Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Национальный исследовательский Томский политехнический университет"

Институт природных ресурсов

Кафедра Геоэкологии и геохимии

Курсовая работа по методам исследования вещественного состава природных объектов

"Изучение вещественного состава почв на территории Амурского нефтеперерабатывающего завода (внешние коммуникации, продуктопровод)"

Томск, 2012



Оглавление

• Введение
• 1. Общая характеристика объекта исследования
• 1.1 Физико-географический и экономический очерк района исследований
• 1.2 Природно-климатическая характеристика территории
• 1.3 Ландшафт и геоморфология участка исследований
• 1.4 Общая гидрологическая характеристика территории
• 1.5 Характеристика почвенного покрова
• 1.5.1 Характеристика изучаемой пробы почвы
• 1.6 Геоэкологические проблемы нефтеперерабатывающих заводов
• 2. Методы лабораторных исследований
• 2.1 Пробоотбор и пробоподготовка
• 2.2 Аналитическое обеспечение исследований
• 2.2.1 Шлиховый анализ
• 2.2.2 Локальный спектральный анализ с лазерным отбором проб
• 3. Результаты исследований
• 3.1 Вещественный состав шлиховой пробы
• 3.2 Элементный состав шлиховой пробы

Заключение

Список использованной литературы



Введение

географический геоэкология шлиховый проба

Методы исследования вещественного состава являются составной частью геологоразведочного процесса и геоэкологических исследований.

Настоящая курсовая работа построена на анализе проб почв с Амурского нефтеперерабатывающего завода (НПЗ), который соответственно располагается в Амурской области.

Цель данной курсовой работы можно определить как изучение вещественного состава природных объектов, а именно проб почв с данного объекта с использованием знаний, полученных ранее при изучении курса "Методы исследования вещественного состава природных объектов", а также других сопутствующих дисциплин (минералогии, петрографии, геохимии и других).

Таким образом, задачи курсовой работы сводятся к изучению пробы почвы с "Амурского НПЗ". Для решения задач использовался комплекс лабораторных исследований (шлиховой анализ и локальный спектральный анализ с лазерным отбором пробы), в том числе с использованием лабораторных установок кафедры (бинокулярный стереоскопический микроскоп МБС-9, прибор ЛМА-10 и анализатор многоканальный атомно-эмиссионных спектров МАЭС).



1. Общая характеристика объекта исследования

1.1 Физико-географический и экономический очерк района исследований

В административном отношении объект изысканий "Амурский нефтеперерабатывающий завод" (внешние коммуникации, продуктопровод) находится на территории Ивановского района Амурской области (рисунок 1). Продуктопровод залегает на территории от Амурского нефтеперерабатывающего завода в Ивановском районе Амурской области через Благовещенский район до ППМП через р. Амур. Участок изысканий представляет собой территорию площадью 3079 га, включающую в себя участок производства работ по проекту площадью 1533,8 га, а также потенциальную зону влияния объектов строительства 1545,2 га.

Рисунок 1. Карта Амурской области



Ивановский район образован в 1926 г., численность населения района - 30 552 чел., территория района составляет 2643 км². Административным центром является с. Ивановка. Район является благоприятным сельскохозяйственным районом Амурской области, ранее являлся одним из основных поставщиков продукции полеводства и животноводства в Амурской области и на всем Дальнем Востоке. Благовещенский район образован в 1937 г., численность населения составляет 19 200 чел., площадь - 3100 км². Административным центром района является г. Благовещенск. В районе развиваются предприятия по добыче и использованию недр месторождений общераспространенных полезных ископаемых. Производится разработка участка Сергеевского буроугольного месторождения. Ивановский район граничит с Тамбовским, Октябрьским, Ромненским, Благовещенским, Белогорским районами области, а также с государственной границей Китайской Народной Республики [1].

1.2 Природно-климатическая характеристика территории

Климат исследуемой территории муссонно-континентальный умеренный. Циркуляция атмосферы складывается таким образом, что в холодную часть года территория находится под влиянием Азиатского антициклона и Алеутской депрессии. Азиатский антициклон определяет преобладающий перенос холодных воздушных масс с севера и северо-запада. Зимы холодные и малоснежные, мощность снежного покрова от 10 до 50 см. Средняя температура января изменяется от минус 24 ^оС на юго-западе до минус 36 ^оС на северо-востоке. Лето влажное и дождливое. Средняя температура июля изменяется от 16-19 ^оС на севере до 20-21,5 ^оС на юге.

В теплый период территория находится в области влияния летнего муссона, имеющего восточное и юго-восточное направление. Преобладание над территорией влажного морского воздуха в этот период года приводит к выпадению 85-93 % годовой суммы осадков. Суровые климатические условия, маломощный снежный покров, ночные заморозки даже в июне способствуют глубокому промерзанию почвы до 4-5 м, иногда до 6 м и длительному сохранению островов многолетней мерзлоты, которые обычно приурочены к заболоченным участкам пойм и днищ ложбин в северной части региона. Направление ветра летом менее устойчиво и повторяемость преобладающих направлений выражена менее четко, чем зимой. В переходные сезоны, в период подготовки к смене муссона, направление ветра становится еще менее выраженным в связи с уменьшением барического градиента. Наибольшие среднемесячные скорости ветра наблюдаются в переходные периоды, причем весенний максимум выражен значительно сильнее, чем осенний. В зимнее время года среднемесячная скорость ветра составляет 1,6-1,9 м/с, весной - 2,4-3,0 м/с, летом - 1,9-2,3 м/с, осенью - 2,1-2,5 м/с. Максимальные скорости ветра могут достигать 30 м/с, весной и летом. В холодное время года на территории преобладают западные и северо-западные ветра, в теплое - юго-восточные [10].

