«Мониторинг снежного покрова г. Новокузнецка».

IV региональная научно-исследовательская конференция учащихся
Секция: «Химия»







Мониторинг снежного покрова г. Новокузнецка






Яковлева Юлия
Школа №72, 10 класс
Научный руководитель:
Большакова Ирина Николаевна









Новокузнецк 2009
Содержание:
I. Введение..3
II. Основная часть
2. 1. Литературный обзор...4
2. 2. Методика и условия проведения эксперимента....5 – 7
2. 3. Результаты исследования........8 – 9
Выводы10
Список использованных источников.......11
Приложения.12 - 16





















Введение.

Кузбасс является одним из крупнейших регионов России. Но его географическое расположение с точки зрения экологии крайне неудачно.
Черная и цветная металлургия, производство цемента, ТЭЦ, работающие на угле, транспорт и другие отрасли и производства накладывают свой отпечаток на состояние атмосферы и чистоту воздуха в городах, что в свою очередь отражается на здоровье жителей [5]. Особенно эта проблема актуальна в нашем городе, в одном из самых экологически неблагоприятных городов России.
Снежный покров является своеобразным индикатором загрязнения окружающей среды, поэтому исследования определения тяжелых металлов, твердых веществ в атмосферных осадках дает возможность проводить оценку уровня загрязнения атмосферы.
Целью данной работы явилось исследование снежного покрова в разных точках города Новокузнецка для получения достоверной картины состояния загрязнения атмосферного воздуха.
Задачи исследования:
выбор методик и условий проведения эксперимента;
отбор проб и проведение химического анализа снега на токсичность, кислотность, массовую концентрацию сухого осадка, наличие катионов Fe2+
провести органолептическую оценку качества снежного покрова.
Гипотеза. Можно предположить, что районы Новокузнецкого алюминиевого завода и Западно-Сибриского металлургического комбината наиболее загрязнены.
Объектом исследования явился снег, который отбирался в разных местах города Новокузнецка: Новокузнецкий алюминиевый завод (НКАЗ), Западно-Сибриский металлургический комбинат (ЗСМК), Вокзал, Левый берег, магазин «Орбита», а также пришкольный участок школы №72; предметом исследования –химический анализ снежного покрова.
Литературный обзор.

Снежный покров обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения атмосферы [3].
Загрязнение снежного покрова происходит в два этапа. Во-первых, это
загрязнение снежинок во время их образования в облаке и выпадение на
местность так называемое влажное выпадение загрязняющих веществ со
снегом. Во-вторых, это загрязнение уже выпавшего снега в результате сухого выпадения загрязнений из атмосферы, а также их поступление из подстилающих почв и горных пород [2].
Соотношение сухих и влажных выпадений зависит от ряда факторов, главными из которых являются: длительность холодного периода, в течение которого сохраняется снежный покров, частота снегопадов и их интенсивность, физико-химические свойства загрязняющих веществ.
Исследование химического состава снежного покрова является обязательной частью изучения процессов загрязнения окружающей среды. Именно качество снежного покрова ярко демонстрирует влияние различных источников загрязнения атмосферного воздуха на поверхность земли.
Мониторинг - комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенных факторов с целью ее контроля прогноза и охраны [4].
Различают глобальный, региональный и локальный уровни мониторинга. Наиболее важны в системе мониторинга контроль за химическим составом атмосферы, осадков, поверхностных и грунтовых вод, почвы, за концентрацией и основными путями распространения загрязнений. Основными задачами мониторинга служат: наблюдение за состоянием биосферы, оценка и прогноз состояния природной среды, выявление факторов и источников антропогенных воздействий на окружающую среду и др. [7].

ГЛАВА 1. Методика и условия проведения эксперимента.

