VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Исследовательский проект выполнен в рамках самостоятельной внеаудиторной работы обучающихся с целью формирования профессиональных компетенций при освоении профессионального модуля «Контроль объектов окружающей среды».

Актуальность работы: Для оценки качества окружающей среды используют различные формы и методы мониторинга, позволяющие узнать как текущее состояние компонентов природной среды, так и сделать прогнозы их изменения. Одним из эффективных методов, позволяющим оценить степень техногенной нагрузки на окружающую среду городов и здоровье проживающего в них населения, является мониторинг загрязнения снегового покрова.

Благодаря  высокой сорбционной способности снег накапливает в своем составе практически  все  вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим  снег можно рассматривать как своеобразный  индикатор загрязнения окружающей среды.   В снежном покрове могут аккумулироваться  различные вредные вещества, которые  с  талыми водами  поступают в открытые и подземные водоемы, почву, загрязняя их. 

Среди источников экологической опасности в г. Томск к основным относятся производственные объекты теплоэнергетики, транспорта, стройиндустрии, деревообработки, химической и пищевой промышленности. Подавляющее их большинство размещаются в зонах жилой застройки. Только немногие из промышленных объектов располагаются в малонаселенных микрорайонах за пределами жилых зон города. Основной вклад в объем выбросов от стационарных источников (около 60%) вносят предприятия теплоэнергетической отрасли.

При интенсивной урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и природной среды в городе. Сегодня без автомобиля немыслимо существование человечества, и он становится конкурентом человека за жизненное пространство. Доля выбросов от автотранспорта в воздушную среду Томска составляет 74% от общегородского объема выбросов [7].

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, условий окружающей среды. Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от дымовых и выхлопных  газов становится все более актуальной.

Цель работы: Данная работа посвящена изучению и оценке загрязнения территории г. Томска тяжелыми металлами и твердыми взвешенными частицами на основе исследования снегового покрова, как одного из компонентов окружающей природной среды и одновременно индикатора ее состояния.

Для  достижения  данной  цели  необходимо  решить  следующие задачи: 1. Изучение   спектра   вредных   воздействий   автомобильного транспорта и топливно-энергетического комплекса  на окружающую среду.

2. Изучение  степени  влияния  отработанных газов и тяжелых металлов на здоровье человека.

3. Определение мест отбора проб снегового покрова.

4. Отбор проб и анализ снегового покрова.

5. Обсуждение экспериментальных данных.

Практическая ценность работы: Полученные результаты могут использоваться для оптимизации схемы мониторинга атмосферного воздуха и получения на её основе более детальной оценки состояния загрязнения атмосферы города в зимнее время.

1  Теоретические основы исследовательской работы

1.1 Качество атмосферного воздуха в Томске

 Для комплексной оценки степени загрязнения воздуха используется показатель — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). ИЗА характеризует уровень длительного загрязнения атмосферы и рассчитывается по пяти приоритетным загрязняющим веществам. В соответствии с существующей градацией уровень загрязнения считается низким, если ИЗА < 5, повышенным — при ИЗА от 5 до 6, высоким — при ИЗА от 7 до 13, очень высоким — при ИЗА ≥14.

Важное значение в формировании уровня загрязнения атмосферы имеют метеоусловия, определяющие перенос и рассеивание выбросов. Вредные вещества, попадающие в атмосферу от антропогенных источников, оседают на поверхности почвы, зданий, растений, вымываются атмосферными осадками, переносятся на значительные расстояния ветром. Все эти процессы напрямую зависят от температуры воздуха, солнечной радиации, атмосферных осадков и других метеорологических факторов.

