Исследование процессов формирования пылегазовых примесей в атмосферном воздухе придорожных территорий улиц города Оренбурга (на примере ул. Юных ленинцев)

-фотосенсибилизирующее. Вещества, загрязняющие воздух, повышают чувствительность кожи к УФИ. Избыточное поступление ультрафиолетовых лучей может оказать канцерогенный, мутагенный, общетоксический эффект, вызвать фотоофтальмию и фотохимический ожог.

-специфические заболевания. Описан флюороз при ингаляционном поступлении соединений фтора у населения, проживающего в зоне влияния выбросов алюминиевых и суперфосфатных заводов. Сырье этих заводов(бокситы, нефелины, апатиты) содержат соединения фтора, которые в больших количествах присутствуют в выбросах предприятий в атмосферный воздух.[11]

В наше время во всём мире атмосферный воздух загрязняется вредными веществами. К сожалению, человек сам создаёт себе то, что его убивает. В крупных городах, где существует большое скопление автомобилей, из-за выхлопов газа атмосфера загрязняется ещё сильнее. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми автотранспортом, считаются сажа, зола, углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, серы, аэрозоли, пыль, тяжелые металлы. Кроме того, резко повышается температура воздуха, что, в свою очередь, приводит к нарушению озонового слоя. Во многих городах России загрязнение воздуха выхлопными газами превышает 50 % от общего загрязнения. В 44 городах нашей страны концентрация опасных веществ превышает норму.[6]

Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу - атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана.

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений.[4]

Деятельность человека оказывает значительное влияние на состояние литосферы. При этом наибольшую антропогенную нагрузку испытывает её поверхностный слой - почва. До тех пор, пока тяжелые металлы прочно связаны с составными частями почвы и труднодоступны, их отрицательное влияние на почву и окружающую среду будет незначительным. Однако если почвенные условия позволяют перейти тяжелым металлам в почвенный раствор, появляется прямая опасность загрязнения почв, возникает вероятность проникновения их в растения, а также в организм человека и животных, потребляющих эти растения. Опасность загрязнения почв и растений зависит: от вида растений; форм химических соединений в почве; присутствия элементов противодействующих влиянию тяжелых металлов и веществ, образующих с ними комплексные соединения; от процессов адсорбции и десорбции; количества доступных форм этих металлов в почве и почвенно-климатических условий.

Атмосферные загрязнения могут быть причиной возникновения неинфекционных заболеваний у человека, кроме того, они способны ухудшать санитарные условия жизни людей и причинять экономический ущерб. Загрязнение воздуха действует на людей по-разному, Многие факторы, такие как: состояние здоровья, возраст, емкость легких и время, проведенное в загрязненной среде, могут повлиять на эффект, производимый загрязняющими веществами на здоровье. Крупные частицы загрязняющих веществ могут отрицательно воздействовать на верхние дыхательные пути, тогда как частицы меньшего размера могут проникать в мелкие дыхательные пути и альвеолы легких. Реакция организма на воздействие атмосферных загрязнений будет зависеть от индивидуальных особенностей, возраста, пола, состояния здоровья, метеоусловий.[2]



2. Исследования процессов формирования пылегазовых примесей в атмосферном воздухе придорожных территорий улиц города Оренбурга. (На примере улицы Юных Ленинцев)

2.1 Характеристика объекта исследований и применяемых методик

2.1.1 Характеристика объекта исследования

Улицы современного города представляют собой сложные инженерные сооружения. Они определяют лицо города, степень его благоустройства. Городские улицы связывают в единую транспортную сеть жилые, промышленные, административные районы и служат для движения городского транспорта и пешеходов, а так же размещения зданий и других элементов оборудования и благоустройства. Проезжая часть, тротуары, полосы зеленых насаждений - все, что расположено между границами застройки, образует улицу. Современные улицы должны удовлетворять ряду требований, главным из которых является удобство и безопасность движения транспорта и пешеходов. Но, как отмечалось выше, улица любого города представляет собой протяженный источник выбросов выхлопных газов и пыли. И поэтому для оценки качества атмосферы в промышленном городе следует оценивать не только состояние автомобильного парка, но и состояние автомобильных дорог.

Объектом исследований является придорожная территория улицы Юных-Ленинцев г. Оренбурга. На всем своем протяжении она имеет форму практически прямой линии, по всей ширине дорога ограничена бордюрами шириной 0,15 м, движение транспорта двустороннее (две полосы движения). Встречаются зеленые насаждения - деревья, кустарники, клумбы. Она имеет ширину дороги 8 метров, имеет асфальтное покрытие, длина улицы составляет 750 метров, расстояние до линии застройки 25метров, она считается улицей и дорогой местного значения. Интенсивность транспортного потока по улице 1526 авт./сутки.[13]

Пробы были взяты в районе учебного помещения №9 (школа №57) и место отбора проб указаны на карте-схеме.

Рисунок 2.1 Карта-схема места отбора проб на улице Юных-Ленинцев

2.1.2 Характеристика применяемых методик

Методика определения взвешенных частиц

Общие положения. Загрязнение осадков происходит как во время образования в облаке и выпадения их на земную поверхность, так и в результате сухого осаждения загрязнителей из атмосферы.

Большое количество пылевых примесей в атмосфере городов нередко провоцирует заболевания дыхательных путей и нарушение работы слизистых оболочек организма человека и животных. Пыль засоряет устьица растений, нарушает процессы цветения и оплодотворения в растениях. В больших количествах пыль образует налет или даже корку на поверхности растений, чем затрудняет протекание процесса фотосинтеза. Будучи сами по себе малотоксичными пылевые частицы способны адсорбировать на своей поверхности тяжелые металлы и другие токсичные вещества.