Расчетные климатические характеристики по метеостанции Благовещенск предоставлены Государственным учреждением "Амурский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды" (ГУ "Амурский ЦГМС") и приведены в таблице 1.

Таблица 1. Климатические характеристики исследуемой территории

Показатель, единица измерения	Значение
Максимальная скорость ветра, повторяемость превышения которой составляет 5 %, м/с	6
Среднегодовая скорость ветра, м/с	2,0
Средняя максимальная температура воздуха самого жаркого месяца, °С	плюс 27,0
Средняя минимальная температура воздуха наиболее холодного месяца, °С	минус 28,1
Коэффициент рельефа местности	1
Коэффициент стратификации атмосферы (А)	200



1.3 Ландшафт и геоморфология участка исследований

Трасса продуктопровода начинается на надпойменной террасе рр. Амур и Зея. Терраса недренированная, имеет плоско-волнистый рельеф, высота рельефа варьирует от 130 до 145 м. В локальных понижениях наблюдается заболачивание. Возвышенные участки с плоским рельефом представлены недренированными участками террасы с высокотравными лугами в сочетании с залежами на лугово-черноземовидных почвах. Увлажнение участка повышенное, за счет обильных осадков и относительно близкого залегания грунтовых вод. Пологонаклонные участки террасы представлены дренируемыми склонами террасы с дубовыми лесами на бурых лесных почвах. Несмотря на уклон поверхности, эрозионные процессы на склонах развиты слабо. Лесная растительность широколиственных лесов на склонах препятствует развитию эрозионных процессов и обеспечивает обильное ежегодное поступление органических веществ в почву в виде лиственного опада. Понижения террасы представлены слабодренируемыми участками террасы с осоково-разнотравными лугами в сочетании с залежами на луговых темных черноземовидных и аллювиальных лугово-болотных почвах. В слабодренируемые участки поступает поверхностный сток с прилегающих дренированных участков. Собирая поверхностные стоки, данные участки образуют источники рек и ручьев, ниже по течению водотоков переходят в их поймы. В слабодренируемых участках террасы активны процессы заболачивания и накопления органических веществ. Вышеперечисленные урочища относятся к естественным зональным ландшафтам. Наибольшая часть возвышенных участков террасы с плоским рельефом антропогенно преобразована и относится к антропогенным ландшафтам, поэтому естественные зональные ландшафты занимают небольшую площадь. В естественных ландшафтах также присутствуют признаки антропогенного воздействия, так наличие залежей говорит об использовании этих земель ранее в сельскохозяйственном обороте.

К естественным интразональным ландшафтам исследуемой территории относятся аквальные и субаквальные ландшафты, представленные поймами и руслами рек и ручьев. На 11-м км трасса продуктопровода пересекает р. Грязнуха. Русло реки представлено элементарным ландшафтом русел малых равнинных рек и ручьев. Пойма реки представлена недренируемой центральной поймой с осоковыми сообществами на аллювиальных лугово-болотных и аллювиальных болотных иловато-торфяных почвах. Прирусловая и притеррасная поймы не выражены. Около русла пойма постепенно переходит в сплавинный берег реки. Пойма слабодренируемая, своими свойствами близка к слабодренируемым участкам террасы, здесь более интенсивно протекают процессы накопления органического вещества, заболачивания.

В районе 13-го км трасса проектируемого продуктопровода пересекает р. Ивановка. Река образует широкую (до 700 м) слабодренируемую центральную пойму с разнотравно-мезофитными и осоковыми лугами и ильмово-ивовыми редколесьями на аллювиальных дерновых кислых и луговочерноземовидных почвах. Правобережная пойма наиболее заболоченна, чем левобережная. В понижениях правобережной поймы, на участках старого русла реки, образованы пойменные зарастающие старичные озера. У русла центральная пойма переходит в дренируемую прирусловую пойму на аллювиальных отложениях. Прирусловая пойма образована неповсеместно, местами центральная пойма переходит сразу в русло реки.

