Международный школьный научный вестник

Научный журнал для старшеклассников и учителей ISSN 2542-0372

• Авторы
• Научный руководитель
• Файлы
• Литература

Кириченко Д.А. 1

---

1 г. Улан-Удэ, МАОУ СОШ № 1, 10 «А» класс

Шаркова Г.М. (Улан-Удэ, МАОУ СОШ № 1)

Статья в формате PDF

0 KB

1. Алексеева С.В., Беккер А.М. Изучаем экологию экспериментально: Практикум, по экологической оценке, состояния окружающей среды. СПб., 1993.

2. Габриелян О.С. Вода в нашей жизни: учебно-методическое пособие к ЭК для 9 кл. осн. школы или 10-11 кл. баз. уровня ср. шк. // Химия (Первое сентября). 2009. № 22.

3. Залиханов М.Ч., Лосев К.С. И снег, и град, и горы. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1991.

4. Корте Ф. Экологическая химия. М.: Мир. 1996. 396 с.

5. Криволуцкий Д.А. Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. М.: Наука. 1987.

6. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России // Финансы и статистика. 1995.

7. Соловьева Н.Е., Олькова Е.А., Алябьева А.А., Краева О.В. Исследование талой воды (снега) как показатель загрязнения атмосферы урбанизированной среды // Молодой ученый. 2015. № 14. С. 668-672.

8. Фадеева Г.А. Химия и экология 8-11 классы: Материалы для проведения учебной и внеурочной работы по экологическому воспитанию. Волгоград: Учитель, 2005. 118 с.

9. https://ria.ru/20170921/1505224510.html (дата обращения: 18.12.2018).

10. https://studbooks.net/913704/ekologiya/otbor_prob_snega (дата обращения: 26.12.2018).

11. https://www.tgk-14.com/ (дата обращения: 18.01.2019).

Проблемы взаимодействия современного общества с окружающей средой сегодня можно отнести к наиболее актуальным. От состояния окружающей среды зависит здоровье, учеба, работоспособность, одним словом, нормальная жизнь людей. Мы видим, что экологические проблемы – это следствие реальных противоречий между человеческим обществом и живой природой. На мой взгляд, каждый должен знать об источниках и веществах, загрязняющих окружающую среду, о предельно допустимых концентрациях вредных веществ, о способах снижения загрязнения окружающей среды отходами химических производств. И иметь хотя бы минимальное представление о современных технологиях производства, снижающих или исключающих вредное воздействие на окружающую среду, о зависимости здоровья человека от качества окружающей среды, о существующих проблемах безотходного производства.

Наверняка все знают, что город Улан-Удэ, в котором мы живем, ежегодно входит в перечень наиболее загрязненных городов России («О состоянии и об охране окружающей среды России», 2017 г.). Но вряд ли все знают, что расположение столицы Бурятии в межгорной впадине затрудняет циркуляцию воздуха и приводит к накоплению загрязняющих веществ, а причины плохого качества воздуха кроются в отсутствии высокоэффективного газоочистного оборудования, эксплуатации устаревших технологий на промышленных предприятиях, тепловых электростанциях и бытовых котельных.

В недавнем прошлом Улан-Удэ был одним из крупных индустриальных центров Восточной Сибири, в атмосферу которого ежегодно выбрасывались значительные количества загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов. Сегодня в городе на неполную мощность работают Улан-Удэнский авиационный завод, ЛВРЗ, «Стальмост», приборостроительное объединение. Кроме того, действуют предприятия и организации обрабатывающего производства. Несмотря на многократное снижение антропогенной нагрузки, экологическая ситуация остается неблагополучной.

Основными загрязнителями являются Улан-Удэнская ТЭЦ-1, авиазавод, ЛВРЗ, и некоторые другие предприятия, а также крупные и средние свалки бытовых и производственных отходов. Опасность представляет ТЭЦ-1, расположенная в Железнодорожном районе г. Улан-Удэ, и ее золошлакоотвал (гидротехническое сооружение, предназначенное для складирования золы и шлака с тепловой электростанции). Высокой токсичностью обладают выбросы автотранспорта, уступая по объему выбросам стационарных источников. Отработанные газы автомобилей, поступая в нижний слой атмосферы, сразу попадают в дыхательные пути человека, а процесс их рассеивания значительно отличается от процесса рассеивания выбросов стационарных источников. Поэтому автотранспорт относится к категории наиболее опасных источников загрязнения атмосферы. Интенсивное движение автотранспорта приводит к повышению среднегодовых концентраций сажи, оксида углерода, окислов азота, углеводородов, свинца, диоксида серы вблизи наиболее напряженных магистралей (в г. Улан-Удэ – это районы Элеватора, ул. Бабушкина, Терешкой, Балтахинова, Смолина, пр. 50-летия Октября и др.). На сегодняшний день автомобильные выхлопы составляют больше половины всех вредных выбросов в атмосферу Улан-Удэ.

