Моніторинг навколишнього середовища ряду регіонів України та застосування природних сорбентів для покращання екологічної ситуації

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут колоїдної хімії та хімії води

ім. А.В. Думанського

Моніторинг навколишнього середовища ряду регіонів України та застосування природних сорбентів для покращання екологічної ситуації

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Наконечний Йосип Йосипович

Київ - 2000

Анотація

Наконечний Й.Й. Моніторинг навколишнього середовища ряду регіонів України та застосування природних сорбентів для покращання екологічної ситуації.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 21.06.01 - техногенна безпека держави.- Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В.Думанського НАН України, Київ, 2000.

Дисертація присвячена проблемі організації системи контролю за станом техногенного забруднення навколишнього середовища з метою покращання екологічної ситуації. Розроблені 44 методики по визначенню концентрацій шкідливих речовин в повітрі робочої зони, атмосфері населених місць та воді водойм.

Одержані результати моніторингу довкілля Чернівців та Маріуполя стануть надійним фундаментом по управлінню якістю навколишнього середовища, а проведена порівняльна оцінка державних методів взяття та аналізу проб з методологіями США забезпечить усвідомлення надійності одержаних даних.

В результаті проведених експериментальних досліджень показано ефективність застосування природних сорбентів Кримського кілу та Черкаського бентоніту для вилучення важких металів із забруднених вод. Підібрані водорозчинні полімери, які здатні ефективно адсорбуватися на частинках природного мінералу, викликаючи цим самим флокуляційне структурування, яке супроводжується освітленням розчину і переходом зфлокульованої маси разом з адсорбованими металами в осад.

Ключові слова: техногенна безпека, моніторинг, довкілля, методичні вказівки, адсорбція, флокулянт.

Аннотация

Наконечный И.И. Мониторинг окружающей среды ряда регионов Украины и применение природных сорбентов для улучшения экологической ситуации.- Рукопись.

Дисертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 21.06.01 - техногенная безопасность государства. Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена проблемам организации системы контроля за состоянием техногенного загрязнения окружающей среды с целью улучшения экологической ситуации. Разработаны 44 методики по определению концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосфере населенных мест и воде водоемов.

Полученные результаты мониторинга окружающей среды Черновцов и Мариуполя станут надежным фундаментом по управлению качеством окружающей среды, а проведенная сравнительная оценка государственных методов отбора и анализа проб с методологиями США обеспечит осмысление надежности полученных данных.

В результате проведенных экспериментальных исследований показана эффективность применения природных сорбентов Крымского кила и Черкасского бентонита для извлечения ионов тяжелых металлов из загрязненных вод. Подобраны водорастворимые полимеры, эффективно адсорбирующиеся на частицах природного минерала, вызывая тем самым

флокуляционное структурирование, сопровождающееся осветлением раствора и переходом сфлокулированной массы вместе с адсорбированными металлами в осадок.

Ключевые слова: техногенная безопасность, мониторинг, окружающая среда, методические указания, адсорбция, флокулянт.

Summary

Nakonechny J.J. Environmental monitoring of some regions of Ukraine and appliance natural sorbents for ecological situation improvement.- Manuscript.

Thesis for degree of Candidate of Chemical Sciencies. Speciality 21.06.01.- Technogenic safety of the State. Institute of colloid chemistry and chemistry of water named after A.V.Dymansky. NAS of Ukraine, Kyiv, 2000.

The subject of the thesis is the problem of organization of the system for environmental technogenic contamination control with the aim of ecology improvement. In the process of investigation there were developed 44 methodological guides for determination of hazadous substances' concentration in the air of working zone, atmosphere of populated places and in water.

The obtained results of environmental monitoring for Chernivtsy and Mariupol will be the relevant basis for environmental quality management , and the comparative assessment of government methods of sampling and its analysis and USA methodology will proved with awareness of reliability of obtained data.

As the result of experimental researches the effective sorbents, the Crimea kil and Cherckass bentonit are shown to be effectively used to withdraw heavy metals from the contaminated waters. Water dessolving polymers were determined, which have ability to be adsorpted effectively on parts of natural mineral, what in its turn is resulted in flocculation structurization followed with lightness of solution and transition of flocculated mass with adsorpted metals into sediment.

Key words: technogenic safety, monitoring environment, methodologic guide, adsorption, flocculant.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Обгрунтовуючи підходи щодо визначення техногенної безпеки держави через стан техногенного забруднення довкілля, що погіршився у зв'язку з інтенсивним розвитком хімічної промисловості, збільшенням кількості нових синтезованих сполук, виникла необхідність розробки сучасних, чутливих і селективних методів аналізу полютантів в об'єктах навколишнього середовища.

