Порівняльний аналіз складу снігового покриву

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

ХІМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЕКОЛОГІЇ ТА ОХОРОНИ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

Дипломна робота магістра

ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ СКЛАДУ

Зміст

Вступ

1. Літературний огляд

1.1 Основні характеристики клімату Закарпатської області

1.1.1 Клімат міста Ужгород

1.1.2 Ужгород - заручник власного розташування

1.2 Характеристика снігового покрову Закарпатської області

1.3 Характеристика та особливості снігового покрову як об'єкту хімічного аналізу

2. Експериментальна частина

2.1 Техніка безпеки та охорона праці при виконанні дипломної роботи

2.2 Вибір ділянок пробовідбору та та обґрунтування критеріїв оцінки якості проб талого снігу

2.3 Пробовідбір

2.4 Визначення параметрів якості розтоплених проб снігу

2.4.1 Визначення жорсткості води

2.4.2 Визначення Са⁺

2.4.3 Визначення Mg⁺

2.4.4 Визначення загальної лужності

2.4.5 Визначення HCO

2.4.6 Розрахунковий метод визначення Na⁺ та К ⁺

2.4.7 Визначення загальної мінералізації

2.4.8 Аргентометричне визначення Хлору

2.4.9 Турбідиметричне визначення сульфатів

3. Результати та їх обговорення

Вступ

клімат сніговий покров закарпатський

Місто Ужгород розташоване на висоті приблизно 120 м в передгір'ях Карпат на річці Уж (105 км в межах України). Територія міста становить 41,56 кмІ. Протяжність міста з півночі на південь -- 12 км, зі сходу на захід -- 5 км. Найвища точка Ужгорода -- гора Велика Дайбовецька -- 224 м. Площа зелених масивів і насаджень становить 1574 га, крім цього, Ужгород майже з усіх боків оточений лісами. Значну частину площі міста становить правобережна частина (Старе Місто), яка дещо більша за лівобережну.

Основними джерелами забруднення атмосфери міста є транспорт, енергетичні системи міста та промисловість.

Автотранспорт дає 70% усіх токсичних викидів в атмосферу. Екологічні проблеми міста Ужгород зумовлюються цілим рядом чинників, які пов'язані з положенням Закарпаття. Зокрема, це - прикордонне положення, найбільша в Україні густота водних об'єктів, велика кількість мінеральних джерел, малоземелля, велика щільність населення, чудові природні умови для розвитку санаторно-курортної та туристично-рекреаційної галузей, насиченість території транспортними комунікаціями, в тому числі трубопровідними, рельєфом місцевості. Разом з тим на території області відсутні об'єкти ядерної енергетики, великі гірничо-металургійні комплекси, вугільні розрізи.

Актуальність обраної теми полягає в тому, що державні служби систематично не досліджують хімічний склад снігового покриву. Хімічний склад фільтрату талого снігу формується в результаті надходження з опадами різних хімічних елементів, поглинутими сніжним покривом газів, водорозчинних аерозолів та взаємодії зі снігом твердих частинок, які осідають з атмосфери. При цьому, якщо кількість твердого осаду, який випадає зі снігом, характеризує запиленість території, то фільтрат талого снігу відображає ступінь забруднення повітряного басейну розчинними формами елементів.

Мета дослідження: виявити основні негативні антропогенні та транскордонні впливи на сніговий покрив міста Ужгород.

Об'єкт дослідження: талий сніг, проби якого зібрані на території м. Ужгород.

Предмет дослідження: сучасний екологічний стан міста Ужгород за гідрохімічними показниками інтегральних проб снігу.

1. Літературний огляд

1.1 Основні характеристики клімату Закарпатської області

Закарпатська область розміщена на крайньому заході України. На Заході область межує з прикордонними країнами Словакією, Венгрією, Румунією.

Закарпаття знаходиться в сфері дії атмосферних процесів, що розвиваються над Атлантикою і континентом Євразії. Основними ЦДА, обумовлюючими циркуляцію на заході республіки є: ісландська депресія, арктичний антициклон, середземноморська депресія, азорський антициклон, сибірський зимні антициклон, відроги якого інколи досягають і низинних районів Закарпаття. Взаємодія цих баричних центрів створює адвекцію повітряних мас і їх трансформацію під дією географічних умов.

Великий вплив на умови циркуляцію в західних районах мають Карпати. Гірський масив послаблює і міняє напрямок руху повітряних мас. Гори мають динамічний і термічний вплив на вертикальні рухи повітря і можуть суттєво мінять термодинамічні властивості повітряних мас. Під дією рельєфу на території Закарпаття формуються різні типи місцевої циркуляції: фени, гірсько - долинні і схилові вітри.

Карпати значно впливають на циклонічну дію. При наближені циклона до гірського хребта в передній частині його внаслідок конвергенції потоку в пригірських районах атмосферний тиск збільшується. Далі по мірі переміщення циклона, разом з ростом тиску на навітреній стороні хребта, починається падіння його на підвітреному схилі. В результаті утворюються два центра пониженого тиску - один біля навітреного схилу, другий - біля підвітряного. В подальшому центр біля не вітряного схилу заповнюється, а біля підвітряного - углибляється і зміщується далі на схід. Такий процес еволюції циклонів отримав назву сегментації.

Закарпатська область по рельєфу і розміщенню ділиться на три основні частини: низинна частина, передгірна і гірська частина області.