Свой значительный «вклад» в загрязнение воздуха вносят автономные источники теплоснабжения – котлы и печи частного сектора, которыми снабжены почти 45 тысяч домов, при этом в 77,7 % домов используются печи и в 22,3 % – котлы. В качестве топлива 81,9 % автономных источников теплоснабжения используют дрова и 17,4 % – уголь. Газ, жидкое топливо, топливные брикеты и электрообогрев применяются мало – всего 0,7 %. Использование угля приводит к выбросам серы и других токсичных загрязнителей. Даже при хорошем сгорании эти загрязняющие вещества не разрушаются, оказывая негативное влияние на сердечно-сосудистую и дыхательную системы человека, способствуя развитию онкологических заболеваний.

Часто пишут, что воздух в бурятской столице отравляет бензапирен. Это вещество относится к первому классу опасности – наравне с ртутью, плутонием, полонием, стрихнином и оксидом свинца. При попадании в человеческий организм оно способно вызывать возникновение злокачественных опухолей. По данным Росстата, в феврале 2017 г. его концентрация в Улан-Удэ превысила норму в 24 раза. В том же 2017 г. ученые Института прикладной экологии и гигиены из г. Санкт-Петербурга в рамках разработки системы сводных расчетов загрязнения атмосферы г. Улан-Удэ пришли к выводу, что выбросы крупных предприятий не создают повышенные концентрации бензапирена.

***

Предметом моего исследования стал снег, взятый в г. Улан-Удэ и его пригороде. Снег – один из наиболее информативных и удобных показателей загрязнения окружающей среды. Он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения вод и почв. При образовании и выпадении снега концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе.

Объект исследования – пробы снега с четырех контрольных площадок г. Улан-Удэ и его окрестностей.

Цель: исследовать органолептические и химические показатели талой воды на предмет наличия загрязнителей. Для решения этой цели были поставлены задачи:

1. Изучить и применить в своих исследованиях методику взятия проб снега и приготовления талой воды;

2. Исследовать органолептические свойства проб талой воды;

3. Определить реакцию среды проб талой воды;

4. Исследовать пробы талой воды на наличие химических веществ – загрязнителей.

В работе были использованы следующие методы исследования:

1. Теоретический (обзор и анализ литературы, образовательных ресурсов в сети Интернет).

2. Экспериментальный (проведение опытов, а также органолептического и химического анализа).

3. Эмпирический (наблюдения, описания и объяснения результатов исследований).

При выполнении работ применялись физические и органолептические методы исследования свойств талой воды: запаха, мутности, цветности, а также аналитические – для определения анионов загрязнителей. Данные методы позволили получить достоверную информацию о степени загрязнения снега на различных участках города.

Работа проводилась в химической лаборатории Института общей и экспериментальной биологии СО РАН. Для своего исследования мы выбрали территорию центра города и контрольную пробу из пригорода г. Улан-Удэ в лесном массиве.

Экспериментальное исследование снега

Методика взятия проб снега и приготовления талой воды

Для того чтобы результаты измерений были достоверными, необходимо было правильно собрать пробы снега. Для этого использовалась специальная методика: отбор проб снега производился в направлении господствующих ветров (подветренно) и в контрольной точке. Пробы снега отбирались на участках, где сохранился нетронутым снежный покров. Отбор снега производился при помощи лопатки. Для получения усредненного образца были отобраны снеговые пробы в пяти точках «конвертом» (на участке площадью 1 кв. м отбирались пробы снега по углам квадрата и в его центре). Этими точками стали четыре площадки: № 1 – ул. Фрунзе, № 2 – ул. Трактовая (территория возле ТЭЦ-1), № 3 – ул. Набережная р. Уды, № 4 – п. Верхняя Березовка, лесной массив (контрольная точка). Пробы снега брались: 17 декабря 2018 г. со всех площадок одновременно и повторно 25 января 2019 г. со всех площадок одновременно. Пробы снега были помещены в чистые полиэтиленовые пакеты, во избежание возможного выщелачивания из стекла гидрокарбонатов, карбонатов и других анионов слабых кислот. Затем снег был переложен в стеклянные банки. Банки оставлены при температуре +20 °С. Таким образом талая вода была готова для анализа.

