1 Формы нахождения тяжелых металлов в атмосфере



страница1/4
Дата24.04.2016
Размер0.65 Mb.
ТипРеферат
  1   2   3   4


diplomrus.ru - Заказ индивидуальных авторских работ, от контрольной до диссертации



. Содержание
Введение …………………………………………………………………………………

Раздел 1. Концентрация тяжелых металлов в атмосферных осадках, как предмет

исследования ……………………………………………………………………………

1.1. Понятие «тяжелые металлы» ……………………………………………

1.2. Формы нахождения тяжелых металлов в атмосфере ………………….

1.3. Источники и концентрации тяжелых металлов ………………………..

1.4. Методика сбора проб осадков …………………………………………...

1.5. Методы измерения тяжелых металлов …………………………………

1.5.1. Ультрамикроскопические и оптические методы измерения …………

1.6. Обобщенные данные о содержании тяжелых металлов в атмосфере и

осадках фоновых районах мира …………………………………………

1.7. Изученность поступление тяжелых металлов с атмосферными осадками в

Черноморском регионе и регионе Севастополя…………………………

Раздел 2. Метеорологические факторы, влияющие на формирование концентраций

примесей в осадках. ……………………………………………………………………

2.1. Метеорологические условия, влияющие на загрязнение осадков………

2.2. Теоретические аспекты вымывания примеси осадками из атмосферы…

Раздел 3. Полученные результаты и их анализ………………………………………….

3.1. Методика пробоотбора и измерения концентраций тяжелых металлов

в атмосферных осадках гор. Севастополя, примененная в МО УкрНИМИ………….

3.2. Анализ уровней концентраций тяжелых металлов (свинца, кадмия,

меди, хрома) в осадках, их временной изменчивости ………………………

Раздел 4. Охрана труда ………………………………………………………………….

Раздел 5. Гражданская оборона …………………………………………………………


Раздел 6. Экономическая часть …………………………………………………………
Выводы …………………………………………………………………………………
Библиография …………………………………………………………………………..
Введение

Актуальность темы связана с тем, что тяжёлые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как двуокись углерода и серы, в прогнозе же они должны стать самыми опасными, более опасными, чем отходы АЭС и твердые отходы. Загрязнение тяжёлыми металлами связано с их широким использованием в промышленном производстве вкупе со слабыми системами очистки, в результате чего тяжёлые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и в водную среду, загрязняя и отравляя её.

Тяжёлые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение понятия "тяжёлые металлы". В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

Вода является основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том числе из атмосферы и почвы. Она же служит источником вторичного загрязнения приземного воздуха и почвы, попадающих в Мировой океан. Из воды тяжёлые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу более высокоорганизованным животным.

Для снижения концентрации тяжелых металлов в природных средах необходимо предпринимать еще более энергичные меры на национальном и международном уровнях. Для этого необходимо разработка и внедрение в широких масштабах безотходных технологических процессов.

Перспективным является более широкое использование энергии солнца, ветра, а также геотермальной энергии. Только объединенные усилия ученых и специалистов всех стран и одновременное внедрение эффективных методов борьбы с выбросами в различных странах помогут решить эту одну из сложнейших проблем ХХI века.

Цель работы – обобщить и проанализировать данные концентраций тяжелых металлов в атмосферных осадках г. Севастополя на основе анализа проб атмосферных осадков, проведенного в Морском отделении Украинского научно-исследовательского гидрометеорологического института (МО УкрНИГМИ) в течении 1998-2005 гг. Сравнить уровень загрязнения осадков в Севастополе с другими регионами мира и оценить поступление тяжелых металлов с осадками на поверхность Севастопольской бухты. Задачами работы является знакомство с проблемами загрязнения территорий атмосферными осадками, особенностями формирования этого загрязнения и оценка уровней загрязнения Севастопольского региона.



Раздел 1.

Концентрация тяжелых металлов в атмосферных осадках, как предмет исследования
1.1. Понятие "тяжелые металлы".

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль, которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.

Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк (см. табл. 1)

Таблица 1.1

Биогеохимические свойства тяжелых металлов



Свойство

.Cd.

.Co.

.Cu.

.Hg.

.Ni.

.Pb.

.Zn .

