Загрязняющие вещества в выпадающих осадках Калининградской области

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РФ

БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ИММАНУИЛА КАНТА

ФАКУЛЬТЕТ БИОЭКОЛОГИИ

КАФЕДРА ХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ХИМИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

ИССЛЕДОВАНИЕ  ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКАХ

 

 

 

 

 

                                                                         Выполнила:

студентка III курса

                                                                    очной формы обучения

Санжеревская Д.Ю.

                                                     Научный руководитель

доцент, к.б.н.

Н.В. Чибисова

 

 

 

 

Калининград - 2012

Оглавление

Введение………………………………………………………………………..…3

Глава 1. Обзор  литературы…………………………………………………….5

1. Источники поступления…………………………………………........6
2. Биологическое действие …………………………………………….10

Глава 2. Наблюдения за химическим составом осадков………………….15

2.1. Отбор проб……………………………………………………………15

2.2. Оборудование для отбора  проб………………………….. …………17

Глава 3. Методы определения………………………………………………...19

3.1.    Определение рН…………………………………………………...19

3.2.      Электропроводность……………………………………………...20

3.3.      Определение основных ионов……………………………………22

      3.3.1. Ионная хроматография…………………………………….22

  3.3.2. Атомно-абсорбционная спектроскопия……………..........23

Заключение……………………………………………………………………...25

Список литературы…………………………………………………..…………..26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В эпоху научно-технической  революции антропогенные воздействия  на окружающую среду становятся интенсивными и масштабными. Серьезную опасность  представляет усиливающиеся загрязнение  природных сред – атмосферы, гидросферы, биосферы. В связи с этим наибольшую важность приобретают проблемы контроля качества и регулирования состояния  окружающей среды.

Запасы воздуха на земном шаре очень велики, практически безграничны. Химический состав его в различных  частях Земли более или менее  однороден. Кроме таких важных компонентов, как азот, кислород, углекислый газ, атмосферный воздух в разных количествах  содержит множество других веществ. Первые относятся к составляющим атмосферы, вторые ее загрязняют. Загрязнение может быть связано с естественными (извержение вулканов, пыльные бури, лесные пожары) и антропогенными (дымовые трубы промышленных предприятий, электростанции, котельные, автомобильный и железнодорожный транспорт, авиация) процессами. Вместе с дымовыми и вентиляционными газами улетают тысячи тонн ценных веществ и материалов. Особенно большие изменения в составе атмосферного воздуха происходят в крупных промышленных центрах, где состав воздуха уже не в состоянии самовозобновиться. В результате этого заводские районы некоторых городов становятся непригодными для проживания.

Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха, проводимые в  России в 1988-1996 гг., свидетельствовали  о снижении средних концентраций взвешенных веществ, растворимых сульфатов, аммиака, сероводорода вследствие спада  производства и закрытия предприятий. В последние годы содержание в  атмосферном воздухе вредных  примесей увеличивается, т.к. наблюдается  подъем производства предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности, энергетических предприятий  и стройиндустрии и рост парка автомобилей¹.

Часть взвешенных в воздухе  веществ оседает на Землю вместе с осадками. Осадки являются эффективным  фактором вымывания различных веществ  из воздуха. При этом процессы влажного и сухого выпадения могут привести к изменению химического состава  почв, вод рек и водоемов.

Исходя из этого, была сформулирована цель данной работы: изучить загрязняющие вещества, входящие в состав атмосферных осадков, их влияние на человека.

Для достижения обозначенной цели были поставлены следующие задачи:

• провести анализ имеющейся по данной теме литературы;
• изучить правила отбора проб атмосферных осадков;
• изучить методы определения загрязняющих веществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I. Обзор литературы

 

По своему химическому  составу вода является соединением  двух атомов водорода и одного атома кислорода. Однако в естественных условиях в воде постоянно содержаться самые различные вещества и элементы. Это объясняется тем, что в процессе круговорота она, соприкасаясь с загрязненным воздухом, различными горными и осадочными породами и почвами, растворяет то или иное количество содержащихся в них химических соединений и превращается в раствор, часто весьма сложного состава. При этом формирование метеорных осадков начинается еще в процессе их выпадения, когда капельно-жидкая вода и кристаллы снега поглощают и как бы вымывают из атмосферы молекулы солей, взвешенные вещества и бактерии. Следовательно, качественный состав осадков зависит от степени загрязнения тех слоев воздуха, через которые они проходят. В дальнейшем, по мере стекания дождевых и талых вод к искусственным и естественным водосбросам, отмечается еще более значительное изменение их химических и бактериальных показателей.