Объекты и методика исследования

Объекты исследования: снежный покров на ул. Фрунзе – точка № 1, ул. Набережная – точка № 2, ул. Трактовая (территория ТЭЦ-1: мощность котельной – 688 Гкал/час) – точка № 3, пос. Верхняя Березовка – точка № 4. Исследуемые точки отмечены на карте c помощью Google Earth.

Цвет (окраска)

Диагностика цвета – один из показателей состояния воды. Для определения цветности воды берем стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд наливаем воду и на белом фоне бумаги определяем цвет воды (голубой, зеленый, серый, коричневый) – показатель определенного вида загрязнения.

Прозрачность

Для определения прозрачности воды используем прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который наливаем воду, подкладываем под цилиндр на расстоянии 4 см от его дна шрифт, высота букв которого 2 мм, а толщина линий букв – 0,5 мм, и сливаем воду до тех пор, пока сверху через слой воды не будет виден шрифт. Измеряем высоту столба оставшейся воды линейкой и выражаем степень прозрачности в см. Степень прозрачности воды в среднем около 30 см. Результаты исследований см. Табл. № 3.

Запах

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Характер и интенсивность запаха определяем по предлагаемой методике (Табл. № 4).

Таблица 1

Характер и род запаха талой воды естественного происхождения

Определение кислотности талой воды

Активная реакция среды имеет большое экологическое значение. Изменение pH среды влияет на выживаемость организмов, интенсивность питания, рост, уровень газообмена и другие жизненные процессы. Измерение рН – это измерение активности ионов водорода в среде. Само обозначение рН переводится буквально с латинского «pondus Hydrogenii» – «вес водорода».

Для определения величины pH существуют два основных метода: колориметрический и потенциометрический. Колориметрический метод основан на изменении окраски индикатора, добавленного к исследуемому раствору, в зависимости от величины pH. Этот метод недостаточно точен, требует введения солевых и температурных поправок, дает значительную погрешность при очень малой минерализации исследуемой воды (менее 30 мг/л) и при определении pH окрашенных и мутных вод. Потенциометрический метод намного точнее, но требует оборудования лабораторий специальными приборами – pH-метрами. Сегодня рН-метры широко применяются в микробиологии и в медицине, в водоподготовке и агрохимии, в почвоведении, гидропонике, лабораторных и полевых исследованиях, в химической и пищевой промышленности, аквариумистике и т.д. Современный рН-метр позволяет достаточно точно и быстро определить величину рН, если pH < 7 – кислая среда, если pH > 7 – щелочная среда и pH = 7 – нейтральная среда.

В нашей работе мы определили pH с помощью универсальной индикаторной бумаги и лабораторного pH-метра (ИОНОМЕТР METTLER-TOLEDO SEVENCOMPACT).

Оборудование: индикаторная бумага (универсальный индикатор), пробирки. Методика определения pH среды (кислотности) следующая:

1. Для проведения опыта наливаем по 10 мл фильтрата в четыре пробирки.

2. Опускаем в каждую пробирку универсальный индикатор и определяем кислотность фильтрата (талой воды).

3. Сравниваем окраску индикатора со шкалой универсального индикатора, полученный результат фиксируем в таблице.

Оборудование: pH-метр (METTLER-TOLEDO), исследуемые пробы, стеклянные колбы, фильтровальная бумага, промывалка, дистиллированная вода.

Методика определения pH среды pH-метром:

1. Включаем рН-метр.

2. Калибруем прибор с точным значением рН.

3. Промываем электрод дистиллированной водой над сосудом, сушим с помощью фильтровальной бумаги.

4. Сухой электрод погружаем в стеклянную колбу с пробой.

5. После каждой пробы электрод промываем и просушиваем.