В Закарпатській області переважає західний перенос висотних повітряних мас з європейських морів і Атлантичного океану, а також з східно - європейських рівнин. З Атлантики взимку поступає вологе повітря, відносно тепле, літом - помірно тепле, з відлигами, яке спричиняє зливові дощі та грози. Сибірський антициклон впливає на виникнення осінніх і весняних заморозків. З Арктики взимку інколи приходить різке похолодання.

Літня жара виникає внаслідок вступу континентального тропічного повітря з півночі Африки. Виноси тропічного повітря часто обумовлюються в першій половині осені теплою сухою погодою.

Клімат низинною частини області відрізняється практично по всім метеорологічним елементам від клімату передгірної частини області, а клімат передгірної частини має досить значну різницю в кліматі в порівняні його з гірською частиною.

Кліматичну характеристику басейна р. Уж зроблено по багаторічним даним спостережень (30 років) метеостанцій області (м. Ужгород, смт. В. Березний) і гідрологічних постів.

Атмосферні опади є одною з найбільш важливих характеристик клімату.

Територія Закарпаття по географічному положенню і кліматичним умовам відноситься до зони розвинутої зливової діяльності, де на протязі року неодноразово випадає за короткі терміни 100 мм. Опадів і більше. Опади на цій території на протязі усього року обумовлюються головним чином циклонічною діяльністю. Циклони, які переміщаються з Атлантичного океану і Середземного моря приносять в м. Ужгород до 80% річної кількості опадів. Для м. Ужгород характерний континентальний тип випадання опадів з максимумом в літні місяці ( червень, 95 мм.), мінімумом в лютому ( 51 мм. ) і на початку весни ( березень 50 мм.). Такий річний хід зберігається більшість років, але в окремі роки він суттєво відрізняється. Наприклад, 1979 р. максимум відмічався в грудні, а мінімум - в вересні, жовтні.

В низинній частині області випадає менша кількість опадів порівняно з підгірною і гірською частиною: на 80 - 100 мм, менше підгірної частини і на 400 - 500 мм., менше ніж в гірських районах.

1.1.1 Клімат міста Ужгород

Клімат помірно-континентальний, з жарким літом і м'якою зимою. Значно впливає на клімат міста захищеність Карпатами від холодних вітрів з півночі.

Середньорічна температура повітря становить 10,1 ° С, найнижча вона у січні (мінус 1,7 ° С), найвища -- в липні (20,9 ° С).

Найнижча середньомісячна температура повітря в січні (мінус 11,1 ° С) зафіксована в 1964 р., найвища (4,1 ° С) -- у 1936 р. Найнижча середньомісячна температура в липні (17,6 ° С) спостерігалась у 1902 і 1979 рр., найвища (23,6 ° С) -- у 1994 р. Абсолютний мінімум температури повітря (мінус 32,0 ° С) зафіксовано 9-10 лютого1929 р., абсолютний максимум (38,6 ° С) -- 15 липня 1952. В останні 100-120 років температура повітря в Ужгороді, так само як і в цілому на Землі, має тенденцію до підвищення. Протягом цього періоду середньорічна температура повітря підвищилася приблизно на 1,0 ° С. Найбільше підвищення температури в першій половині року.

У середньому за рік в Ужгороді випадає 748 мм атмосферних опадів, найменше їх у лютому і квітні, найбільше -- у червні та липні.

Мінімальна річна кількість опадів (443 мм) спостерігалась у 1961 р., максимальна (1134 мм) -- у 1980 р. Максимальну добову кількість опадів (75 мм) зафіксовано у червні 1892 р. У середньому за рік у місті спостерігається 156 днів з опадами; найменше їх (9) у жовтні, найбільше (18) -- у грудні. Щороку в Ужгороді утворюється сніговий покрив, проте його висота незначна.

Відносна вологість повітря в середньому становить 73%, найменша вона у квітні (63%), найбільша -- у грудні (84%).

Таблиця 1

Погода в м. Ужгород. Температура повітря та опади. Грудень 2014

Дата Температура повітря, °C Опади, мм мінімум середня максимум Відхилення від норми 1 -7.4 -3.1 0.5 -4.9 0.0 2 -1.0 0.9 3.5 -0.7 1.0 3 1.0 3.8 9.4 +2.3 0.5 4 -1.0 3.8 10.0 +2.5 0.0 5 -3.7 1.0 9.3 -0.1 0.0 6 -1.2 3.2 7.7 +2.2 0.0 7 -2.2 1.8 8.0 +1.0 0.0 8 -2.8 0.3 2.7 -0.4 0.4 9 1.6 4.0 6.6 +3.5 0.1 10 2.9 4.9 6.2 +4.5 0.0 11 2.4 2.9 3.6 +2.7 0.0 12 1.8 3.0 4.8 +2.9 0.0 13 0.5 4.3 7.5 +4.3 0.0 14 5.0 7.0 8.5 +7.2 0.0 15 6.3 8.1 9.8 +8.4 0.0 16 6.9 8.1 9.2 +8.5 0.1 17 2.8 6.1 7.7 +6.6 12.0 18 0.8 3.3 5.2 +3.9 0.0 19 4.4 5.6 6.7 +6.3 13.0 20 4.9 6.5 8.0 +7.3 2.0 21 2.5 4.4 6.4 +5.3 0.0 22 0.1 2.7 4.9 +3.7 4.0 23 3.1 5.8 8.2 +6.9 0.0 24 1.0 5.4 7.9 +6.5 0.0 25 0.7 4.1 6.9 +5.3 0.0 26 -3.7 -0.3 3.1 +1.0 0.0 27 -5.3 -1.4 1.5 -0.1 0.0 28 -5.3 -1.6 2.0 -0.2 0.0 29 -5.4 -3.1 0.1 -1.7 0.0 30 -8.9 -6.3 -3.5 -4.8 0.0 31 -14.3 -9.5 -3.6 -8.0 0.0

Норма середньомісячної температури грудня: -0.2 °. Фактична температура місяця за даними спостережень: 2.4 °. Відхилення від норми: + 2.6 °.