Ход работы. Произвести отбор снега (дождя) специальным пробоотборником. Если производится отбор снега, то его необходимо поместить в комнатные условия (18-20° С) до полного таяния. Собранные осадки фильтруются через широкопористый фильтр (белая лента), предварительно взвешенный на аналитических весах. Для фильтрования берутся три конические колбы, три воронки, в которые вставляются фильтры. Через каждый из них пропускается фильтрат объемом 300 мл. Если после фильтрования фильтрат получается мутным, то его фильтруют еще через узкопористый фильтр (синяя лента), выше указанным способом. После фильтрования фильтры высушиваются в эксикаторе и вновь взвешиваются на аналитических весах. По разности масс фильтров до и после фильтрования вычисляется масса взвешенных частиц.

Методика определения рН водных объектов.

Общие положения. Величина рН является мерой активной кислотности природной воды и других объектов окружающей среды, создавшейся в результате взаимодействия растворенных электролитов и газов. Определение величины рН в практике исследования природных вод, почв и растений имеет большое значение. Это величина позволяет судить о формах нахождения в объектах окружающей среды слабых кислот: угольной, кремневой, сероводородной, фосфорной, а также дает возможность судить о насыщенности объектов слабыми основаниями и служит для контроля некоторых аналитических определений. Активная кислотность почв имеет решающее значение для произрастания растений, жизнедеятельности микроорганизмов, развития и направления биохимических процессов почвы.

Ход определения. Приготовление водной суспензии. 10 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито диаметром в 1 мм, отвешивают на технических весах, помещают в колбу емкостью 50-10 и приливают 25 мл дистиллированной воды, рН которой равна 6,6-6,8.Колбу плотно закрывают чистой каучуковой пробкой, встряхивают 5 минут и оставляют стоять 18-24 часа, после чего сливают отстоявшийся раствор и определяют рН водной вытяжки.

Приготовление солевой вытяжки. Отвешивают на технических весах 20 г воздушно-сухой (или сырой) почвы и помещают в сухую чистую колбу емкостью 100 мл. Приливают 50 мл 1,0 н раствора хлорида калия, закрывают чистой пробкой и энергично встряхивают 5 минут. Через 10-15 минут после встряхивания, когда большая часть почвы осядет на дно, пробку приподнимают и дают стечь жидкости, задержавшейся между пробкой и стеклом. Снова закрывают колбу пробкой, смывают отстоявшейся жидкостью частицы почвы со стенок колбы. Если это не удастся сделать за один прием, минут через 10 повторяют смывание еще раз, после чего колбу оставляют стоять 18-24 часа. По истечении срока отстаивания берут пипеткой часть раствора (фильтровать нельзя ,так как фильтр может изменить реакцию вытяжки) и определяют рН солевой вытяжки.

Пробы природной воды или вытяжек в подписанных или пронумерованных химических стаканчиках переносят к прибору. Порядок работы на приборе следующий:

1. Включить прибор в сеть, прогреть 15 минут.

2.Опустить электроды в стаканчик с раствором.

3.Нажать кнопку рХ и «-1:19»,по нижней шкале прибора определить приблизительное значение рН раствора.

4.На панели переключения пределов измерения нажать кнопку, в которую входит определенная по пункту № 3 величина. Например, 2,4, то нужно нажать кнопку «-1:4» и отсчитать показываемое значение по верхней шкале прибора.

5.Соблюдать осторожность при работе со стеклянным электродом, следить, чтобы шарик стеклянного электрода не прикасался к стенкам и дну стакана.

После каждого определения вымывают электроды в дистиллированной воде и высушивают фильтрованной бумагой. По окончании работы с прибором электроды помещают в стакан с дистиллированной водой.

Методика определения содержания хлорид-ионов в атмосферных осадках

Общие положения. Высокая растворимость хлоридов объясняет широкое распространение их во всех природных водах. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико (20-ЗО мг/л). Незагрязненные грунтовые воды в местах с несолончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлор-иона. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву, в 1 л могут содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350 мг/л, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500-1000 мг/л неблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов является показателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников и сточных вод. Определение хлоридов ведется по методу Мора.

Принцип метода Мора основан на осаждении хлоридов азотнокислым серебром в присутствии хромата калия К₂СrО₄. При наличии в растворе хлоридов AgNO₃ связывается с ними, а затем образует хромат серебра оранжево-красного цвета.

NaCI + AgNO₃ >AgCIv+ NaNO₃

2AgNO₃ + K₂CrO₄ > Ag₂CrO₄v + 2KNO₃

Ход работы. Вначале устанавливают титр AgNO₃. Для этого в коническую колбу на 200 мл вносят 10 мл раствора NaCI и 90 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 капель К₂СгО₄. Содержимое колбы титруют раствором AgNO₃ до перехода лимонно-желтой окраски мутного раствора в оранжево-красную, не исчезающую в течение 15-20 с.

При содержании хлоридов менее 250 мг/л берут 100 мл фильтрованной испытуемой воды. При большем содержании хлоридов берут 10-50 мл. Испытуемую воду наливают в две конические колбы, доводят до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 капель раствора К₂СгО₄. Раствор в одной колбе титруют AgNO₃, a вторая колба используется для контроля.

Содержание хлор-иона в воде рассчитывается по формуле

Х=V•35,5,

где X - содержание хлор-иона в мг/л;

35,5 - эквивалентное количество хлора, соответствующее 1 мл 0,01 н раствору AgNO₃ мг;

V - объем исследуемой пробы, мл.