6. Аналогичные операции повторяем со всеми пробами.

7. После измерения рН последней пробы электрод промываем и сушим при помощи фильтровальной бумаги.

8. Выключаем прибор из сети.

9. Результаты заносим в таблицу.

Вывод:

В результате исследования было установлено, что среда растворов во всех четырех пробах – нейтральная, т.к. универсальный индикатор окрашивался в желтый цвет. Показатель в пробе № 1 (рН = 6,8), pH в пробах № 2, № 3, № 4 (рН = 6,5-6,54), что можно объяснить отсутствием или очень незначительным количеством выбросов в атмосферу оксидов неметаллов (серы, азота, углерода). При этом можно отметить, что участок на ул. Трактовая более загрязнен. Понижение кислотности связано с выбросами ТЭЦ-1. На втором месте по кислотности находятся пробы талой воды, взятой на ул. Фрунзе. Данная улица находится в центре города, поток автотранспорта по данному участку интенсивный, отсюда и полученный результат.

Определение химических соединений загрязняющего характера (ионы) в талой воде

Промышленные предприятия, транспорт, котельные выбрасывают в атмосферу разные химические соединения. Снег может служить индикатором атмосферного загрязнения различными веществами: сульфатами, нитратами, аммонием, основаниями, тяжелыми металлами и рядом других веществ. Используя специальные методики, можно выявить в снеговой пробе конкретные химические вещества, которые попадают в снег из атмосферы.

Оборудование: штативы, пробы талой воды, пробирки, пипетки, электронные пипетки, эл. плита, химические стаканы, чашки для выпаривания, реактивы: раствор перманганата калия (KMnO4), азотная кислота (HNO3(1:4)), аммиак (NH3), 5 % раствор хлорида бария (BaCl2), соляная кислота 1:5 (HCl (1:5)), нитрат серебра (AgNO3), 50 % раствор уксусной кислоты (CH3COOH), 10 % раствор дихромата калия (2 K2Cr2O7), реактив Несслера.

План работы. Взять пробы фильтрата, провести качественные реакции на выявление загрязнителя.

Обнаружение катионов меди (Cu2+)

В фарфоровую чашку помещаем 3-5 мл пробы, осторожно выпариваем досуха и наносим на периферийную часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей/фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди: Сu2++4NH4OH-[Сu(ННз)4]2++4Н20. В нашем случае ионы меди отсутствуют во всех четырех пробах. Результаты исследования см. в Табл. № 6.

Определение солей аммония NH4+

К исследуемым пробам добавляем реактив Несслера. При положительной реакции появляется желто-оранжевое окрашивание вследствие образования йодистого меркураммония. В пробе № 1 имеет место светло-желтое окрашивание, № 2 – желтое, № 3 – интенсивно желтое, № 4 – отсутствует. Результаты исследования см. в Табл. № 7.

Обнаружение хлорид анионов (СГ)

К 10 мл пробы добавляем 3-4 капли азотной кислоты (1:4) и доливаем 0,5 мл нитрата серебра (AgN03). Белый осадок должен выпадать при концентрации хлорид-ионов более 100 мг/л: Cl+Ag = AgCl. Помутнение раствора наблюдается в пробе № 3 (концентрация хлорид–ионов более 10 мг/л), опалесценция (более 1 мг/л) – в пробах № 1 и № 2. При добавлении аммиака NH3 раствор становится прозрачным. Результаты исследования см. в Табл. № 8.

Обнаружение сульфат-анионов (SO4)

В пробирку вливаем 10 мл пробы 0,5 мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5 % раствора хлорида бария. По характеру выпавшего осадка определяем ориентировочное содержание сульфат–анионов. При отсутствии мути концентрация сульфат–ионов – менее 5 мг/л, при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут – 5-10 мг/л. При концентрации сульфат–ионов более 10 мг/л выпадает белый осадок: Ва + S04 = BaS04. В пробах № 1, № 2 и № 3 содержание сульфат–анионов составляет 5-10 мг/л, в пробе № 4 – их нет. Результаты исследования см. в Табл. № 9.