Состояние атмосферного воздуха в Томске в 2012 году ухудшилось по сравнению с предыдущим годом, индекс загрязнения атмосферы повысился на 0,8 единицы и составил 11,0, что связано с перераспределением транспортных потоков (увеличение нагрузки на пр-т Ленина, пр-т. Фрунзе, ул. Р. Люксембург) в связи с работами по строительству развязки на месте пересечения  нескольких крупных транспортных магистралей города (район 4-й Поликлиники). Для сравнения ИЗА: г. Кемерово — 13,3, г. Новосибирска — 9,8, г. Барнаула — 12,3,   г. Новокузнецка — 22,5, г. Заринска — 12,6 [8].

Основной «вклад» в загрязнение городской воздушной среды вносят следующие вещества: бензапирен, формальдегид, хлористый водород, фенол, аммиак, взвешенные вещества (особенно после схода снега). Большая часть пылевидных частиц поступает от предприятий топливно-энергетического комплекса и автотранспорта.

1.2 Роль автомобильного транспорта в загрязнении окружающей среды

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СХHY), окислы азота (NOX), альдегиды и сажу. Картерные газы - это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д.

Известно, что сжигание 1 тонны топлива бензиновым двигателем автомобиля приводит к образованию в среднем 600 кг окиси углерода. В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели выбрасывают значительно больше дыма, состоящего в основном из несгоревшего углерода. Содержание СО в карбюраторных двигателях составляет 0,5-12,0 %, что составляет до 200 кг на 1000 л топлива, в дизельных двигателях соответственно – 0,01-0,5 % и на 1000 л топлива – до 25 кг. Окись углерода образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах. Во время работы дизеля концентрация СО незначительна (0,1…0,2%). У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8% из-за работы на обогащенных смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания число испарившихся молекул. Общеизвестно, что образование окиси углерода, которая является токсичным газом, получается в основном при процессе неполного сгорания топлива, а также характерно для двигателей, срок эксплуатации которых по паспортным данным истёк. 

Твердые частицы (сажа) – образуются в камере сгорания двигателя в результате пиролиза топлива при высоких температуре и давлении при недостатке кислорода. Содержание сажи в отработанных газах двигателей составляет: для карбюраторных двигателей 0,04 г/м3, что составляет на 1000 л топлива 1 кг; для дизелей 0,1-0,01 г/м3, или 3 кг на 1000 л топлива. Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.  Сажа выделяется из выхлопной трубы автомобиля в виде чёрного дыма, который отрицательно влияет на организм человека и окружающую среду. В современных дизельных двигателях в масло попадает много сажи, которая сильно загрязняет двигатель и способствует его преждевременному износу.  

Передвижные источники загрязнения пространственно рассредоточены по территории Томска и расположены в непосредственной близости к жилым районам, что создает общий повышенный фон загрязнения. Они располагаются невысоко от земной поверхности, в результате чего отработавшие газы автомобилей слабее рассеиваются ветром по сравнению с промышленными выбросами и скапливаются в зоне дыхания людей.

Так же, как во многих исторических городах, пропускная способность улиц в центральных районах Томска невелика и не справляется с возросшим в последнее время машинопотоком, что приводит к созданию «пробок» и концентрации значительного количества веществ в воздухе. Отсутствие в городе специальных высокоскоростных объездных магистралей, необходимого количества путепроводов, развязок, подземных и надземных переходов сказывается на скорости движения транспорта и загрязнение воздушного бассейна. Загрязнению атмосферного воздуха способствует так же высокая концентрация автотранспортных предприятий и гаражных боксов в жилой застройке, загруженность центральных дорог города маршрутным транспортом, высокий процент неисправных автотранспортных единиц, доминирование низкосортных видов жидкого топлива. 

1.3 Влияние топливно-энергетического комплекса на окружающую среду

Развитие теплоэнергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды:

·        на атмосферу (потребление кислорода воздуха, выбросы газов, паров, твердых частиц);

·        на гидросферу (потребление воды, переброска стоков, создание новых водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов);

·        на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение водного баланса, изменение ландшафта, выбросы на поверхности и недра твердых, жидких и газообразных токсичных веществ).

В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты.

