Оценка химического состава снежного покрова
г. Томска

Авторы: Спругин И., Голов И., Чеканцев Н.,
Центр довузовской подготовки при
Томском политехническом университете

Научный руководитель Юрмазова Т.А.

г. Томск

Введение

Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения почвы и воды. При образовании снежного покрова из-за процессов сухого и влажного выпадения примесей концентрация загрязняющих веществ в снегу оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения их содержания могут производиться более простыми методами с высокой степенью  надёжности. Средняя продолжительность снежного покрова в нашей местности составляет более 6 месяцев. Он появляется преимущественно в начале октября, а начинает разрушаться в середине марта. Загрязнение снежного покрова нитратами и сульфатами представляет особый интерес в связи с тем, что эти компоненты могут быть причиной  “кислотных выпадений”.

Целью данной работы явилось определение состава снежного покрова в различных районах г. Томска, которое позволит выявить загрязнения местности (сульфатами, нитратами и др. соединениями) за зимний сезон. Этот подход является достаточно экономичным, поскольку допускает на основе нескольких точек  определять с высокой точностью уровни загрязнения снега.

Литературный обзор

Одной из экологических проблем является повышение кислотности окружающей среды. Ежегодно в атмосферу  Земли выбрасывается около 200 млн. т  твердых частиц (пыль, сажа и др.), сернистого газа (SO2), 700 млн. т  оксида углерода (II), 150 млн. т оксидов азота, что в сумме составляет более 1 млрд. т вредных веществ.

В зависимости от источника загрязнения изменяется состав снежного покрова. Так вблизи котельных, работающих на угле, железных дорог, сетей, обслуживаемых тепловозами на мазутном топливе, большого потока автотранспорта, работающего на дизельном серосодержащем топливе, а также ряда специфичных промышленных предприятий следует ожидать повышенное содержание  серы. Антропогенные источники содержания соединений азота - автотранспорт, теплоэнергетика, промышленные предприятия. Информативным является показатель величины pH снеговых вод. В обычном  (незагрязненном) состоянии он изменяется от 5.5 до 5.8. Вблизи металлургических заводов около ТЭЦ, котельных, как правило, pH снега имеет более высокие значения, то есть означает слабощелочную или щелочную среду, что связано, по-видимому, с выпадением зольных частиц, содержащих соединения гидрокарбонатов калия, кальция, магния, повышающих pH снеговой воды.

Вдоль автомобильных трасс, в местах выбросов промышленными предприятиями продуктов сгорания с преобладанием оксидов серы, азота, углерода, наблюдается повышенное содержание хлорид ионов, за счет посыпания улиц смесью (песок + хлорид натрия).

Качество природной среды г.Томска

Томск – областной центр с населением около 500 тысяч человек расположен в южной части Томской области. По числу жителей он относится к средним для России городам. В природном отношении территория города представлена своеобразным (для нижнего течения р. Томь) ландшафтом. Левобережная его часть- равнинное пойменное пространство с многочисленными озерами и старицами и высокой бровкой Тимирязевского плато с сосновыми борами. Для правопобережной части характерны живописные уступы Алтайской горной системы высотой 30-40 м (Воскресенская гора, Лагерный сад и др.) и густая изрезанность территории многочисленными притоками р. Томь - Басандайка, Ушайка и др. Неповторимость ландшафтному облику территории придает и 15-километровый отрезок р. Томь, имеющий очень важное значение в жизни города. Река - это источник водоснабжения и одновременно приемник стоков, место отдыха населения и аэрационный коридор для очистки городского воздуха, место добычи песчано-гравийных материалов и т.д. Своеобразие природных условий в городе определяется разнообразными по составу и возрасту массивами лесов общей площадью более 7 тыс. га

Среди источников экологической опасности в г. Томске к основным относятся производственные объекты теплоэнергетики, транспорта, стройиндустрии, деревообработки, химической и пищевой промышленности. Подавляющее большинство их (ГРЭС-2, ТЗРО, “Манотомь”, “Ролтом”, ТЭЛЗ, “Сибэлектромотор” и др.) размещается в зонах жилой застройки. Это связано с тем, что большая часть предприятий была эвакуирована из европейской части в годы войны. Только немногие из промышленных объектов (ТНХК, объединение “Вирион”, приборный завод и др.), построенные в последние 20-30 лет, располагаются в малонаселённых микрорайонах за пределами жилых зон города.