Отбор проб снежного покрова прост и не требует сложного оборудования. Всего лишь одна проба по всей толще снежного покрова дает представительные данные о загрязнении в период от образования устойчивого снежного покрова до отбора пробы. Отбор проб снега производили химическими стаканами. Определение параметров загрязнения производится путем анализа сборной пробы. Основное требование к этой пробе - ее высокая представительность при минимальной массе, что определяется следующими факторами. Отобранная сборная проба должна с заданной степенью точности характеризовать среднюю концентрацию загрязнений на исследуемом участке [1].
Авторами [1] установлено, что при исследовании снежного покрова в промышленных районах и окрестностях городов каждая сборная проба должна состоять из 4–6 частных проб.
Промышленные районы города Новокузнецка (НКАЗ, КМК) соответствуют IV степени загрязнения атмосферы [2] и объем сборной пробы должен составлять, согласно [1], 1 – 1,5 литра талой воды.
Сборные снеговые пробы (каждая состоит из 5 – 6 частных проб) отбирались на территории заводов, около железнодорожного полотна (вокзал).
Для анализа снега были применены химические методы (определение токсичности, кислотности, массовой концентрации сухого осадка, наличие катионов Fe2+); проведена органолептическая оценка качества снега.
1. 1. Определение цвета.
Качественную оценку цветности проводили, сравнивая пробу снега с дистиллированной водой (на фоне белой бумаги при дневном освещении сбоку и сверху). При наличии окраски указывали цвет воды (снега), а при отсутствии цвета ее называют бесцветной (таблица №4).
2. Наличие запаха.
Колбу с притертой пробкой до 2/3 объема исследуемой пробой, сильно встряхивали, затем открывали пробку и сразу отмечали интенсивность запаха. Для усиления интенсивности запахов воду подогревали до 600С, закрыв часовым стеклом. Колбу вращательным движением взбалтывали и, сдвинув стекло, определяли запах.
Интенсивность запаха оценивается по 4-бальной шкале: 0 – не ощущается, 1 – слабый, 2 – отчетливый, 3 – сильный, 4 – резкий, очень сильный (таблица № 3 – 4).
3. Определение мутности.
Для того чтобы определить мутность снега, надо, наполнив пробирку исследуемым образцом примерно на 10 – 12 см, рассмотреть ее на темном фоне при достаточном боковом освещении. Полученные данные приведены в таблице №4.
4. Определения pH раствора (кислотности).
Для определения кислотности использовали 1 мл жидкости. Для этого опускали индикаторную бумажку в жидкость и сравнивали изменившийся цвет со шкалой на коробке индикаторной бумажки. Применяется следующая градация pH: сильнокислые (3 – 4), кислые (4 – 5), слабокислые (5 – 6) и нейтральные (6 – 7).
1. 5. Определение токсичности.
Для того чтобы выявить токсичность осадков (снега), использовали сконцентрированную жидкость (около 5 мл). Чашки Петри стерилизовали, на их дно укладывали кружки фильтрованной бумаги, на которую наливали по 5 мл жидкости. На фильтры рассыпали 50 штук мелких семян (гороха).
Чашки Петри закрывали крышками и помещали в термостат при температуре +250С. После прорастания семян (гороха) в контроле 50% производили их подсчет. Данные по всхожести в опытных вариантах выражали в процентах к контролю, который принимается за 100%. Применяют следующую градацию: 100% - нет токсичности, 80 – 90% - очень слабая, 60 – 80% - слабая, 40 – 60% - средняя, 20 – 40% - высокая токсичность, 0 – 20% - очень высокая (таблица № 8).
1. 6. Наличие катионов Fe2+ в снежном покрове
Химический анализ проб снеговой воды проводили в лаборатории НИИ КПГ и ПЗ СО РАМН.
Концентрацию железа в снеговых пробах определяли с применением фотометра КФК-3. Аликвотную часть пробы (100 см3) выпарили до 1/3 объема. В выпаренную колбу добавили 2 мл 20%-ной сульфосалициловой кислоты. Раствор окрасился в розовый цвет. По интенсивности окраски определяли концентрацию железа в исследуемой пробе.
7. Определение массовой концентрации сухого осадка
Аликвотную часть пробы снеговой воды, предварительно профильтрованной через бумажный фильтр ”белая лента”, отобранную мензуркой, помещают в предварительно взвешенную фарфоровую чашку и выпаривают на водяной бане досуха. Чашку наполняют не менее чем на 3/4 объема.
Объем аликвотной части пробы определяется из таблицы:
Диапазон концентрации сухого остатка, мг/л
Объем аликвотной части пробы, см3

От 50 до 500
100

500-1000
50


Массовая концентрация сухого остатка в мг/л вычисляется по формуле:
x = (M1 . M2) 1000,
где M1 - масса чашки с высушенным остатком, мг; M2 - масса пустой чашки, мг; V - аликвотная часть пробы, см3. взвешивание производилось на
аналитических весах ВЛР-200г-М второго класса точности.