Норма суми опадів в грудні: 68 мм. Випало опадів: 33 мм. Ця сума становить 49% від норми.

Найнижча температура повітря (-14.3 °) була 31 грудня. Найвища температура повітря (10.0 °) була 4 грудня.

Таблиця 2

Погода в м. Ужгород. Температура повітря та опади. Січень 2015

Дата	Температура воздуха, °C	Опади, мм
	мінімум	середня	максимум	Відхилення від норми
1	-9.2	-4.8	-3.5	-3.2	0.2
2	-7.5	-4.9	-2.6	-3.3	0.8
3	-4.1	-2.2	-0.1	-0.6	2.0
4	-0.4	0.4	2.7	+2.1	3.0
5	-3.5	-0.1	2.0	+1.6	0.0
6	-4.3	-2.3	-0.8	-0.6	0.0
7	-17.1	-10.8	-4.3	-9.1	0.0
8	-9.5	-7.1	-5.2	-5.4	0.5
9	-6.1	-4.2	-1.4	-2.4	7.0
10	-1.6	1.5	3.5	+3.3	7.0
11	-0.4	2.3	4.1	+4.1	3.0
12	-4.5	0.3	3.7	+2.1	0.0
13	1.5	2.6	4.6	+4.4	0.0
14	-0.4	2.4	6.0	+4.2	0.0
15	-0.6	1.4	3.1	+3.2	0.3
16	0.2	3.1	5.2	+4.9	0.0
17	3.4	6.4	10.0	+8.2	0.0
18	5.1	6.5	7.8	+8.3	5.0
19	2.7	3.9	6.1	+5.7	7.0
20	2.7	3.6	4.8	+5.4	1.3
21	2.2	4.4	6.3	+6.2	3.7
22	3.0	5.2	7.8	+6.9	3.0
23	-0.5	3.3	7.6	+5.0	0.6
24	3.2	6.0	9.0	+7.7	0.6
25	-0.5	2.1	4.9	+3.8	2.0
26	-1.7	1.4	3.7	+3.0	0.0
27	-2.2	0.5	2.3	+2.1	0.0
28	-4.6	0.5	6.1	+2.1	0.0
29	-1.0	-0.1	1.2	+1.4	3.0
30	0.1	3.4	8.0	+4.9	7.6
31	0.4	3.7	8.1	+5.2	16.0

Норма середньомісячної температури січня: -1.7 °. Фактична температура місяця за даними спостережень: 0.9 °. Відхилення від норми: + 2.6 °.

Норма суми опадів у січні: 53 мм. Випало опадів: 74 мм. Ця сума становить 140% від норми.

Найнижча температура повітря (-17.1 °) була 7 січня. Найвища температура повітря (10.0 °) була 17 січня.

Таблиця 3

Погода в м. Ужгород. Температура повітря та опади. Лютий 2015

Дата	Температура повітря, °C	Опади, мм
	мінімум	середня	максимум	Відхилення від норми
1	-2.6	1.5	6.0	+2.9	0.0
2	-4.1	-0.6	0.4	+0.8	3.0
3	-1.5	-0.6	0.1	+0.7	4.0
4	-1.3	0.3	2.2	+1.5	0.5
5	-2.9	1.0	5.5	+2.2	0.2
6	-0.6	1.3	4.3	+2.4	0.0
7	-3.9	-0.7	3.5	+0.3	0.0
8	-3.5	-1.9	0.5	-1.0	0.9
9	-3.8	-2.1	-0.3	-1.2	2.0
10	-3.3	-1.7	0.1	-0.9	2.0
11	-2.5	1.4	7.4	+2.1	0.0
12	-3.9	0.2	5.5	+0.8	0.0
13	-5.7	0.2	7.1	+0.7	0.0
14	-6.1	0.5	9.7	+0.8	0.0
15	-5.7	1.6	10.4	+1.8	0.0
16	-4.1	1.6	7.5	+1.7	0.0
17	-7.9	-1.3	5.0	-1.3	0.0
18	-9.8	-2.4	6.8	-2.6	0.0
19	-5.5	-0.7	5.1	-1.0	0.0
20	0.7	3.2	7.0	+2.7	0.0
21	-3.9	3.1	9.3	+2.5	0.0
22	-1.4	5.8	11.6	+5.0	0.0
23	3.5	5.9	8.0	+5.0	1.1
24	6.6	9.3	14.4	+8.2	2.0
25	-0.4	5.0	11.8	+3.7	1.0
26	4.6	7.5	12.0	+6.0	0.5
27	2.3	5.5	8.1	+3.8	0.0
28	-2.3	4.0	9.5	+2.2	0.6

Норма середньомісячної температури лютого: -0.1 °. Фактична температура місяця за даними спостережень: 1.7 °. Відхилення від норми:

+ 1.8 °.

Норма суми опадів у лютому: 50 мм. Випало опадів: 18 мм. Ця сума становить 36% від норми.

Найнижча температура повітря (-9.8 °) була 18 лютого. Найвища температура повітря (14.4 °) була 24 лютого.