Зараз вже не викликає сумніву, що зростання забруднення навколишнього середовища (НС) в промислових центрах зумовлює високий рівень захворюваності населення. Техногенними причинами пояснюються хвороби дітей в Чернівцях (1988 р.), працівників гірничозбагачувального комбінату в Комсомольську Полтавської області (1998 р.) та ін. В таких випадках велике значення має надійне встановлення джерел надходження шкідливих забруднюючих речовин та їх кількість.

Особливої гостроти в Україні у зв'язку зі складним економічним станом та техногенним забрудненням НС набуває демографічна проблема. Це спонукало розпочати в 1993 році проведення наукової програми “Сім'я та діти України”, в якій значна увага приділена екологічній ситуації різних еколого-економічних та клімато-географічних регіонів нашої держави (Київ, Маріуполь, Дніпродзержинськ).

Моніторинг НС набуває фундаментальної ваги і є основою керування якістю екології довкілля. При цьому досить важливим завданням є проведення порівняльної оцінки вітчизняних аналітичних методів з методами зарубіжних країн. Це дасть можливість, зокрема, використовувати найбільш досконалі сучасні методи відбору проб і оцінювати наскільки надійними є результати аналізу.

В плані поліпшення екологічної ситуації велику роль відіграє очистка водного басейну від забруднень важкими металами. Ефективними адсорбентами сполук металів можуть бути природні мінерали, які мають високі значення як питомої поверхні, так і негативного заряду, що може нейтралізуватися зовнішніми катіонами, зокрема металів. Це вимагає проведення досліджень щодо використання природних мінеральних сорбентів для очистки води від важких металів, розробки способів утилізації мінеральних сорбентів, які містять адсорбовані важкі метали, і пошуку ефективних методів агрегації цих високодисперсних фракцій у водному середовищі та зневоднення осаду.

Мета і задачі дослідження:

- розробити методичні вказівки по визначенню концентрацій анісового альдегіду, 2,5 - дифенілоксазолу, п-терфенілу, метилового ефіру п-крезолу, бензилбензоату, бензоїну, м-фенокситолуолу, 2,4-диоксибензальдегіду, дифенілметану, бензофенону, 1,10-дихлордекану, бутилового ефіру стеаринової кислоти, етилового ефіру -бром, -хлор-валеріанової кислоти, хлоргідрату метилового ефіру гліцину, 3-феноксибензилтриетиламоній хлориду, ацетиланізолу, N-метилентретбутиламіну, йодистого цезію та натрію, стеаратів свинцю, кальцію, цинку, срібла та барію, шихти ніобату літію та шихти алюмоітрієвого гранату в повітрі робочої зони, атмосфері населених місць та воді;

- на основі новітніх методів дослідити наявність та вміст шкідливих речовин, джерел забруднення в Чернівцях та типових індустріальних містах України;

- провести порівняння результатів аналізу проб повітря в Україні, одержаних вітчизняними методами і тими, що застосовуються в США;

- на основі короткострокового моніторінгу провести поглиблений аналіз стану забруднення навколишнього середовища Маріуполя на вміст важких металів, поліароматичних вуглеводнів, пестицидів та ін.;

- підібрати природні сорбенти, які б ефективно адсорбували важкі метали із водного середовища;

- розробити ефективний спосіб очистки води від високодисперсних частинок сорбента, що містить адсорбовані важкі метали.

З цією метою запропонувати практично нетоксичні хімічні добавки до водного середовища, які би мали високу адсорбційну здатність до дисперсної фази, сприяли б утворенню агрегативних структур, прискорено седиментуючих.

Наукова новизна. Розроблено 44 методичних вказівки по визначенню шкідливих речовин в повітрі робочої зони, атмосфері населених місць та воді водойм.

За допомогою сучасних аналітичних методів досліджено вміст шкідливих елементів і джерел забруднення в Чернівцях. Атмосферні концентрації сумарних завислих частинок, вуглецю, широкого спектру металів і поліароматичних циклічних вуглеводнів значно вищі в Чернівцях, ніж в інших регіонах світу, зареєстрованих в останніх дослідженнях. Більша половина елементів потрапили в повітря внаслідок антропогенної діяльності. Рецепторне моделювання, засноване на хімічному балансі мас (ХБМ), охарактеризувало дані елементи і інші вимірювані матеріали як аерозольні грунтові частинки, автомобільні викиди або викиди джерел, що не моделюються використанням ХБМ.