Методика определения содержания сульфидов и гидросульфидов в атмосферных осадках

Основные положения. При действии раствора йода на связанный и свободный сероводород и соли сернистой и тиосерной кислот происходит окисление последних:

S^2-+I₂ > 2I-+S

HS^-+I2>H⁺ + 2I^- + S

SОз^2- + I₂ > SO₄^{2 -}+ 2I^-+ 2Н⁺

2S₂Оз^2-+ I₂ >2I+ S₄О₆^2-

Ход определения. Вследствие летучести свободного сероводорода производят два определения: ориентировочное и точное.

Ориентировочное определение. В коническую колбу помещают 20 мл фильтрата атмосферных осадков, добавляют 0,2 г иодида калия и перемешивают круговыми движениями, при этом кристаллы растворяются. Затем прибавляют 2-3 капли 0,5 %-ного раствора крахмала и титруют 0,01 н раствором йода до появления голубой окраски, не исчезающей при энергичном встряхивании.

Точное определение. В коническую колбу вносят 20 мл исследуемой пробы, 0,2 г иодида калия ,отмеряют из бюретки 0,01 н раствора йода на 1 мл больше, чем было израсходовано на ориентировочное титрование, затем прибавляют 2-3 капли 0,5 %-ного раствора крахмала ,тщательно взбалтывают и оттитровывают избыток йода 0,01 н раствором тиосульфата натрия.

Общее содержание соединений серы X (в мг/л), окисляемых йодом, выраженное в форме сероводорода, вычисляют по формуле

,

где V₁ - объем прибавленного раствора йода, мл;

H₁-нормальность раствора йода, н;

V₂-объем раствора тиосульфата натрия, израсходованный на титрование избытка раствора йода, мл;

H₂-нормальность раствора тиосульфата натрия, н;

17-эквивалентный вес сероводорода, г/моль;

1000-коэффициент перевода мл в л;

V- объем исследуемой пробы, мл.

Методика определения содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов в атмосферных осадках

Ход определения. Определение карбонат-иона.

В колбу наливают 10 мл анализируемой воды. Добавляют пипеткой 5-6 капель раствора фенолфталеина (при отсутствии окрашивания раствора, либо при слабо розовом окрашивании считают что карбонат-ион в пробе отсутствует, рН пробы меньше 8,0-8,2). Постепенно титруют содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05н) до тех пор, пока окраска побледнеет до слабо розовой. Массовую концентрацию карбонат-иона рассчитывают по формуле

С_к = V_к •300

где V_к - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л.

Определение гидрокарбонат-иона. В колбу наливают 10 мл анализируемой воды. Добавляют пипеткой 1-2 капели раствора метилового оранжевого. Постипенно титруют содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05 н) при перемешивании до перехода желтой окраски в розовую. Массовую концентрацию гидрокарбонат-иона рассчитывают по формуле

С_к = V_гк •305

где V_гк - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л.

Методика определения содержания кальция и магния в атмосферных осадках

Общие положения. В этой работе используется комплексонометрический метод определения Са²+ и Mg²⁺ при их совместном присутствии в растворе.

Сущность определения сводится к тому, что в начале определяют суммарное содержание молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л Mg²⁺, титруя фильтрат раствором трилона Б в присутствии хромогена черного. Затем находят содержание ионов Са²⁺, титруя фильтрат раствором трилона Б в присутствии индикатора мурексида. По разности этих двух определений находят содержание ионов Mg²⁺.

Ход работы. Пипеткой на 50 мл отбирают фильтрат и переносят его в колбу для титрования, приливают 5 мл аммонийной буферной смеси, 25-30 мг хромогена черного и титруют раствором трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л до перехода винно- красной окраски раствора в синюю.

Титрование повторяют 2-3 раза и берут среднее значение.

Содержание Са²⁺ и Mg²⁺ вместе взятых можно найти по формуле

m(Ca²⁺+Mg²⁺) = ,

где С(1/zNа₂[НзТг])- концентрация раствора трилона Б, н;

V(Na₂[НзТг])- объем рабочего раствора трилона Б, затраченного на титрование, мл;

Уф- объем фильтрата, мл.

Определение содержания кальция. 50 мл фильтрата переносят в колбу для титрования, приливают 2,5 мл раствора NaOH с молярной концентрацией 2 моль/л, 30-40 мг смеси мурексида с хлоридом натрия и приступают к титрованию раствором трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л до появления сине-фиолетовой окраски, не исчезающей в течении 2-3 минут. Титрование повторяют 2-3 раза и берут среднее значение. Содержание кальция вычисляют по формуле, как и суммарное содержание Са²⁺ и Mg²⁺.

Количество магния находят

m(Mg²⁺) = m(Ca²⁺+Mg²⁺) - m(Ca²⁺),

Методика определения содержания сульфат-ионов в атмосферных осадках

Общие положения. В работе используют реакцию образования дисперсной системы малорастворимого в кислых растворах сульфата бария (ПР=1,1 •10 ^-10)

Ва²⁺ + SO4²- =BaSO₄

Для обеспечения избирательности определения сульфатов относительно карбонатов, фосфатов, хроматов реакцию проводят в кислой среде.

Ход определения. Приготовление рабочего раствора сульфата натрия. Раствор сульфата натрия с концентрацией 0,2 мг/ мл готовится растворением 0,8872 г прокаленного х.ч. сульфата натрия в 100 мл дважды перегнанной дистиллированной воды. Рабочий раствор сульфата натрия, содержащий 10 мкг в 1000 мл, готовят разбавлением полученного раствора в 20 раз.

Приготовление раствора электролита. 240 г химически чистого (х.ч.) хлорида натрия помещают в мерную колбу на 1000 мл, добавляют небольшое количество бидистиллята, приливают 20,5 мл концентрированной соляной кислоты и доводят бидистиллятом до метки.