Биохимическая активность

В

В

В

В

В

В

В

Токсичность

В

У

У

В

У

В

У

Канцерогенность



В





В





Обогащение аэрозолей

В

Н

В

В

Н

В

В

Минеральная форма распространения

В

В

Н

В

Н

В

Н

Органическая форма распространения

В

В

В

В

В

В

В

Подвижность

В

Н

У

В

Н

В

У

Тенденция к биоконцентрированию

В

В

У

В

В

В

У

Эффективность накопления

В

У

В

В

У

В

В

Комплексообразующая способность

У

Н

В

У

Н

Н

В

Склонность к гидролизу

У

Н

В

У

У

У

В

Растворимость соединений

В

Н

В

В

Н

В

В

Время жизни

В

В

В

Н

В

Н

В

В - высокая, У-умеренная, Н - низкая



1.2. Формы нахождения тяжелых металлов в окружающей среде

Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

В стране необходимы срочные меры по снижению уровня тяжелых металлов в атмосфере, однако пока экономический кризис Украины, России и других стран затмевают экологические проблемы. В затянувшейся промышленной депрессии Украина испытывает недостаток средств для ликвидации прежних загрязнений, но если экономика начнет восстанавливаться, а заводы вернутся к работе, загрязнение может только усилиться (табл. 2).

Таблица 1.2

10 наиболее загрязненных городов бывшего СССР.

Металлы приведены в порядке убывания уровня приоритетности для данного города.


1. Рудная Пристань (Приморский край)

свинец, цинк, медь, марганец+ванадий, марганец.

2. Белово (Кемеровская область)

цинк, свинец, медь, никель.

3. Ревда (Свердловская область)

медь, цинк, свинец.

4. Магнитогорск

никель, цинк, свинец.

5. Глубокое (Белоруссия)

медь, свинец, цинк.

6. Усть-Каменогорск (Казахстан)

цинк, медь, никель.

7. Дальнегорск (Приморский край)

свинец, цинк.

8. Мончегорск (Мурманская область)

никель.

9. Алаверди (Армения)

медь, никель, свинец.

10. Константиновка (Украина, Донецкая обл)

свинец, ртуть.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий , цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть.

Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Минамата. Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающей среде в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает 20-30 тыс. тонн свинца в год.



1.3. Источники и концентрация тяжелых металлов в природных водах.

Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК - такие концентрации, которые не оказывают на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей. Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО (Главной Геофизической Обсерватории). Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия - среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующие значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют.



Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

Фазовые равновесия зависят от химического состава вод, рН, Eh и в некоторой степени от температуры. В рутинном анализе во взвешенную форму выделяют частицы с размером более 0.45 мк. Она представляет собой преимущественно железосодержащие минералы, гидрат оксида железа и соединения железа, сорбированные на взвесях. Истинно растворенную и коллоидную форму обычно рассматривают совместно. Растворенное железо представлено соединениями, находящимися в ионной форме, в виде гидроксокомплекса и комплексов с растворенными неорганическими и органическими веществами природных вод. В ионной форме мигрирует главным образом Fe(II), а Fe(III) в отсутствие комплексообразующих веществне может в значительных количествах находиться в растворенном состоянии.

Железо обнаруживается в основном в водах с низкими значениями рН.

В результате химического и биохимического (при участии железобактерий) окисления Fe(II) переходит в Fe(III), который, гидролизуясь, выпадает в осадок в виде Fe(OH)3. Как для Fе(II), так и для Fe(III) характерна склонность к образованию гидроксокомплексов типа [Fe(OH)2]+, [Fe2(OH)2]4+, [Fe(OH)3]+, [Fe2(OH)3]3+, [Fe(OH)3]- и других, сосуществующих в растворе в разных концентрациях в зависимости от рН и в целом определяющих состояние системы железо-гидроксил. Основной формой нахождения Fe(III) в поверхностных водах являются комплексные соединения его с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом гумусовыми веществами. При рН = 8.0 основной формой является Fe(OH)3 .Коллоидная форма железа наименее изучена, она представляет собой гидрат оксида железа Fe(OH)3 и комплексы с органическими веществами.

Содержание железа в поверхностных водах суши составляет десятые доли миллиграмма, вблизи болот - единицы миллиграммов. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот - гуматами. Наибольшие концентрации железа (до нескольких десятков и сотен миллиграммов в 1 дм3) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме.

Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее перемешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe(II) в Fе(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3.

Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических целях. ПДКв железа составляет 0.3 мг Fe/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр для железа - 0.1 мг/дм3


Кадмий

В природные воды поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами.

Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой главным образом минеральные и органо-минеральные комплексы. Основной взвешенной формой кадмия являются его сорбированные соединения. Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов.

В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах кадмий содержится в субмикрограммовых концентрациях, в загрязненных и сточных водах концентрация кадмия может достигать десятков микрограммов в 1 дм3.

Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и человека. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами.

ПДКв составляет 0.001 мг/дм3, ПДКвр — 0.0005 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности — токсикологический).


Кобальт

В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении организмов и растений, а также со сточными водами металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов. Некоторые количества кобальта поступают из почв в результате разложения растительных и животных организмов.

Соединения кобальта в природных водах находятся в растворенном и взвешенном состоянии, количественное соотношение между которыми определяется химическим составом воды, температурой и значениями рН. Растворенные формы представлены в основном комплексными соединениями, в т.ч. с органическими веществами природных вод. Соединения двухвалентного кобальта наиболее характерны для поверхностных вод. В присутствии окислителей возможно существование в заметных концентрациях трехвалентного кобальта.

Кобальт относится к числу биологически активных элементов и всегда содержится в организме животных и в растениях. С недостаточным содержанием его в почвах связано недостаточное содержание кобальта в растениях, что способствует развитию малокровия у животных (таежно-лесная нечерноземная зона). Входя в состав витамина В12, кобальт весьма активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.

В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах его содержание колеблется от десятых до тысячных долей миллиграмма в 1 дм3, среднее содержание в морской воде 0.5 мкг/дм3. ПДКв составляет 0.1 мг/дм3, ПДКвр 0.01 мг/дм3.
Марганец

В поверхностные воды марганец поступает в результате выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит, псиломелан, браунит, манганит, черная охра). Значительные количества марганца поступают в процессе разложения водных животных и растительных организмов, особенно сине-зеленых, диатомовых водорослей и высших водных растений. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической промышленности и с шахтными водами.

Понижение концентрации ионов марганца в природных водах происходит в результате окисления Mn(II) до MnO2 и других высоковалентных оксидов, выпадающих в осадок. Основные параметры, определяющие реакцию окисления, - концентрация растворенного кислорода, величина рН и температура. Концентрация растворенных соединений марганца понижается вследствие утилизации их водорослями.

Главная форма миграции соединений марганца в поверхностных водах - взвеси, состав которых определяется в свою очередь составом пород, дренируемых водами, а также коллоидные гидроксиды тяжелых металлов и сорбированные соединения марганца. Существенное значение в миграции марганца в растворенной и коллоидной формах имеют органические вещества и процессы комплексообразования марганца с неорганическими и органическими лигандами. Mn(II) образует растворимые комплексы с бикарбонатами и сульфатами. Комплексы марганца с ионом хлора встречаются редко. Комплексные соединения Mn(II) с органическими веществами обычно менее прочны, чем с другими переходными металлами. К ним относятся соединения с аминами, органическими кислотами, аминокислотами и гумусовыми веществами. Mn(III) в повышенных концентрациях может находиться в растворенном состоянии только в присутствиии сильных комплексообразователей, Mn(YII) в природных водах не встречается.

В речных водах содержание марганца колеблется обычно от 1 до 160 мкг/дм3, среднее содержание в морских водах составляет 2 мкг/дм3, в подземных - n.102 - n.103 мкг/дм3.

Концентрация марганца в поверхностных водах подвержена сезонным колебаниям.

Факторами, определяющими изменения концентраций марганца, являются соотношение между поверхностным и подземным стоком, интенсивность потребления его при фотосинтезе, разложение фитопланктона, микроорганизмов и высшей водной растительности, а также процессы осаждения его на дно водных объектов.

Роль марганца в жизни высших растений и водорослей водоемов весьма велика. Марганец способствует утилизации CO2 растениями, чем повышает интенсивность фотосинтеза, участвует в процессах восстановления нитратов и ассимиляции азота растениями. Марганец способствует переходу активного Fe(II) в Fe(III), что предохраняет клетку от отравления, ускоряет рост организмов и т.д. Важная экологическая и физиологическая роль марганца вызывает необходимость изучения и распределения марганца в природных водах.



Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

В речных незагрязненных водах мышьяк находится обычно в микрограммовых концентрациях. В минеральных водах его концентрация может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм3, в морских водах в среднем содержится 3 мкг/дм3, в подземных - встречается в концентрациях n.105 мкг/дм3. Соединения мышьяка в повышенных концентрациях являются токсичными для организма животных и человека: они тормозят окислительные процессы, угнетают снабжение кислородом органов и тканей.