В городе нет специальных грузовых магистралей, обладающих высокой пропускной способностью, поэтому основные потоки грузовых автомобилей, технологического транспорта, строительной техники движутся практически по его жилым кварталам. Улично-дорожная сеть  областного центра в основном сложилась в прошлом, когда количество автотранспорта было в несколько раз меньше. Подавляющее большинство улиц города узкие, с большим количеством поворотов и регулируемых перекрёстков, поэтому их пропускная возможность невысока. Особенно высока интенсивность движения транспорта по улице Пушкина, Иркутскому тракту, Комсомольскому проспекту и др., где по результатам операции “Чистый воздух” в текущем году, например, самые высокие уровни загрязнения оксидами углерода (23,0-57,7 мг / м3- улица Пушкина, Комсомольский проспект; Иркутский тракт-18,4-62,0 мг / м3).

Атмосферный воздух. г.Томска, по сравнению с большинством городов Западной Сибири, близких по численности населения, характеризуется относительно невысоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха (для сравнения: индекс загрязнения для Томска-9,5, Кемерова-31,94, Новокузнецка-61,04). Предприятиями города выбрасывается в атмосферный воздух более 250 загрязняющих веществ. В городе насчитывается 5,5 тыс. стационарных источников загрязнения атмосферы, принадлежащих 194 промышленным предприятиям. К первой категории опасности относятся ГРЭС-2 (65% общегородского объёма валовых выбросов), ко второй категории- 21 предприятие(23%), к третьей- 43 предприятия(9%) и к четвёртой- 129 предприятий(3% выбросов). По данным статистической отчётности 273 предприятий и организаций за 2000 год, объём валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Томск составил 93,0 тыс. тонн (для сравнения в предыдущем – 82,03 тыс. тонн), в том числе окиси углерода – 52,08 тыс. тонн, углеводородов – 9,72 тыс. тонн, окислов азота- 10,74 тыс. тонн, твёрдых веществ – 13,41 тыс. тонн и др.[ 1 ].

Экспериментальные методы исследования.

1. Колориметрическое определение нитрат иона.[2]

Ход определения: в фарфоровую чашку помещают 10 мл пробы, прибавляют 1 мл раствора салицилата натрия и выпаривают на водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток увлажняют 1 мл серной кислоты и оставляют на 10 минут. Содержимое чашки разбавляют дистиллированной водой, переносят количественно в мерную колбу объёмом 50 мл, прибавляют 7 мл 10Н раствора NaOH, доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. После охлаждения до комнатной температуры вновь до­водят до метки и окрашенный раствор колориметрируют при  l =400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика находят концентрацию нитрат иона.

2. Определение хлорид иона.

Определение хлорид ионов основано на реакции осаждения хлоридов нитратом серебра:

Ag+ + С1- -> AgCI

При малых концентрация хлорид ионов выпадение осадка не происходит, а возникает помутнение раствора.

Ход определения: в мерную колбу на 50 мл приливают объем пробы, затем приливают 5 мл 2н Н2SO4 + 5 мл 0,05 М AgNO3 через 10 минут измеряют значение оптической плотности при l=400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика находят концентрацию хлорид иона.

3. Определение сульфат ионов

Определение сульфат ионов основано на реакции осаждения их хлоридом бария SО42-  + Bа2+ = BaSО4 ¯ В определенных пределах концентрации сульфатов образуется белая муть.

Ход определения: в мерную колбу на 50 мл приливают объем пробы, затем приливают 0.5 мл 1М НС1 и 5 мл 10% BaCl2, через 10 минут измеряют значение оптической плотности при l=400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика находят концентрацию сульфат ионов.

 

4. Определение гидрокарбонатов.

Ход определения: в коническую колбу наливают 50мл воды приливают 5 капель метилоранжа и титруют  0,1н HCI, до перехода окраски от желтой до оранжевой, по объему HCI рассчитывают концентрацию НСО3 -.

5.Определение pH :

Ход определения: снеготалую воду наливают в стаканчик и проводят измерение рН на иономере  ЭВ-74, предварительно прокалиброванного по стандарт- титрам.