В южной части исследуемой территории (в районе 40-го км) трасса продуктопровода переходит на пойму рр. Амур и Зея. Высота рельефа местности на пойме опускается до 123-127 м. Поймы рр. Амур и Зея сливаются в единый сложный комплекс шириной до 15 км, представленный притеррасной, центральной и прирусловой поймами. Недренируемая и слабодренируемая притерасная пойма сильно заболочена, болота изобилуют зарастающими старичными озерами вытянутой формы со сплавинными берегами. Притеррасная пойма имеет сложный ландшафтный рисунок, изрезанный бывшими руслами рек и проток и пологими гривообразными повышениями между ними. Высокие слабодренируемые участки притеррасной поймы с ильмово-ивовыми редколесьями, разнотравно-мезофитными лугами на лугово-черноземовидных, аллювиальных луговых кислых и аллювиальных дерновых кислых почвах по своим свойствам очень похожи на центральную пойму. Наиболее высокие участки распаханы и относятся к антропогенным ландшафтам, основная часть занята закустаренными лугами, некоторые участки повышений представлены дубовыми лесами. Недренируемые участки притеррасной поймы с разнотравно-мезофитными и осоковыми лугами на аллювиальных дерновых кислых и аллювиальных луговых кислых почвах и с осоковыми болотами на аллювиально-болотных иловато-торфяных почвах представляют собой самые увлажненные и заболоченные участки притеррасной поймы. Здесь активны процессы накопления органического вещества, зарастания водоемов, заболачивания и торфообразования. Притеррасная пойма занимает основную площадь поймы рр. Амур и Зея, ее ширина достигает 9 км. За притеррасной поймой следует слабодренируемая центральная пойма с разнотравно-мезофитными и осоковыми лугами и ильмово-ивовыми редколесьями на аллювиальных дерновых кислых и луговочерноземовидных почвах. Ширина центральной поймы достигает 2,5 км, ландшафтный рисунок центральной поймы выглядит намного проще, чем у притеррасной, центральная пойма имеет более плоский рельеф. Участок изысканий заканчивается на территории центральной поймы р. Амур.

Антропогенные ландшафты участка изысканий представлены промышленным, дорожным, селитебным, сельскохозяйственным и водным типами.

К природно-антропогенным ландшафтам относятся комплексы, в формировании которых участвуют как природные, так и антропогенные факторы. К таким комплексам на исследуемой территории относятся антропогенно-преобразованные участки с разнотравными лугами на антропогенно-измененных насыпных почвах, образованные вдоль дорог и других коммуникаций, а также вдоль осушительных каналов, и подтопленные участки сельскохозяйственных земель с осоковыми лугами в сочетании залежами на антропогенно-измененных почвах, образованные на увлажненных понижениях пашни, не пригодных для использования. Данные участки представляют собой своеобразные пятна подтопления на поверхности сельскохозяйственных полей. Участки по периметру заросли рудеральной растительностью, а к центру осоковыми сообществами в связи с подтоплением грунтовыми водами. Антропогенное воздействие на участки выразилось в распашке прилегающих территорий, некоторые участки ранее также распахивались, и были выведены из использования позднее. Здесь протекают процессы заболачивания, накопления стоков и поступающих в них удобрений и пестицидов с прилегающих территорий. Природно-антропогенные ландшафты характеризуются нецеленаправленным косвенным антропогенным воздействием с прилегающих территорий. Растительный и почвенный покров в них видоизмененяются, но при этом не уничтожаются полностью. Такие ландшафтные комплексы видоизменяются под антропогенным воздействием, но основные природные связи энерго- и веществообмена сохраняются [7].

Район участка изысканий является освоенным, наибольшая площадь земель используется в сельском хозяйстве. В целом ландшафт участка относится к сильноизмененным ландшафтам (по методическому подходу А. Г. Исаченко[11]).

На участке изысканий преобладают сельскохозяйственные поля с агроценозами на агрогенных почвах (599,2 га или 39,1 %). Преобладающие по площади антропогенные и естественные ландшафты показаны на рисунке 2.



1.4 Общая гидрологическая характеристика территории

Водный режим рек отражает климатические условия исследуемого района. Климат рассматриваемой территории формируется под воздействием как океанических, так и континентальных факторов, а потому отличается резко выраженными чертами континентальности и в то же время имеет муссонный характер. По классификации Б. Д. Зайкова [9], водный режим района исследований относится к дальневосточному типу с хорошо выраженным преобладанием дождевого стока.

Для годового хода уровня воды рек территории характерным является чередование резких подъемов и спадов уровней в теплую часть года (паводочный режим) и сравнительно низкое и устойчивое их положение в холодное полугодие [10].

Обычно в конце сентября, с прекращением дождей и похолоданием, уровни воды начинают падать, достигая низших значений перед наступлением ледостава. Появление первых осенних ледяных образований в виде заберегов и шуги приходится на третью декаду октября. Забереги в большинстве случаев держатся вплоть до наступления ледостава. Замерзание обычно сопровождается заметным повышением уровня воды, которое чаще всего обусловлено стеснением живого сечения потока льдом. Начало ледостава чаще приходится на первую декаду ноября, сплошной ледяной покров устанавливается во второй декаде ноября. Средняя продолжительность ледостава около 165 дней. Максимальных значений толщина льда достигает во второй или третьей декаде марта и может составлять 200 см и более [10].

Вскрытие рек и весеннее половодье обычно начинаются в середине-конце апреля и заканчиваются во второй декаде мая. Весенний паводок незначителен, реки редко выходят из берегов, подъем уровней относительно низшего зимнего в среднем составляет 0,5-1,0 м. Интенсивность подъема уровней в первые несколько дней составляет 20-30 см в сутки. Далее наблюдается резкое возрастание интенсивности, связанное с усилением притока талых вод в русла. Продолжительность подъема весеннего половодья около 4-х суток, спад является более продолжительным [10].