Порівняльний аналіз вітчизняних методичних підходів до проведення моніторингу із зарубіжними показав невідповідність реального стану техногенного забруднення довкілля міст Маріуполя, Дніпродзержинська, Києва. Здійснений шестимісячний моніторинг НС в Маріуполі дозволив визначити головні забрудники.

Одержані закономірності флокуляційного структурування дисперсної фази природного Мінералу (Кримського кілу) в динамічних умовах (перемішування суспензії) при введенні водорозчинних полімерів. Встановлений взаємозв'язок між структурою, конформацією макромолекул та їх здатністю до флокуляції дисперсної фази. Вияснена роль гідродинамічного фактору та вплив полімеру на нього в процесах зневоднювання осаду. Пов'язано ступінь адсорбційної очистки водного середовища із ефективністю дії полімерів-флокулянтів дисперсної фази.

Практична цінність роботи. Розроблені методики по визначенню концентрацій шкідливих речовин дадуть змогу проводити контроль за станом техногенного забруднення довкілля з метою покращання екологічної ситуації в районах виробництва та використання цих речовин.

Результати моніторингу довкілля Чернівців, Києва, Дніпродзержинська та Маріуполя стануть надійним фундаментом по управлінню якістю НС, а проведена порівняльна оцінка вітчизняних методик взяття проб і аналітичних методів з методиками США забезпечить усвідомлення надійності тих чи інших одержаних даних.

В результаті експериментальних досліджень запропоновані ефективні адсорбенти (природні мінерали Кримський та Черкаський бентоніт) важких металів, що містяться у воді. Підібрані водорозчинні полімери, які здатні адсорбуватись на частинках природного мінералу, викликаючи цим самим флокуляційне структурування, яке супроводжується освітленням розчину і переходом зфлокульованої маси разом з адсорбованими металами в осад. Використання суміші двох полімерів дозволяє ефективно проводити зневоднювання осаду, а отже вирішувати питання утилізації глинистих шламів.

Особистий внесок здобувача. Дисертант брав безпосередню участь у розробці методик по визначенню концентрацій шкідливих речовин у воді, виробничому та атмосферному повітрі. Провів збір даних по забрудненню НС досліджуваних регіонів. Організував пости для відбору проб атмосферного повітря в Чернівцях та Маріуполі, контролював і здійснював відбір та аналіз проб при проведенні моніторингу. Сумісно з професорами Р.Ваденом, П.Шеффом, Проданчуком М.Г. провів аналіз одержаних результатів вмісту полютантів в об'єктах НС. Самостійно провів порівняння методик відбору проб та їх аналіз вітчизняними методами та методиками Агентства охорони навколишнього середовища США. Провів дослідження і встановив взаємозв'язок між процесами міжчастинних взаємодій та флокуляційним структуруванням дисперсної фази глинистого мінералу в присутності водорозчинних полімерів. В роботі використані дані аналізів проб, виконаних безпосередньо дисертантом, а також за його участю.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась у межах тем: “Визначення пріоритетних забрудників атмосфери м.Чернівців та концентрацій шкідливих речовин в промислових викидах підприємств в атмосферу” (номер держреєстрації 0197U001371), “Дослідження та екологічна оцінка потенційно небезпечних для здоров'я людини факторів навколишнього середовища Чернівецької області” (№0197U008858), “Дослідження процесів структурування і агрегації в дисперсних системах та можливості їх використання для інтенсифікації процесів сепарації полімінеральних руд, створення нових видів палива (водовугільні суспензії), нових видів кераміки на основі ультрадисперсних порошків” (№0197U014409), “Вивчення токсичності, проведення первинної токсикологічної оцінки, обгрунтування ГДК хімічних речовин в повітрі робочої зони, повітрі атмосфери населених місць, в воді водних об'єктів” (№0193UO17770, №0193UO17669), наукової програми “Сім'я та діти України”, спільного українсько-американського проекту “Забруднювачі навколишнього середовища і здоров'я дітей раннього віку в м.Маріуполі”.

