Оценка загрязнения территории г. Томска тяжелыми металлами на основе химического анализа снегового покрова

Номинация: Самая актуальная работа
Просмотреть картинки списком
Автор: Кушева Евгения Валерьевна. Наставник: Довыденко Надежда Александровна
Город: Томск
Место учебы: ГОУ СПО «Томский государственный промышленно – гуманитарный колледж»

Актуальность работы:

При организации экологического мониторинга одна из наиболее актуальных проблем – выбор природных объектов для исследований. Наиболее эффективным методом, позволяющим оценить степень техногенной нагрузки на окружающую среду городов и здоровье проживающего в них населения, является мониторинг загрязнения атмосферных осадков.

Снеговой покров, являясь хорошей депонирующей средой, дает действительную величину сухих и влажных выпадений в холодный период. Содержание загрязняющих веществ в снеговом покрове является индикатором степени загрязненности атмосферного воздуха в течение холодного периода года.

На территории Томской области устойчивый снеговой покров сохраняется достаточно долго — в течение 4,5-5 месяцев. Поэтому выбор снежного покрова как объекта исследований при экологическом мониторинге можно считать оправданным.

Следует также добавить, что для комплексной характеристики антропогенного воздействия используются именно оценки загрязнения депонирующих сред — почвы и снегового покрова.

Цель работы:

Данная работа посвящена изучению и оценке загрязнения территории г. Томска тяжелыми металлами от источников антропогенного воздействия 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:

•    Выявление основных источников антропогенного воздействия на окружающую среду г. Томск;
•    Определение реперных точек для проведения снеговой съемки;
•    Отбор проб снегового покрова в соответствии с принятыми методиками;
•    Химический анализ снеговой воды;
•    Визуализация пространственного распределения тяжелых металлов;
•    Анализ полученных картосхем и гистограмм распределения данных.

Практическая ценность работы:

Данные исследований можно использовать при составлении ежегодного экологического обзора состояния Томской области и г. Томска.



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 элементов.

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.

3)    Пробоотбор снежной массы проводился в течение одних суток во всех точках, чтобы избежать возможного выпадения свежих снеговых осадков, которые уменьшат степень достоверности результатов. Отбор проб проводился шурфным способом на всю глубину снежного покрова. Шурф 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» [6].

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)    Химический анализ подготовленной пробы осуществлялся методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА-1 (Приложение А).

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.

Определение концентрации тяжелых металлов в растворе является главной целью анализа. Его можно проводить тремя основными методами:

•    методом калибровочных графиков,
•    методом стандартных добавок,
•    методом стандартных растворов.
В работе использовался метод стандартных добавок,  основанный на существовании зависимости.

В данной работе проведен анализ проб снегового покрова, отобранного в 9 разных точках города. Результаты сведены в таблицу 2 (Приложение Б), представлены в виде гистограмм (Приложения В и Г) и графиков (Приложение Г).

6)    Данные исследований снегового покрова были нанесены в виде условных обозначений (красных точек разного размера, соответствующего концентрации определяемых компонентов) на топографическую основу города Томск (Приложение Д). Наибольшее содержание тяжелых металлов было обнаружено в районе 4-й поликлиники.



ВЫВОДЫ

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.

Наиболее высокие концентрации цинка и меди, близкие к ПДК этих элементов, зарегистрированы в районе 4-й поликлиники, где ежедневно образуются транспортные заторы («пробки»).

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, 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.

В целях соблюдения эколого-экономического баланса целесообразно разработать систему мероприятий, направленных на улучшение качества атмосферного воздуха. В Томске наиболее актуальными являются следующие мероприятия:

1.    Использование разноуровневых дорожных развязок (рис.2 приложение Е);
2.    Организация сети объездных дорог;
3.    Организация подземных автостоянок, гаражей, пешеходных переходов;
4.    Использование альтернативных видов топлива ( вместо твердого и жидкого применять газообразное углеводородное топливо);
5.    Своевременное техническое обслуживание автомашин;
6.    Контроль качества топлива;
7.    Озеленение городских территорий;
8.    Мониторинг загрязнения воздушной среды.