Пояснення по добовим і місячним рекордам. Температурні рекорди для кожного дня визначені як найнижче і найвище значення з ряду даних добового дозволу. Для моніторингу погоди в Ужгороді добові дані взяті за період 1946-2014 рр. Місячні рекорди погоди визначені по ряду даних місячного дозволу. Місячні дані взяті за період 1946-2014 рр. - Температура повітря, 1946-2014 рр. - Опади.

Пояснення щодо розрахунку середньодобових значень. Значення температури повітря і опадів в таблиці наведені за метеорологічні добу, які в різних часових поясах починаються в різний час. У деяких випадках при неправильному ході температурі добовий максимум може бути відзначений вночі, а мінімум - вдень. Тому невідповідність зазначених у таблиці значень нічним мінімумам і денним максимумів з архіву погоди не є помилкою [2].

1.1.2 Ужгород - заручник власного розташування

Багато зелені й наявність річки -- не ознака безпечного для здоров'я середовища, принаймні не в Ужгороді. За даними Центральної геофізичної обсерваторії, Ужгород 12-й за рівнем забруднення у переліку з 53 міст України. У далеко не промисловому центрі повітря переповнене формальдегідом, оксидом азоту, діоксидом вуглецю, тобто, небезпечними речовинами, які невідчутні на запах, зате викликають хвороби верхніх дихальних шляхів, а в поодиноких випадках -- онкологічні захворювання.

Серед міст правобережної частини України обласний центр -- на другому місці. Насправді Ужгород має однакові показники з Рівним, і лише завдяки меншому вмісту однієї з речовин залишається другим. Для порівняння -- середньорічна концентрація формальдегіду в Ужгороді 0,016 мг/куб. м., а в Рівному -- 0,013 мг/куб. м. при ГДК 0,003 мг/куб. м. Загалом середньорічні показники в Ужгороді перевищують гранично допустимі концентрації (ГДК) у 5,3 разу.

У цілому ситуація по Україні дуже схожа. У таблиці з переліком досліджуваних міст майже в усіх є проблеми з формальдегідом, оксидом вуглецю, оксидом азоту, діоксидом азоту.

Регулярні спостереження за забрудненням атмосферного повітря в місті здійснюють на двох стаціонарних базових постах, розташованих у житловій та промисловій зонах міста -- на проспекті Свободи та вулиці Паризької Комуни. Вимірюють повітря чотири рази на добу. Відтак щодня одержують вісім проб. З них у лабораторії вираховують середній рівень і визначають стан забруднення. Лабораторія спостережень за забрудненням атмосферного повітря, якій підконтрольні пости, забезпечена приладами, покази яких достовірні.

Дослідження снігового покрову є зручним і економічно вигідним способом отримання даних про надходження забруднюючих речовин із атмосфери на підстилаючи поверхню. Особливу цікавість сніговий покрив представляє при вивченні процесів довготривалого забруднення (місяць, сезон), оскільки як природній накопичувач він дає представлення про реальну кількість сухих та вологих осадів у холодну пору року.

Найбільш інтенсивно даний підхід приміняють на протязі останніх десятиліть. Показано, що сніг може слугувати індикатором атмосферного забруднення поллютантами різного типу: пилюкою, важкими металами, нафтовими поліциклічними ароматичними вуглеводнями, білковими зєднаннями та ін.. сніговий покрив можна також використовувати для цілей дистанційного зондування параметрів забруднення місцевості, в тому числі і з космосу.

Завдяки геохімічним та санітарно-гігієнічних досліджень були встановлені кількісні зв'язки між складом компонентів в атмосферному повітрі та випаданні на території міст та їх меж, що фіксується у вигляді аномалій в грунті та сніговому покрові, депонують забруднення.

Пояснення даних аномалій можна зробити проаналізувавши троянду вітрів міста Ужгород. Таким чином, визначивши напрямки вітрів у місті можна довести або спростувати припущення про транскордонне забруднення повітряного басейну міста шкідливими речовинами із сусідніх держав.

Рис. 1 Троянда вітрів міста Ужгород



Рис. 2 Карта Ужгорода

1.2 Характеристика снігового покрову Закарпатської області

Сніговому покриву належить одна з ведучих ролей у формуванні клімату зимового сезону. Він зберігає грунт від глибокого промерзання і цим сприяє всмоктуванню талих вод на весні. Значний вплив сніжний покрив має також на температурний режим холодного періоду року. Навесні тепле повітря над сніжною поверхнею охолоджується за рахунок витрати тепла на танення снігу, внаслідок чого виникає снігова інверсія. Сніжний покров характеризується висотою, щільністю та запасом води в снігові. Важливим показником також є дата появи та сходу снігового покриву, утворення та руйнування стійкого снігового покриву, кількість днів з сніговим покривом.

Кругообіг води в природі відбувається за рахунок її випаровування і випадання у вигляді атмосферних опадів (дощу, снігу, граду). При цьому в атмосферу потрапляють сотні речовин, які раніше були відсутні в природі. Це атмосферні забруднювачі - оксиди азоту, оксиди карбону (чадний газ), хлор, формальдегід. В деяких випадках з двох чи декількох відносно безпечних речовин, викинутих в атмосферу, під впливом сонячного випромінювання можуть утворитися отруйні сполуки.

Сніг очищує атмосферу від механічних і хімічних забруднень. Після снігопаду над містами зникає смог, а це кислотні випари, вихлопні гази, аерозолі та радіонукліди в різноманітних формах. Правду кажучи рослинам, на відміну від нас, цей факт покращення не несе. Справа в тому, що при таненні навесні сніг віддає всі адсорбованні забрудники через талу воду у землю. Головні джерела забруднення - теплові електростанції, нафтопереробні підприємства та автотранспорт. Менш небезпечні станції, які працюють на газі, більш - на вугіллі.

