Материал для химического кружка

Литература

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 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 автомобилей. [1]

Часть взвешенных в воздухе веществ оседает на Землю вместе с осадками, например в виде снега. Источник снежного покрова - снежинки. Они образуются в холодных слоях тропосферы при конденсации влаги на носящихся в воздухе пылинках, частичках солей, спорах и пыльце растений и других компонентах, находящихся в атмосфере, в том числе и вредных. Поэтому анализ снежного покрова является одним из компонентов определения степени загрязнения атмосферы. Система контроля снежного покрова является частью общей системы мониторинга трансграничного и дальнего переноса загрязняющих веществ. 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. Снежный покров - надежный индикатор в частности такого важного параметра, как атмосферная нагрузка на природные экосистемы. [2]

В более широком плане оценка снежного покрова необходима для понимания:

1. взаимосвязи между изменяющимся составом атмосферы и изменениями климата;

2. влияние изменений климата на химический состав атмосферы;

.   переноса потенциально опасных веществ в атмосфере на большие расстояния и их выпадение;

.   естественного кругооборота химических элементов и антропогенных воздействий на атмосферу.

Целью данной дипломной работы было исследование химического состава снежного покрова некоторых районов г. Рязани. Данная оценка необходима для определения примесей воздуха и тех веществ, которые снег накапливает за зиму.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

·   освоить методики отбора проб;

·   взять пробы;

·   провести анализ проб;

·   обобщить полученные данные.

ГЛАВА 1.

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 примись органических соединений, являющиеся водных организмов или попадающих вместе с различными стоками. Наконец, для газового состава воды характерно наличие растворенного кислорода, углекислого газа, сероводорода. [3]

Следует отметить улучшение организации работ по защите атмосферы от загрязнения в периоды НМУ. Очень важным является участие подразделений Росгидромета в согласовании томов ПДВ по разделу «План мероприятий по регулированию выбросов в периоды неблагоприятных метеорологических условий». Согласование увязывается с заключением договоров с предприятиями на передачу предупреждений об опасных условиях.

Поскольку проблема прогнозирования загрязнения воздуха является в значительной степени региональной, большое значение для повышения эффективности работ имеют региональные разработчики. Такие разработки проводятся в Уральском УГМС, ЦЧО Республики Татарстан, Верхнее-Волжском, Северо-Кавказком УГМС и др. Сотрудники Башкирского УГМС совместно со специалистами ГГО проводят разработки по вопросу прогнозирования экстремально высоких уровней загрязнения воздуха в городах.

К недостаткам следует отнести то, что далеко не полностью реализуется имеющиеся возможности улучшения состояния воздушного бассейна в городах за счет прогноза и предотвращения высоких уровней загрязнения воздуха в периоды НМУ. В ряде промышленных городов с высоким уровнем загрязнения воздуха, в которых могут возникать опасные эпизоды в периоды НМУ, до сих пор работы не проводятся. Многие предприятия, являющиеся существенными источниками загрязнения воздуха, не проводит мероприятий по регулированию выбросов в периоды НМУ.

В целом, несмотря на значительные трудности, работы по прогнозу загрязнения воздуха и защите атмосферы от загрязнения в периоды НМУ на сети Росгидромета продолжаются. Это является основой для дальнейшего улучшения качества работ и по повышения их эффективности, достижения реального улучшения состояния воздушного бассейна в городах РФ. [32]

Источники поступления

 

В отраслях промышленности - основными загрязнителями окружающей среды являются: электроэнергетика - 0,2%, цветная металлургия - 3%, химические и нефтепромышленные предприятия - 5%, машиностроение и металлообработка - 8,7%, черная металлургия - 99,4%, целлюлозно-бумажная промышленность - 119,8%.

Валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников составляют до 125,073 тыс. тонн/год.

В наибольшей степени загрязняют атмосферный воздух тепловые электростанции - 44,7 тыс. тонн/год (35,7%), предприятия нефтеперерабатывающей промышленности - 43,3 тыс. тонн/год (34,6%), промышленности строительных материалов - 12,9 тыс. тонн/год (10,3%), пищевой промышленности - 3,3 тыс. тонн/год (2,6%), транспорт - 3 тыс. тонн/год (2,4%), машиностроения и металлообработки - 2,6 тыс. тонн/год (2,1%), сельского хозяйства - 2,2 тыс. тонн/год (1,8%).

Основная доля выбросов диоксида серы приходится на нефтеперерабатывающую промышленность и электроэнергетику, которые в сумме дают более 87% общего выброса этого вещества. Предприятия электроэнергетики также выбрасывают основную массу оксидов азота (78%) и твердых веществ (45%).

Главным загрязнителем атмосферного воздуха выбросами оксида углерода является также электроэнергетика (39% общего выброса). Ведущая роль в загрязнении атмосферы углеводородами и летучими органическими веществами принадлежит предприятиям транспорта и нефтеперерабатывающей промышленности.

Оборудование и технологии, применяемые для улавливания и обезвреживания выбросов вредных веществ в атмосферу, совершенствуется медленно. Так, если присутствующие в выбросах твердые вещества улавливаются на 94,2%, то газообразные и жидкие - лишь на 16,6%, при этом окись углерода на 5,1%, летучие органические вещества - на 30,9%. Из уловленных веществ утилизируется всего 58,3%.

Также, одним из главных источником загрязнения воздуха жилой зоны такими веществами, как оксид углерода, оксид серы и сажа, является автомобильный транспорт.

С каждым годом увеличивается вклад выбросов от передвижных источников в общем балансе выбросов загрязняющих веществ в воздушный бассейн.

В 2002г. выбросы от автотранспорта составили: оксид углерода (II) - 15,190 тыс. тонн/год, оксид серы (IV) - 0,178 тыс. тонн/год, сажа - 0,025 тыс. тонн/год. [7]

 

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 хранилищ. [4]

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.

Средняя концентрация сульфатов в атмосфере городской зоны составляет в среднем 1-10 мкг/м³.

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 автомобилей.

Содержание сульфатов в осадках составляет от 1 до 10 мг/л. [4]

 

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-бумажные. [4]

 

Медь

Основными источниками поступления меди в окружающую среду являются предприятия цветной металлургии (промышленные выбросы, отходы, сточные воды), транспорт, медьсодержащие удобрения и пестициды, процессы сварки, гальванизации, сжигание углеводородных топлив в различных отраслях промышленности. Годовой объем техногенных поступлений меди в атмосферу составляет 56 тыс. т. Средняя концентрация меди в атмосфере города 0,09 мг/куб.м. [4]

 

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 человека. [29]

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. [1, 29, 26, 31]

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. [7]

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). [31]

Так же некоторые количества хрома поступают в воду в процессе разложения организмов и растений. [26]

Однако не один из этих природных источников, в отличии от антропогенных, не приносит таких количеств хрома, которые представляли бы опасность для здоровья человека и животных. [31]