Среди неорганических соединений, находящихся в воде, необходимо указать  на соли кальция и магния, количество которых определяет ее жесткость, а  также на возможность содержания других минеральных соединений, что, прежде всего, относится к хлоридам и сульфатам. Одним из постоянных ингредиентов водной среды является железо, а так же некоторые микроэлементы, в том числе бериллий, марганец, медь, молибден, мышьяк, свинец, селен, стронций, фтор, цинк и др. В воде также могут обнаруживаться соли аммиака, азотной и азотистой  кислот, наличие которых служит одним  из показателей загрязнения воды белковыми веществами. В открытых водоисточниках содержится примесь органических соединений, являющиеся водных организмов или попадающих вместе с различными стоками. Наконец, для газового состава воды характерно наличие растворенного кислорода, углекислого газа, сероводорода².

 

1. Источники поступления.

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое  изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие  на здоровье человека и животных, состояние  растений и экосистем³.

Атмосфера всегда содержит определённое количество примесей, поступающих  от естественных и антропогенных  источников.

Естественное загрязнение  воздуха вызвано природными процессами.

Естественные источники  загрязнения обычно бывают площадными (распределёнными), например, выпадение космической пыли и т.п. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др.

Уровень загрязнения атмосферы  естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени. К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия.

Помимо газообразных загрязняющих веществ, в атмосферу поступает большое количество твердых частиц. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность таит загрязнение природной среды тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров. Особенно остро стоит проблема загрязнения воздуха свинцом.

• Кальций.

Основные источники поступления  кальция в атмосферу – разработки природных соединений, производство цементов, сточные воды производств (бумажного, химического, стекольного, химико-фармацевтического, кожевенного, лакокрасочного); много кальция содержат бытовые стоки прачечных.

Поступление значительных количеств  кальция и связанное с этим увеличение щелочности и жесткости  питьевой воды имеет место при  использовании цементных и бетонированных емкостей, труб и хранилищ⁴.

• Сульфаты.

Сульфаты находятся в  составе атмосферного аэрозоля, воздушной  среды производственных помещений, атмосферы городов, в сточных  водах промышленных предприятий (металлургических, химических, текстильных, пищевых, кожевенных, стекольных). Чаще встречаются сульфаты натрия, аммония, кальция.

Большая часть серы поступает  в окружающую среду в виде оксида серы (VI). Период существования SO2 в атмосфере города составляет от 3 до 5 часов. Оксид серы (VI) благодаря высокой гигроскопичности быстро реагирует с водяным паром атмосферы и превращается в аэрозоль серной кислоты. При низкой относительной влажности он может длительное время находиться в воздухе, а при высокой – оседать подстилающую поверхность.

Неоднократно отмечалось выпадение аэрозоля серной кислоты  из домовых факелов химических предприятий, содержащих оксиды серы при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Сульфаты поступают в атмосферу так же в результате выветривания почв, с частицами морской соли, с выхлопами газов автомобилей⁵.

Содержание сульфатов  в осадках составляет от 1 до 10 мг/л.

• Хлор.

Хлор, присутствующий в виде хлорноватистой кислоты или ионов  гипохлорита, принято называть свободным  хлором. Хлор, существующий в виде хлораминов (моно- и ди-), а также в виде треххлористого азота, называют связанным хлором. Общий хлор – это сумма свободного и связанного хлора.

Свободный хлор достаточно часто применяют для дезинфекции  питьевой воды. В промышленности хлор используют при отбеливании в  бумажном производстве, производстве ваты, пластмасс, инсектицидов, растворителей, для уничтожения паразитов в  холодильных установках, в металлургии  для хлорирующего обжига руд цветных  металлов.

