Снеговой покров промышленного города как индикатор окружающей среды

Министерство по делам молодежи и спорту Республики Татарстан Государственное бюджетное профессиональное  образовательное учреждение «Казанское училище олимпийского резерва» Снеговой покров  промышленного города как индикатор окружающей среды                                                        Автор: студент 3 курса, группа – ТО ­ 301          ГБПОУ «Каз УОР»                            Дьячков Александр Алексеевич                                                 Научный руководитель: преподаватель по                              туризму и экономике туризма                               Музаффарова Алиса Марсовна                           Казань, 2017 Снеговой   покров   промышленного   города   как   индикатор загрязнения окружающей среды Главная   цель   работы:  изучить   физико­химические   показатели снеговой воды города Казани и села Малые Болгояры. Методы исследования: 1. Анализ   и   изучение   литературных   источников,   раскрывающих теоретические   аспекты     свойств   воды,   ее   биологическую   роль   и экологическое состояние. 2. Изучение различных методик исследования состояния снеговой воды на   метода   колориметрических, загрязнители:   органолептических, биоиндикации.  3. Исследование   снеговой   воды   города   Казани   и   села   Болгояры,   через проведение констатирующего эксперимента, наблюдения и измерений. Полученные данные: 1. Из   анализа   органолептических   свойств   наибольшее   отклонение   от показателей дистиллированной воды у образцов снеговой воды объекта города Казани рядом с училище олимпийского резерва, а наименьшее у образца воды села Болгояры; 2. Наибольшее   содержание   ионов   и   отклонений   от   показателей дистиллированной   воды   в   образце   снеговой   воды   рядом   с   училище олимпийского резерва; 3. Содержание   железа   и   меди   незначительное.   Отмечены   следы   ионов свинца; Общие выводы: 1. Уровень   загрязнения   снежного   покрова   всех   исследуемых   объектов отличается от нормы; 2. Результаты разных исследований показали, что снеговая вода является опасной для здоровья людей; 3. Показатели загрязнения вблизи дорог выше, чем остальных объектов, следовательно вреда для здоровья человека там значительно больше; Снеговой   покров   промышленного   города   как   индикатор загрязнения окружающей среды  «План исследований» Окружающая   среда   оказывает   большое   воздействие   на   здоровье человека. Состав снеговых вод  напрямую зависит от состояния атмосферы, гидросферы   и   литосферы.   Именно   поэтому   анализ   снеговых   талых   вод наиболее   ярко   показывает   характер   и   процесс   загрязнения   окружающей среды. Данная работа посвящена исследованию снеговой воды города Казани рядом с училище олимпийского резерва (Горьковское шоссе 26) и села Малые Болгояры   (Апастовский   район).   Снежные   хлопья   вследствие   большой поверхности   являются   лучшими   очистителями   воздуха.   Поэтому   снеговые талые   воды   содержат   большое   количество   вредных   веществ,   выпавших   из атмосферы с выбросами промышленных предприятий и накопившихся в снегу в   течение   зимнего   периода.   А   при   таянии   снежного   покрова   примеси загрязняют   водоемы.   Применив   доступные   методики,   можно   использовать снеговой   покров   как   индикатор   для   определения   состояния   загрязнения окружающей среды.  Объект исследования:  образцы снеговой воды города Казани и села Болгояры. Предмет исследования: снеговая вода и загрязнители в ней. Гипотеза:  если снеговой покров содержит в себе загрязнения, то он может служить индикатором чистоты окружающей среды. Цель исследования: 1. Исследование проб снежного покрова в г. Казани и селе Болгояры на содержание некоторых химических элементов и соединений, выявление физических свойств талой воды данных проб снега; 2. На   основе   анализа   данных,   полученных   в   процессе   исследований   и обработки   результатов,   сделать   вывод   о   возможных   источниках загрязнения снега в нашей местности; Методы исследования: 1. Определение   цветности   воды.   Качественную   оценку   цветности   воды можно провести путем сравнения ее с дистиллированной водой, на фоне листа белой бумаги сравнить наблюдаемый цвет (бесцветная, светло­ бурая, желтоватая, серая, мутная и т. д.); 2. Определение   запаха.   