Результаты исследования.
Данные, полученные в результате проведения локального мониторинга, позволяют дать ответы на вопросы о состоянии снежного покрова в разных районах города Новокузнецка в зимний период 2008-2009 годов.
Для исследования снежного покрова проводился отбор проб на территориях школы № 72, магазина «Орбита», ЗСМК, НКАЗ, Левого берега, Новобайдаевского района и вокзала.
После растапливания снега при комнатной температуре (200 С), воду отфильтровали. При определении органолептических показателей выявили следующие результаты:
Кислотность в разных районах города сильно варьируется. Так, например, в зоне НКАЗ, ЗСМК, вокзала рН = 2 – 3 (среда кислая); неутешительны результаты осадков около школы № 72 – рН = 3, лишь в середине декабря выпал снег, и рН = 4 (среда слабокислая).
Токсичность на территории железнодорожного полотна и промышленных предприятий составила 20 %. В снеговой воде из 50 семян гороха взошло 8 – 10 штук. В районе школы № 72 и Левого берега все снеговые пробы имеют запах, примеси, взвеси, что определяет плохое качество осадков. При обнаружении массовой концентрации сухого остатка в снежном покрове в разных пробах, получили данные на основании которых, можно расположить пробы вод в порядке увеличения сухого остатка: Новобайдаевский район, школа № 72, магазин «Орбита», Левый берег, вокзал, НКАЗ, ЗСМК. Эти данные отраженны в таблице № 6.
Мониторинг снежного покрова позволил установить повышенную концентрацию катионов Fe2+ во всех пробах снеговой воды за период с ноября 2008 по январь 2009 годов. Превышение предельно-допустимой концентрации железа в 14,6 раз отмечено в снеговой воде ЗСМК в ноябре месяце, в 14 раз в осадках НКАЗ. Среднее значение катионов железа 6,3 мг/л (в районе ЗСМК) и 6,3 мг/л (в районе НКАЗ) наблюдали в декабре, что превысило норму ПДК в 12,6 раз. Эти сравнительные данные говорят о том, что наиболее загрязненными считаются районы заводов и железнодорожного полотна в связи с близостью подвижного состава и промышленных предприятий. В результате проведенного исследования выявлено, что наиболее «чистыми» от катионов тяжелых металлов являются пробы снега в Новобайдаевском районе и около школы № 72. Из-за удаленности школы № 72 от промышленных предприятий и стационарных транспортных объектов можно допустить, что ЗСМК, НКАЗ и вокзал являются источниками загрязнения снежного покрова. Эти данные отражены в таблице № 6.
На наш взгляд предлагаемые аналитические исследования не только дадут возможность задуматься над важностью экологических проблем, но и получить достоверную картину загрязнения атмосферного воздуха.















Выводы
Определили органолептические показатели снеговой воды. Отклонения наблюдаются во всех пробах на протяжении трех месяцев.
Провели количественный анализ на массовую концентрацию сухого остатка. Его повышенное содержание выявлено во всех снеговых пробах.
Наличие катионов железа превышает ПДК в течение всего периода в разных районах города Новокузнецка в зимний период 2008-2009 годов; наиболее «чистыми» являются снежные покровы в Новобайдаевском районе и около школы № 72.
Промышленные предприятия, автомобильный и железнодорожный транспорт являются источниками загрязнения снежного покрова.
Анализ качества снежного покрова позволяет проследить пространственное распределение загрязняющих веществ по территории и получить достоверную картину зон влияния конкретных промышленных предприятий (ЗСМК и НКАЗ) и других объектов (железнодорожный, автомобильный транспорт) на состояние окружающей среды.
Гипотеза, выдвинутая перед началом работы, оказалось верной.











Список использованных источников:

1. Алекин О. А., Семенов А. Д. Руководство по химическому анализу вод суши. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 58с.