За спадом половодья обычно следует подъем уровня воды, вызванный дождевым паводком. В отдельные годы, при достаточном количестве осадков во второй половине мая, первый дождевой паводок накладывается на половодье, что вызывает дальнейший подъем уровня. Если весной и в начале лета выпадает сравнительно мало осадков, после половодья устанавливается низкая межень [10].

Главной фазой водного режима являются дождевые паводки, на которые приходится большая часть годового стока. За летне-осенний период проходит 4-8 паводков. Их средняя продолжительность от 7 до 30 дней. Подъем уровней в паводки составляет 1-3 м, высота отдельных пиков может достигать 4-х и более метров над низкими летними уровнями. Высшие уровни чаще всего наблюдаются в июле-августе [10].

В пределах участка изысканий находятся следующие водотоки: р. Ивановка, р. Грязнуха, осушительные каналы (№1 и №2).

Осушительные каналы являются искусственными водотоками, созданными для дренирования территории. Наличие воды в каналах зависит от уровня грунтовых вод и количества осадков. Осушительные каналы не имеют рыбохозяйственного значения. Охранные зоны для осушительных каналов не устанавливаются.

В пределах охранных зон водных объектов устанавливаются ограничения хозяйственной деятельности, регламентированные ст. 65 Водного кодекса РФ [2]. Сведения об охранных зонах водных объектов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сведения об охранных зонах водных объектов

Наименование водного объекта	Место пересечения с трассой продуктопровода	Размеры охранных зон, м
		Водоохранная зона	Прибрежная защитная полоса	Рыбоохранная зона
Р. Ивановка	13,5 км трассы	200	50	200
Р. Грязнуха	11 км трассы	50	50	50
Осушительный канал № 1	18 км трассы	-	-	-
Осушительный канал № 2	33,5 км трассы	-	-	-

1.5 Характеристика почвенного покрова

Резко континентальный климат с чертами муссонного обусловили своеобразие почвенного покрова исследуемой территории. Преобладание осадков над испаряемостью приводит к промывному водному режиму на хорошо дренируемых участках и к периодически застойному - на тяжелых по гранулометрическому составу почвообразующих породах. Неравномерное распределение осадков по сезонам года приводит к переувлажнению почв на таких породах, возникновению почвенно-грунтовых вод и широкому развитию процессов оглеения в период муссонных дождей. Маломощный снежный покров и низкие отрицательные температуры зимой способствуют промерзанию почв на глубину 3-3,5 м. Медленное и длительное (до конца июля) оттаивание почв приводит к снижению микробиологической активности в первой половине вегетационного периода и препятствует глубокому проникновению корневой системы растений. Повышенные температуры и большое количество осадков в июле-августе способствуют оглиниванию (буроземообразованию) в почвах. По мнению Г. И. Иванова [6], Приамурье - единственный регион, где бурые лесные почвы формируются на равнинных территориях, на рыхлых осадочных породах.

Лугово-черноземовидные почвы наиболее плодородные в Амурской области. По содержанию гумуса, поглощённых оснований, степени насыщенности основаниями они приближаются к черноземам. Механический состав почв тяжелый, что вместе с плохой водопроницаемостью, влагоёмкостью и оструктуренностью, а также значительной глубиной промерзания вызывает образование верховодки и переувлажненние почв.

Лугово-бурые почвы. Содержание гумуса в них высокое (2,7-6,0 %). Гидролитическая кислотность большая. Реакция почвенной среды варьирует от слабо- до сильнокислой (рН 4,3-5,1). Механический состав тяжёлый суглинистый, почвы имеют плохие водно-физические свойства и подвергаются переувлажнению.

Бурые лесные почвы - занимают вершины и склоны увалов и холмов. При распашке содержание гумуса в пахотном слое невысокое и составляет 2,4-3,6 %. Реакция среды среднекислая. Гидролитическая кислотность 2,4-5,9 мг-экв/100 г почвы. Сумма поглощённых оснований в пахотном слое невелика и составляет в среднем от 15 до 20 мг-экв. /100 г почвы. Обеспеченность подвижными формами фосфора невысокая, калием средняя и высокая. Бурые лесные почвы имеют сравнительно благоприятные водно- физические свойства, не переувлажняются, но сильно подвержены водной эрозии.

Луговые глееватые почвы - содержание гумуса значительное, в пахотном слое 3,5-5,2 %. Реакция среды кислая и среднекислая (рН от 4,2-5,0). Гидролитическая кислотность высокая 5,9-9,5 мг-экв/100 г почвы. Степень насыщенности почв основаниями низкая, обеспеченность подвижными формами фосфора невысокая, калием обеспечены хорошо. Физические свойства неблагоприятные. Тяжёлый механический состав вызывает длительное переувлажнение, что приводит к ухудшению режима питания сельскохозяйственных культур.

Пойменные почвы - в зависимости от факторов почвообразования пойменные почвы значительно различаются по содержанию гумуса - от 2 до 5 %. Реакция почвенной среды - от сильнокислой, приуроченной к пониженным элементам рельефа, до нейтральной. Сумма поглощённых оснований - 13,6-25,3 мг-экв/100 г почвы. Подвижными формами фосфора эти почвы обеспечены, как правило, слабо. Содержание калия среднее и высокое [6].