Определение   запаха   воды   производится следующим   образом:   100   мл   исследуемой   воды   при   комнатной температуре наливают   в колбу вместимостью 150­200 мл с широким горлом.   Накрывают   часовым   стеклом   или   притертой   пробкой, встряхивают   вращательным   движением,   открывают   пробку   или сдвигают   часовое   стекло   и   быстро   определяют   характер   и интенсивность запаха. Затем колбу нагревают до 60°С на водяной бане и также оценивают запах.    3. Определение   плотности.   Плотность   воды   измеряют   специальным прибором для измерения плотности жидкости – ареометром. При 20оС – 0,99823г/см3.   Плотность   воды   зависит   от   содержания   в   ней растворенных веществ.  4. Определение водородного показателя образцов воды. Это исследование позволяет определить кислотность воды – рН. В пробирку с небольшим количеством воды опускают универсальную индикаторную бумажку. По ее цвету определяют рН  среды.  5. Качественное   определение     хлорид­ионов.  Для   обнаружения   хлорид­ иона   Cl­   используют   раствор   нитрата   серебра   AgNO3  в   присутствии разбавленного раствора азотной кислоты HNO3. Стандартный раствор с ионом   Cl­   при   добавлении   AgNO3  приобретает   белый   цвет   и   вид “творожистого   осадка”.   Контроль   не   меняет   опалесцирующий   цвет раствора   (из­за   раствора   AgNO3)   при   добавлении   реактива. Приблизительное   содержание   хлоридов   определяют   по   осадку   или помутнению. 6. Качественное определение  карбонат ­ ионов. В пробирку вносят 10 мл используемой воды и приливают пипеткой  несколько капель 10% ­ ного раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции оксид углерода (IV) выделяется в виде пузырьков. По интенсивности    их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов. 7. Качественное   содержание   сульфат   ­   ионов.  метод   определения массовой концентрации сульфат ­ ионов основан на реакции сульфат­ ионов   с   катионами   бария   с   образованием   нерастворимой   суспензии сульфата   бария.   Анализ   выполняют   в   воде.   Для   работы   необходим мутномер   ­   несложное   приспособление   для   измерения   содержания в растворе   взвешенных   частиц.   В   пробирку   с   анализируемой   водой добавляют 2 капли раствора соляной кислоты и 14­15 капель раствора нитрата бария. Образовавшуюся суспензию (белый осадок) переносят во вторую пробирку, пока в первой не появится изображение рисунка на дне. Измерить высоту столба суспензии в первой пробирке. Продолжать переносить суспензию до тех пор, пока в ней не скроется изображение рисунка.   Измерить   высоту   столба   суспензии   во   второй   пробирке. Среднее   арифметическое   измерение   высоты   столба   суспензии рассчитывается по формуле: h= (h1+h2)/2 8. Содержание   ионов   железа.  Метод,   положенный   в   основу   данного исследования,   основан   на   крайне   чувствительной   реакции взаимодействия ионов железа (III) с тиоционат­ионом SCN­, приводящей к   появлению   ярко­красной   окраски.   Интенсивность   окраски определяется количеством присутствующих в исходном растворе ионов железа (III). Метод очень чувствителен. Заметное красное окрашивание проявляется   при   содержании   этих   ионов   в   миллионных   долях. Количественное   определение   основано   на   визуальном   сравнении интенсивности цвета анализируемого и стандартных растворов. 9. Содержание   ионов   меди.   Аммиак,   будучи   прибавлен   в   небольшом количестве, осаждает зеленоватую соль, легко растворимую в избытке реактива   (аммиака)   с   образованием   интенсивно   синего   цвета комплексного аммиачного соединения меди. 10.Содержание свинца. Иодистый калий дает в растворе с ионами свинца характерный   осадок   PbI2:   Исследования   производятся   следующим образом. К испытуемому раствору прибавить немного KI, после чего, добавив   CH3COOH,   нагреть   содержимое   пробирки   до   полного растворения   первоначально   выпавшего   мало   характерного   желтого осадка PbI2. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI2 выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов. 11.Определение   фенола.   Для   обнаружения   фенола   можно   использовать реактив   FeCl3.   