Взаимодействие теплоэнергетики и окружающей среды происходит на всех этапах ее деятельности: добыче, транспортировке, переработке, преобразовании природных ресурсов и использовании тепловой энергии. Это взаимодействие обусловлено как способами изъятия и переработки полезных ископаемых, связанных с воздействием на структуру и ландшафты литосферы, загрязнением морей, озер и рек, так и выделением теплоты и использованием тепловой энергии от источников.

К объектам теплоэнергетического комплекса относятся тепловые электрические станции (ТЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие тепловую и электрическую энергию, а также котельные, вырабатывающие только тепловую энергию. Наиболее крупными источниками централизованного теплоснабжения г. Томск являются государственная районная теплоэлектростанция (ГРЭС-2), расположенная в юго-восточной части города, и ТЭЦ-3, размещенная в северном промузле населенного пункта. В г. Томск имеется 85 котельных, принадлежащих в основном промышленным предприятиям. Эти котельные предназначены для отопления производственных помещений предприятий и прилегающих объектов жилищно-коммунального сектора, для обеспечения паром технологических процессов на основных производствах.

При сжигании различных видов топлива в атмосферу выбрасываются углекислый газ, водяной пар и такие вредные вещества,  как угарный газ, оксиды серы, азота, углеводороды, соединения тяжелых металлов, бензапирен, сажа, несгоревшие частицы твердого топлива.

В результате промышленной деятельности человека в области производства тепловой энергии в окружающей среде наблюдается целый ряд существенных изменений:

·        появление в атмосфере частиц, являющихся ядрами конденсации, в 10 раз больше;

·        наличие в воздухе  газовых примесей увеличено в 5-25 раз;

·        количество туманов стало больше зимой на 100%, летом – на 30%;

·        солнечное излучение уменьшено на 20%;

·        температура повышается на 1-2°С.

1.4 Антропогенные источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду г. Томска

Активными источниками загрязнения городской среды тяжелыми металлами являются:

·        автотранспорт;

·        предприятия топливно-энергетического комплекса;

·        бытовые печи частного сектора;

·        несанкционированные свалки бытовых  отходов.

Цинк поступает в придорожное пространство в результате истирания различных деталей автомобилей, эрозии оцинкованных поверхностей, износа шин, за счет использования в маслах присадок, содержащих этот металл.

Так, в качестве антиокислительных присадок к моторным маслам применяют диалкил - и диарилдитиофосфаты цинка, которые улучшают также антикоррозионные свойства и уменьшают износ деталей [2].

После отказа от использования соединений кадмия в процессах вулканизации резины и замены их соединениями цинка истирание автомобильных шин также стало одним из источников накопления этого металла вдоль дорог. В последнее время для борьбы с коррозией широко используется за рубежом и интенсивно внедряется у нас оцинковка кузовных деталей автомобилей, прежде всего днища, что влечет за собой дополнительное поступление цинка в придорожное пространство.

В результате этих процессов вдоль автомобильных дорог формируются геохимические аномалии цинка [6].

Кадмий до определенного периода попадал в почву при истирании шин, т.к.  он добавлялся к резине для ускорения процесса вулканизации.  В настоящее время использование кадмия в производстве шин запрещено, и это обстоятельство положительно сказывается на качестве почв и снегового покрова.

Наиболее крупными поставщиками соединений свинца являются автотранспорт, котельные и частный сектор, работающие на сжигании топлива. Уголь, мазут, дизельное топливо, бензин содержат повышенные количества тяжелых металлов (ванадий, никель, бериллий, свинец, ртуть, мышьяк и др.), которые при высокотемпературных процессах сжигания топлива образуют газообразные соединения, в меньшей степени твердые аэрозоли, и формируют в приземной атмосфере, затем на поверхности Земли обширные поля загрязнения.