Приготовление растворов для построения калибровочного графика. В мерные колбы вместимостью 50 мл вносят 1,2,4,6,10 мл рабочего раствора сульфата натрия, что соответствует 20,40,80,120,200 мкг сульфата натрия.

В каждую колбу приливают 10 мл электролита и соответственно 19,18,16,14,10 мл дважды перегнанной дистиллированной воды, перемешивают круговыми вращениями колбы. Затем приливают 7,5 мл раствора хлорида бария, перемешивают, доводят объем раствора до метки и снова тщательно перемешивают. Через 5 минут измеряют оптическую плотность стандартных растворов по отношению к раствору сравнения в порядке понижения концентрации в кюветах с толщиной поглощающего слоя 50 мл. Раствор сравнения готовят аналогично в колбе вместимостью 50 мл без сульфата натрия.

Снег перевести в жидкую фазу. Затем к 10 мл талой воды прибавляют 20 мл электролита, 20 мл бидистиллята, раствор перемешивают и добавляют 75 мл раствор хлорида бария. В колбе на 100 мл раствор доводят до метки и колориметрируют.

Определение содержания ионов аммония в атмосферных осадках

Общие положения. Ионы аммония определяют фотометрически по реакции с реактивом Несслера. Принцип метода основан на том, что аммоний с реактивом Несслера образует йодид меркураммония, который окрашивает раствор в желто-коричневый цвет. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию аммония в воде.

NH₄⁺ + 2К₂НgI₄ + 2КОН > NH₂Нg₂I₃v + 5KI + 2H₂O + K⁺

Так как соли кальция и магния, обычно содержащиеся в природных водах, при взаимодействии с реактивом Несслера могут выпасть в осадок, их связывают раствором виннокислого натрия-калия (сегнетовой солью). Диапазон определяемых концентраций аммония - 0,05-4 мг/л.

Как правило, в чистых природных водах содержится 0,01-0,1 мг/л аммонийных солей. Предельно допустимые концентрации аммиака в воде водоемов 2 мг/л (по азоту).

Ход работы. К100 мл пробы воды добавляют 0,2 мл раствора сегнетовой соли и 0,2 мл реактива Несслера, перемешивают и через 10 мин измеряют оптическую плотность раствора при 425 нм в кювете толщиной 1 см на фоне дистиллированной воды. Из полученного значения оптической плотности вычитают оптическую плотность холостой пробы. Концентрацию ионов аммония в пробе определяют по калибровочному графику.

Построение калибровочного графика

В мерные колбы на 50 мл наливают 0,1,2,3,4,6 и 10 мл стандартного раствора NH₄CI концентрации 5 мкг NH₄ в 1 мл. Разбавляют до метки безаммиачной водой, перемешивают, отбирают из каждой колбы по 10 мл и переносят в пробирки. Концентрация ионов аммония в растворах составляет 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,6 и 1 мг/л. Определение ионов аммония ведут по методике, описанной выше. Из полученных значений оптических плотностей вычитают оптическую плотность холостого раствора.

Методика определения общей минерализации осадков

Ход работы. Для анализа используется фильтрат снеговой или дождевой воды, профильтрованный через фильтр «белая лента».

Фарфоровую выпаривательную чашку, предварительно ополоснув дистиллированной водой, высушивают до постоянного веса в сушильном шкафу при 150 °С.

Охлажденную в эксикаторе чашку взвешивают на аналитических весах.

25 мл фильтрата помещают в выпаривательную чашку (чашку наполняют постепенно, не более 1 объема) и выпаривают содержимое на водяной бане. Первое высушивание продолжительностью - 2 часа, последнее продолжительностью - 0,5 часа.

Помещают в сушильный шкаф и сушат до постоянного веса при тех же условиях. Затем охлаждают чашку с осадком в эксикаторе. Взвешивают охлажденную чашку вместе с содержимым на аналитических весах.

Методика определения цинка в природных водах

Общие положения. Цинк находится в природных водах главным образом в виде иона Zn²⁺. В водах обычно содержится п*10° мкг/л Zn²⁺, иногда это содержание повышается до сотен мкг/л. Более высокие концентрации цинка встречаются, как правило, в кислых водах. Наиболее удобным методом определения микроколичества цинка в природных водах является дитизоновый.

Метод применим для анализа пресных и соленых вод (до минерализации 100 г/л), цинк образует с дитизоном красное соединение, экстрагируемое лучше всего четыреххлористым углеродом. Следует иметь ввиду, что цинк также образует с тиосульфатом комплексное соединение, хотя и относительно мало устойчивое. Это приводит к замедлению и некоторой неполноте реакции образований дитизоната цинка. Поэтому построение градуировочного графика и само определение надо проводить в одинаковых условиях.

Метод исключительно чувствителен, поэтому следует особо тщательно следить за чистотой посуды и реактивов.

Ход работы. Приготовление стандартных растворов для построения градуировочного графика. Для приготовления эталонов в мерные колбы на 50 мл наливают 0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 мл рабочего раствора хлорида цинка, в каждую из колб добавляют 5 мл ацетатного буферного раствора, затем 1 мл 20 % раствора тиосульфата натрия и 4 мл раствора дитизона; доводят объем до метки дистиллированной водой и фотометрируют. (После добавления каждого раствора содержимое колбы перемешивают).

Рабочий раствор хлорида цинка, содержащий 5 мкг/мл цинка, готовят, взяв навеску хлорида цинка 10,46 мг и растворив ее в мерной колбе на 1 л дистилированной водой. В коническую колбу помещают 100 мл исследуемого раствора, добавляют 5 мл ацетатного буферного раствора, перемешивают, приливают 1 мл 20 % раствора тиосульфата натрия (№28203) и 4 мл рабочего раствора дитизона в четыреххлористом углероде. Энергично встряхивают в течение 2-5 минут.