ПДКв мышьяка составляет 0.05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический) и ПДКвр - 0.05 мг/дм3.
Никель

Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых руд и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине-зеленых водорослях. Соединения никеля в водные объекты поступают также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Огромные выбросы никеля сопровождают сжигание ископаемого топлива.

Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении значений рН), за счет потребления его водными организмами и процессов адсорбции.

В поверхностных водах соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии, количественное соотношение между которыми зависит от состава воды, температуры и значений рН. Сорбентами соединений никеля могут быть гидроксид железа, органические вещества, высокодисперсный карбонат кальция, глины. Растворенные формы представляют собой главным образом комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в виде прочного цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах соединения никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Соединения Ni3+ образуются обычно в щелочной среде.

Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являясь катализаторами. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на сердечно-сосудистую систему. Никель принадлежит к числу канцерогенных элементов. Он способен вызывать респираторные заболевания. Считается, что свободные ионы никеля (Ni2+) примерно в 2 раза более токсичны, чем его комплексные соединения.

В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0.8 до 10 мкг/дм3; в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 дм3. Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкг/дм3, в подземных водах - n.103 мкг/дм3. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/дм3.

Содержание никеля в водных объектах лимитируется: ПДКв составляет 0.1 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности — общесанитарный), ПДКвр — 0.01 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности — токсикологический).

.
Олово

В природные воды поступает в результате процессов выщелачивания оловосодержащих минералов (касситерит, станнин), а также со сточными водами различных производств (крашение тканей, синтез органических красок, производство сплавов с добавкой олова и др.).

Токсическое действие олова невелико.

В незагрязненных поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограммов в 1 дм3. ПДКв составляет 2 мг/дм3.
Ртуть

В поверхностные воды соединения ртути могут поступать в результате выщелачивания пород в районе ртутных месторождений (киноварь, метациннабарит, ливингстонит), в процессе разложения водных организмов, накапливающих ртуть. Значительные количества поступают в водные объекты со сточными водами предприятий, производящих красители, пестициды, фармацевтические препараты, некоторые взрывчатые вещества. Тепловые электростанции, работающие на угле, выбрасывают в атмосферу значительные количества соединений ртути, которые в результате мокрых и сухих выпадений попадают в водные объекты.

Понижение концентрации растворенных соединений ртути происходит в результате извлечения их многими морскими и пресноводными организмами, обладающими способностью накапливать ее в концентрациях, во много раз превышающих содержание ее в воде, а также процессов адсорбции взвешенными веществами и донными отложениями.

В поверхностных водах соединения ртути находятся в растворенном и взвешенном состоянии. Соотношение между ними зависит от химического состава воды и значений рН. Взвешенная ртуть представляет собой сорбированные соединения ртути. Растворенными формами являются недиссоциированные молекулы, комплексные органические и минеральные соединения. В воде водных объектов ртуть может находиться в виде метилртутных соединений.

Содержание ртути в речных незагрязненных, слабозагрязненных водах составляет несколько десятых долей микрограмма в 1 дм3, средняя концентрация в морской воде 0.03 мкг/дм3, в подземных водах 1-3 мкг/дм3.

Соединения ртути высоко токсичны, они поражают нервную систему человека, вызывают изменения со стороны слизистой оболочки, нарушение двигательной функции и секреции желудочно-кишечного тракта, изменения в крови и др. Бактериальные процессы метилирования направлены на образование метилртутных соединений, которые во много раз токсичнее минеральных солей ртути. Метилртутные соединения накапливаются в рыбе и могут попадать в организм человека.

ПДКв ртути составляет 0.0005 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр 0.0001 мг/дм3.
Свинец

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, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами.

Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. В растворенной форме встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в нерастворимой - главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов.

В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дм3. Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дм3. Лишь в хлоридных термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 дм3.

Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсилогический. ПДКв свинца составляет 0.03 мг/дм3, ПДКвр - 0.1 мг/дм3.

Свинец содержится в выбросах предприятиями металлургии, металлообработки, электротехники, нефтехимии и автотранспорта.

Влияние свинца на здоровье происходит при вдыхании воздуха, содержащего свинец, и поступлении свинца с пищей, водой, на пылевых частицах. Свинец накапливается в теле, в костях и поверхностных тканях. Свинец влияет на почки, печень, нервную систему и органы кровообразования. Пожилые и дети особенно чувствительны даже к низким дозам свинца.