Середня дата утворення снігового покриву в м. Ужгород припадає на початок грудня ( табл. 1.5). Середнє квадратичне відхилення дат появи снігового покриву складає 15 днів. Один раз в 20 років сніговий покров може встановлюватись до 10 листопада, або після 28 грудня.

Строки появи снігового покриву в М. Ужгород сильно коливаються з року в рік в залежності від характеру погоди і особливостей циркуляції перед зимового періоду. Період між випадінням першого снігу і утворенням стійкого снігового покриву називається перед зимовим, він продовжується в середньому 24 дні. В ранні зими стійкий сніговий покрив утворюється на 40 днів раніше середньої дати, в пізні зими на 40 днів пізніше. Різниця між настанням найбільш ранньої (13 листопада 1983 р.) і найбільш пізньої ( 6 лютого 1956 р.) дати стійкого снігового покриву може складати три місяці. В теплі малосніжні зими з довгими відлигами обумовленими адвекцією тепла, коли сніжний покрив практично повністю тане, потім знов утворюється, інколи спостерігаються два періоди з стійким сніговим покривом.

На низинних територіях басейну р. Уж переважають зими м'які і відносно теплі з незначним і недовгим сніговим покривом. Навіть в холодні і багатосніжні зими періоди стійкого покриву не перевищують одного місяця.

Максимальна висота снігового покриву за роки спостережень 1946 - 2008, на низині досягала 70 - 90 см., в лютому 1999 р.

За зиму сніговий покрив може утворюватись і сходити в середньому 5 - 7 разів, за зиму 1951 - 1952 рр. він сходив і утворювався 10 разів. Зима 2006 - 2008 рр. була практично безсніжною в низинній частині області.

Повністю сходить сніг, загалом, в другій декаді лютого, при сніжних зимах в кінці лютого - початок березня.

1.3 Характеристика та особливості снігового покрову як об'єкта хімічного аналізу

Вплив антропогенного джерела на навколишнє середовище найбільш масштабно проявляється в повітряних викидах і може бути сумарно визначене по складу снігового покрову для зимового періоду на значній території. Вивчення особливостей викидів аерозольних домішок повітряних викидів, закономірностей формування хімічного складу снігу в залежності від віддаленості від джерела забруднення, встановлення кореляцій між компонентами хімічного складу є предметом даної роботи.

Виходячи з умов формування та існування, сніговий покров - це складна гетерогенна система, яка включає воду в твердому стані, як основний компонент(її вміст зазвичай більше 99 %), а також тверду фракцію, представлену аерозольними частинками. Саме ці аерозольні частинки є основними носіями інформації про склад снігових проб, так як за їх характеристиками можна судити про джерела аерозольних викидів. Єдиної класифікації джерел надходження аерозольних часток в сніговий покрив не існує. Тим не менш, можна припускати наявність вкладу в його в хімічний склад як з боку аерозолів природного походження (космічний пил, континентальні і морські аерозолі), так і від антропогенних викидів промпідприємств, транспорту, сільського, побутового та комунального господарства. Залежно від місця відбору проб внесок від цих джерел і співвідношення між твердою і водорозчинній фракціями снігового покриву може бути різним. Крім того, самі аерозолі також різняться по фазовому, дисперсному, хімічному та мікробіологічному складу. Для вивчення стану довкілля урбанізованих територій найбільший інтерес представляють снігові проби, відібрані в околицях антропогенних джерел. Очевидно, що в цих пробах переважають аерозольні фракції, що характеризують конкретне джерело.

Найбільш інтенсивні дослідження снігового покриву проводяться протягом останніх 40-50 років. Результати проведених досліджень були узагальнені в ряді монографій. Основний висновок, який можна зробити з проведених досліджень, полягає в тому, що сніговий покрив є зручним об'єктом для дослідження тривалого атмосферного забруднення, що дозволяє здійснювати моніторинг навколишнього середовища із застосуванням відносно простих процедур відбору проб, підготовки до аналізу та отримання кількісної інформації про склад. Так, наприклад, відбір снігових проб для виявлення забруднення сніжного покриву повітряними викидами джерел різної просторово-часової структури проводять за визначеними маршрутами, як правило, приуроченим до системи під'їзних шляхів. Власне техніка пробовідбору полягає в зрізі керна на всю глибину снігового покриву дощенту його залягання з використанням труби з пластмаси або титану. Отриманий керн, очищений від залишків грунту та / або рослинності в підставі труби, поміщають в пластиковий пакет. Число кернів в пакеті, а також число взятих проб не регламентується і визначається можливостями використовуваних методів хімічного аналізу. При відсутності підходу, заснованого на моделюванні процесів перенесення газо-аерозольних викидів, для виявлення зон забруднення необхідний відбір великого числа проб, що вимагає значних зусиль при проведенні пробопідготовки та аналізу.