Обнаружение сульфит-ионов (S042-)

В пробирку вливаем 10 мл пробы, добавляем 3 мл слабого раствора перманганата калия. При содержании сульфит–иона розовый цвет раствора исчезает. В пробах № 1, № 2, и № 3 сульфиты отсутствуют, а в пробе № 4 имеется их незначительное содержание. 3S032-+2Мn04Н2С)-2Мn(ОН)2+3S042-+20Н. Результаты исследования см. в Табл. № 10.

Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов

Обнаружение катионов свинца РЬ2

В пробирку с пробой вносим 1 мл 50 % раствора уксусной кислоты, перемешиваем. Добавляем электронной пипеткой 0,5 мл 10 % раствора дихромата калия. При наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает желтый осадок. Если наблюдается помутнение раствора, то концентрация катионов – более 20 мг/л, а при опалесценции – 0,1 мг/л. В нашем случае катионов свинца не обнаружено. Результаты исследования см. в Табл. № 11.

Выводы:

1. Более высокое содержание твердых частиц в образце талой воды, взятой на территории ТЭЦ-1, объясняется выбросами горючего сырья в атмосферу (уголь, торф, сланец и др.). Из-за большого содержания твердых частиц и химических соединений образцы талой воды имеют мутную серую окраску, особенно она интенсивна в пробах № 1, № 2 и № 3, т.е. образцов, взятых вблизи предприятий и автодорог. По этой же причине прозрачность талой воды этих образцов имеет характеристику средней мутности, что не наблюдается у образца под № 4, где по шкале образец является прозрачным.

2. Показатель в пробе № 1 (рН = 6,8), pH в пробах № 2, № 3, № 4 (рН = 6,5-6,54), что можно объяснить отсутствием или очень незначительным количеством выбросов в атмосферу оксидов неметаллов (серы, азота, углерода).

3. Проведенный химический эксперимент в лаборатории Института общей и экспериментальной биологии СО РАН показал, что в талой воде катионы тяжелых металлов не обнаружены.

4. Качественные реакции на анионы показали наличие в незначительном количестве хлорид- и сульфат-анионов.

5. Химических загрязнителей в опасной концентрации не было обнаружено.

Основываясь на результатах химического анализа и биотестирования, можно утверждать, что сегодня атмосфера в г. Улан-Удэ в целом – в пределах нормы. Превышений предельно допустимых концентраций вредных веществ по изученным параметрам в снежном покрове на территории города нет. Тем не менее, на улицах города с интенсивным движением, а также на территории ТЭЦ-1 выявлено загрязнение снежного покрова. В зеленой зоне пригорода, благодаря лесному массиву, наблюдаются достаточно благоприятная атмосфера и чистый воздух. Следовательно, талые снеговые воды существенно не нарушат химический состав почвы, и видовой состав растительности не изменится.

Отбор снежных проб производился в середине декабря 2018 г. и конце января 2018 г. Проведение повторного эксперимента запланировано на конец марта – период максимального запаса влаги. Ценность такого рода исследования заключается в том, что можно получить усредненную картину, подытоживающую атмосферные «события» зимы, поскольку в зимний период неоднократно меняются погода, направление ветров, переносящих загрязнения, интенсивность и характер выбросов предприятий и т.д. Изучение снежного покрова в качестве индикатора загрязнения природной среды позволит увеличить эффективность контроля за загрязнением атмосферы, воды и почвы.

Результаты исследований

Таблица 3

Диагностика цвета и примесей

Таблица 4

Характер, род и интенсивность запаха проб талой воды

Таблица 5

Сравнительное значение кислотности снега (ИОНОМЕТР METTLER-TOLEDO SEVENCOMPACT)

Определение химических соединений загрязняющего характера (ионы) в талой воде

Таблица 6

Обнаружение катионов меди (Cu2+)

Таблица 7

Определение солей аммония NH4+

Таблица 8

Обнаружение хлорид анионов (СГ)

Таблица 9

Обнаружение сульфат – анионов (SO4)

Таблица 10

Обнаружение сульфит – ионов (S042-)

Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов

Таблица 11

Обнаружение катионов свинца РЬ2

Приложения

Пробы снега

Пробы талой воды

Фильтрование проб талой воды

Фильтры

Реактивы

Определение кислотности талой воды. Работа на ph-метре

Обнаружение катионов меди (Cu2+)

Обнаружение катионов свинца РЬ2

Обнаружение сульфит – ионов (S042-)

Библиографическая ссылка