Окраска дитизона в зависимости от содержания цинка изменяется от зеленой до красной.

Содержимое колбы переливают в делительную воронку и отделяют окрашенную органическую часть раствора, которую помещают в кювету на 10 мл и определяют оптическую плотность на ФЭК. Зеленый светофильтр, Х= 540 нм.

Значение концентрации цинка определяется по калибровочному графику.[12]

Математическая обработка результатов исследования

Любые экспериментальные данные должны быть подвергнуты математической обработке, что позволит судить об их достоверности. Вычисляют среднее арифметическое значение экспериментальных данных Х_п, полученных при анализе параллельных проб

Затем находят среднее квадратичное отклонение для n определений по формуле:

Полученную величину отклонения S_n используют для вычисления абсолютной и относительной погрешности анализа с заданной степенью надежности (a =0,95) по формуле:

где tаn -коэффициент распределения Стьюдента, который определяют по таблице 2 для а =0,95 и числа определений n без промахов.

Таблица 2.1 Коэффициенты Стьюдента при a = 0,95

Количество параллельных измерений (n)	Коэффициенты Стьюдента tan
2	12,706
3	4,303
4	3,182
5	2,776
6	2,446
7	2,365
8	2,306
9	2,262

Относительная погрешность рассчитывается по формуле:



,%

2.2 Исследование степени загрязнения снежного покрова

Загрязняющие соединения могут растворяться в облачных каплях в процессе образования облаков (облачное вымывание). При облачном вымывании количество загрязняющих веществ, попадающих в жидкую фазу за счет диффузии, пропорционально их концентрации внутри облака. Так как облака, как правило, находятся на относительно большом расстоянии от поверхности Земли, процесс облачного вымывания эффективен при метеорологических условиях, способствующих эффективному вертикальному перемешиванию воздушных масс в нижнем слое атмосферы, включающем и облачную массу. Поэтому процесс облачного вымывания наиболее эффективен при дальнем переносе загрязняющих веществ. При таких условиях загрязняющие вещества могут попадать в высокие слои атмосферы.

После абсорбции загрязняющих веществ облачными каплями эти вещества могут вступать в химические реакции, подобные реакции двуокиси серы и аммиака, приводящие к образованию сульфата аммония, или другие химические взаимодействия. Облачные капли являются начальной стадией образования более крупных капель осадков. Таким образом, облачные капли с растворенными в них загрязняющими веществами трансформируются, затем в большие по размерам капли дождя. Таким путем загрязнение может выводиться из атмосферы и с осадками поступать на поверхность Земли. Облачные капли, не превратившиеся в дождевые, могут испаряться и, таким образом, эмитировать из своего объема загрязняющие вещества в атмосферный воздух, которые вновь растворяются в облачных каплях. Это приводит к повторению цикла выведения загрязнения из атмосферы, что в коечном итоге вызывает выпадение дождя.

Вторым типом выведения загрязняющих веществ из атмосферы является процесс подоблачного вымывания, при котором дождевые капли, пролетая, «захватывают» загрязняющие вещества и переносят их на подстилающую поверхность. Однако этот процесс является, как правило, относительно неэффективным вследствие низкой плотности дождевых капель в воздушной массе, содержащей загрязнения, а также незначительного времени контакта капель и загрязняющих соединений. Тем не менее, в районах с высоким уровнем загрязнения воздуха и значительным количеством осадков подоблачное вымывание может играть важную роль. Возможность существования загрязняющих веществ в растворенной форме обусловливает необходимость исследований в области химии осадков.[7]

Отбор проб атмосферных осадков чрезвычайно прост и не требует сложного оборудования по сравнению с отбором проб воздуха.

Для исследования процессов загрязнения атмосферных осадков были отобраны пробы на ул. Юных-Ленинцев г. Оренбурга. Пробы атмосферных осадков были отобраны на расстоянии 5, 15 и 25 метров от дорожного полотна.

В отобранных пробах определялось содержание кислотообразующих веществ, металлов, рН и минерализации.

В ходе проведенных исследований были получены следующие данные по концентрациям загрязняющих веществ в талой воде (таблица 2.2).

Таблица 2.2 Концентрация загрязняющих веществ в талой воде

Место отбора проб	Концентрации загрязняющих веществ, мг/л
	Взв. в-ва	Cl	HCO3-	Ca2+	Мg2+	HS-	NH4	SO4-	Fe	Zn	Cu	pH
5	81,6	58,93	85,4	6,6	0,6	2,4	0,536	0,5	0,042	0,119	0,00084	5,2
15	125	48,8	110,8	5,07	2,6	2,8	0,575	0,49	0,114	0,179	0,00022	6,32
25	52,97	44,7	135,8	5,07	1,3	3,0	2,72	0,45	0,09	0,188	0,00041	5,1



Максимальная концентрация по кислотообразующим веществам наблюдается по гидрокарбонатам-ионам, концентрация которых изменяется от 85,4 до 135,8 мг/л. Среди металлов приоритетными являются ионы кальция, концентрация которых изменяется от 5,07 до 6,6 мг/л. рН атмосферных осадков составляет от 5,1 до 6,32. На расстоянии 5 м и 25м слабо-кислая среда, а на 15м уже нейтральная.

Нами проводились исследования зависимости концентрации загрязняющих веществ от расстояния от источника загрязнения. Данные зависимости представлены на рисунках 2.2-2.12:

Рисунок 2.2 Зависимость концентрации хлорид-ионов от расстояния

Рисунок 2.3 Зависимость концентрации иона-кальция от расстояния

Рисунок 2.4 Зависимость концентрации сульфат-ионов от расстояния

Из графических зависимостей представленных на рис. 2.2-2.4 видно, что концентрация хлорид - ионов, ионов-кальция и сульфат-ионов с увеличением расстояния от источника загрязнения уменьшаются, что является закономерным.