Мусорные свалки представляют собой мощные площадные источники загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, в том числе свинцом. К собственно бытовым источникам поступления свинца в твердых бытовых отходах следует отнести отработанные свинцовые аккумуляторные батареи, потерявшие потребительские свойства провода и кабели, лакокрасочные покрытия (особенно выпущенные в прошлые десятилетия), изделия из хрусталя, свинцовых стекол, глазированную керамику, паяные изделия, в том числе и консервные жестяные банки, некоторые резиновые изделия. В продуктах мусоропереработки содержание свинца превышает таковое в земной коре от сотен до тысяч раз.

Источниками поступления меди в экосистемы служат котельные, бытовые печи, работающие на угле, автотранспорт, бытовые отходы. Каменный уголь разных месторождений может содержать от 15 до 340 мг/кг соединений меди. Из меди изготавливаются трубки в системе вывода выхлопных газов из автомобилей. Медная паста применяется  в деталях автомобилей в качестве противозадирной смазки, как теплорассеивающая смазка, а также для защиты от воздействия воды, пара и коррозии.

1.5  Воздействие отработанных газов на здоровье человека

Промышленные  выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям. Так, твердые частицы размером более 0,1 мм оседают на подстилающих поверхностях в основном из-за действия гравитационных сил. Частицы, размер которых менее 0,1 мм, a также газовые примеси в виде CO, СХНУ, NOX, SOX , образующиеся при сгорании углеводородного топлива, распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии.

Оксид углерода (II)

Окись углерода, угарный газ CO, оксид углерода (II) - это соединение углерода с кислородом; газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Оксид углерода относится к 4 классу опасности, предельная допустимая концентрация среднесуточная (ПДКСС) составляет 3,0 мг/м3 [1]. Он воздействует на нервную и сердечнососудистую системы, вызывает удушье.

Поступая в организм через органы дыхания, угарный газ взаимодействует с гемоглобином и образует карбоксигемоглобин, не обладающий способностью переносить кислород к тканям. Если инактивировано 70% гемоглобина, то наступает удушье и смерть.

Оксиды серы

Оксиды серы SO2   и  SO3  относятся к 3 классу опасности, ПДКСС составляет 0,05 мг/м3 [1]. Они оказывают раздражающее воздействие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз.

Оксиды азота

Оксиды азота NO и NO2 обладают общетоксическим и раздражающим действием. NO относится к 3 классу опасности, его ПДКСС составляет 0,06 мг/м3, NO2 относится ко 2  классу опасности, его ПДКСС составляет 0,04 мг/м3 [1]. NO2 обладает в 7 раз большей токсичностью по сравнению с NO. При растворении оксидов азота в межклеточной и внутри клеточной жидкостях образуются азотная и азотистая кислоты, которые при высоких концентрациях приводят к отеку легких.

Углеводороды

Углеводороды оказывают наркотическое действие на человека. Они обусловливают мощность и плотность фотохимического смога, при этом в результате химических реакций образуют весьма токсичные продукты: альдегиды, кетоны, пироксиацетилнитрат. Метан и другие низшие алканы, такие как этан, пропан, накапливаясь в атмосфере, влекут за собой постепенное повышение среднегодовой температуры, что является следствием «парникового эффекта». Углеводороды нефти относятся к 4 классу опасности, ПДК  составляет 300 мг/м3.

Твердые взвешенные вещества

К твердым взвешенным частицам (ТВЧ) относят присутствующие в воздухе взвешенные вещества различных типов и разного происхождения, размеры которых не превышают 100 мкм. Для частиц больших размеров время пребывания в атмосфере относительно мало, т.к. они довольно быстро осаждаются на землю под действием сил гравитации. Размер частиц имеет первостепенное значение для описания их поведения, а также процессов осаждения или времени пребывания в воздушной среде и распространения на территориях.

Источниками антропогенных ТВЧ служат металлургические предприятия, ТЭС, стройиндустрия, нефтеперерабатывающие производства, автотранспорт.

