Г.М. Илькун. - Киев: Наукова думка, 1978. - 246с.

10. Калинин, Б.Д. Экологической контроль тяжёлых металлов в объектах окружающей среды [Текст] / Б.Д. Калинин // Экология и природопользование. - 2001. - № 5. - С. 32-34.

11. Коношина, С.Н. Накопление ионов тяжелых металлов в листовом опаде различных видов древесных растений на урбанизированных территориях [Текст] / С.Н. Коношина, Н.Л. Хилкова // Вестник ОрелГАУ. - 2015. - № 2(53). - С. 29-35

12. Копылова, Л.В. Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях урбанизированных территорий (Восточное Забайкалье) [Текст] / Л.В. Копылова. - Чита: ЗабГУ, 2013. - 153 с.

13. Корягина, Н.В. Экологический мониторинг урбанизированных территорий [Текст] / Н.В. Корягина, А.Н. Поршакова. - Пенза: ПГУАС, 2014. - 127с.

14. Котов, Ю.С. Эколого-токсикологическая оценка урбанизированных и сопредельных территорий [Текст] / Ю.С. Котов. - Казань: Казанский университет, 1990. - 146c.

15. Кретович, В. Л. Биохимия растений [Текст] / В.Л. Кретович. - М.: Высшая школа, 1980. - 445 с.

16. Медведев, С.С. Физиология растений [Текст] / С.С. Медведев. - СПб: Изд-во СпбГУ, 2004. - 336 с.

17. Насибулина, Б.М. Региональные экологические проблемы урбанизированных территорий в условиях техногенного воздействия [Текст] / Б. М. Насибулина. - Астрахань : Астраханский университет, 2008. - 137 с.

18. Новиков, А.В. Исследование воздействия антропогенного загрязнения среды с помощью растительных тест-объектов [Текст] / А.В. Новиков, М.Ф. Козак, Ю.С. Чуйков, Е.В. Щепетова, Ю.Дубровин, Г. Екимова, А. Матвеева. // Астраханский вестник экологического образования. - 2008. - № 1-2. - С.24-31.

19. Орлов, Д.С. Экология и охрана биосфера при химическом загрязнении: Учебное пособие для химико-технологических и биологически специализированных ВУЗов [Текст] / Д.С. Орлова. - М.: Высшая школа, 2002. - 334с.

20. Сайт Министерства экологии Челябинской области [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mineco174.ru/, свободный. - Загл. с экрана.

21. Сайт Онлайн карты Google Maps [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.google.ru/maps, свободный. - Загл. с экрана.

22. Сайт Челябинский обзор [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ob-zor.ru/news/ekonomist-sergey-gordeev-zayavil-chto-ekologicheskie-riski-stroitelstva-gok-ryadom-s-gorodom-s, свободный. - Загл. с экрана.

23. Сайт ОАО «ЧМК» (Мечел) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk, свободный. - Загл. с экрана.

24. Сайт ОАО «ЧЭМК» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.chemk.ru/, свободный. - Загл. с экрана.

25. Сайт ОАО «ЧЭЦЗ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.zinc.ru/, свободный. - Загл. с экрана.

26. Скачкова, С.А. Эколого-экономические аспекты повышения качества среды урбанизированных территорий [Текст] / С.А. Скачкова. - Волгоград: ВГУ, 2002. - 150с.

27. Строгонова, М.Н. Городские почвы: генезис, классификация, функции. Почва, город, экология [Текст] / М.Н. Строгонова, А.Д. Мягкова. - М.: Мир, 1997. - 188с.

28. Трифонова, Т.А. Оценка экологической компоненты в кадастре земель урбанизированных территорий [Текст] / Т.А. Трифонова, А.Н. Краснощеков // Arcwiew. - 2008. - № 4. - С. 1718.

29. Трифонова, Т.А. Эколого-геохимический анализ загрязнения ландшафтов [Текст] / Т.А. Трифоновва, Л.А. Ширкина, Н.В. Селиванова. - Владимир: ООО «Владимир Полиграф», 2007. - 170с

30.Федорец, Н.Г. Методика исследования почв урбанизированных территорий [Текст] / Н.Г. Федорец, М.В. Медведев. - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. - 84 с.

31.Федоров, А.А. Экологичсекое состояние почв как одно из направлений аллелопатических исследований [Тескт] / А.А. Федоров, И.Ш. Малогулова // Успехи современного естествознания. - 2013. - № 8. - С. 32-33.

32. Челябинская область. Атлас / под ред. проф. В.В. Латюшина. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - Челябинск: АБРИС, 2012. - 32 с.

33. Шаврак, Е.И. Природный каркас урбанизированных территорий и его роль в обеспечении экологической устойчивости урбоэкосистем [Текст] / Е.И. Шаврак, С.А. Богоровская. - Новочеркасск: НвГУ, 2011. - 179 с.

34. Ясовеев, М.Г. Экология урбанизированных территорий: учеб. пособие [Текст] / М.Г. Ясовеев, Н.Л. Стреха, Д.А. Пацыкайлик. - Минск: Новое знание: ИНФРА-М, 2015. - 292 с.



Приложение 1

Карта отбора проб

( Google Earth,2018)



Приложение 2

Карта отбора проб

( Google Earth,2018)



Приложение 3

Карта отбора проб

( Google Earth,2018)



Приложение 4

График зависимости оптической плотности раствора от содержания кобальта



Приложение 5

График зависимости оптической плотности раствора от содержания меди

Размещено на Allbest.ru

...