В   стандартном   растворе   при   приливании   реактива возникает фиолетовая окраска, а в контроле – жёлтая. Приблизительное содержание фенола определяют по изменению цвета. Снеговой покров промышленного города как индикатор загрязнения  окружающей среды Снежный   покров   является   эффективным   накопителем   аэрозольных загрязняющих   веществ,   выпадающих   из   атмосферного   воздуха.   При снеготаянии эти вещества поступают в природные среды, главным образом в воду, загрязняя их.  При образовании и выпадении снега в результате процессов сухого и влажного вымывания концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на 2­3 порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения   содержания   этих   веществ   могут   производиться   достаточно простыми   методами   и   с   высокой   степенью   надежности.   Послойный   отбор проб снежного покрова позволяет получить динамику загрязнения за зимний сезон,   а   всего   лишь   одна   проба   по   всей   толще   снежного   покрова   дает представительные данные о загрязнении в период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы.            Снег  по  своему  составу  в  настоящее  время   является  «ядом»  для окружающей     среды.   Например,     «наш»     снег     может     проесть     бетон. Процентное     снега   при   усиленной антропогенной  нагрузки превышает  стандартный  уровень  в  тысячи  раз,   содержание   ряда     компонентов   что  делает  снег  таким  опасным даже  для  человека,  потому  что  человек дышит парами  испарившейся  воды  отравленного  снега. Выделяются пять основных групп поллютантов содержащихся в снежном покрове:  1) макрокомпоненты снеговых вод ­ пыль, сульфатные и гидрокарбонатные ионы, кальций, хлор, фтор, минеральные формы азота и фосфора и др.;  2) тяжелые металлы и другие микроэлементы; органические соединения: 3) фенолы, формальдегид и др.;  4) полициклические ароматические углеводороды;                            5) радионуклиды.  Влияние   автотранспорта   на   загрязнение   снега   оценено   как существенное.   Оно   может   угнетать   рост   древесных   и   кустарниковых насаждений в прилегающей к дороге 10­20­метровой зоне.                       Соленые   воды   пагубно   влияют   на   рост   растений,   вызывают засоление  почв.  Использование  соли, дешевого  способа «растопить»  снег, приводит  к  повышению  содержания  хлоридов  в  почве  и  грунтовых  водах. Атмосферные  осадки  не  вымывают  рассыпанную  зимой  соль  из  лунок грунта,  и  она  накапливается  из  года  в  год вокруг  дорог,  и  со  временем попадает  в  водоемы. Даже  когда  соль  применялась  в  течение  всего  лишь одной  зимы,  ее  остается  в  почве  так  много,  что  и  спустя  несколько  лет может  сохраняться  опасная  ее  концентрация. Хлор  ­ один из важнейших биогенных макроэлементов, содержится во всех живых организмах. Хлорид­ион образуется в результате растворения и сольватации  ионных солей,  содержащих анион  хлора (хлориды).  Основным источником   хлорид   ионов   является   поваренная   соль,   используемая   при приготовлении пищевых продуктов, так же объясняется загрязнением водоема сточными   водами   некоторых   производств.      Молекулярный   хлор,   а  также многие его соединения обладают высокой токсичностью.   Карбонаты. Нормальные карбонаты широко распространены в природе. Основным   источником   гидрокарбонатных   и   карбонатных   ионов   в поверхностных   водах   являются   процессы   химического   выветривания   и растворения   карбонатных   пород   типа   известняков,   мергелей,   доломитов. Некоторая   часть   гидрокарбонатных   ионов   поступает   с   атмосферными осадками   и   грунтовыми   водами.   Гидрокарбонатные   и   карбонатные   ионы выносятся   в   водоемы   со   сточными   водами   предприятий   химической, силикатной, содовой промышленности и т.д.  Сульфаты  присутствуют практически во всех поверхностных водах и являются одними из важнейших анионов. Повышенные содержания сульфатов ухудшают  органолептические  свойства   воды  и  оказывают   физиологическое воздействие   на   организм   человека.   Основным  источником  растворенных  в воде сульфатов является гипс. В подземных водах с содержанием  сульфат ­ иона обычно выше, чем в воде рек и озер. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. В больших количествах сульфаты содержатся в шахтных водах и в промышленных стоках производств, в которых используется серная кислота, например, окисление пирита. Сульфаты выносятся также со сточными водами коммунального хозяйства и сельскохозяйственного производства. Железо — один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и   органическими   веществами   образуется   сложный   комплекс   соединений железа,   находящихся   в   воде   в   растворенном,   коллоидном   и   взвешенном состоянии. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и металлургической, со предприятий водами     сточными     металлообрабатывающей, текстильной,  лакокрасочной  промышленности  и с сельскохозяйственными   стоками.   Железо   нередко   становится   причиной развития дерматитов, аллергических реакций, заболеваний печени и почек. Медь  — один из важнейших микроэлементов. Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты,   используемые   для   уничтожения   водорослей.   Медь   может появляться   в   результате   коррозии   медных   трубопроводов   и   других сооружений,  используемых  в  системах   водоснабжения.  В  подземных  водах содержание меди обусловлено взаимодействием воды с горными породами, содержащими ее (халькопирит, халькозин, ковеллин, борнит, малахит, азурит, хризаколла,   бротантин).   Избыточные   концентрации   меди   оказывают неблагоприятное   воздействие   на   растительные   и   животные   организмы. Избыток   меди   может   попасть   в   организм   с   пищей   или   водой,   при   этом наблюдается: металлический привкус во рту, боли в животе, тошнота, рвота, диарея,   развивается   гемолитическая   анемия,   почечная   недостаточность, печеночная недостаточность. Свинец (Pb) является одним из весьма распространенных в окружающей среде токсичных элементов. Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение содержания  свинца  в  окружающей  среде  (в т.ч. и  в поверхностных  водах) связано со сжиганием углей, с выносом в водные объекты со сточными водами   некоторых   металлургических   заводов, рудообогатительных   фабрик, химических   производств,   шахт   и   т.д.   Свинец   и   его   соединения   являются политропными ядами (т.е. действуют на разные органы и системы организма) и вызывают в основном изменения в нервной и сердечно­сосудистой системах, а также нарушения ферментативных реакций, витаминного обмена, снижают иммунобиологическую активность человека.  Фенолы  представляют   собой   производные   бензола   с   одной   или нескольким гидроксильными группами. Фенолы являются одним из наиболее распространенных   загрязнений,   поступающих   в   поверхностные   воды   со стоками   предприятий   нефтеперерабатывающей,   сланцеперерабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокрасочной промышленности и др. В сточных водах этих предприятий содержание фенолов может превосходить 10­20 г/дм3  при   весьма   разнообразных   сочетаниях.   Фенол   –   ядовит.   При попадании на кожу вызывает ожоги, при этом он всасывается через кожу и вызывает отравление.           Основными источниками загрязнения в нашем городе являются:   Промышленные предприятия (ФКП «Казанский завод «Точмаш», ООО «Мелита»,   ОАО   «Таткрахмалпатока»,   ОАО   ХК   «Татнефтепродукт», ОАО «Татспирпром»,   ОАО «Средне­Волжский Транснефтепродукт», ЗАО НТЦ «ТЕКО»)  Транспорт.  За год автомобиль сжигает в среднем две тонны топлива, поглощая   при   этом   тридцать   тонн   кислорода.   В   атмосферу выбрасываются   центнеры   угарного   газа,   окислов   азота,   других продуктов   сгорания.   Доля   транспорта   в   суммарных   выбросах загрязняющих   веществ   в   атмосферу   от   всех   источников   превышает сегодня 45 процентов;  Бытовые отходы. Интенсивная антропогенная деятельность оказывает воздействие   на   почвенный   покров.  Загрязнение   почвы   является индикатором геохимического состояния окружающей среды в целом и отражает результаты многолетнего накопления загрязняющих веществ на территории города.  Основная часть. Исследование снежного  покрова проводилось в декабре 2015 года.  Органолептический состав: 1. Результаты   определения   цветности   снеговой   воды   верхнего   слоя исследуемых участков (Приложение №1. Таблица №1.):  Почти   все   образцы   воды   не   соответствуют   идеальным показателям   (дистиллированной   воде),   за   исключением   образца воды   села   Малые   Болгояры.   