Апробація роботи. Основні результати досліджень, викладені в дисертаційній роботі, доповідались і обговорювались на: всесоюзній конференції “Медико-екологічні проблеми охорони здоров'я матері і дитини” (Чернівці, 1991), науково-практичній конференції “Актуальні питання використання лабораторних тварин в медико-біологічних дослідженнях” (Чернівці, 1992), конференції молодих вчених і спеціалістів, присвяченій 64 річниці створення інституту медицини праці (Київ, 1992), науково-практичній конференції “Актуальні питання гігієни і епідеміології Донбасу” (Донецьк, 1993), міжнародній науковій конференції “Навколишнє середовище і здоров'я” (Чернівці, 1993), V конгресі світової федерації Українських лікарських товариств (Дніпропетровськ, 1994), семінарі “Екологія та здоров'я людини, охорона повітряного та водного басейну” (Київ, 1994), міжнародному симпозіумі “Медико-екологічні проблеми охорони здоров'я в Україні” (Чернівці, 1994), конференції “Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов” (Крим, 1995), міжнародній конференції “Environment Pollution and Child Health” (Сосновіце, Польща, 1996), конференції “Human Exposure Assesment in Environmental Health Decision Making” (Сосновіце, Польща, 1996), 8-ій щорічній конференції International Society for Environmental Epidemiology (Едмонтон, Канада, 1996), симпозіумі “Навколишнє середовище і репродукція людини” (Київ, 1996), семінарі “Приборы и методы для экспрессного исследования состояния окружающей среды” (Київ, 1996), 90-й щорічній зустрічі і виставці “Air Waste Management Association” (Торонто, Канада, 1997), конференції ISEE/ ISEA: “Connecting with the Community in Environmental Health Studies” (Бостон, США, 1998 р.), 9-ій науковій школі країн співдружності по обробці дисперсних матеріалів і середовищ “Вибротехнология -99” (Одеса, 1999).

Публікації. Основні результати досліджень опубліковані в 20 наукових працях. З них:

5 статей в наукових журналах; 1 стаття в збірці наукових праць; 14 тез конференцій.

Структура та об'єм роботи. Дисертація містить вступ, вісім розділів, висновки, список використаних джерел (186 найменувань) та додатку. Робота викладена на 213 сторінках машинопису, ілюстрована 39 таблицями, 24 рисунками.

Зміст роботи

У розділі 1 “Основні завдання та методи фізико-хімічного моніторингу навколишнього середовища” (огляд літератури) розглянуто сучасні уявлення щодо проведення моніторінгу техногенного забруднення НС (повітря), визначення цілей, методології, гарантії якості, планування, вибору місцерозташування пунктів спостереження, оцінка основних забруднюючих речовин, присутніх в атмосфері міст та підбір обладнання для здійснення моніторингу.

Другий розділ “Рецепторне моделювання для частинок речовини в контексті стандартів якості довкілля” присвячений сучасним методам оцінки стану техногенного забрудненя з метою управління якістю повітря населених місць.

У третьому розділі “Фізико-хімічні основи процесів очистки води від забруднень” розглядається питання очистки води від важких металів з точки зору використання природних глинистих мінералів як адсорбентів. Для цього дається характеристика фізико-хімічних властивостей основних глинистих мінералів, які поширені на території України, акцентується увага на величинах питомої поверхні як фактора, що сприяє адсорбції важких металів. Не менш важливе значення має утилізація високодисперсних фракцій глини із адсорбованими важкими металами, а це вже проблема регулювання структуруванням та стійкістю дисперсної фази суспензій, без вирішення якої неможливе ефективне освітлення водного середовища від завислих високодисперсних фракцій.

У розділі 4 “Розробка методичних вказівок по визначенню нових техногенних забрудників довкілля” описані методологічні підходи щодо розробки методів визначення концентрацій шкідливих речовин у повітрі робочої зони, атмосфері населених місць та воді. Для забезпечення контролю за станом забруднення довкілля необхідно володіти високочутливими, точними і надійними методами, які дозволяють вибірково визначати мікрокількості шкідливих речовин в присутності значної кількості супутніх сполук. В результаті експериментальних досліджень нами розроблені сучасні методи визначення концентрацій 25 хімічних речовин у повітрі робочої зони (табл.1,4), атмосфері населених місць (табл.2,4) та воді водойм (табл.3).

Експериментально доведено, що у відповідності до вимог, всі методи визначення концентрацій полютантів у повітрі робочої зони та воді водойм забезпечують визначення речовин на рівні нижчому половини гранично-допустимої концентрації (ГДК), або орієнтовно безпечних рівнів дії (ОБРД), в атмосферному повітрі на рівні 0,8 ГДК (ОБРД) в присутності супутніх речовин, які є в навколишньму середовищі при їх виробництві та застосуванні, із сумарною похибкою не більше, ніж 25%.