Размер частиц в воздухе колеблется от 0,01 мкм до 100 мкм. Крупные частицы размером больше 10 мкм осаждаются быстрее и улавливаются, в основном, при очистке. Мельчайшие частицы от 0,01 мкм до 0,1 мкм определяются в большинстве случаев в небольшом количестве проб воздуха. Среди мелкой фракции частиц, которые накапливаются в воздухе и могут переноситься на большие расстояния, преобладают частицы размером от 0,1 до 2,5 мкм. Крупные частицы размером более 2,5 мкм в процессе гравитационного осаждения выпадают на землю, хотя ветром могут подниматься в воздух и обусловливать вторичное его загрязнение.

Взвешенные частицы могут быть причиной биологического загрязнения воздуха, то есть содержать вредные микроорганизмы, включающие бактерии, вирусы и грибки. Первоначально считалось, что размер частиц не имеет существенного значения при изучении влияния взвешенных частиц на организм человека, однако дальнейшие исследования показали принципиальное отличие в механизмах воздействия частиц разных размеров и чем меньше их размер, тем глубже они проникают по воздухоносным путям и больше их опасность для здоровья.

Влияние взвешенных частиц на здоровье проявляется широким спектром биологических эффектов — от увеличения частоты кашля и других симптомов со стороны верхних и нижних дыхательных путей, обострения бронхиальной астмы, увеличения частоты случаев бронхита до увеличения смертности от заболеваний органов дыхания и сердечнососудистых заболеваний.

При неполном сгорании топлива образуется сажа, представляющая собой высокодисперсный порошок, на 90% состоящий из частиц углерода. Сажа обладает большой адсорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам и полициклическим углеводородам, что делает ее опасной для человека. ПДКСС для сажи составляет 0,04 мг/м3 [1]. При вдыхании воздуха с высоким содержанием частиц сажи последние проникают в дыхательные пути, усиливая вредное действие других токсичных компонентов отработавших газов. В результате соединения с аллергенами сажа многократно усиливает их действие, создает неприятное ощущение загрязнения воздуха.

Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней части дыхательного тракта захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненный воздух и слизь при раздражении дыхательной системы. Тонкие частицы представляют наибольшую опасность для здоровья человека, так как способны пройти через естественную защитную оболочку в легкие. Вдыхание ТВЧ вызывает кашель, одышку, ослабляет иммунную систему, повреждает легочные ткани.

1.6 Воздействие тяжелых металлов на организм человека

Токсичность тяжелых металлов обусловлена как их широким распространением и высокой миграционной подвижностью в компонентах природной среды, так и способностью аккумулироваться в организме человека, пищевой цепи, включаться в метаболический цикл и вызывать разнообразные физиологические нарушения, в том числе на генетическом уровне.

Ниже рассмотрены воздействия на организм человека цинка, кадмия, свинца и меди, содержание которых исследовалось в пробах снегового покрова.

Соединения цинка относятся к 3 классу опасности, попадая в избыточных количествах в организм, они накапливаются в печени, отлагаются преимущественно в мышцах и костной системе. При цинковом отравлении наступает фиброзное перерождение поджелудочной железы. Вдыхание паров цинка (сварщиками) ведет к развитию литейной лихорадки или латунной простуды, проявляющейся ознобом, температурой, обильным слюноотделением, головной болью, кашлем, лейкоцитозом. Высокие концентрации цинка задерживают рост и нарушают минерализацию костей [3].

Кадмий намного токсичнее цинка. Он и его соединения относятся к I классу опасности. В организме человека кадмий аккумулируется в основном в почках, печени и двенадцатиперстной кишке. Токсическая доза для человека: 3-330 мг. Порог токсичности определен как 30 мкг/сутки. Летальная доза для человека: 1,5-9 г.