Выбросы М (тыс.т /год) и среднегодовые концентрации (мкг/м3) свинца.

За семь лет выбросы свинца от промышленных источников снизились на 60% вследствие сокращения производства и закрытия многих предприятий. Резкое снижение промышленных выбросов не сопровождается снижением выбросов автотранспорта. Средние концентрации свинца снизились только на 41%. Различие в степени снижения выбросов и концентраций свинца можно объяснить неполным учетом выбросов от автомобилей в предыдущие годы; в настоящее время увеличилось количество автомобилей и интенсивность их движения.
Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

При сборе проб осадков проводят метеорологические наблюдения: записывают на­правление и скорость ветра, из­меряют температуру воздуха, отмечают вид осадков и их ко­личество, фиксируют также особые явления, наблюдаю­щиеся в период сбора, такие, как пыльные бури, метель, дым, мгла, ливни, гроза и т. д.

В настоящее время, согласно решению Всемирной метеороло­гической организации, создается мировая фоновая сеть станций для определения тенденций глобального загрязнения окружаю­щей среды, в программу работ которой включено исследование химического состава атмосферных осадков [11]. Для сбора проб осадков рекомендуется использовать установку, которая остается открытой только на период выпадения осадков. Уста­новка состоит из воронки, изготовленной из нержавеющей стали, стекла пирекс или иенского, и сборного полиэтиленового сосуда. Так как одна и та же установка используется в теплый и холод­ный периоды года, то ее рекомендуется помещать в обогревае­мый футляр, который из-за аэродинамических соображений должен иметь цилиндрическую форму. Особое внимание уде­ляется необходимости обеспечения чистоты сборного оборудо­вания и соблюдения большой аккуратности при сборе и хране­нии проб осадков.

Поскольку используемая на сети методика сбора осадков в основном удовлетворяет требованиям ВМО, она сохранилась и на фоновых станциях [12]. Учитывая, однако, что на обширной территории Советского Союза наблюдаются большие темпера­турные контрасты в теплый и холодный сезоны, для сбора проб снега сохранены кюветы с ветровой защитой.



1.4.2. Модернизированный сборник проб атмосферных осадков для определения их химического состава

В связи с созданием глобальной фоновой сети станций в 1973 г. в Тсрсколе (СССР) проводились международные сравнения методов определения фоновых загрязнений атмо­сферы, где испытывались различные установки для сбора проб атмосферных осадков. Для этих сравнений Н. Н. Александровым совместно с автором был разработан модернизированный вари­ант сборника атмосферных осадков [7,13], устройство которого приводится ниже (рис.1.4).

В отличие от сетевой установки, имеющей различную кон­струкцию в зависимости от того, предназначена ли она для сбора жидких или твердых атмосферных осадков, данный сбор­ник является в этом отношении универсальным и пригоден для сбора проб как дождя, так и снега. При создании сборника были учтены основные требования, предъявляемые к методам сбора проб атмосферных осадков для их последующего химического анализа, которые заключаются в недопустимости попадания по­сторонних примесей в осадки в моменты их сбора и хранения.

По своему внешнему виду сборник представляет усеченный конус, являющийся корпусом прибора, который устанавливается на специальной подставке. Внутри корпуса имеются воронка с направляющим кольцом и крышкой, сборный сосуд, плотно соединяющийся с воронкой, и гнездо для него.




Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.
Рис. 1.4. Общий вид сборника осадков.
Воронка и сбор­ный сосуд изготовлены из полиэтилена, а направляющее кольцо и корпус имеют химически стойкое покрытие. Аналогично шведской установке [11], воронка представляет собой перевернутую полиэтиленовую бутыль с отрезанным дном с отношением высоты h к диаметру D, равным 1,9. Такое соотношение размеров существенно уменьшает выдувание из него твердых осадков. Воронка заканчивается внизу конусом с горловиной, имеющей конусную заточку для лучшего отекания осадков, которая вставляется в сборный сосуд. При отсутствии осадков воронка закрывается крышкой, снаб­женной резиновой прокладкой, и крышка плотно крепится к на­правляющему кольцу накидным замком. На крышке имеется ручка, с помощью которой воронка может переноситься в ла­бораторию для обработки и подготовки к работе. Воронка со сборным сосудом и направляющим кольцом вставляется в корпус и с помощью накидного замка крепится к корпусу. Корпус имеет окно для смены сборного сосуда и от­деление с окном для хранения крышки воронки. Корпус снаб­жен дверцей с накидным замком, закрывающей окна в кор­пусе. Для сборного сосуда в корпусе имеется гнездо с на­правляющим цилиндром и пружиной, которое утапливается во время установки сосуда и его смены. Это гнездо фиксирует в ра­бочем положении воронку со сборным сосудом и не позволяет отвинчиваться накидной гайке при вибрации. Корпус сборника осадков крепится к подставке, аналогичной подставке для плювиографа.

Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

1.5. Методы измерения

1.5.1. Ультрамикроскопические и оптические методы измерения

В области размеров аэрозолей от 0,2 мкм до нескольких мик­рометров по радиусу широкое распространение находят оптиче­ские методы измерений, основанные на явлении рассеяния и по­глощения света аэрозольными частицами. Процесс рассеяния лучистой энергии в атмосфере зависит существенно от размера и формы частиц, а также от длины волны падающего света. Со­гласно теории рассеяния света, развитой Релеем [11, 14], для оптически изотропных, сферических, прозрачных частиц, раз­меры которых малы по сравнению с длиной волны падающего света и сопоставимы с молекулярными, индикатриса рассея­ния, характеризующая зависимость коэффициента рассеяния от направления падающего светового потока, симметрична.

В реальной атмосфере, особенно в ее нижних слоях, размеры аэрозольных частиц значительно отличаются от молекулярных, вследствие чего процесс рассеяния света усложняется. Как сле­дует из теории светорассеяния Ми [17], при увеличении раз­меров частиц индикатриса рассеяния теряет свою симметрич­ность и вытягивается в направлении падающего света. Кроме того, с ростом частиц интенсивность рассеиваемого ими света быстро увеличивается. Эти оптические свойства частиц в атмо­сфере используются для определения их размеров.

Во многих оптических приборах и методах для измерения аэрозолей используется явление Тиндаля, заключающееся в том, что при попадании частицы в объем, освещаемый сильным на­правленным источником света, она интенсивно рассеивает свет и воспринимается в виде вспыхнувшей точки [23]. Эту свето­вую вспышку можно зарегистрировать визуально посредством микроскопа или с помощью фотоэлектрического умножителя.

Одним из важных методов изучения аэрозольных частиц размером от 0,02—0,5 мкм и выше является ультрамикроскопия. В отличие от обычного микроскопа, при помощи ультрамикрос­копа можно исследовать более мелкие частицы, что практически достигается за счет способа освещения наблюдаемого объекта. При использовании бокового освещения или темнопольных кон­денсоров в ультрамикроскопе создается темное поле, при попадании в которое частица, интенсивно рассеивающая падаю­щий на нее свет, воспринимается в виде световой вспышки.

Большим преимуществом по сравнению с обычными ультра­микроскопами обладает метод поточной ультрамикроскопии, разработанный Б. В. Дерягиным и Г. Я. Власенко [29, 32], ко­торый заключается в счете частиц в непрерывном потоке, пере­секающем за определенное время освещенную зону. Применение поточного метода устраняет ошибки в определении концентра­ции частиц, обусловленные броуновским движением и их седи­ментацией, которые могут возникать при обычных методах измерений в механически ограниченных объемах. С помощью по­точного метода можно вести измерения в большом диапазоне концентраций частиц, от 3-Ю7—4-Ю7 до 1—2 в 1 см3 воздуха. Использование объемного счетчика для определения расхода воздуха в поточном методе позволяет уменьшить ошибки, воз­никающие при измерении счетного объема воздуха приборами с фиксированным объемом рабочей камеры. Простота счетной кюветы, отсутствие рассеяния света ограничивающими счетный объем поверхностями устраняют ошибки за счет осаждения на последних частиц аэрозоля. Кроме того, важное достоинство поточного метода состоит в том, что на его основе возможно осуществление автоматизации измерений аэрозольных ча­стиц [12].