1.5.1 Характеристика изучаемой пробы почвы

Бурые лесные почвы формируются под широколиственными, хвойно-широколиственными и хвойными мертвопокровными, кустарничковыми и широкотравными лесами. Почвообразующими породами служат суглинистощебнистый элювий и элюво-делювий плотных осадочных, метаморфических и магматических пород, реже продукты выветривания рыхлых, богатых первичными минералами песков, озерно-ледниковые глины и моренные карбонатные суглинки. Наиболее характерным признаком бурых лесных почв являются слабая дифференциация на генетические горизонты, сравнительно равномерный и однотонный (за исключением гумусового горизонта) бурый или коричневато-бурый цвет, кислая или слабокислая реакция всего профиля или верхней его части, метаморфическое оглинивание всей толщи профиля, отсутствие выноса ила или небольшое обеднение верхних горизонтов почв илистой фракцией, отсутствие или слабо выраженное перераспределение кремнезема и полуторных окислов по профилю, накопление подвижных оксалатнорастворимых и свободных форм железа в верхней части почвы, высокое содержание в гумусовом горизонте хорошо разложившегося органического вещества [8].

При полевом обследовании бурые лесные слабоненасыщенные почвы были обнаружены почвенным разрезом ПР 1. Морфологическое строение почвенного профиля ПР 1 представлено в таблице 3 и на рисунке 4. Место заложения почвенного разреза на рисунке 3.

Таблица 3. Морфологическое строение профиля бурой лесной слабоненасыщенной суглинистой почвы

Генетические горизонты	A0	A0A1	A1	B	ВС
Глубина залегания, см	0-2	2-5	5-18	18-44	44-62
Влажность	Лесная подстилка из опада листьев и древесных осадков	сухой	сухой	сухой	сухой
Цвет		темно-серый	темно-серый	серо-бурый	бурый
Механический состав		суглинистый	суглинистый	суглинистый	суглинистый
Структура горизонта		бесструктурный	комковато-зернистый	комковато-ореховатый	комковатый
Сложение и плотность		рыхлый	рыхлый	уплотненный	плотный
Новообразования и включения		корни	корни	корни	-
Характер перехода в нижний горизонт		постепенный	постепенный	постепенный	-



1.6 Геоэкологические проблемы нефтеперерабатывающих заводов

Нефтеперерабатывающие предприятия оказывают отрицательное воздействие на все оболочки биосферы: воздушную, водную и твердую. Выделяющиеся в процессе переработки нефти выбросы влияют на состояние атмосферы; сточные воды попадают в природные воды и загрязняют гидросферу Земли; отходы производства, шламы прямо или косвенно наносят ущерб почвенному покрову.

На самих нефтеперерабатывающих и непосредственно у нефтепроводов происходит загрязнение почвенного слоя нефтепродуктами на значительную глубину, а в подпочвенных горизонтах образуются линзы нефтепродуктов, которые с грунтовыми водами могут мигрировать, загрязняя окружающую среду. Отсюда следует серьезная глобальная проблема - загрязнение почвенного покрова нефтью и нефтепродуктами. Кроме перечисленных выше опасностей наблюдается сильное геомеханическое воздействие из-за изъятия земель из сельскохозяйственного оборота, ухудшение качества почв, эрозия почв. Выжигание (особенно на поверхности почвы) является наиболее опасной формой ликвидации загрязнения окружающей среды, поскольку из-за неполного сгорания нефти образуются стойкие канцерогенные вещества, которые разносятся по большой площади и, попадая в пищевые цепи растительных и животных сообществ, в конечном счете, приводят к резкому возрастанию числа онкологических заболеваний местного населения.



2. Методы лабораторных исследований

2.1 Пробоотбор и пробоподготовка

Отбор почв бы выполнен согласно ГОСТ 17.4.3.01-83 [4], ГОСТ 17.4.4.02-84 [5]. Опробование почвенного разреза проводится по интервалу 0-20 см. Образцы почв массой не менее 0,2 кг, каждый отбирается с зачищенной описанной стенки шурфа, начиная снизу, из середины, или нескольких мест генетических горизонтов, и обязательно с поверхности. Масса пробы должна быть не менее 1 кг. Отобранные образцы упаковываются в мешочки или в плотную оберточную бумагу и завязывают шпагатом. Все образцы из одной точки наблюдения упаковываются вместе в коробки или ящики, на которых указываются номер точки наблюдения; образцы сильно увлажненные, а также засоленные упаковываются в пергаментную бумагу или в полиэтиленовую пленку. Точечные пробы, предназначены для определения тяжелых металлов, необходимо отбирать инструментом, не содержащим металлов.

Перед отбором проб стенки прокопки или шурфа следует зачистить ножом или шпателем из пластика или полистирола. Почвенные пробы, предназначенные для определения летучих загрязняющих веществ следует сразу поместить в стеклянные флаконы или банки с хорошо притертыми пробками [12]. Подготовка проб почвы к анализам не менее важная операция, чем сам отбор проб. Она слагается из нескольких последовательно протекающих этапов (рисунок 5).