В   образце   города   Казани присутствуют тёмные плавающие частицы, что свидетельствует о загрязнении горюче­смазочными материалами.  Снеговая вода села является наименее загрязненной.  Наибольшее   загрязнение   имеет   вода     района   училище олимпийского резерва.  Исследования   показывают,   что   снеговой   покров   имеет значительные загрязнения в некоторых участках. 2. Результаты   определения   цветности   снеговой   воды   нижнего   слоя исследуемых участков (Приложение №1. Таблица №2.):  Почти   все   образцы   воды   не   соответствуют   идеальным показателям (дистиллированной воде).  Наибольшее загрязнение имеет вода по улице Горьковское шоссе. 3. Результаты   определения   характера   и   интенсивности   запаха исследуемых образцов снеговой воды (Приложение №1. Таблица №3,4.):  Снеговая вода села  не имеет никакого запаха;  Снеговая   вода   улицы   Горьковское   шоссе   26   имеет   отчетливый искусственный запах, связанный с попаданием в снег выхлопных газов, различных химических соединений; Физический показатель: 1.    Результаты   определения   плотности   снеговой   воды   исследуемых участков        (Приложение №1. Таблица №5.):  Плотность   исследуемой   воды   при   20оС   выше,   чем   плотность чистой   воды   при   этой   же   температуре,   т.к.   снеговая   вода содержит в своем составе примеси;  В   снеговой   воде   села   их   содержится   минимально,   поэтому плотность отличается незначительно;  Плотность воды по улице Горьковское шоссе 26   значительно больше, поэтому и показатели плотности выше, чем у воды. Заключение Эта работа посвящена исследованию снега на улице Горьковское шоссе 26  города Казани и села Малые Болгояры.  1. Уровень загрязнения снежного покрова всех исследуемых объектов отличается от нормы; 2. Результаты   разных   исследований   показали,   что   снеговая   вода является опасной для здоровья людей; 3. Показатели   загрязнения   вблизи   заводов   выше,   чем   остальных объектов,   следовательно   вреда   для   здоровья   человека   там значительно больше; 4. Мы   подтвердили   гипотезу,   что   снеговой   покров   является индикатором окружающей среды. 5. Доказали,   что   снеговой   покров   может   использоваться   для определения содержащихся в атмосфере различных соединений. Приложения Приложение №1 Показатели цветности снеговой воды верхнего слоя исследуемых участков     Номер участка                  Объект                Цвет 1 2 Училище   олимпийского резерва   Горьковское шоссе д 26 Село Малые болгояры 3(контроль) Дистиллированная вода   с   но   с Мутная   вода, незначительным количеством частиц Бесцветная, небольшим количеством плавающих     тёмных частиц Бесцветная Номер   оттенка воды по шкале XIX 0 0 Приложение №2 Показатели цветности снеговой воды нижнего слоя исследуемых участков     Номер участка                  Объект                Цвет 1 Училище олимпийского   резерва Горьковское   шоссе   д 26   с Мутная   вода, незначительным количеством частиц оттенка   Номер воды по шкале XIX 2 Село Малые  Болгояры 3(контроль) Дистиллированная вода Бесцветная, небольшим количеством плавающих   частиц Бесцветная   но   с 0   тёмных 0 Характер и интенсивность запаха исследуемых образцов снеговой воды Приложение №3 Номер участка Объект Характер, род  запаха Интенсивность 1 2 3 (контроль) Горьковское шоссе 26 Ароматический. Запах   выхлопных газов, бензина. Травянистый. Нет запаха Малые   Село Болгояры Дистиллированная вода 3 2 0 Плотность снеговой воды исследуемых участков Приложение №4 Номер участка                                Объект 1 2 3(контроль) Училище олимпийского резерва Горьковское шоссе д 26 Село Малые Болгояры Дистиллированная вода Плотность при температуре 20оС 1,12г/см3 1,00г/см3 0,998г/см3 Приложение №5 Значения водородного показателя снеговой воды исследуемых участков Номер участка Объект 1 Училище олимпийского резерва Горьковское шоссе д 26             pH среда рН=6,0 слабокислая).   (среда 2 3 (контроль) Село Малые Болгояры Дистиллированная вода рН=7,0 рН=7,0     в Вывод Среда   слабокислая, значит ней растворено незначительное количество углекислого   газа   или других газов. Нейтральная среда Нейтральная среда Школьная территория села  Малые Болгояры Казанское училище  олимпийского резерва  Горьковское шоссе д 26 Пробы воды А. Горьковское шоссе 26 Б. село Малые Болгояры В. Чистая вода Определение ионов свинца.