На рис. 1.1 приводится оптическая схема поточного ультра­микроскопа, сконструированного Б. В. Дерягиным и Г. Я. Вла­сенко [34], позволяющего измерять весовую и счетную концент­рацию аэрозолей в движущемся ламинарном воздушном потоке. Исследуемый воздух, содержащий аэрозоли, проходит через кювету К, которая освещается источником света L, расположен­ным к ней под углом 90°, с конденсором Р для фокусировки. Подсчет частиц в виде отдельных вспышек производится при помощи микроскопа М с окулярной диафрагмой D, который фо­кусируется в точке пересечения световых лучей с осью кюветы. В- осветитель ультрамикроскопа вмонтирован оптический дис­криминатор (оптический клин) Dit дающий возможность ослаб­лять освещенность зоны подсчета. Так как интенсивность рассеяния света зависит от размера частицы и интенсивности первичного светового потока, то при уменьшении последнего в микроскопе видны только крупные частицы. При более же интенсивном освещении будут видны также частицы меньших размеров. Таким образом, применение оптического дискримина­тора позволяет получить распределение частиц по их яркости или соответственно по их размеру.

Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

Довольно перспективным методом изучения атмосферных аэрозолей является лазерное зондирование атмосферы, идея ко­торого заключается в регистрации следов лазерного импульса с помощью высокочувствительных приемников. Световая волна лазерного излучения при распространении в атмосфере взаимо­действует с частицами аэрозолей и ослабляется за счет явлений преломления, отражения, дифракции, поглощения и рассеяния на этих частицах. Количественной мерой потери энергии яв­ляется объемный коэффициент ослабления, представляющий со­бой сумму коэффициентов рассеяния и поглощения. Практиче­ски обычно пользуются понятием объемного коэффициента рас­сеяния, подразумевая под ним коэффициент ослабления [8]. При лазерном зондировании атмосферы возможно получение данных о давлении, плотности, температуре, влажности, кон­центрации атмосферных газов, турбулентных неоднородностях, границах облаков, их водности, стратификации аэрозольных слоев, концентрации и спектрах размеров частиц атмосферных аэрозолей. Кроме того, с помощью метода лазерного зондиро­вания может успешно решаться задача исследования динамики пространственно-временной картины загрязнения атмосферы аэрозолями и газами индустриального происхождения, включая количественную оценку их выбросов отдельными источниками. Следует, однако, отметить, что лазерный метод, как и все оптические методы, является косвенным. Для извлечения же информации об атмосферных аэрозолях из результатов зонди­рований необходимо располагать достаточно надежной априор­ной информацией о свойствах аэрозольных частиц, а именно, о спектре их размеров, форме, химическом составе. Несмотря на эти ограничения, метод лазерного зондирования атмосферы об­ладает широкими потенциальными возможностями дистанцион­ного исследования разнообразных атмосферных процессов, и в настоящее время его развитию уделяется большое внимание.


Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

1.6. Обобщенные данные о содержании тяжелых металлов в атмосфере и осадках фоновых районах мира.

Содержание металлов в атмосфере и осадках подвержено значительным вариациями изменяется в пределах одного - двух порядков величин для фоновых районов. В северном полушарии содержание металлов в атмосфере и атмосферных выпадениях максимально в континентальных районах Европы, Азии, Северной Америки и минимально в полярных районах и открытых областях Мирового океана, однако даже минимальные значения заметно выше по сравнению с таковыми в южном полушарии. Такое распределение свинца, кадмия, мышьяка и ртути в глобальной атмосфере соответствует пространственному размещению источников поступления этих металлов в атмосферу. Считается, что до 90% свинца ,70-80 % кадмия и мышьяка, более 10% ртути в атмосфере имеет антропогенное происхождение, причем антропогенные выбросы в атмосферу этих металлов практически полностью производятся в северном полушарии. Следует особо отметить распространение ртути в глобальной атмосфере. Многими исследованиями показано, что основная масса ртути в атмосфере (более 90%) находится в газообразной фазе. Обращает на себя внимание достаточно устойчивое соотношение двух фаз ртути в континентальной атмосфере и над океанами (табл. 1.3)


Таблица 1.3

Диапазон концентраций свинца, кадмия, мышьяка и ртути в атмосферных осадках в фоновых районах мира, мкг/л
Регион свинец кадмий мышьяк ртуть
Европа (без СССР) 0,3-6 0,07-1,2 0,7-3,9 0,1-0,4

Европейская 1,3-35 0,1-1,2 0,7-2,0 0,03-1,2

часть СССР
Азия 0,5-9,3 0,1-4,9 0,4-6,1 0,02-1,8
Северная Америка 0,6-3,9 0,15-1,0 0,03-4,0 0,01-2,2