Рисунок 5. Схема подготовки проб почвы к анализам

2.2 Аналитическое обеспечение исследований

2.2.1 Шлиховый анализ

Схема исследования шлихов включает в себя два этапа:

I этап - Фракционирование шлихов.

II этап - Диагностика минералов.

Шлихами (протолочками) называют концентраты рыхлых природных отложений, полученные при отмывке в воде и обогащенные тяжелым минералами.

Искусственный шлих - концентраты отмывки измельченных твердых пород и руд (рудные концентраты).

В состав шлихов и рудных концентратов может входить большое количество минералов. Поэтому необходимо предварительное разделение на фракции с небольшим количеством минералов. Фракционирование основано на разделении по крупности, на магнитных свойствах и удельном весе минералов.

Схема анализа шлиха включает следующие стадии:

1. Взвешивание шлиха - первая операция при обработке шлиха в лаборатории. Шлих взвешивается на технических весах с точностью до сотых долей грамма. Для шлихового анализа обычно вес средней пробы - 10-20 г. Среднюю пробу берут из равномернозернистого материала.

2. Разделение по крупности зерна. Применяют для неоднородного материала по крупности. Проводят разделение механической смеси шлиха на классы, однородные по гранулометрии, что позволяет проводить более точно дальнейшую сепарацию. Проводят отделение крупнозернистого материала (зерна более 1 мм) от мелкозернистого (менее 1 мм) с помощью сит с диаметром ячеек 1 мм. Далее берут среднюю пробу из мелкого класса для дальнейшего анализа.

3. Взвешивание фракций на технических весах.

4. Магнитная сепарация - обработка шлиха постоянным магнитом. Как известно, многие минералы способны намагничиваться в магнитном поле. Магнитная сепарация проводилась с целью извлечения из шлиховой пробы для анализа частиц, обладающих ферромагнитными свойствами. Извлекаются они из шлиха с помощью обычного постоянного магнита. Наиболее удобным и совершенным магнитом является многополюсный магнит системы А.Я.Сочнева. Этот магнит представляет собой рифленую пластинку из никель-алюминиевой стали. Пластинка намагничена таким образом, что рифли образуют 7 отрицательных и 7 положительных полюсов, чередующихся между собой. Пластинка вмонтирована в деревянную или алюминиевую колодку, которая служит рукояткой, промежутки между рифлями зашпаклеваны так, что рабочая поверхность магнита оказывается гладкой.

После отделения сильной фракции в "немагнитном" остается еще довольно много частиц, обладающих слабовыраженными магнитными свойствами.

В результате сепарации получается магнитная фракция и немагнитный остаток, который в свою очередь разделяется на электромагнитную и неэлектромагнитную фракции.

5. Электромагнитная сепарация - обработка шлиха постоянным электромагнитом. Электромагнитная сепарация, в отличие от магнитной сепарации, позволяет выделить у немагнитного остатка пробы минерала слабой магнитной проницаемости. Электромагнитная сепарация производится с помощью электромагнитов, работающих на постоянном токе.

6. Разделение в тяжелых жидкостях и расплавах. В зависимости от характера материала (шлих, рудные концентраты, почва твердый осадок снега) и целей анализа вышеуказанная схема может несколько изменяться, добавляются другие этапы: отмучивание, отмывка на легкую и тяжелую фракции. Для удаления легких минералов, не представляющих интерес при анализе и при анализе неэлектромагнитной фракции обычно применяют разделение в тяжелых жидкостях и расплавах. Тяжелые жидкости: бромоформ, жидкость Туле, легкоплавкие соли и др. При разделении получаем легкую и тяжелую фракции.

7. Минералогические исследования полученных в результате сепарации фракции для определения их состава и количественной оценки на полезные компоненты [12].

В настоящей курсовой работе были использованы этапы, представленные на рисунке 5.

Микроскопический способ является одним из распространенных способов определения качественного и количественного минералогического состава шлиховой пробы. Проводят детальное микроскопическое исследование пробы почвы с помощью бинокулярного стереоскопического микроскопа (МБС-9). Изучают частицы почвенной пробы, используя диагностические признаки (окраска, блеск, твердость, спайность, прозрачность, излом), определяя форму частиц, характер поверхности, степень окатанности и др. [12].

2.2.2 Локальный спектральный анализ с лазерным отбором проб

Спектральный анализ является наиболее широко применяемым методом определения содержания элементов по характеристическому линейчатому спектру испускания (эмиссии) свободных, нейтральных или ионизованных атомов химического элемента в оптическом диапазоне электромагнитных волн в самых разнообразных природных и искусственных материалах. С его помощью можно анализировать твердые, жидкие и газообразные вещества, более 70 элементов, в том числе и радиоактивных.

Многоэлементность метода, а также достаточно низкие пределы обнаружения элементов (10-³-10-⁴ %) в сочетании с относительно низкой себестоимостью анализа и простотой его выполнения являются его неоспоримыми достоинствами. Принцип спектрального анализа заключается в том, что исследуемое вещество заставляют светиться, например, вводя его в зону электрического разряда, пламя или возбуждая лазером. Спектр возбуждается при столкновениях атомов с быстрыми электронами, существующими в разрядах.