Рисунок 2.5 Зависимость концентрации взвешенных веществ от расстояния



Рисунок 2.6 Зависимость концентрации гидрокарбонат-ионов от расстояния

Рисунок 2.7 Зависимость концентрации иона-магния от расстояния

Рисунок 2.8 Зависимость концентрации гидросульфид-ионов от расстояния

Рисунок 2.9 Зависимость концентрации железа от расстояния

Рисунок 2.10 Зависимость концентрации цинка от расстояния

Рисунок 2.11 Зависимость концентрации ионов-аммония от расстояния

Рисунок 2.12 Зависимость концентрации меди от расстояния

Из графических зависимостей представленных на рис. 2.5-2.12 видно, что концентрация взвешенных частиц, гидрокарбонат-ионов, ионов-магния, гидросульфид-ионов, ионов-аммония, железа, цинка и меди имеет максимальное значение на расстоянии 15 или 25 метров от дорожного полотна. Это объясняется тем, что вблизи находится экран в качестве забора и учебного здания, а так же металлы хорошо адсорбируются на взвешенных веществах и поэтому вместе с мелкодисперсной пылью могут перемещаться на дальнее расстояние. А сульфат-ионы, ионы-аммония, гидрокарбонатов являются вторичными веществами и им нужно время для химической трансформации, поэтому они могут оседать на удаленном расстоянии от источника.

Рисунок 2.13 Зависимость рН талой воды от расстояния

Как видно из графической зависимости на расстоянии от 5 до 25 метров показатель pH изменяется в интервале от 5,1 до 6,32 (слабо-кислая среда), это зависит от содержания кислотообразующих оксидов в снежном покрове.

2.3 Комплексная оценка степени загрязнения атмосферных осадков

При исследовании антропогенного воздействия загрязняющих веществ на снежный покров необходимым является комплексная оценка степени загрязнения талой воды. О химическом загрязнении снежного покрова нельзя судить по концентрации загрязняющих веществ. Поэтому степень загрязнения снежного покрова оценивается по коэффициенту концентрации (К) и по суммарному показателю химического загрязнения осадков (ПХЗс), который определяется по формуле:

ПХЗс=К1+К2+К3+………. Кn=Кi (1)

Где Кi-коэффициент концентрации i-го загрязняющего вещества

Кi=Сi/Сф (2)

Где Сi - концентрация i-го загрязняющего компонента, мг/л;

Сф - фоновая концентрация i-го загрязняющего компонента, мг/л.

Таблица 2.3 Фоновые концентрации загрязняющих веществ, мг/л.

Вещество	Фоновая концентрация
Взвешенные вещества	6,7
Гидрокарбонаты	29,5
Хлориды	8,1
Гидросульфиды	1,09
Кальций	5
Магний	1
Цинк	0,01
Железо	0,1
Медь	0,01
Аммоний	0,7
Сульфаты	0,12

Коэффициент концентрации загрязняющих веществ рассчитывали относительно фоновых значений представленных в таблице 2.3.

В результате расчетов получили следующие значения, представленные в таблице 2.4.

Таблица 2.4 Коэффициенты концентрации загрязняющих веществ а атмосферных осадках

Место отбора проб	Коэффициент концентрации загрязняющих веществ
	Взв. в-ва	Cl-	HCO3	Ca2+	Мg2+	HS-	NH4	SO4-	Fe	Zn	Cu	ПХЗ
5	12,17	7,27	2,89	1,32	0,6	2,2	0,765	4,16	0,42	11,9	0,084	43,78
15	18,65	6,02	3,75	1,014	2,6	2,56	0,82	4,08	1,44	17,9	0,022	58,86
25	7,9	5,5	4,6	1,044	1,3	2,75	3,88	3,75	0,9	18,8	0,041	50,46

По коэффициенту концентрации превышение фоновых значений по взвешенным веществам составляет от 7,9 до 18,65 раз.

По коэффициенту концентраций среди кислотообразующих приоритетным является на всех исследуемых расстояниях хлорид-ионы, превышение фона по которым составляет от 5,5 до 7,27 раз.

По коэффициенту концентраций среди металлов приоритетным является цинк, превышение фона по нему составляет от 11,9 до 18,8 раз.

Нами проводилось ранжирование исследуемой территории согласно существующим критериям оценки степени химического загрязнения объектов окружающей среды, разработанных в 1992 году министерством природы РФ.



Таблица 2.5 Значения критериев оценки качества природных сред

Показатели	Параметры
	ЭБ	ЧЭС	КЭС	ОУ
Реакция среды, рН	5,0-5,6	5,7-6,5	6,5-7	>7,0
ПХЗ	>100	50-100	1-50	?1

Ранжирование проведенное по рН атмосферных осадков показало, что исследуемую территорию на расстоянии 5 и 25 метров можно отнести к зоне экологического бедствия, а на 15 м к зоне с критической экологической ситуацией.

Ранжирование, проведенное по рН атмосферных осадков, показывает, что на расстоянии 5 и 25 метров от дорожного полотна складывается экологическое бедствие, а на 15м - критическая экологическая ситуация.

Ранжирование, проведенное по ПХЗ атмосферных осадков, показывает, что на 5м складывается критическая экологическая ситуация, а на 15 и 25 метрах - чрезвычайная экологическая ситуация.