Таблиця 1 Параметри газохроматографічних методик визначення концентрацій речовин у повітрі робочої зони

Таблиця 2 Параметри газохроматографічних методик визначення забруднюючих речовин в атмосфері населених місць

Проби в розроблених нами методиках відбиралися аспіраційним методом шляхом пропускання досліджуваного повітря через концентраційні трубки, рідинні поглинювачі , фільтри (АФА) та/або рідинні поглинювачі, послідовно з'єднані з фільтрами. Тривалість пробовідбору повітря залежала від необхідної для аналізу чутливості. Вибрані нами тип сорбентів та швидкість аспірації давали можливість концентрувати не менше 95% досліджуваної речовини із повітря, що було встановлено за даними аналізу модельних сумішей.

Таблиця 3 Параметри методик визначення забруднюючих речовин у воді водойм

Запропоновані методики вимірювання концентрацій шкідливих речовин пройшли виробничі випробування і рекомендовані органами Державного санітарного нагляду для використання в контролі забруднення повітря виробничих приміщень, атмосферного повітря, стічних вод, вод культурно-побутового призначення.

Таблиця 4 Атомно-абсорбційні методики виявлення забруднюючих речовин

Розділ 5 ”Моніторинг забруднення в м.Чернівці” відображає дані по оцінці стану забруднення атмосферного повітря Чернівців, на основі отриманих нами результатів короткострокового мотіторингу з використанням рецепторної моделі хімічного балансу мас. Відбір проб атмосферного повітря проводився на тефлонові та кварцеві фільтри, для аналізу проб використовувались: протон-індукована рентгенівська емісійна, рентгенфлуоресцентна та атомно-абсорбційна спектроскопія, нейтронно активаційний та термально-оптичний аналіз, газова хроматографія високої роздільної здатності.

На прикладі м.Чернівців показана можливість застосування методик з використанням супутніх факторів та рецепторної моделі хімічного балансу мас для оцінки стану забруднення атмосферного повітря при проведенні моніторингу.

Використовуючи фактори збагачення, проведені розрахунки окремо по кожному з 45 елементів, органічному та елементному вуглецю, завислим частинкам і з'ясовано їх походження та внесок у загальне забруднення атмосферного повітря Чернівців в залежності від напрямку вітру. Показано, що моделювання таких джерел забруднення як грунт, автомобільні викиди та викиди промислових підприємств дає змогу обгрунтовано визначити долю кожного джерела забруднення, використовуючи залишкову концентрацію, в сумарних атмосферних концентраціях.

В таблиці 5 наведені результати добового та середні за перші 4 дні (південний вітер) і останні 4 дні (північний вітер) внески грунту, автомобільних викидів та інших джерел у загальне забруднення завислими частинками атмосферного повітря, розраховані методом рецепторного моделювання хімічного балансу мас.

Таблиця 5 Внески грунту, викидів автотранспорту та інших джерел у загальне забруднення завислими частинками атмосферного повітря Чернівців

Примітки: n - число компонентів, які використовувались в рецепторних моделях, вз - відсутні значення.

У розділі 6 “Аналіз і характеристика забруднювачів навколишнього середовища м.Києва та його регіону. Оцінка державних методологій взяття проб повітря в Україні” висвітлений аналіз даних забруднення Києва та Дніпродзержинська, проведений на основі офіційних даних служб гідромету, санітарно - епідеміологічної та екологічної. Детально проаналізовані дані мережі спостережень забруднення атмосфери Дніпровського району Києва пилом, ,,,,,. Значна кількість даних фіксувалась як нижча межі виявлення, що занижувало розрахунок середніх концентрацій. Проведено порівняння вітчизняних методів взяття та аналізу проб атмосферного повітря по основних забрудниках із методами, які використовуються в США. Показано, що дані, представлені державними службами не завжди узгоджуються із реальним станом техногенного забруднення НС (валові викиди промислових підприємств Дніпродзержинська) і є значно занижені, або взагалі не фіксуються по деяких ксенобіотиках, що зумовлено невдалим вибором місця посту спостереження, коротким терміном взяття проб (20 хв.), використанням недосконалих методик аналізу проб, відсутністю проведення інструментальної інвентаризації фактичних викидів промислових підприємств в атмосферу.