Процесс спектрального анализа можно разделить на следующие этапы:

· Возбуждение спектра - образование аналитического сигнала, когда информация о составе вещества преобразуется в совокупность спектральных линий.

· Передача и преобразование сигнала в регистрирующем спектральном устройстве и переход от измерения спектра к определению химического состава пробы - получение результата анализа.

· Качественное заключение о составе пробы путем идентификации длины волны излучаемого света.

В качестве источника энергии для возбуждения в ЭСА применяют: искровой разряд, дугу переменного или постоянного тока с температурой 3500- 7500 К, лазер или пламя. Общим для всех источников света является наличие в них плазмы, температура которой, а значит, и кинетическая энергия частиц в ней достаточна для перевода атома в возбужденное состояние.

В начале работы необходимо провести знакомство с прибором ЛМА-10 и фотоэлектрической регистрации с помощью специализированной приставки к спектрографу (типа МАЭС). Полное наименование - "Анализатор Многоканальный Атомно-эмиссионных спектров МАЭС" предназначен для измерения интенсивностей спектральных линий и последующего вычисления концентраций атомов в анализируемых пробах.

Анализатор МАЭС - совершенный инструмент для разработки аналитических методик и проведения рутинных анализов, объединяющий в себе преимущества фотопластинок и фотоэлектронных умножителей и лишенный их недостатков, является средством измерения интенсивностей спектральных линий и последующего вычисления массовой доли определяемых элементов состава веществ и материалов.

Подготовка образцов к исследованиям: имеется множество способов подготовки образцов для лазерного спектрального анализа, представленных в специальной литературе.

Особенности подготовки определяются геометрией и физическими свойствами образцов. Во всех случаях исследуемая поверхность образца должно удовлетворять следующим условиям: размер плоского исследуемого участка, без следов микрочастиц посторонних веществ, должна быть более 30 мкм (в особых случаях при соответствующих режимах работы лазера и микроскопа возможна диагностика образцов с размерами плоского участка до 5 мкм), с неровностями менее 0,35 мкм; плоскость исследуемого участка должна быть параллельна нижней плоскости массивного основания, к которому крепится образец. Геометрические размеры твердых образцов определяют методику их подготовки и фиксации на массивном основании.

Исходя из этих требований, была проведена подготовка образцов, закрепление их с помощью клея на массивном основании -- стекле, всего было закреплено 4 зерна.

Исследование атомного состава образцов опирается на нахождение в спектрограмме (в спектре) ограниченного количества удобных для наблюдения (регистрации) главных аналитических линий, число которых для каждого элемента не превышает пяти.

При определении малого содержания элементов из спектра выбирают наиболее чувствительные главные линии, т.е. те, которые с уменьшением концентрации элемента, дающего эти линии, исчезают в последнюю очередь. К таковым относятся линии, которые образуются при малых потенциалах возбуждения и излучаются преимущественно нейтральными атомами, реже - однократно ионизованными атомами. С увеличением концентрации исследуемого элемента может происходить самообращение спектральной линии.

В некоторых случаях, когда линии спектра излучения не попадают в рабочую область спектра или не могут быть использованы из-за наложения молекулярного спектра за счет перекрытия с линиями других элементов, используются менее чувствительные линии, для которых отсутствует перекрытие с линиями других элементов.

Традиционно, в качестве эталона по длинам волн используется спектр железа, который фотографируют рядом со спектром исследуемого образца. Длины волн линий железа тщательно идентифицированы и занесены в атлас, прилагаемый к спектрографу. При использовании МАЭС в процедуре "Профилирование" используются эталонные излучатели - лампы полого катода соответствующих элементов и т.п.

С помощью МАЭС осуществляется преобразование световых сигналов оптического спектра в электрический сигнал и далее в цифровую форму, передачу их в компьютер для проведения анализа спектров и подготовки данных для целевой обработки. Конечным итогом проведенного этапа является полученный спектр

Основная работа в том числе по расшифровке полученного спектра проводится в программном продукте "АТОМ". Программный продукт "АТОМ" установлен на жестком диске компьютера в соответствующем каталоге C:\atom, работает в ОС Window 95 и настроен на установленный тип МАЭС. Он содержит основные файлы: atom.exe, atom.mnd, atombmp.dll, masicall.dll, masi3.386, masi4.386, atom.wl, atom.ini.

Основные режимы работы программы:

Профилирование - установление соответствия между номером фотодиода и длиной волны оптического излучения.

Качественный анализ - оценка предполагаемого атомного состава исследуемой пробы по измеренному спектру.

Количественный анализ - количественное определение элементного состава пробы по измеренному спектру, с использованием спектров образцов сравнения (эталонов с заданными концентрациями искомых элементов).

Все остальные режимы работы - вспомогательные, которые дополняют основные режимы [3].

На последнем этапе проводится анализ полученных результатов. Здесь дается химический анализ вещества по данным спектрального микроанализа с лазерным отбором пробы. Проводится диагностика вещества с указанием химической формулы и указанием примесей.



3. Результаты исследований

3.1 Вещественный состав шлиховой пробы

В процессе выполнения данной курсовой работы в исследуемой пробе почвы, отобранной близ "Амурского НПЗ", были обнаружены следующие минеральные частицы:

· Магнетит - Fe₃O₄ - минерал, обладающий сильными магнитными свойствами, высокой твердостью, темно-бурым до черного цветом, непрозрачен (рисунок 6).