Основной источник поступления  хлора в атмосферу – электролиз хлористых солей, массовые выбросы  при очистке воды, сжигание продуктов, содержащих хлор. Средние концентрации хлора в атмосферном воздухе  колеблются от 1 до 3,7 мг/куб.м. К промышленным предприятиям, наиболее загрязняющих атмосферу хлором, следует отнести химико-фармацевтические, металлургические, целлюлозно-бумажные⁶.

• Хром.

Источники поступления хрома  в окружающую среду могут быть как антропогенными, так и природными.

Находящийся в природе  хром всегда встречается в трехвалентном  состоянии, шестивалентный хром в окружающей среде практически полностью  является результатом хозяйственной деятельности человека⁷.

Главным антропогенным источником поступления хрома в окружающую среду являются предприятия по производству цемента, стекольное производство, сжигание топлива, черная металлургия, металлообрабатывающая, автомобильная, текстильная, кожевенная, пищевая и химическая промышленность. Промышленные отходы предприятий в  виде золы, пыли, шлака, шлама содержат в своем составе значительное количество хромовых загрязнений. Большое  количество поступает в водные объекты  с промышленными стоками.

Основными природными источниками  загрязнения окружающей среды соединениями хрома являются обширные лесные пожары, продукты вулканической деятельности. Вода в районах, где есть месторождения  хрома может содержать повышенные его концентрации в результате выщелачивания из пород (серпентинитов и других хромосодержащих минералов). Так же некоторые количества хрома поступают в воду в процессе разложения организмов и растений. Однако не один из этих природных источников, в отличии от антропогенных , не приносит таких количеств хрома, которые представляли бы опасность для здоровья человека и животных⁸.

• Ртуть.

Природное содержание ртути  составляет ~0,003-0,009 мкг/м³.  Ртуть характеризуется малым временем пребывания в воде и быстро переходит в отложения в виде соединений с органическими веществами, находящимися в них⁹. Поскольку ртуть адсорбируется отложениями, она может медленно освобождаться и растворяться в воде, что приводит к образованию источника хронического загрязнения, действующего длительное время после того, как исчезнет первоначальный источник загрязнения. Мировое производство ртути в настоящее время составляет более 10000 т в год, большая часть этого количества используется в производстве хлора. Ртуть проникает в воздух в результате сжигания ископаемого топлива.

• Свинец.

Активными источниками загрязнения  свинцом являются электростанции и  бытовые печи, работающие на угле. Источниками  загрязнения свинцом в быту могут  быть глиняная посуда, покрытая глазурью; свинец, содержащийся в красящих пигментах. Наиболее серьезным источником загрязнения среды обитания организмов свинцом являются выхлопы автомобильных двигателей. Антидетонатор тетраметил - или тетраэтилсвинец - прибавляют к большинству бензинов, начиная с 1923 г., в количестве около 80 мг/л. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца в зависимости от условий движения выбрасывается в атмосферу. Основная его масса осаждается на землю, но и в воздухе остается заметная ее часть.

• Кадмий и цинк.

Кадмий и цинк являются наиболее важными металлами при изучении проблемы загрязнений, так они широко распространены в мире и обладают токсичными свойствами. Кадмий и цинк (так же ка свинец и ртуть) обнаружены в основном в сульфидных осадках. В результате атмосферных процессов эти элементы легко попадают в океаны.  В почвах содержится приблизительно 4,5х10 ^–4 %. Растительность содержит различное количество обоих элементов, но содержание цинка в золе растений относительно высоко –0,14;, так как этот элемент играет существенную роль в питании растений. Около 1 млн. кг кадмия попадает в атмосферу ежегодно в результате деятельности заводов по его выплавке, что составляет около 45 % общего загрязнения этим элементом.         52 % загрязнений попадают в результате сжигания или переработки изделий, содержащих кадмий. Кадмий обладает относительно высокой летучестью, поэтому он легко проникает в атмосферу. Источники загрязнения атмосферы цинком те же, что и кадмием¹⁰.

 

2. Биологическое действие