2. Бримблекум П. Состав и химия атмосферы. Перевод с английского. М. Мир, 1988. 161с.

3. Василенко В.Н. Мониторинг загрязнения снежного покрова/В.Н. Василенко, И.М. Назаров, Ш.Д. Фридман. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 182с.

4. Коркина Светлана Владимировна, кафедра физики и экологической теплофизики. Самарской государственной академии путей сообщения, 443066, г. Самара, пер. Безымянный, 18.

5. Латушкина Е.Н., Стани Е. В. Состояние снежного покрова по результатам эколохимических исследований. Геохимия, 2002. С 54 - 55 .

6. Робинсон Э. Распространение и превращения загрязняющих атмосферу веществ//Загрязнение воздуха и жизнь растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 536с.

7. Степанов А.С. Квазистационарная модель взаимодействия лесной экосистемы с атмосферными выбросами промышленных предприятий//Лесное хозяйство. М., 1992. №10. С. 20-21.





ПРИЛОЖЕНИЯ:
Таблица №1.
ПДК вредных веществ
Наименование вещества
ПДК, мг/л

Pb2+
0,03

Fe2+
0,5

Таблица №2.
Подразделение запаха (определяется по 4-бальной шкале)
Характер запаха
Символ

Ароматный
А

Болотный
Б

Гнилостный
Г

Древесный
Д

Землистый
З

Плесневый
П

Рыбный
Р

Сероводородный
С

Травянистый
Т

Неопределенный
Н

Таблица №3.
Характер запаха

Объекты исследования
Ноябрь 2008
Декабрь 2008
Январь 2009

1
ЗСМК




2
Левый берег




3
Маг. «Орбита»




4
НКАЗ
А



5
Новобайдаевка




6
Школа №72
Н



7
Вокзал




Таблица №4.
Шкала цветности снежного покрова

Объекты исследования
Ноябрь 2008
Декабрь 2008
Январь 2009

1
ЗСМК
Преобладает мутность
Мутная с осадком
Преобладает мутность

2
Левый берег
Сравнительно чистая
Преобладает мутность
Сравнительно чистая

3
Маг. «Орбита»
Сероватая с осадком
Слабая мутность с осадком
Сравнительно чистая с осадком

4
НКАЗ
Очень мутная, серого цвета
Серая с осадком сажи
Очень мутная, с осадком

5
Новобайдаевка
Сравнительно чистая
С осадком сажи
Мутная с осадком

6
Школа №72
Слегка мутная
Сероватая с осадком
Слегка мутная

7
Вокзал
Мутная с осадком
Мутная с осадком
Мутная

Таблица №5.
Определение активной реакции рН

Объекты исследования
Ноябрь 2008
Декабрь 2008
Январь 2009

1
ЗСМК
2
3
2

2
Левый берег
3
4
4

3
Маг. «Орбита»
4
4
3

4
НКАЗ
2
3
3

5
Новобайдаевка
4
4
4

6
Школа №72
3
4
4

7
Вокзал
3
3
2

Таблица №6
Обнаружение катионов железа мг/л

Объекты исследования
Ноябрь 2008
Декабрь 2008
Январь 2009

1
ЗСМК
7,3
6,3
5

2
Левый берег
1,6
3,3
4

3
Маг. «Орбита»
1,3
2,6
3,3

4
НКАЗ
7
6,3
5,3

5
Новобайдаевка
1
2,6
1,6

6
Школа №72
1,6
1,3
1

7
Вокзал
6
6,3
7,3

Таблица №7
HYPER13 EMBED MSGraph.Chart.8 \s HYPER14HYPER15



Массовая концентрация сухого остатка в ноябре 2008 г.

HYPER13 EMBED MSGraph.Chart.8 \s HYPER14HYPER15

ЗСМК, НКАЗ









Вокзал

Левый берег, магазин «Орбита»









Новобайдаевский район, школа № 72


Таблица №8
HYPER13 EMBED MSGraph.Chart.8 \s HYPER14HYPER15













HYPER13PAGE HYPER15


HYPER13PAGE HYPER142HYPER15




Root Entry

Приложенные файлы

  • doc file2
    Размер файла: 205 kB Загрузок: 1