Токсичное действие кадмия проявляется уже при очень низких концентрациях. Его избыток ингибирует синтез ДНК, белков и нуклеиновых кислот, влияет на активность ферментов, нарушает усвоение и обмен других микроэлементов (Zn, Cu, Se, Fe), что может вызывать их дефицит.

Хроническое воздействие кадмия на человека приводит к нарушениям почечной функции, легочной недостаточности, анемии и потере обоняния. Существуют данные о возможном канцерогенном эффекте кадмия и о вероятном участии его в развитии сердечнососудистых заболеваний.

Наиболее тяжелой формой хронического отравления кадмием является болезнь итай-итай, характеризующаяся деформацией скелета с заметным уменьшением роста, поясничными болями, болезненными явлениями в мышцах ног, утиной походкой. Кроме того, отмечаются частые переломы размягченных костей даже при кашле, а также нарушение функции поджелудочной железы, изменения в желудочно-кишечном тракте, гипохромная анемия, дисфункция почек и др.

Свинец является одним из наиболее токсичных металлов и включен в списки приоритетных загрязнителей рядом международных организаций, в том числе ВОЗ и  ЮНЕП. По степени воздействия на живые организмы свинец отнесен к 1 классу опасности.

Наиболее чувствительной мишенью для отравления свинцом является нервная система, что выражается в утомлении и ухудшении концентрации. С увеличением уровня свинца в крови падает острота слуха, особенно в высокочастотной части диапазона. Соединения свинца ингибируют способность организма образовывать гемоглобин, а при хроническом отравлении вызывают анемию.

Последствием длительного воздействия свинца на почки является нефропатия (почечная недостаточность), кроме того, свинец является потенциальным почечным канцерогеном для человека. Свинец, откладывающийся в организме матери, легко проходит через плаценту, подвергая эмбрион риску, а именно: отрицательно воздействует на жизнеспособность человеческого эмбриона и его развитие.

Симптомами умеренного токсического воздействия органических соединений свинца являются боли в суставах, мышечное истощение, головная боль, тремор (дрожание), потеря в весе, а тяжелые отравления могут привести к параличу и смерти.

Все соединения меди токсичны. 30 г сульфата меди, относящегося ко 2 классу опасности,  является летальной дозой для человека. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л. Болезнь Вильсона сопровождается накапливанием меди в организме, вызывая повреждение мозга и печени.

2  Аналитическая часть исследовательской работы

2.1 Основные этапы работы

1) В качестве фонового выбран участок в районе Лагерного сада, который располагается в лесном массиве на берегу реки Томь, где антропогенное воздействие минимально. Участок выбран с учетом розы ветров. Поэтому там отмечаются наиболее низкие концентрации анализируемых веществ.

2) Схема пробоотбора составлялась на основе фактической информации об экологическом состоянии на территории города. Большее внимание было уделено Октябрьскому микрорайону г. Томска, где расположен колледж и проживает основное количество студентов. Места отбора проб указаны в таблице 1 (Приложение А).

3) Пробоотбор снежной массы проводился шурфным способом на всю глубину снежного покрова. Керн снега очищался на месте от попадавшей туда земли, прошлогодней листвы, травы, хвои, захваченных с первым слоем снега. Пробы снега помещались в чистые полиэтиленовые пакеты во избежание возможного выщелачивания из стекла гидрокарбонатов, карбонатов и других анионов слабых кислот. Пробы снегового покрова отбирались согласно РД 52.04.186 – 89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы» [5].

4)               Пробоподготовка производилась в несколько этапов, целью которых являлось разделение жидкой и твердой фаз, для дальнейшего проведения химического анализа. Для этого отобранные пробы снега растаивались при комнатной температуре, фильтровались с использованием  вакуума. Фильтрат с добавлением концентрированной азотной кислоты выпаривался досуха с целью устранения мешающего влияния органических примесей. Осадок растворялся при нагревании таким же объемом бидистиллированной воды, какой была проба.