Рисунок 6. Магнетит Fe₃O₄

· Кварц - SiO₂ - минерал светлого оттенка, прозрачный, обладает высокой твердостью (рисунок 7).

Рисунок 7. Кварц SiO₂



· Гранат - пироп - Mg₃Al₂(SiO₄)₃ - прозрачные частицы розово-красноватого цвета с высокой твердостью и кубической сингонией.

Рисунок 8. Гранат (пироп) Mg₃Al₂(SiO₄)₃

Также в процессе исследования пробы почвы были обнаружены техногенные составляющие частицы (частицы, полученные при сжигании различного вида топлив, бытового мусора, а также частицы, связанные с различными технологическими процессами на промышленных предприятиях). Эти частицы серого цвета со слегка голубоватым оттенком, непрозрачные, с желтоватым налетом (рисунок 9).

Рисунок 9. Техногенные частицы, обнаруженные в пробе почвы

3.2 Элементный состав шлиховой пробы

Локальный спектральный анализ с лазерным отбором пробы позволяет определить элементный состав проб почвы. В результате проведения анализа был определён элементный состав шлиховой пробы и обнаружены следующие элементы:

- элементы первого класса опасности: Zn;

- элементы второго класса опасности: Cu, Ni;

- другие элементы: Fe, Mg, Al, Si, Ca.

Полученные в результате исследования спектры показали, что наибольшая концентрация тяжелых металлов первого и второго классов опасности (Zn, Cu, Ni) содержится в техногенных частицах.

При сравнении обнаруженных элементов первого и второго классов опасности (Zn, Cu, Ni) с ПДК и фоновыми значениями, превышения не зафиксированы.



Заключение

В результате выполнения курсовой работы по дисциплине "Методы исследования вещественного состава природных объектов" были выполнены цели и задачи данной работы, установленные ранее. Точнее, была изучена проба почвы с "Амурского НПЗ" (внешние коммуникации, нефтепровод), был установлен ее вещественный и элементный состав.

После проведения шлихового анализа в пробе были обнаружены следующие элементы:

· Магнетит

· Кварц

· Гранат

· Техногенные частицы.

После проведения локального спектрального анализа были обнаружены такие элементы, как Fe, Mg, Al, Si, Ca, также обнаружены тяжелые металлы первого класса опасности - Zn и второго класса опасности - Cu и Ni.

Все элементы, установленные в почве в процессе ее изучения, могут тем или иным образом оказывать какое-либо влияние на окружающую среду и на здоровье человека, особенно это касается тяжелых металлов. Однако отсутствие превышений значений ПДК концентраций этих элементов, позволяет говорить о незначительном влиянии данных элементов, входящих в состав почвенного покрова территории "Амурского НПЗ".



Список использованной литературы

1. Википедия // URL: //www. wikipedia.org/wiki/

2. Водный кодекс Российской Федерации 03.06. 2006 N 417-ФЗ

3. Волостнов А.В., Таловская А.В. Методы исследования вещественного состава природных объектов: методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу "Методы исследования вещественного состава природных объектов" для студентов, обучающихся по специальности 020804 "Геоэкология" / А.В. Волостнов, А.В. Таловская - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 16 с.

4. ГОСТ 17.4.3.01-83. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. - М.: Госстандарт СССР, 1994. - 3 с.

5. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. - М.: Госстандарт СССР, 1994. - 7 с.

6. Иванов Г. И. Почвообразование на юге Дальнего Востока. М.: Наука, 1976. - 200 с.

7. Инженерно-экологические изыскания / Исп. Соловьев Н. Н., Терехов А. Н., Ефремов А. Н., Салахов А. М. и др. // Технический отчет по инженерно-экологическим изысканиям. Комплекс по переработке нефти и транспортировке нефтепродуктов "Амурский нефтеперерабатывающий завод" Внешние коммуникации, продуктопровод. Инженерно-экологические изыскания трасс канализационного коллектора, подъездной автодороги и подпитывающей ВЛ / ГИП Решетников Е.В. - Омск: ЗАО "ПИРС", 2012. - 265 с.

8. Классификация и диагностика почв СССР. - М.: Колос, 1997. - 224 с.

9. Классификация рек по Зайкову.

//URL: http://www.pppa.ru/geology/about08/water15.php

10. Отчет по комплексным инженерным изысканиям. Продуктопровод Берёзовка (Благовещенск)-Хэйхэ (КНР) / ГИП Буньков А. В. - Владивосток: ОАО "Дальэнергосетьпроект", 2007. - 58 с.

11. Соглашение между Правительством Российской Федерации и Правительством Китайской Народной Республики "О рациональном использовании и охране трансграничных вод" / Закл. 29.01.2008, г. Пекин

12. Таловская А.В., Язиков Е.Г. Вещественный состав почвы: методические указания к выполнению лабораторной работы № 2 по курсу "Минералогия техногенных образований" для студентов, обучающихся по специальности 020804 "Геоэкология". - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 20 с.

Размещено на Allbest.ru