Стандартна процедура підготовки проби снігу до аналізу включає стадію переведення її в рідкий стан шляхом розтоплення при кімнатній температурі. Слід, однак, брати до уваги, що при цьому має місце також часткове розчинення зваженого речовини аерозолю, за рахунок чого відбувається зміна первинного складу фракції аерозолю. Для поділу фаз розчиненої речовини і осаду найчастіше застосовують фільтрування або центрифугування, аналізу піддають і осад і фільтрат. В принципі, можна аналізувати одну з фракцій, якщо відомо, в який з них переважно концентрується визначається компонент, при цьому одержувані дані досить інформативні для характеристики джерела забруднення. Однак у більшості випадків компоненти проби розподілені між двома фазами, причому нерідко спостерігається утворення так званих «вторинних» опадів. Тому для характеристики складу вихідних аерозолів і, отже, джерела викидів, необхідні дані по складу обох аналізованих фаз[6…].

2. Експериментальна частина

2.1 Техніка безпеки та охорона праці при виконанні дипломної роботи

1. Перед початком роботи кожен працівник лабораторії повинен одягнути спецодяг, який зберігається в індивідуальних шафах, окремо від індивідуального одягу.

2. Кожен працівник повинен мати закріплене за ним робоче місце, яке забороняється покидати під час виконання роботи.

3. При роботі зі скляними приладами потрібно захищати руки при зборі або з'єднанні окремих його частин за допомогою каучуку або гуми.

4. При закриванні тонкостінної посудини пробкою, необхідно тримати посудину за верхню частину шийки ближче до місця, куди повинна бути вставлена пробка, захищаючи руки рушником.

5. При нагріванні рідини в пробірці її тримають спеціальним утримувачем так, щоб отвір був направлений від себе та працюючих поруч.

6. Великі хімічні склянки з рідиною піднімають тільки двома руками, таким чином, щоб відігнуті краї склянки спиралися на вказівні пальці.

7. При переливанні рідини користуються лійкою.

8. Нагрівання сильнодіючих отруйних речовин проводять тільки в кругло донних колбах, подалі від вогню у витяжній шафі.

9. При роботі з кислотами та лугами необхідно дотримуватись таких правил:

- всю роботу з концентрованими кислотами та лугами проводять у витяжній шафі, користуючись окулярами, гумовими рукавичками та фартухом;

- концентровану кислоту відбирають із посудини за допомогою спеціальної піпетки з грушею або сифоном;

- забороняється при приготуванні розчинів кислот додавати воду в кислоту. В посудину спочатку наливають необхідну кількість води, а потім малими порціями додають кислоту, постійно помішуючи;

- при приготуванні розчинів лугів, наважку лугу опускають у невелику широкогорлу посудину, заливають необхідною кількістю води і старанно перемішують;

- концентровані кислоти і луги виливають у раковину після попередньої нейтралізації;

- при кипятінні кислотних і лужних розчинів не можна щільно закривати посуд (пробірки і колби пробкою) до повного їх охолодження;

- при митті посуду хромової сумішшю запобігають попадання її на шкіру, одяг, взуття.

10. При роботі з легкозаймистими речовинами (ефір, бензин, бензол, ацетон, спирт та ін..) дотримуються таких вимог:

- усі роботи необхідно проводити у витяжній шафі при включеній вентиляції, вимкнутих газових пальниках і нагрівальних електроприладах відкритого типу;

- забороняється доручати проведення робіт із вогненебезпечними речовинами недосвідченому співробітнику;

- забороняється під час роботи в приміщенні запалювати сірники, палити, включати прилади, при роботі яких може виникнути іскра.

11. Після закінчення роботи необхідно:

- привести в порядок робоче місце;

- залишки шкідливих речовин здати на зберігання;

- старанно вимити руки милом, рот прополоскати водою (30).

2.2 Вибір ділянок пробовідбору та та обґрунтування критеріїв оцінки якості проб талого снігу

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- вибрати ділянки пробовідбору снігу в межах міста Ужгород;

- визначити окремі параметри якості талої води;

- на основі досліджень проб снігу показати антропогенний та транскордонний вплив на нього.

Таблиця 4

Місця відбору проб снігу.

№ точки відбору проби	Назва міської зони	Місце відбору та його характеристика
1	Зелена зона 1	Наб. Незалежності, прохідна, мало машин
2	Транспотрна зона 1	Пл. Корятовича, перехрестя, маршрутна зупинка, прохідна зона
3	Житлова зона	Вул. Харківська, двір за будинком № 19
4	Промислова зона	Вул. Л. Толстого 40, ЗАТ "Ужгородська швейна фабрика"
5	Зелена зона 2	Вул. Ботанічна Набережна, Ботанічний сад
6	Транспортна зона 2	Вул. Коритнянська

Таке розташування точок відбору проб дозволяє проводити оцінку якості проб снігу на різних ділянках і робити висновок про зміни деяких якісних показників талої води по всій території міста Ужгород.

Відбір проб снігу проводився 9.01.2015 та 9.02.2015 р. Обидва періоди пробовідбору мали схожі характеристики: зима малосніжна, тепла. Проби відбиралися у період після випадіння снігу при температурі -3- -5⁰С, оскільки сніговий покрив внаслідок плюсової температури швидко сходив.

2.3 Пробовідбір

Для проведення аналізу використовували зразки снігового покриву, які були відібрані в кінці зимового періоду 8-9 лютого 2015 року в п'яти точках міста Ужгород. В цей період середньодобова температура коливалась в інтервалі (-2- -1⁰С), погода була хмарною з опадами у вигляді снігу. Було відібрано 5 зразків снігового покрову з усіх функціональних зон міста: транспортної, житлової, рекреаційної та промислової.

На протязі зими активне прибирання снігу з міських території не відбувалась. В парках і скверах товщина снігового покриву складала 5-15 см. Проїзні частини міста вільні від снігу; газони, прилеглі до проїзних частин мали невелику товщу снігового покрову: 2-5 см [].