5) Анализ подготовленной пробы с целью определения содержания пылевидных частиц осуществлялся  путем фильтрования под вакуумом снеговой воды, высушивания и взвешивания твердого осадка на фильтре. Сначала чистые бумажные фильтры высушивались в сушильном шкафу при температуре 105°С в течение 45 минут, затем охлаждались в эксикаторе в течение 30 минут и взвешивались. Затем через подготовленные бумажные фильтры пропускалась снеговая вода под вакуумом. После чего фильтры с осадком высушивались при тех  же условиях и взвешивались. По разности масс фильтра с осадком и чистого фильтра находилось содержание  твердых частиц в снеговом покрове. Данные эксперимента представлены в таблице 1 (Приложение А)  и гистограмме (Приложение Б).

6) Химический анализ снеговой воды с целью определения содержания тяжелых металлов осуществлялся методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА-1.

Метод инверсионной вольтамперометрии (ИВ) основан на способности определяемого элемента электрохимически накапливаться на поверхности рабочего электрода и растворяться в процессе анодной или катодной поляризации при определенном потенциале, характерном для каждого элемента.

Регистрируемый на вольтамперограмме максимальный ток (пик) элемента прямо пропорционален массовой концентрации определяемого элемента в растворе.

Аппаратура для метода ИВ достаточно проста и содержит источник поляризуемого напряжения (ИПН), измеритель тока (ИТ) и электрохимическую ячейку, или датчик (Д), (рис. 1). Фиксируемыми параметрами являются потенциал Е и анодный ток I.

В простейшем случае электрохимическая ячейка, или датчик представляет систему из двух электродов, опущенных в раствор электролита (фона) с анализируемой пробой. Индикаторный электрод (ртутно-пленочный) предназначен для концентрирования определяемого вещества, а электрод сравнения (хлорсеребряный) служит для подачи на индикаторный электрод напряжения.

Исследования проводились в соответствии с аттестованной методикой количественного химического анализа проб природных, питьевых и очищенных сточных вод, устанавливающей порядок определения содержания (массовой концентрации) цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии [4].

Определение концентрации тяжелых металлов в растворе можно проводить тремя основными методами:

·        методом калибровочных графиков,

·        методом стандартных добавок,

·        методом стандартных растворов.

 В работе использовался метод стандартных добавок,  основанный на существовании зависимости величины анодного тока от концентрации определяемого элемента. Содержание тяжелых металлов рассчитывалось по уравнению (1):

             (1)

 где  Сх – концентрация определяемого элемента, мг/дм3;

Сcm – концентрация аттестованной смеси, мг/дм3;

Сдоб – концентрация добавки, мг/дм3;

V0 – объем анализируемого раствора, см3;

Vдоб – объем добавки стандартного раствора, см3;

Iх – величина силы анодного тока анализируемого раствора, мкА;

Iдоб – величина силы анодного тока анализируемого раствора с добавкой, мкА.

Общая схема анализа методом ИВ состоит из следующих этапов:

 

 

7) Данные исследований 11 проб снегового покрова сведены в таблице 1 и 2 (Приложениях А и В),  представлены в виде гистограмм (Приложениях Б, Г и Д).

Заключение

По результатам проведенных исследований было установлено, что наибольшие значения пылевой нагрузки наблюдаются в зоне воздействия ГРЭС-2 на пересечении проспектов Фрунзе и Комсомольского – 0,4608 г. Экспериментальные данные согласуются с розой ветров в г.Томск, а именно: преобладающее направление ветра – юго-западное, следовательно, загрязняющие вещества от высоких источников выброса (дымовых труб ГРЭС-2) распространяются с воздушными потоками в северо-восточную часть города, где и наблюдается повышенное содержание пыли (Дом культуры Авангард, 53 школа) по сравнению с другими районами областного центра.

Результаты исследований снегового покрова показывают, что территория г. Томска повсеместно загрязнена такими тяжелыми металлами, как цинк, свинец и медь. Содержание кадмия не обнаружено.