Сьомий розділ “Полютанти в навколишньому середовищі м.Маріуполя, відбір проб та аналіз даних для оцінки дії полютантів” відображає дослідження стану забруднення НС, проведені на основі офіційних даних контролюючих служб, а також даних, отриманих в процесі проведеного нами моніторингу. Використовуючи сучасні підходи до проведення моніторингу, ми одержали поглиблені дані по забрудненню атмосферного повітря, води, грунту, побутового пилу та харчових продуктів. Проведений моніторинг дав можливість одержати дані по середньодобовому вмісту 42 елементів, 16 поліароматичних вуглеводнів (ПАВ) та окремо завислих частинок розміром до 10 і 2,5 мкм в атмосферному повітрі протягом шести місяців. Розширені дослідження проб грунту, побутового пилу, питної води та риби, виловленої в прибережній зоні Азовського моря, на вміст ПАВ, хімічних елементів, пестицидів та поліхлорованих біфенілів (ПХБ) показали, що в Маріуполі існує велика проблема з забрудненням НС окремими полютантами. Проведений аналіз одержаних результатів моніторингу вказав на підвищений рівень вмісту завислих частинок розміром до 2,5 мкм, бенз()пірену (Б()П), , в атмосферному повітрі, ,, Б()П в грунті, , , Б()П в питній воді, пестицидів та ПХБ в рибі. Проведені дослідження дозволяють оцінити токсичну дію полютантів на організм людини та провести адекватну кількісну оцінку ризику.

У восьмому розділі “Застосування бентонітових глин для адсорбційної очистки води від забруднень важкими металами” в якості адсорбентів важких металів вибрані Кримський та Черкаський бентоніти - різновиди монтморилонітової глини. Хімічними добавками, за допомогою яких проводилось регулювання стійкості дисперсної фази, служили водорозчинні полімери - поліакриламід (ПАА) та поліетиленоксид (ПЕО). Експериментальні дослідження проводились методами реології, оптичної турбидиметрії, мікроскопії. Це дало змогу встановити

взаємозв'язок процесів флокуляційного структурування із інтенсивністю міжчастинних взаємодій.

В якості критерію інтенсивності взаємодії частинок дисперсної фази як між собою, так і з дисперсійним середовищем взяті реологічні константи m та , які пов'язують параметр міжчастинних взаємодій Ейнштейна із фактором величини , (де - поточна, а - максимальна швидкость зсуву, одержувані на ротаційному віскозиметрі Реотест-2) наступною залежністю . В свою чергу взаємозв'язок між константами m та антибатний . Це свідчить про те, що в їх основі лежать різні за фізико-хімічною природою фактори, а саме константа m характеризує взаємодію частинок між собою, а - з дисперсійним середовищем.

Одержані концентраційні залежності реологічних констант m та показують, що в системі під дією ПАА утворюється флокуляційна структура, яка проявляє властивості перколяційних кластерів.

Проведено кількісний опис флокуляційного структурування, використовуючи по аналогії з гомогенними рідкими системами закон діючих мас. Одержано аналогічний взаємозв'язок концентрацій флокулянту [Ф₀], твердої дисперсної фази [А₀] з величиною зміни оптичної густини суспензії D, що відбувається в присутності флокулянта:

.

При умові лінійного взаємозв'язку між величинами визначали константу флокуляції та коефіцієнт екстинкції , який характеризує зміну розсіюючих по відношенню до випромінювання властивостей суспензії в присутності полімеру.

Встановлена лінійна кореляція розмірів флокул з величинами констант флокуляції К свідчить про те, що формування флокул відбувається за рахунок місткового з'єднання частинок дисперсної фази макромолекулами полімеру.

В процесах флокуляційного структурування важливу роль відіграє не тільки природа функціональних груп ланок полімеру, які взаємодіють з активними центрами на поверхні частинок глинистого мінералу, але й конформація макромолекул в розчині. Останній фактор залежить від концентрації полімеру, а отже і від міжмолекулярних взаємодій макромолекул, за рахунок дисперсійних сил, або водневих зв'язків окремих сусідніх ланок макромолекул.

Методом атомно-абсорбційного аналізу проводились дослідження адсорбції із водного середовища важких металів (Pb, Cd, Hg) Кримським та Черкаським бентонітом. Для цього контолювались зміна вмісту цих металів у водному середовищі після його контакту з дисперсною фазою глинистого мінералу.

Було встановлено, що наявність полімерів, завдяки їх флокулюючій дії, не тільки освітлює розчин від завислих частинок дисперсної фази, але й в ряді випадків суттєво зменшує вміст важких металів у воді. Отже, поєднання процесів адсорбції та флокуляції дозволяє вирішити проблему очищення водного середовища від токсичних елементів і покращити утилізацію глинистих шламів з адсорбованими на них важкими металами.

Дослідження процесів згущення глинистої суспензії в присутності ПАА та ПЕО показали, що саме їх суміш сприяє не тільки зростанню швидкості згущення суспензії, але, знижуючи гідродинамічний опір, покращує ущільнення осаду, а отже і зневоднення глинистого шламу.