Методика відбору проб снігу

Процедура відбору снігу для аналізів має свої особливості.

Щоб дані були достовірними, в одному місці відбирають три проби. Це робиться таким чином:

? Вибирається майданчик для відбору проб, на якій можна побудувати трикутник зі сторонами не менше 10 м (10-30 м).

? В вершинах цього трикутника розмічаються квадрати зі сторонами 1 м. Виходить 3 таких квадрата.

? Сніг збирається методом "конверта" в цих квадратах, тобто проби беруть по кутах квадрата (4 шт.) і в центрі квадрата. Всього відбирають 5 проб з кожного квадрата, які об'єднують і використовують для одного визначення. Три квадрата в вершинах трикутника дають 15 проб, по 5 для кожного вимірювання.

? Сніг береться майже на всю глибину залягання. Це робиться для того, щоб підсумувати всі забруднення, що накопичилися за сезон в снігу. Сніг відбирається або циліндром, або лопатою або совком.

Всі 15 проб складаються в чистий поліетиленовий пакет. Слід мати на увазі, що обсяг зібраного снігу повинен бути великим, враховуючи, що коли сніг розтане, його обсяг зменшиться приблизно в 10 разів. Тому, щоб отримати, наприклад, 1 літр талої води треба зібрати близько 10 літрів снігу (приблизно відро).

Проби снігу відбиралися на всю глибину залягання снігового покрову за допомого пластмасового черпака. Отриманий зразок, очищений від залишків грунту та рослинності поміщали в пластиковий пакет. В кожній точці відбору проб кількість точок відбору вибирали таким чином, щоб загальна вага проби була 1,0-1,5 кг[].

Пробопідготовка.

Проби снігу доставлялися в лабораторію та розтоплювалися (без штучного підігріву) в скляних стаканах. Проби, відібрані в межах зони дії антропогенних джерел забруднення включають, як правило, сухий залишок. Для відділеня твердих частин від розчину проби фільтрували через паперовий фільтр. По результатам зважування висушеного при температурі 95+-5⁰С фільтру визначали масу сухого залишку[4,5ст].

При аналізі талого снігу можливе використання методик, які приміняються для аналізу вод. Хімічні аналізи виконувались за стандартними методиками. Для дослідження хімічного складу талих вод використовували метод прямої потенціометрії при вимірюванні рН, гравіметрії - при визначенні вмісту сухого залишку, калориметрії - при визначенні нітратів, звязаного Азоту, сульфатів, сульфідів.

Опис проб

Починаючи з проби № 1 візуально можна побачити, що сніг не білосніжний, а з сіруватим відтінком, що може бути зумовлено запиленістю вулиць. При розтопленні даної проби спостерігалося незначне помутніння води і випадання осаду, а також невелика кількість твердих частинок сплила до поверхні води. Завислі частинки - це частики сухих залишків рослин і сміття, які могли потрапити при відборі проб снігу, а осад - це частики землі та тверді уламки сміття. Найбільш візуально-забрудненою була проба № 2, що скоріше за все зумовлено тим, що проба відібрана біля перехрестя на пл.. Корятовича, зовсім поруч маршрутна зупинка, пішохідний перехід, а також дане місце пробовідбору на протязі дня вщент заповнене людьми. Також у пробі № 2 спостерігається незначне закислення, що пояснюється великою кількістю машин у даному місці пробовідбору.

Відбір проб снігу було проведено згідно затвердженої методики за допомогою пластмасової труби на всю глибину снігового покрову у місцях де поверхня снігу не була порушена. Відбір проб проводився в усіх функціональних зонах міста Ужгород, що дозволило зробити загальну оцінку антропогенного та транскордонного забруднення снігового покрову міста. Для транспортування проб снігу використовували чисті поліетиленові пакети, а для розтоплення сніг переміщали у стерилізовані скляні банки. Проби не консервувалися а направлялися безпосередньо на дослідження.

Екологічну оцінку якості талої води проводили згідно «Методики екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями»(34).

На основі проведеного літературного огляду видно, що основними джерелами забруднення снігового покриву міста Ужгород є викиди автотранспорту, тому для оцінки якості розтоплених проб снігу визначали рН,

SO₄^2-, HCO₃^-, Ca²⁺, Cl^-, Na⁺, K⁺ в мг/дм³, згідно стандартних методик(35-43). Показник рН (активна реакція води) визначається електрометричним методом, за допомогою приладу РН-150 М.

2.4 Визначення параметрів якості розтоплених проб снігу

Параметри якості розтопених проб снігу визначалися згідно згідно стандартних методик в лабораторії санепідемстанції.

2.4.1 Визначення жорсткості води

Метод заснований на утворенні при рН=10+0,2 міцної безбарвної комплексної сполуки трилону Б з іонами кальцію і магнію.

Методика визначення.

Для дослідження в конічну колбу відбираємо 100 мл проби води, добавляємо 5 мл аміачного буферного розчину (5%) (для досягнення відповідного рН=10) і 4-5 крапель індикатору - хром темно-синій. Після цього титруємо трилоном Б, в результаті чого відбувається зміна забарвлення індикатора від червоного до блакитного.

Розрахунок у мг-екв/дм³ сумарного вмісту Са²⁺ та Mg⁺ здійснюємо за формулою:

Де: А - об'єм трилону Б витрачений на титрування, мл;

n - нормальність трилону Б;

К - поправка до розчину трилону Б по MgCl; 0,9843 для 0,05 н трилону Б;

V - обєм досліджуваної проби, взятої на титрування, мл(35-36)

2.4.2 Визначення Са⁺

Визначення Са⁺ проводять об'ємним комплексометричним методом.