2.4 Определение суммарных экологических нагрузок загрязняющих веществ

Выбрасываемые в атмосферный воздух загрязняющие вещества стационарными и передвижными источниками (промышленные предприятия, автомобильный транспорт) создают особую опасность для окружающей среды. Осаждение загрязняющих веществ может осуществляться двумя способами: сухое осаждение, вымывание атмосферными осадками. Осадки являются хорошим индикатором загрязнения воздуха в населенных пунктах и достаточно точно позволяют определить пространственную дифференциацию химических веществ. Поэтому одним из критериев качества территории промышленного города являются экологические нагрузки загрязняющих веществ, формирующиеся через загрязнение снежного покрова и дождевой воды. Экологическая нагрузка загрязняющих веществ снежного покрова на земную поверхность рассчитывается по формуле:

N=mi/ S*t,

где S-площадь поверхности среза снежного покрова;

t- время, в течении которого собирались осадки;

mi-масса i-ой примеси.

Оценить экологическую ситуацию складывающуюся в придорожной территории можно исходя из критериев суммарных экологических нагрузок (таблица 2.6)

Таблица 2.6 Критерии оценки качества территории по суммарным экологическим нагрузкам.

Значения экологической нагрузки, т/км2 год	Характеристика территории
0-50	Сравнительно-чистая
50-100	Умеренно загрязненная
100-200	Сильно загрязненная
>200	Территория с повышением предельно-допустимой нагрузки

Нами были рассчитаны экологические нагрузки загрязняющих веществ, значения которых приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 Экологические нагрузки загрязняющих веществ

Место отбора проб	Экологическая нагрузка загрязняющих веществ, т/км2•г
	Взв. в-ва	Cl-	HCO3	Ca2+	Мg2+	HS-	NH4	SO4-	Fe	Zn	Cu	УН
5	41,7	30,1	43,7	3,38	0,307	1,2	0,27	0,25	0,02	0,06	0,0004	120,9
15	77,8	28,8	65,4	2,9	1,57	1,6	0,33	0,29	0,08	0,1	0,0001	178,8
25	20,8	17,6	53,5	1,9	0,5	1,18	1,07	0,17	0,03	0,07	0,0002	96,8

Ранжирование, проведенное по суммарной экологической нагрузке показывает, что на расстоянии от 5 до 15 метров от дорожного полотна исследуемая территория относится к сильно загрязненной, так как УН изменяется в интервале от 100-200, а на расстоянии 25 м к умеренно-загрязнённой, так как УН изменяется от 50-100.

Нами проводились исследования суммарной нагрузки от расстояния до источника загрязнения. Данные зависимости представлены на рисунках 2.14-2.24

Рисунок 2.14 Зависимость экологической нагрузки взвешенных веществ от расстояния

Рисунок 2.15 Зависимость экологической нагрузки хлорид-ионов от расстояния

Рисунок 2.16 Зависимость экологической нагрузки гидрокарбонат-ионов от расстояния

Рисунок 2.17 Зависимость экологической нагрузки ионов-кальция от расстояния

Рисунок 2.18 Зависимость экологической нагрузки ионов-магния от расстояния

Рисунок 2.19 Зависимость экологической нагрузки гидросульфид-ионов от расстояния

Рисунок 2.20 Зависимость экологической нагрузки ионов-аммония от расстояния

Рисунок 2.21 Зависимость экологической нагрузки сульфат-ионов от расстояния

Рисунок 2.22 Зависимость экологической нагрузки железа от расстояния

Рисунок 2.23 Зависимость экологической нагрузки цинка от расстояния

Рисунок 2.24 Зависимость экологической нагрузки меди от расстояния

Объектом исследования является придорожная территория улицы Юных Ленинцев, расположенная в северной части города Оренбурга. Она считается улицей и дорогой местного значения.

Снеговой покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы и др., накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоемы, загрязняя их.

В ходе исследования территории применялись следующие методики: определения взвешенных частиц, определения рН водных объектов, определения содержания хлорид-ионов в атмосферных осадках, определения содержания сульфидов и гидросульфидов в атмосферных осадках, определения содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов в атмосферных осадках, определения содержания кальция и магния в атмосферных осадках, определения цинка, меди и железа.

Для исследования снежного покрова, на присутствие в нем кислотообразующих примесей Cl, HS, HCO₃, SO₄, NH₄ на содержания металлов Zn, Ca, Mg, Fe, Cu, взвешенных веществ и содержание солей, было отобраны пробы на расстояния 5 м., 15 м., 25 м., от источника загрязнения.

Максимальная концентрация по кислотообразующим веществам наблюдается по гидрокарбонатам-ионам, концентрация которых изменяется от 85,4 до 135,8 мг/л. Среди металлов приоритетными являются ионы кальция, концентрация которых изменяется от 5,07 до 6,6 мг/л. рН атмосферных осадков составляет от 5,1 до 6,32. На расстоянии 5 м и 25м слабо-кислая среда, а на 15м уже нейтральная.

По коэффициенту концентрации превышение фоновых значений по взвешенным веществам составляет от 7,9 до 18,65 раз.

По коэффициенту концентраций среди кислотообразующих приоритетным является на всех исследуемых расстояниях хлорид-ионы, превышение фона по которым составляет от 5,5 до 7,27 раз.

По коэффициенту концентраций среди металлов приоритетным является цинк, превышение фона по нему составляет от 11,9 до 18,8 раз.

Ранжирование проведенное по рН атмосферных осадков показало, что исследуемую территорию на расстоянии 5 и 25 метров можно отнести к зоне экологического бедствия, а на 15 м к зоне с критической экологической ситуацией.

Ранжирование, проведенное по рН атмосферных осадков, показывает, что на расстоянии 5 и 25 метров от дорожного полотна складывается экологическое бедствие, а на 15м - критическая экологическая ситуация.