6.Определение взвешенных веществ и сухого остатка. Наличие нерастворимых веществ определяют путём фильтрования, высушивания осадка на фильтре и взвешивания. Общее солесодержание талой воды находят путём прибавления к 500 мл профильтрованной талой воды 5мл 10%-ного раствора соляной кислоты с последующим выпариванием до сухого остатка и взвешиванием.

Экспериментальные результаты и их обсуждение.

В настоящей работе приводятся результаты экспериментальных исследований состава снежного покрова  г. Томска. Отбор проб снега проводился в начале марта 2000г, т.е. в конце зимы. Такой срок  был нами выбран для того, чтобы определить суммарное содержание в снеге примесей накопленных за зимний период. Пробы снега брались в стеклянные трехлитровые банки по всей глубине его отложения. Сразу после таяния снега, когда температура талой воды равнялась комнатной, проводили измерение рН, определяли, количество взвешенных веществ, сухой остаток, нитрат, сульфат и хлорид ионы, экспериментальные результаты представлены в таблице. В качестве фона мы взяли пробу снега в 15 км от города Томска в районе села  Тахтамышево.

Таблица

Результаты анализа проб снега

Место отбора

Взвеш.

ве-ва, мг/л

Сухой остаток, мг/л

Сульфат ионы, мг/л

Нитрат ионы, мг/л

Хлорид ионы , мг/л

pН

Пр. Фрунзе, Эмальпровод

4587

3147

53,64

8,29

1291,5

7,5

Пр.Мира

 

3694

2009

10,45

1,09

1895,4

7,3

Балтийская, Каспийская

3535

2362

36,87

2,0

1087,5

6,84

Шевченко ГРЭС-II

9860

6230

87,62

61,7

654,3

6,83

Пл. Кирова

Сибмотор,

Электротех-нический з-д

5541

2535

14,22

2,32

1189

7,8

Пл. Соляная, Макушина

1736

727,5

11,97

2,56

252,6

6,5

Иркутский тракт, мкр-н

Солнечный

2742

1500

65,2

4,6

1004,5

7,1

Б. Подгорная

 

5323

3442

32,71

2,81

2030,6

9,22

Пр. Ленина, ТПУ

5535

2166

85,2

4,9

1320

7,2

Фоновая проба, село Тахтамышево

63,8

44,5

1,2

0,92

13,73

6,9

 

Как видно из таблицы, на всех исследованных участках  характерны значительные увеличения: сульфат –ионов до 87,6мг/л при фоне около 1,2 мг/л, нитрат –ионов до 61,7мг/л при фоне 0,92 мг/л, хлорид ионов до 2030,6 мг/л при фоне 13,73 мг/л, общей минерализации до 3442мг/л при фоне 44,5мг/л, пылевой нагрузки до 9860мг/л при фоне 63,8мг/л. Как видно из таблицы, максимальное загрязнение  снежного покрова наблюдается в трех районах: 1- ГРЭС-II, основным топливом которой является уголь,  источник пыли, сульфат- и нитрат- ионов;  2- в центре города пл. Кирова , где расположено два крупных предприятия и упирается Комсомольский проспект –главная магистраль по которой  движется транзитный грузовой транспорт; 3- район  завода “Эмальпровод”.

В дальнейших исследованиях техногенной нагрузки на окружающую среду в зимний период представляется перспективным проведение регулярного мониторинга загрязнения снежного покрова выбросами отдельных источников  промышленных площадок и транспорта.

Выводы

1.      В результате обследований мы выделили три района наиболее подвергающихся техногенезу.

2.      Для выявления новых зон экологически неблагополучных необходимы дальнейшие обследования  снежного покрова города Томска.

3.      Необходимо создание обводных магистралей, чтобы исключить прохождение грузового транспорта через город.

4.      Следует проводить активное озеленение г. Томска, чтобы в летнее время  снизить вредные воздействия промышленных выбросов и выхлопов автомобилей на организм человека и привести к норме геоэкологический дисбаланс.

 

Литература

1.        Состояние окружающей среды Томской области, Томск-1998г.

2.        Лурье Ю.Ю. Химический анализ производственных сточных вод. - М.: Химия, 1974.