забруднення атмосферний адсорбційний очистка

Висновки

1. Розроблені чутливі і селективні методи визначення 20 хімічних речовин в повітрі робочої зони, 14 речовин в атмосферному повітрі населених місць, 10 - у воді, які необхідні для контролю за станом техногенного забруднення довкілля в місцях виробництва та застосування цих речовин.

2. За допомогою рецепторного моделювання, заснованого на хімічному балансі мас, вперше оцінено вклад в загальне забруднення атмосфери різних джерел (грунту, викидів автомобільного транспорту, промислових підприємств), в залежності від метеорологічних факторів в м.Чернівці.

3. Використання сучасних методів (протон-індукована рентгеноемісійна спектроскопія, рентгенфлуоресцентна спектроскопія, нейтронно-активаційний аналіз, термооптичний аналіз, хромато - мас - спектрометрія та газова хроматографія високороздільної здатності) дало можливість розширити спектр виявлених полютантів в містах Чернівці та Маріуполь, внести суттєві корективи в реальну картину забруднення цих міст.

4. За даними комплексного моніторингу пріоритетними забруднювачами атмосферного повітря в Маріуполі є: завислі частинки розмірами до 2,5 мкм, поліароматичні циклічні вуглеводні, арсен, кадмій; в грунті - арсен, берилій, бенз()пірен; в питній воді - арсен та бенз()пірен; в рибі - поліхлоровані біфеніли та пестициди.

5. Порівняння вітчизняних та зарубіжних методичних підходів щодо оцінки стану забруднення навколишнього середовища показує, що малі об'єми проб, недосконалі аналітичні процедури, погане технічне забезпечення зумовлюють низькі границі реєстрації більшості полютантів, а одержані дані не відтворюють дійсну картину забруднення об'єктів навколишнього середовища.

6. Водорозчинні полімери поліакриламід та поліетиленоксид викликають флокуляційне структурування в суспензіях глинистого мінералу, яке супроводжується одночасним падінням седиментаційної стійкості дисперсної фази. Ці процеси інтенсифікуються при одночасному використанні обох полімерів, що пов'язано із зниженням гідродинамічного опору середовища за рахунок дії поліетиленоксиду. Процес флокуляції визначається як структурою функціональних груп макромолекул полімерів, які взаємодіють із поверхнею частинок глини, так і конформацією макромолекул в розчині.

7. Глинисті мінерали Кримський та Черкаський бентоніти мають високі адсорбційні здатності по відношенню до солей важких металів (Pb, Cd, Hg). Використання Кримського кілу дозволяє зменшити вміст даних металів у воді на 90-97%, Черкаського бентоніту - на 40-97%. Застосування водорозчинних полімерів, які сприяють флокуляційному структуруванню, прискорює переведення високодисперсних частинок мінералу в осад разом із адсорбованими важкими металами.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Наконечный И.И., Кушнир С.В., Дейнека С.Е. Атомно-абсорбционное определение стеаратов кальция, бария, свинца, серебра в воздухе рабочей зоны // Гигиена и санитария.- 1992.- №3.- С.79.

2. Scheff, P.A., R.A.Wadden, K.L.Ticho, J.J.Nakonechniy, M.Prodanchuk, D.O.Hryhorczuk, Toxic Air Pollutants in Chernivtsi, Ukraine // Environment International. 1997.- Vol.23.- №3.- P.273-290.

3. Слипенюк Т.С., Наконечный И.И., Нечипорук В.В. Исследование флокуляционного структурирования суспензий // Химия и технология воды.- 2000.- Т.22.- №2.- С.133-144.

4. Кравченко О.В., Наконечний Й.Й., Власик Л.І., Давиденко І.С. Особливості функціональної морфології плаценти в умовах екологічного дисонансу // Педіатрія, акушерство і гінекологія.- 1995.- №2.- С.57-58.

5. Когутяк Я.М., Власик Л.І., Наконечний Й.Й., Приходська К.Г. Динаміка накопичення важких металів в окремих елементах екосистеми Дністровського водосховища // Наук. вісник Чернівецького університету, Біологія, 1999.- Вип. 39.- С.141-149.

6. Слипенюк Т.С., Нечипорук В.В., Наконечный И.И. Процессы структу-рирования суспензий в присутствии полимеров. Научная школа стран содружества по обработке дисперсных материалов и сред “Вибротехнология-99”. Периодич. сб. научных трудов. Одесса, НПО “ВОТУМ”, 1999.- С.194-199.