Ранжирование, проведенное по ПХЗ атмосферных осадков, показывает, что на 5м складывается критическая экологическая ситуация, а на 15 и 25 метрах - чрезвычайная экологическая ситуация.

Ранжирование, проведенное по суммарной экологической нагрузке показывает, что на расстоянии от 5 до 15 метров от дорожного полотна исследуемая территория относится к сильно загрязненной, так как УН изменяется в интервале от 100-200, а на расстоянии 25 м к умеренно-загрязнённой, так как УН изменяется от 50-100.



Заключение

К главным источникам загрязнения окружающей среды и потребителям энергоресурсов относятся автомобильный транспорт и инфраструктура автотранспортного комплекса.

За последние десятилетия человечество окончательно убедилось, что первым виновником загрязнения атмосферного воздуха - одного из основных источников жизни на нашей Планете, является детище научно-технического прогресса - автомобиль. Автомобиль, поглощая столь необходимый для протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и неживому.

Угарный газ и окислы азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля - вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по окиси углерода и 70% по окиси азота. Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.[8]

Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу - атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана.

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений.[4]

Объектом исследования является придорожная территория улицы Юных-Ленинцев, расположенная в северной части города Оренбурга. Она считается улицей и дорогой местного значения.

В ходе исследования территории применялись следующие методики: определения взвешенных частиц, определения рН водных объектов, определения содержания хлорид-ионов в атмосферных осадках, определения содержания сульфидов и гидросульфидов в атмосферных осадках, определения содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов в атмосферных осадках, определения содержания кальция и магния в атмосферных осадках, определения цинка, меди и железа.

Для исследования снежного покрова, на присутствие в нем кислотообразующих примесей Cl, HS, HCO₃, SO₄, NH₄ на содержания металлов Zn, Ca, Mg, Fe, Cu, взвешенных веществ и содержание солей, было отобраны пробы на расстояния 5 м., 15 м., 25 м., от источника загрязнения.

Максимальная концентрация по кислотообразующим веществам наблюдается по гидрокарбонатам-ионам, концентрация которых изменяется от 85,4 до 135,8 мг/л. Среди металлов приоритетными являются ионы кальция, концентрация которых изменяется от 5,07 до 6,6 мг/л. рН атмосферных осадков составляет от 5,1 до 6,32. На расстоянии 5 м и 25м слабо-кислая среда, а на 15м уже нейтральная.

По коэффициенту концентрации превышение фоновых значений по взвешенным веществам составляет от 7,9 до 18,65 раз.

По коэффициенту концентраций среди кислотообразующих приоритетным является на всех исследуемых расстояниях хлорид-ионы, превышение фона по которым составляет от 5,5 до 7,27 раз.

По коэффициенту концентраций среди металлов приоритетным является цинк, превышение фона по нему составляет от 11,9 до 18,8 раз.

Ранжирование проведенное по рН атмосферных осадков показало, что исследуемую территорию на расстоянии 5 и 25 метров можно отнести к зоне экологического бедствия, а на 15 м к зоне с критической экологической ситуацией.

Ранжирование, проведенное по рН атмосферных осадков, показывает, что на расстоянии 5 и 25 метров от дорожного полотна складывается экологическое бедствие, а на 15м - критическая экологическая ситуация.

Ранжирование, проведенное по ПХЗ атмосферных осадков, показывает, что на 5м складывается критическая экологическая ситуация, а на 15 и 25 метрах - чрезвычайная экологическая ситуация.

Ранжирование, проведенное по суммарной экологической нагрузке показывает, что на расстоянии от 5 до 15 метров от дорожного полотна исследуемая территория относится к сильно загрязненной, так как УН изменяется в интервале от 100-200, а на расстоянии 25 м к умеренно-загрязнённой, так как УН изменяется от 50-100.



Список используемой литературы

1. Александров В. Ю., Кузубова Е. П., Яблокова Е. П. Экологические проблемы автомобильного транспорта. - Новосибирск, 2008. - ИЗ с.

2. Шандала М. Г., Звиняцковский Я. И. Окружающая среда и здоровье населения. - Киев: Здоровье, 2005. - 152 с.

3. Ложкин В.Н. Загрязнение атмосферы автомобильным транспортом: Справочно-методическое пособие. СПб.: НПК "Атмосфера", 2001. - 297 с.;

4. Аксенов И.Я. Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. - М.: Транспорт, 1986. - 176с.;

5. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Р.В. Малов, В.И. Ерохов. М.: Транспорт, 1982. - 200 с.;

6. Андруз Д. Введение в химию окружающей среды. М.: Мир, 1999. - 230 с.;

7. Василенко В.Н. и др. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Под ред. Василенко В.Н., Назарова И.М., 8. Фридмана Ш.Д. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 182 с.;

8. Ефимов Г.А., Ларкин Ю.М. Транспорт и окружающая среда. М.: Знание, 1975. - 75 с.;

9. Величковский Б.Т. и др. Здоровье человека и окружающая среда. М.: Новая школа, 1997, С. 235;

10. Негативное воздействие автотранспорта на состояние окружающей среды и здоровье человека. М.: Минтранс России, 2001. - С. 12-23;

11. Интернет-ресурсы:http://biofile.ru/bio/10361.html, http://biofile.ru/bio/22319.html;

12. Т. Ф. Тарасова. Методики исследования атмосферных осадков.

13. Транспортно - дорожный комплекс и его влияние на экологическую обстановку города Оренбурга. А.А. Цыцура, В.Ф. Куксанов, Е.В. Бондаренко, Е.А. Сторокожева, Оренбург 2002г;

Размещено на Allbest.ru