Мониторинг загрязнения окружающей среды: анализ содержания примесей снежного покрова магистралей г. Тольятти

Цель работы: провести отбор проб снега на основных перекрестках г. Тольятти; гравиметрическим методом определить содержание примесей (мг/г); проанализировать состояние снега по органолептическим показателям (цвет, цветность, мутность, запах); провести качественное определение наличия в пробе ионов свинца, железа, сульфат-анионов; провести сравнение содержания примесей в снежном покрове на перекрестках г. Тольятти и в зонах отдыха; сделать вывод о степени загрязненности снежного покрова от автотранспортных средств.

Материалы и оборудование: Весы (технохимические) аналитические, емкости для проб снега (15 шт.), пробирки, чашки для выпаривания, шкала цветности, спиртовка, держатель, универсальная индикаторная бумага, электроплитка, фильтры бумажные, колбы плоскодонные, стеклянные палочки, раствор AgNO₃ (1 %), раствор BaCl₂ (5 %), раствор Na₂S (1 %), раствор KSCN (1%), раствор HCl (1:5), персульфат калия (крист.).

Краткая теория

Оценка состояния окружающей среды по степени загрязнения снежного покрова является распро­страненным приемом проведения мониторинга. Подобные исследования не требуют дорогостоящего обо­рудования и позволяют проводить экспресс-анализ загрязнений. Поэтому во многих странах мира, на­пример в Финляндии, этот метод широко распространен и позволяет получать характеристики экологиче­ской обстановки на значительных территориях.

Проблема чистоты атмосферы не нова. Она возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на продуктах переработки нефти. Быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в XX столетии привел к резкому росту объемов и токсичности вы­бросов, которые уже не могут быть «растворены» в атмосфере до безвредных для природной среды и человека концентраций.

Загрязнение атмосферы имеет естественное и искусственное происхождение (рис. 1).

Среди естественных факторов выделяются:

1 внеземное загрязнение воздуха космической пылью и космическим излучением;

2 земное загрязнение атмосферы при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, возникающих от ударов молний, выносе морских солей.

Условно разделяют естественное загрязнение атмосферы на континентальное и морское; органиче­ское и неорганическое. К органическим относят аэро-планктон-бактерии, в том числе болезнетворные, споры грибов, пыльцу растений (включая ядовитую пыльцу амброзии) и т.п.

На долю естественных факторов в конце XX в. приходилось 75 % общего загрязнения атмосферы, остальные 25 % – результат антропогенной деятельности.

Искусственное загрязнение атмосферы разделяют на радиоактивное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологических процессов. Главными и наиболее опасными источниками загрязнений являются промышленные, транспортные и бытовые выбросы. По особенностям строения и характеру влияния на атмосферу загрязнители подразделяют на меха­нические и химические.

Рис. 1. Источники загрязнения воздуха

Основными химическими выбросами антропогенного происхождения являются оксиды углерода (СО и СО₂), диоксид серы SO₂, метан СН₄, оксиды азота (NO, NO₂). При использовании фреонов в ат­мосферу поступают хлорфторуглеводороды (ХФУ), а в результате работы транспорта – углеводороды (самый токсичный бенз(а)пирен и его производные). В табл. 1 представлены данные по основным за­грязнителям атмосферного воздуха в России.

Среди загрязнителей воздуха особую группу образуют вещества, обладающие канцерогенной актив­ностью. Это в первую очередь бенз(а)пирен и его производные, другие ароматические углеводороды, по­ступающие от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта.

Неблагоприятное воздействие на организм человека оказывают и соединения свинца, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей. Присутствие таких соединений в крови человека возрастает с увеличе­нием его содержания в воздухе, что приводит к снижению активностей ферментов, к нарушению об­менных процессов.

Проблема загрязнения окружающей среды характерна и для Самарской области. По данным Гос­комстата общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по Самарской области в 2003 г. составил 193,28 тыс. т в год (в 2002 г. – 191,71 тыс. т), в том числе от стационарных источников – 25,639 тыс. т (в 2002 г. – 24,069 тыс. т), от передвижных источников (автотранспорта) – 167,641 тыс. т (в 2002 г. – 167,641 тыс. т). Выбросы в атмосферу от автотранспорта составили – 86,7 % от общего объема вы­бросов в атмосферу (в 2002 г. – 87,4 %).

Таблица 1

Основные загрязнители атмосферы

Загрязнители	Основные искусственные источники	Среднегодовая концентрация в воздухе мг/м3	Воздействие на окружающую среду и здоровье человека
Твердые частицы (пыль, зола и т.п.)	Сжигание топлива (около 2,4·10^8 т)	0,04…0,4	Снижение солнечного освещения и видимости, увеличение облачности, туманности. Разрушение и загрязнение материков. Возможное снижение температуры земли в результате длительного воздействия
Сернистый ангидрид SO2	Сжигание топлива (около 1,5…1,75·108 т)	0,5…0,1	Хроническое поражение растений, снижение урожайности, уничтожение лесов, заболевания дыхательных путей
Оксиды азота NOх	Окисление атмосферного азота и топлива при высокой температуре (около 5,5·107 т)	0,05…0,2	Поглощение солнечного света, образование фотохимического смога, «кислотных дождей». Разрушение материалов, снижение урожайности, уничтожение лесов, уменьшение содержания гемоглобина в крови
Оксид углерода СО	Неполное сгорание топлива около 2,5 –3,5·10^8 т)	1…50	Уменьшение содержания гемоглобина в крови
Летучие углеводороды и их продукты	Неполное сгорание топлива около 8·107 т)	до 3	Поражение растений при концентрации выше 0,02 мг/м^3, раздражающее действие на глаза

Ход работы:

Отбор проб

На оживленных перекрестках автомобильных магистралей г. Тольяттиотберите пробы снега на выбранных площадках размером не менее 1 м². Общая масса образца должна составлять 600...800 г. Про­бы пронумеруйте, поместите в тару с пробками. Полученные данные отбора проб оформите в виде таблицы 2:

Таблица 2

№ пробы	Время	Место (перекрестки улиц)

Опыт № 1. Общее содержание примесей

В предварительно взвешенную чашечку для выпаривания (m₁) поместите часть пробы и взвесьте чашечку с пробой (m₂). Чашечку нагрейте на плитке до полного испарения воды и достижения постоян­ной массы, после охлаждения до комнатной температуры (m₃).

Рассчитайте по формуле (1.1) содержание примесей:

где m₁ – масса чашечки для выпаривания, т₂ – масса чашечки с пробой, m₃- масса чашечки с пробой после удаления воды.

Полученные данные оформите в виде табл. 3.

 

Таблица 3

№ пробы	m1, г	т2, г	m3, г	ω, %	Примечание

Небольшое количество пробы (около 200 г) оставьте при комнатной температуре для полного расплавления снега. Полученную жидкость проанализируйте (определите цветность, мутность, запах, рН, содержание свинца, железа, сульфатов, хлоридов).