Методика визначення.

В конічну колбу наливаємо 100 мл досліджуваної води, добавляємо 2-3 краплі NaOH для встановлення рН=10 і суху суміш (0,5 г) індикатору мурексиду до появи малинового забарвлення. Титруємо трилоном Б до переходу забарвлення в фіолетове.

Концентрацію іонів Са⁺ мг/дм³ розраховують за формулою:

де: 20,4 - еквівалент Са²⁺ ;

n - нормальність розчину трилон Б;

К - поправковий коефіцієнт до титру розчину трилон Б;

А - об'єм розчину трилон Б, який витратився на титрування, мл;

V - обєм досліджуваної проби, взятої на титрування, мл (37).

2.4.3 Визначення Mg⁺

Для визначення вмісту Mg⁺ в чистих підземних водах, а також при аналізі талого снігу можна застосувати розрахунковий метод по результатам визначення жорсткості і Са²⁺.

Визначення по розрахунку:

Концентрацію Mg⁺ (мг/дм³) розраховують по формулі:

де: 12,16 - еквівалент Mg²⁺;

А - загальна жорсткість, мг-екв/дм³;

В - вміст Са²⁺, мг-екв/дм³.

Концентрацію по Mg²⁺ (мг-екв/дм³) розраховують по формулі:

Х=А - В.

2.4.4 Визначення загальної лужності

В звичайних природних водах лужність залежить в основному від присутності гідрокарбонатів лужноземельних металів, в меншій мірі - лужних.

Хід визначення.

В конічну колбу відбираємо 100 мл проби води, додаємо 2-4 краплі (0,1 мл) індикатора метилоранжа. Продуваємо повітрям 2-3 хвилини. Титруємо 0,1 н розчином HCl до переходу забарвлення проби з жовтого в оранжеве. Якщо аналіз виконувати без продувки проби повітрям в розрахункову формулу вводять коефіцієнт 1,04 (тобто збільшують лужність на 4%).

Лужність(мг-екв/дм³)=

де: А - кількість мл розчину HCl, яким титрують пробу;

N - нормальність розчину HCl;

V - об'єм досліджуваної води, мл;

К - поправка до нормальності розчину HCl (40).

2.4.5 Визначення HCO

Якщо відсутні CO, то HCO можна визначити розрахунковим методом (через лужність) в мг/дм³.

HCO=61. лужність(мг-екв/дм³)

61 - екв. маса HCO.

При рН води менше 8,3 визначають присутні HCO(40).

2.4.6 Розрахунковий метод визначення Na⁺ та К ⁺

Розрахунковий метод (40):

(Na⁺+К⁺)(мг-екв/дм³)=мг-екв/дм³(мгекв/дм³

2.4.7 Визначення загальної мінералізації

Мінералізація (мг/дм³) = ⁺(Na⁺+К⁺) + HCO + (40)

2.4.8 Аргентометричне визначення Хлору

Методика визначення.

В конічну колбу ємністю 250 мл наливають 100 мл досліджуваної води і додаємо невелику кількість (декілька крапель) водного розчину калію хромату (5%) титруємо 0,5 н розчином AgNO₃ до переходу лимонно-жовтого забарвлення в оранжево-жовте:

Cl^- + Ag⁺ = AgCl

Хлорид срібла менш розчинний, ніж хромат срібла, тому осад хромату срібла не утворюється до тих пір, поки в розчині є хлорид-іони. В т.е. всі хлорид-іони теоретично відтитровані. Додавання першої надлишкової порції титр анту - розчину нітрату срібла приводить до виникнення червоного осаду срібла хромату:

2AgNO₃ + K₂CrO₄ = Ag₂CrO₄ + 2KNO₃

При отриманні червоного осаду титрування закінчують. Визначення проводять при рН 6,5-10,3, тому що в сильно кислому середовищі осад срібла хромату розчиняється з утворенням дихромат-іонів:

Ag CrO₄ + 2Н⁺ = 4 Ag⁺ + + Н₂О

В сильно лужних розчинах аргентометричне титрування не проводять, оскільки в лужних розчинах солі срібла дають коричневий осад Ag₂О.

Вміст Cl^- визначають за формулою:



де: а - об'єм AgNO₃, який пішов на титрування;

n - нормальність AgNO₃;

k - поправковий коефіцієнт, який рівний 1;

35,45 - еквівалент Cl^-;

V - об'єм досліджуваної проби взятої на титрування, мл.

2.4.9 Турбідиметричне визначення сульфатів

Готуємо серію розчинів, яка складається з холостої проби та 8 проб досліджуваного талого снігу. У колбу на 25 мл наливаємо по 10 мл проби, підкислюємо HCl 3-4 краплі (1:1), додаємо по 10 мл гліколієвого реагенту. Проби залишають на 30 хв. Порівняння інтенсивності забарвлення досліджуваних проб проводять фотометричним методом (42), вимірюючи оптичну густину розчину при довжині хвилі 360+20 нм в кюветах з товщиною стінки 5 мм, будують градуювальник графік. Вміст сульфатів знаходять за градуювальник графіком(43).

3. Результати та їх обговорення

У відповідності із стандартними методиками аналізу було проведено визначення окремих параметрів інтегральних проб снігу, які були відібрані у місті Ужгород. Результати досліджень представлені в таблицях.

Размещено на Allbest.ru

...