7. Наконечный И.И., Кушнир С.В. Анализ дифенилметана и бензофенона в воздухе рабочей зоны методом газожидкостной хроматографии // Матер. Всес. конфер. “Медико-экологические проблемы охраны здоровья матери и ребенка”.- Черновцы.- 1991.- С.134-135.

8. Наконечный И.И., Кушнир С.В., Любарев О.Ю. Газохроматографический метод определения анисового альдегида и п-метилкрезилового эфира в воздухе робочей зоны и атмосферном воздухе // Матер. Всес. конфер. “Медико-экологические проблемы охраны здоровья матери и ребенка”.- Черновцы.- 1991.- С.135-136.

9. Наконечний Й.Й., Кушнір С.В., Тураш М.М. Іонселективний метод визначення концентрації NaI і CsI при інгаляційній затравці тварин в атмосферному повітрі населених місць і воді водойм // Матер. науково-практ. конфер. “Актуальні питання використання лабораторних тварин в медико-біологічних дослідженнях”.- Чернівці.- 1992.- С.99.

10. Наконечний Й.Й., Грицюк Д.А., Любарєв О.Ю. Контроль вмісту концентрації бензилбензоату в камерах для затравки лабораторних тварин і в навколишньому середовищі // Матер. науково-практ. конфер. “Актуальні питання використання лабораторних тварин в медико-біологічних дослідженнях”.- Чернівці.- 1992.- С.97.

11. Наконечний Й.Й., Кушнір С.В., Грицюк Д.А. Газохроматографічне визначення п-терфенілу в атмосферному повітрі та воді водойм санітарно-побутового призначення // Тезисы докл. семинара “Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейна”.- Киев.- 1994.- С.62.

12. Наконечний Й.Й., Власик Л.І., Грицюк Д.А., Кушнір С.В. Газохроматографічне визначення вмісту ацетиланізолу в атмосферному повітрі // Тезисы докл. конф. “Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейна”.- Киев.- 1995.- С.120-121.

13. Наконечний Й.Й., Грицюк Д.А., Кушнір С.В. Контроль за вмістом в атмосферному повітрі N-метилентретбутиламіну // Матер. Міжнар. симпозіуму “Медико - екологічні проблеми охорони здоров'я в Україні”.-Чернівці.- 1994.- С.42.

14. Наконечний Й.Й, Мусурівська М.М., Тураш М.М. Деякі результати досліджень проб сечі та волосся дітей, які перехворіли осередковою алопецією // Тез. докл. сем. “Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейна”. Крым.- 1994.- С.63.

15. Bezrukov L.O., Koloskova O.K., Nakonechny J.J. etc. Combined Influence of Low Doses of Lead, Heavy Metals and Radiation on Disease Cases in Children in the City of Chernivtsy // Abstracts International Conference: Environmental Pollution and Child Health.- Sosnowiec ( Poland).- 1996.- Р.33.

16. Bezrukov L.O., Koloskova O.K., Nakonechny J.J., Vlasyk L.I. Diseases in Young Children Who Attend Playgrounds in Regions with Different Ecological Characteristics // Epidemiology.- Book of Abstracts the 8^th Annual Conference of the International Society for Environmental Epidemiology.- Edmonton (Canada).- 1996.- V.7.- N4.- P.S65.

17. Власик Л.І., Наконечний Й.Й., Давиденко І.С., Кравченко О.В. Репроепідеміологія в Чернівецькій області та медико-екологічні умови її формування // Матер. симпозіуму “Навколишнє середовище і репродукція людини”.- Київ, 1996.- С.33-34.

18. Наконечний Й.Й., Тураш М.М., Мусурівська М.М., Власик Л.І., Проданчук М.Г. Біоіндикація техногенних навантажень екологічно забрудненого регіону Буковини // Матер. сем. “Приборы и методы для экспрессного исследования состояния окружающей среды”.- Киев.- 1996.- С.68-69.

19. Наконечний Й.Й. Характеристика забруднювачів навколишнього середовища, як показник дії в репродуктивній епідеміології // Матер. симпозіуму “Навколишнє середовище і репродукція людини”.- Київ, 1996.- С.32-33.

20. Nakonechniy J.J., Wadden R.A., Scheff P.A., Suero M. Evaluating Environmental Data from the Past: Experience in Ukraine // Epidemiology.- Book of Abstracts ISEE/ISEA Conference: Connecting with the Community in Environmental Health Studies. Boston (USA).- 1998. -V.9. -№4.- P.S134.

Размещено на Allbest.ru