Африка < 13 < 1,3 < 1,4 < 0,2


Австралия 4,7 --- --- ---
Атлантический

океан 1,5-9,0 --- --- ---


Тихий океан 0,006-0,11 --- 0,019-0,032 ---
Арктика 0,013-0,62 0,0004-0,8 0,019-0,021 0,005-0,12
Антарктида 0,005-0,23 0,003-0,032 0,008-0,025 0,026-0,033
Метеорологический синтезирующий центр "Восток" (МСЦ-В) и Координационный химический центр (КХЦ) в соответствии с планом работ ЕМЕП на 2003 г. [ECE/EB.AIR/77/Add.2] продолжили исследование загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ). Основная цель работы - оценка уровней загрязнения региона Европы кадмием, свинцом и ртутью на основе данных измерений, полученных на станциях сети мониторинга ЕМЕП, и результатов математического моделирования.
Национальные данные об антропогенных выбросах свинца, кадмия и ртути за период с 1990 по 2001 г. в Секретариат ЕЭК ООН представили 34 страны. Для остальных стран в анализе применялись оценки экспертов. В большинстве европейских стран выбросы тяжелых металлов имеют общую тенденцию к снижению. Суммарная эмиссия свинца в Европе сократился приблизительно в 3,3 раза, кадмия - в 1,8 раза, ртути - в 2 раза.
Тяжелые металлы были включены в программу мониторинга ЕМЕП в 1999 г., хотя измерения этих веществ на отдельных станциях проводились с 1988 г. На текущий момент сеть мониторинга тяжелых металлов ЕМЕП насчитывает 65 измерительных станций, из которых 22 измеряют концентрации тяжелых металлов как в воздухе, так и в осадках. На 15 станциях измеряется хотя бы одна форма ртути. Однако станции мониторинга неравномерно распределены по территории Европы: измерения практически отсутствуют в Для получения полной версии работы перейдите по ссылке.

Изучению микрокомпонентного состава атмосферных осадков на Черном море посвящено ряд работ [11]. К сожалению, исследовались лишь отдельные дожди, отбиралось несколько проб [11,13] и делались выводы о природе изменчивости концентраций исследуемых веществ в них. Можно отметить работу [3], авторы которых приводят результаты измерений нейтронно-активационным методом широкого спектра неорганических микрокомпонентов в 6-ти пробах осадков, отобранных в г. Севастополе в период с ноября 1997 по февраль 1999 гг. Концентрации 17-ти элементов изменялись в очень широких пределах. Так, например, для свинца концентрация менялась от 0,01 до 1,3 мкг/л, хрома от 0,8 до 3,2 мкг/л, кадмия от 0,1 до 1,4 мкг/л, железа от 3,3 до 10,5 мкг/л, цинка от 1,6 до 126 мкг/л, марганца от 0,05 до 0,84 мкг/л, мышьяка от 0,11 до 1,8 мкг/л, кобальта от 0,05 до 0,35 мкг/л, натрия от 2,5 до 20,7 мкг/л. Были также оценены поступления микроэлементов на поверхность земли. Отмечено, что их количество зависит от интенсивности осадков, локальных гидрометеорологических условий и атмосферного переноса из районов формирования циклонов. Был проведен анализ формирования уровней концентраций исследованных веществ от траектории перемещения циклонов. Сделан вывод, что характер изменчивости микрокомпонентного состава осадков зависит от траектории переноса воздушных масс, определяемой синоптическими условиями в регионе Европы.

Думается, что делать выводы о роли трансграничного переноса по результатам измерений только 6-ти проб преждевременно. Тем более, что все 6-ть случаев выпадения осадков в г. Севастополе были связаны с западной, юго-западной составляющей переноса воздушных масс.

По данным фонового мониторинга на территории ЕТР в конце 90-х годов среднегодовые фоновые концентрации свинца в атмосферных осадках остались в пределах значений, которые наблюдались в предыдущие годы, и составили в центральном районе ЕТР 12 мкг/л, на Западном Кавказе — 4 мкг/л. В Южной Сибири концентрация свинца в 1997 г. оказалась максимальной с начала многолетних наблюдений — 5 мкг/л.

Среднегодовые концентрации кадмия в атмосферных осадках на территории России изменялись незначительно и составили в центральном районе ЕТР 0,15 мкг/л, на Западном Кавказе — 0,35 мкг/л, в Южной Сибири — 0,13 мкг/л, что хорошо согласуется со среднегодовыми значениями, полученными по данным многолетних наблюдений.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал