Обнаружение техногенных загрязнителей в окружающей среде города Братска

Любая биологическая система (человек, животное, растение, водный мир) зависят от среды обитания, так как постоянно обмениваются с ней веществом энергией информацией. Поэтому происходящее сегодня глобальное ухудшение экологической ситуации на планете неизбежно порождает проблему сохранения жизни на Земле. Городу Братску только 50 лет, а он уже отнесён к экологически опасной зоне. Одна из основных причин - наличие загрязнителей, которые превышают все допустимые нормы в атмосфере и почве. Экологический баланс нарушен из-за неконтролируемых выбросов в атмосферу отходов производства промышленных предприятий и наличия большого количества транспорта. Это, прежде всего, привело к увеличению хронических заболеваний у большинства братчан, гибели животного и растительного мира (на многие километры вокруг Братска мёртвый лес), разрушен жизненно важный гумусовый слой почвы, без которого земля уже не сможет дать полноценного урожая. Учёных, химиков, жителей города волнует такое положение дела. Свою работу я посвящаю исследованию проблемы, связанной с защитой моего города.

Цель: с помощью качественного анализа атмосферных осадков и земляных вытяжек выявить наличие химических загрязнителей в окружающей среде, нарушающих экологию города Братска.

Объект исследования: атмосферные осадки (снег и дождевая вода) и земляные вытяжки разных районов города.

Предмет исследования: обнаружение техногенных загрязнителей в атмосферных осадках и земляных вытяжках.

Гипотеза: так как наш город относится к экологической опасной зоне, то с помощью обычных качественных реакций мы сможем обнаружить наличие техногенных загрязнителей в атмосферных осадках и земляных вытяжках.

Задачи статьи.

1. Теоретическое изучение проблемы.

2. Изучение и проведение качественных реакций на катионы тяжёлых металлов и анионы SO42-, CO32-, Cl-, PO43-, NO3-, SiO22-, S2-;

3. Сбор проб на анализ.

4. Проведение химического исследования проб.

5. Описание и обработка полученных результатов.

6. Изучения влияния обнаруженных загрязнителей на окружающую среду, на биологические системы

7. Выводы.

Методы исследования:

1. метод теоретического анализа;

2. опытно- экспериментальный метод.

В начале века экологическая ситуация во всём мире и во многих районах нашей страны продолжает ухудшаться. Наступление человеческой цивилизации на окружающую среду проявляется в усилении парникового эффекта, выпадении кислотных осадков, утолщении озонового слоя, загрязняющего атмосферу, уничтожении лесов и почвенного покрова, сокращении биоразнообразия.

Многочисленные публикации в СМИ, исследование учёных Иркутской области, информация с учебных занятий по химии, физики, географии показывают, что наш город относится к экологически опасной зоне.

Нас заинтересовал вопрос о наличии загрязнителей в атмосфере нашего города, так как мы считаем, что сохранение биосферы является необходимым условием для выживания человека. Поэтому у каждого из нас должно быть ценностное отношение и к природе, и к охране здоровья человека. Общество, а в целом государство, должно научиться предпринимать определённые действия для защиты природы и здоровья человека.

Город Братск - крупнейший промышленный узел Восточной Сибири. В городе размещены крупнейшие заводы по первичной обработке сырья ОАО «Братсккомплексхолдинг», ОАО «Братский алюминиевый завод»; предприятия теплоэнергетики - Братская ГЭС, ИТЭЦ-6, ИТЭЦ-7, Северные тепловые сети АОЭиЭ «Иркутскэнерго»; предприятия стройиндустрии: комбинат Братскжелезобетон, СТЭМИ; машиностроения: АО «Сибтепломаш»; авторемонтные и автотранспортные предприятия. Всего насчитывается около 90 промышленных предприятий.

Уровень загрязнения атмосферы города по сравнению с другими населёнными пунктами представлен на диаграмме (данные Госсаннадзора).

Ангарск

Иркутск

Усолье - Сибирское

Шелехов Зима+Саянск

Черемхово

Мы решили провести исследование осадков города Братска с помощью качественных реакций.

Для нашего исследования мы наметили определённые районы: городские улицы (Янгеля, Бурлова, Комсомольская, Подбельского, Юности, Гагарина), автостоянки, район БЛПК, городской рынок, территория магазинов «Юбилейный», «Байкал», «Кооператор».

Качественные реакции.

Ион Реактив Химическая реакция Краткое ионное уравнение

SO42- ВаС12 Белый осадок ВаSО4 Ва2++SO42-=ВаSO4

СОз2- Н+

Cl- АgNОз Белый творожный осадок АgС1 Ag++С1- =АgС1

PO43- Аg+ в нейтральной среде Жёлтый осадок Ag3PO4 3Ag++PO43-=Ag3PO4

N03- Cu+Н2SO4(к) Выделение бурого газа NO2 Cu0+3H++2NOз-=2NO2+2H2O

S2- Pb2+ Чёрный осадок PbS Pb2++ S2- = PbS

Zn2+ NaOH Мутный осадок Zn(OH)2 Zn2++ OH- =Zn(OH)2

Pb2+ KI Жёлтый осадок PbI Pb2++2I- = PbI2

Сu2+ OH- Синий студенистый осадок Сu(OH)2 Сu2++ OH- = Сu(OH)2

Fe3+ NH4CNS Кроваво-красный осадок Fe(CNS)3 Fe3+ +3CNS-=Fe(CNS)3

Сбор осадков на анализ проводился в разное время года: зимой, весной, летом и осенью.

С пробами, взятыми на анализ, были проведены опыты на наличие сульфат ионов, карбонат ионов, хлорид ионов, нитрат ионов, силикат ионов, сульфид ионов и катионов Zn, Pb, Сu, Fe. Некоторые из них мы смогли обнаружить в условиях школьной лаборатории.

Ул. Бурлова Ул. Янгеля

Присутствие SO42- Осадка нет Следы SO4 2-, слабый осадок ВаС12+Н2SO4=ВаSО4+2НС1

Ва++SO42-=ВаSO4

Присутствие СОз2- Осадка нет Следы СОз2-, слабый осадок

Присутствие Мутный раствор АgNОз+НС1=НNз+АgС1 Мутный раствор АgNОз+НС1=НNз+АgС1

Cl- Аg++С1- =АgС1 Аg+ +С1- =АgС1

Присутствие Мутный раствор Мутный раствор

PO43- 3AgNO3+H3PO4=Ag3PO4+3HNO3 3AgNO3+H3PO4=Ag3PO4+3HNO3

3Ag++PO43-=Ag3PO4 3Ag++PO43-=Ag3PO4

Присутствие N03- Выделение бурого газа Выделение бурого газа

Присутствие Осадка нет Осадка нет

Присутствие Осадка нет Следы Zn, слабый осадок

Присутствие Cледы Pb, слабый осадок Осадка нет

Присутствие Осадка нет Осадка нет

Присутствие Осадка нет Осадка нет

Ул. подбельского Ул. Комсомольская

Присутствие SO42- Следы SO4 2- , слабый осадок Следы SO42-, слабый осадок

ВаС12+Н2SO4=ВаSО4+2НС1 ВаС12+Н2SO4=ВаSО4+2НС1

Ва2++SO42-=ВаSO4 Ва2++SO42-=ВаSO4

Присутствие СОз2- Следы СОз2-, слабый осадок Следы СОз2-, слабый осадок

Присутствие Осадка нет Осадка нет

Присутствие Осадка нет Осадка нет

Присутствие N03- Выделение бурого газа Выделение бурого газа

Присутствие Осадка нет Осадка нет

Присутствие Осадка нет Осадка нет

Присутствие Осадка нет Cледы Pb, слабый осадок

Присутствие Осадка нет Осадка нет

Присутствие Следы Fe , слабый осадок Осадка нет

Таким образом, наша гипотеза подтвердилась. В атмосферных осадках и земляных вытяжках мы обнаружили присутствие техногенных загрязнителей. Сравнительный анализ показал, что самыми загрязнёнными районами является улицы: Бурлова, Янгеля, Подбельского, Комсомольская. По результатам исследования составили карту (приложение 1).

Самыми распространёнными загрязнителями в атмосфере города Братска являются оксиды углерода, серы, фосфора и хлор, а также металлы: цинк, железо, свинец. Основные источники загрязнения - промышленные предприятия ( Браз и БЛПК), большое наличие автотранспортных средств. В городе имеется около 6200 источников, производящих выбросы в атмосферу. При этом оснащённость пылегазоулавливающими установками составляет 68,8%, которые либо совсем не очищают атмосферу от наиболее опасных веществ (оксиды серы и азота, дурнопахнущие вещества, фтористый водород), либо делают это крайне неэффективно.

Многие загрязнители - кислотообразующие соединения.

Рассмотрим химическую сущность техногенных загрязнителей и их влияние на окружающую среду и человека.

Для получения тепла на котельной города Братска применяется природный каменный уголь и мазут. В процессе сгорания которых в атмосферу выделяется S02, где происходит его соединение с O2 и образуется SОз. При выпадении осадков оксид S (VI) взаимодействует с водой и выпадает в виде кислотных осадков (Н2SО4), что видно по химическим реакциям:

Топливо+О2=SО2

SО2+О2=SОз

SОз+Н2О=Н2SО4

Природными источниками поступления диоксида серы в атмосферу служат главным образом вулканы и лесные пожары. Поступление диоксида серы, антропогенного происхождения, в атмосферу в настоящее время превышает его естественное поступление и составляет около 100 млн. тонн в год.

Диоксид серы технологического происхождения образуется при сжигании богатого серой горючего (уголь, мазут), содержание серы в котором колеблется от 0,5 до 5-6%, на электростанциях- 40%, при переработке руд, содержащих серу, в металлургических производствах, -50%. Вдыхание влажного воздуха, содержащего диоксид серы, особенно опасно для пожилых людей, страдающих сердечно- сосудистыми и лёгочными заболеваниями, в тяжёлых случаях может возникнуть отёк лёгких. Вредно это и для здоровых людей, поскольку диоксид серы и сульфатные частицы обладают канцерогенным действием.

При выпадении кислотных осадков в водоёмах исчезает рыба, микроорганизмы, причём вода вроде бы остаётся чистой. От таких осадков страдают не только моря и реки, но и леса, поля, пастбища. Кислота, падающая с неба, разъедает исторические памятники, трубопроводы, столбы, бетонные фундаменты, кабели. Повышение кислотности приводит к появлению в воде высокотоксичных ионов тяжелых металлов - кадмия, свинца и других, которые прежде входили в состав нерастворимых в воде соединений и не представляли угрозы живым организмам. Токсичная вода разрушает скелеты рыб и раковины моллюсков, а главное, снижает продуктивные процессы. В свою очередь, это приводит к сокращению популяций наземных животных и птиц, связанных с водными организмами цепями питания. Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами оказывает многообразное вредное воздействие и на организм человека.

Когда люди вдыхают туман, содержащий капельки кислоты, это вызывает у них аллергию и бронхит, возможно появление раковых опухолей.

В процессе сгорания угля образуется и также выделяется в большом количестве

СО2, что приводит к выпадению кислотных дождей (Н2СОз).

Образование можно проследить по схеме:

СО2+Н2О= H2СОз

В процессе получения А1 на Бразе из глинозёма выделяется Р2О5, при соединении с H20 образуется НзРО4, что влечёт за собой выпадение кислотных осадков.

Р2О5+ЗН2О=2НзРО4

Фосфорная кислота - электролит, кислый на вкус вызывает болезнь лёгких, печени, желудка. Развивается мочекаменная болезнь, а проникновение в глубь приводит к отёку лёгких.

На БЛПК отбеливание целлюлозы производится газом С12, частицы которого попадают в воздух, где происходит соединение с Н2 и образуется НС1

С12+Н2=2НС1

Хлор - тяжёлый зеленовато - жёлтый газ, обладающий удушающим запахом с высокой ядовитостью для всего живого.

Присутствие в воздухе около 0,0001% хлора раздражающе действует на слизистые оболочки. Постоянное пребывание в такой атмосфере может привести к заболеванию бронхов, резкому ухудшению аппетита, кожа приобретает зеленоватый оттенок. Если содержание хлора в воздухе составит 0,1%, то может наступить отравление, которое начинается с сильного приступа кашля. При отравлении хлором необходим абсолютный покой; полезно вдыхать кислород, мышьяк или пары спирта с эфиром. По существующим санитарным нормам содержание хлора не должно превышать 0,001 мм на литр или 0,00003%. Растворение хлора в воде тоже приводит к образованию кислот.

Многочисленные исследования показали увеличение числа людей с заболеваниями дыхательных путей в районах, воздух которых загрязнён диоксидом азота. Попадая в дыхательные пути, он взаимодействует сгемоглобином крови, затрудняя тем самым перенос кислорода к органам и тканям, вызывает респираторные, астматические и сердечные заболевания.

Действительно, в нашем городе концентрация загрязнителей высока до такой степени, что мы смогли их обнаружить с помощью обычных качественных реакций. На это указывает и процент заболеваемости в нашем классе: в первом класс болело различными заболеваниями всего 10%, а уже к окончанию школы эта цифра увеличилась до 75%. При этом появилось такие заболевания как болезнь сердца, астма, большое количество ОРЗ и др.

Т. о, наше исследование показало, что в городе сложилась неблагоприятная экологическая обстановка.

Борьба с кислотными осадками может быть направлена, с одной стороны, на их предупреждение, а с другой - на их нейтрализацию.

1. Осуществляется известкование почв, водоёмов, но это может привести к изменению кальциевого баланса воды или почвы и к таким изменениям в экосистемах, результаты которых будут непредсказуемы.

2. Предупредительные меры связаны, прежде всего, с сокращением выбросов кислотообразующих веществ. По мнению учёных, сокращение таких выбросов всего на 50% фактически приостановило бы дальнейшее подкисление окружающей среды. Добиться этого можно разными способами: заменой топлива и сжиганием его в псевдосжиженном слое, когда под действием вдуваемого снизу воздуха смесь как бы кипит, при этом сера удаляется вместе с золой, промыванием угля Применение скрубберов также сокращает нежелательные выбросы. Газообразующие продукты сгорания пропускаются через распылённый водный раствор извести. Сернистый газ поглощается гидроксидом кальция. SO2+Са (ОН) 2=СаSОз+H2О

СО2+Са (ОН)2=СаСОз+Н2О

2SО2+О2+Са (ОН)2=2СаSО4+2Н2О

Важнейшее значение приобретает замена существующих ТЭЦ на альтернативные электростанции, которые, предотвращая выбросы оксидов серы и азота, ещё и экономят энергию.

3. Переход к экономически безопасным видам топлива. Уже сейчас имеются автомобили, работающие на газовом топливе. Это приведёт к сокращению выбросов оксида серы (IV) и углекислого газа. Существуют проекты использования электрической и солнечной энергии для движения автомобиля. 4. Ведутся работы по совершенствованию технологии производства бензинов, для устранения примесей серы.

5. В автомобильных двигателях имеется возможность для установки дополнительных каталитических окислителей оксида углерода (II) до оксида углерода (IV). Регулярно должен вестись контроль за работой двигателя на дорогах и при техосмотре.

6. Проектируется работа по замкнутому циклу, что даст возможность работать без отходов.

7. Разрабатывается установка по переработке промышленных и бытовых отходов, что также приведёт к уменьшению выбросов.

8. На промышленных предприятиях должно идти использование фильтров, поглощающих все вредные вещества.

Наиболее распространённым металлическим загрязнителем в городе является свинец (превышение ПДК на 20,5 % по данным Госсанэпидемнадзора). основными источниками загрязнения выхлопные газы автомобилей (по данным статистики на 5 горожан приходится 1 автомобиль.

Свинец и его соли нарушают процессы митоза. Это повышает вероятность ракового перерождения клеток. Поэтому хроническое отравление этим тяжелым металлом проявляется в болезнях системы кроветворения, пищеварения, нервной системы (свинцовые параличи), гипертонии. При остром отравлении по краю десен появляется темно-серая кайма, лицо приобретает землистый цвет, во рту появляется сладковатый привкус, нарушается работа пищеварительного тракта.

Природные аномалии в ряде мест Иркутской области создают экстремальную экологическую обстановку для человека. Сочетание природных аномалий с техногенными воздействиями создает условия крайнего напряжения для адаптационных сил человека, растений, животных, для легко ранимых сибирских биоценозов, что мы наблюдаем в нашем городе.

Существенным моментом в профилактике патологий в экологически неблагоприятных условиях является коррекция поведения человека - составная часть его экологической культуры.

Здоровье человека в значительной степени зависит от него самого, его осведомленности, нравственности, активной гражданской позиции. В наше время все чаще случаются экологические аварии - в среду попадают вредные вещества в таком количестве, что возникает всеобщая опасность для людей, растений, животных, материальных ценностей. Каждый человек должен знать, что ему предпринимать в случае экологической аварии на ближайшем предприятии, на водопроводе, ТЭЦ: уметь оценить вероятный спектр загрязнителей, механизм их воздействия на организм и способы нейтрализации такого воздействия.

На рубеже XX и ХХI века человечество стало мощным фактором биологической, геологической и химической эволюции на Земле. С каждым годом возрастает мощность антропогенных воздействий на природу. Речь идет не только о последствиях изъятия части ресурсов природы для хозяйственных целей, но и об интенсивном ее загрязнении. Вернадский писал: "Впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Лик планеты - биосфера - химически резко меняется человеком сознательно, но и главным образом - бессознательно". Под влиянием человека в течение 50 тыс. лет преобразовались биогеоценозы, возникли новые сорняки, вредители, сорта культурных растений и породы животных, появились новые формы паразитов и возбудителей инфекционных заболеваний, изменился химический состав атмосферы, почв, Мирового океана.