Для оценки состояния загрязнения снежного покрова использовались предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [8].

Наиболее высокие концентрации цинка и меди, близкие к ПДК этих элементов, зарегистрированы в районе 4-й поликлиники, где ежедневно образуются транспортные заторы («пробки»): концентрация цинка составила 0,9135 мг/дм3 (по сравнению с ПДК цинка в природных водах, равной 1,0 мг/дм3), а концентрация меди – 0,8545 мг/дм3  (по сравнению с ПДК меди в природных водах, равной также 1,0 мг/дм3).

Значительное содержание цинка и меди в местах отбора проб объясняется вредным воздействием автотранспорта на городскую среду: выбросы от автотранспорта в г. Томске составляют 73%  от общего объема всех  поступлений загрязняющих веществ в атмосферу. Одна из основных причин высокой доли выхлопных газов в общем объеме выбросов токсичных ингредиентов – низкая пропускная способность дорожной сети города. Подавляющее большинство улиц Томска узкие, с большим количеством поворотов и регулируемых перекрестков, поэтому их пропускная  возможная способность невысока.

Если рассматривать содержание свинца в снеговом покрове, то можно отметить превышение его концентрации по сравнению с ПДК (0,03 мг/дм3) во всех точках отбора проб. Это связано с поступлением дымовых газов котельных и бытовых печей частного сектора, работающих на угле и мазуте.

Таким образом, оценивая  загрязненность городской территории тяжелыми металлами и пылевидными частицами, мы приходим к выводу о создании неблагополучной экологической обстановки в г. Томске. Считаем, что результаты проведенных исследований будут полезны экологическим службам города для принятия решений об оздоровлении городской среды.

Сегодня экологический ущерб от топливно-энергетического комплекса и  автотранспорта огромен и проявляется непосредственно в химическом загрязнении почвы, воды, атмосферы, создании шумового и теплового загрязнения. Все это ведет к значительному ухудшению здоровья и сокращению жизни населения. Для улучшения экологической обстановки на территории г. Томска необходимо провести следующие природоохранные мероприятия:

·        увеличить количество разноуровневых дорожных развязок;

·        организовать подземные автостоянки, гаражи, пешеходные переходы;

·        своевременно производить уборку снега и вывоз его за пределы города;

·        перевести полностью на газообразное топливо ГРЭС-2 и котельные предприятий Томска;

·        усовершенствовать систему пылеулавливания на промышленных предприятиях;

·        производить озеленение территории города и санитарно-защитных зон предприятий.

Список литературы

1.              Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Справочник. ПДК химических веществ в окружающей среде._- Л.: Химия, 1985. - 528 с.

2.              Данилов А.М. Применение присадок в топливах для автомобилей: Справочник. - М.: Химия, 2000 - 232 с.

3.              Корчагин В. А., Филоненко Ю. А. Экологические аспекты автомобильного транспорта. Учебное пособие, М.: МНЭПУ, 1997, стр. 256 c.

4.              Методика количественного химического анализа проб природных, питьевых и очищенных сточных вод на содержание цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии, Томск: ООО НПП «Техноаналит», 2000 – 36 с.

5.              РД 52.04.186 – 89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы».

6.              Труды Всероссийского научно-практического семинара  «Экологизация автомобильного транспорта», МАНЭБ. СПб. 2003 г., с. 83-88

7.              Экологический мониторинг: Доклад о состоянии и охране окружающей среды Томской области / Глав. ред. A. M. Адам, редкол.: В. А. Коняшкин, О. И. Кобзарь; Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области, ОГБУ «Облкомприрода». – Томск: Дельтаплан, 2013. – 172 с.

8.              В работе использовались интернет-ресурсы:

http://www.dioxin.ru (дата обращения 15.04.2014) Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338-03;

http://doc-load.ru (дата обращения 15.04.2014) Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.689-98

Код для цитирования: Скопировать