Оценка состояния неоландшафта Старооскольского района

Старооскольский район имеет на своей территории множество источников искусственного загрязнения всех компонентов природной среды. В пределах площади Старооскольского района сконцентрирован весь горно-металлургический цикл производства железа: добычной комплекс (Лебединский и Стойленский карьеры, шахта им. Губкина), обогатительный комплекс (дробильно-сортировочные и обогатительные фабрики) и комплекс передела (фабрика окомкования, завод ГБЖ, ОЭМК). Кроме того, в районе добываются и перерабатываются ОПИ с получением металлургической извести, гранулированного и тонкодисперсного мела, строительных, формовочных и стекольных песков, суспензии для обработки окатышей перед металлизацией и т.д. Местные предприятия промышленности стройматериалов (цементный завод, завод железобетонных изделий и др.) также входят в число источников загрязнения территории.

При проведении исследований подобного характера необходимо учитывать природную геохимическую специализацию данного района. Согласно имеющимся данным, фоновый эколого-геохимический спектр черноземов района имеет в своём составе значительные количества хрома, кадмия, кобальта, молибдена, цинка, никеля, меди и др. металлов. На территории Старооскольского района наблюдается технологическое увеличение фона на больших территориях значительной группой тяжелых металлов, их накопление во всех компонентах природной среды. При этом высокая токсичность многих из них могут иметь серьезные последствия не только для природной среды, но и для людей и животного мира.

Большая насыщенность на ограниченной территории производственных объектов, особенности природной среды, нарушения технологических циклов, нерациональное использование промышленных и других отходов помимо ухудшения экологической обстановки могут привести к ухудшению состояния среды жизни и нарушению природного ландшафта.

Для исследования качества почвы проводили анализ образцов грунта, отобранных вблизи промышленных предприятий и в городской черте (см. табл. 1).

Таблица 1

Исследуемые пробы почвы

Взвешивание проводили на аналитических весах HTR-120СЕ, точность ±0,1мг. Для определения характеристик взвешивали точно 100 г анализируемой почвы. Термическую обработку проводили в печи камерной СНОЛ 2.2,5.2/12,5-И1 с электронным терморегулятором ВАРТА ТП403. Измерение кислотности среды производили согласно стандартной методике в водной среде при помощи автоматического потенциометрического титратора АТП02. Время измерения рН составило 1 минуту. Определяли рН водной и солевой (0,1М КСl) вытяжки.

Качественное определение ионов аммония проводили по методу Несслера [1-4]. Для исследования 5-6 мл анализируемого отфильтрованного раствора смешивают с несколькими кристаллами сегнетовой соли, смесь переносят в пробирку, интенсивно встряхивают ее до полного растворения соли и добавляют по каплям реактив Несслера до появления красно-бурого осадка или желто-оранжевого окрашивания. Для количественного анализа к 25 мл очищенного анализируемого раствора прибавляют двойной избыток реактива Несслера и раствор с осадком выдерживают 10 часов при комнатной температуре и еще 3 часа при нагревании на водяной бане. Осадок отфильтровывают через стеклянный фильтр и высушивают при 150 ºС. Гравиметрическое определение по методу Несслера, основанно на реакции:

NH4C1 + = + + 7KJ + KCl + 3H2O,

в которой образуется малодиссоциирующая весовая форма – иодид оксидимеркураммония, с очень низким фактором пересчета на азот F = 0,02584. Ввиду существенного человеческого фактора и жестких рамок проведения эксперимента метод отличается довольно высокой погрешностью. По этой причине для уточнения полученных результатов использовали модифицированную методику Кьельдаля (см. рисунок 1), основанную на титриметрическом анализе с предварительной отгонкой [5].

Рисунок 1. Аппарат Кьельдаля для отгонки аммиака

Для проведения измерения наливали 5 мл ледяной уксусной кислоты в приемник – колбу Эрленмейера объемом 50 мл, на которой был отмечен объем 30 мл, и помещали ее под холодильник дистиллятора Кьельдаля. Аликвотную часть анализируемого раствора, содержащую неорганический азота помещали в колбу Кьельдаля, объемом 70-150 мл. В колбу Кьельдаля по мере кипения добавляли по каплям 20 мл 30%-ного раствора NaOH, и помещали несколько кусочков пористого фарфора для обеспечения равномерного кипения. Установку отключали по достижении объема дистиллята 30 мл. Дистиллят титровали 0,05М раствором хлорной кислоты. Титрование проводили в автоматическом режиме на потенциометрическом титраторе АТП-02 фирмы «Аквилон». Точку эквивалентности устанавливали при помощи комбинированного стеклянного рН электрода.

Характерные кривые титрования представлены на рисунке 2, где перегиб первой кривой и пик на второй соответствует завершению реакции нейтрализации.

Характеристику содержания в отобранных образцах почвы тяжелых металлов проводили с использованием анализатора вольтамперометрического АКВ-07МК с твердотельным электродом [6].

Отобранные образцы массой 100 г высушивают в сушильном шкафу при температуре 60°С и измельчают в фарфоровой ступке. Для проведения анализов готовят по две параллельных пробы.

Рисунок 2. Кривые титрования.

Экстракцию подвижных форм тяжелых металлов выполняют ацетатно-аммонийным буферным раствором или раствором азотной (соляной) кислот молярной концентрацией 1М в соотношении пробы: объем экстрагента = 1:10.

«Влажные соли» растворяют в 1 мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией 1М, который добавляют по каплям из пипетки вместимостью 1 мл. Полученный раствор несколькими порциями раствора фонового электролита количественно переносят в мерную колбу вместимостью 25 мл и доводят объем раствора до метки.

В ходе анализа устанавливают значения параметров измерений и регистрируют вольтамперограммы соответствующего элемента для каждого раствора серии (фон, проба, проба с добавками).

Массовую долю (мкг/кг) каждого элемента в пробе каждого параллельного определения вычисляют по формуле:

,

где Х_i – массовая доля определяемого элемента в пробе,

X_i0 - массовая доля i-го элемента в «холостой» пробе.

За результат измерений принимают среднее арифметическое результатов всех измерений.

В ходе проведенного исследования были получены результаты, рассмотренные в таблице 2.

Таблица 2

Результаты проведенного эксперимента

Концентрация аммония в почве соответствует среднестатистической норме для почв данного региона. Уровень рН исследуемых образцов №№ 2, 4, 6, 7, 8 в пределах нормы. Образцы №№ 1, 3, 5 имеют слабощелочную реакцию среды, что свидетельствует о негативном влиянии выбросов металлургического производства на состояние почвы.

Данное исследование позволило охарактеризовать зависимость содержания нежелательных количеств компонентов в исследуемых образцах от места взятия пробы почвы для анализа. Качественный показатель содержащихся в почве компонентов имеет две равноправные составляющие: природные особенности, обуславливающие исходный элементный состав почвы и характер источника загрязнения окружающей среды, который находится в непосредственной близости к исследуемому образцу почвы.

Содержание никеля немного превышает фоновое значение для чернозёмов в образцах №3 и №5. Содержание железа в почве значительно, особенно в непосредственной близости к объектам металлургического производства, т.к. к природному железу в различных формах, изначально присутствующему в почве, прибавляется железо техногенного происхождения: образцы №№ 1, 3, 5.

Содержание свинца находится на верхней границе ПДК согласно ГН 2.1.7.2041-06, СанПин 2.1.7.1287-03 практически во всех образцах, кроме № 8.

Марганец встречается в образцах №№1, 2, 3, 4, 5, 6 в небольших количествах. По содержанию меди и никеля пробы №№3, 5 насыщены максимально.

Загрязнения почв образцов №№ 1, 3, 5 заслуживают особого внимания, т. к. полученные количественные показатели находятся в верхней границе фоновых показателей.

Рекомендации по оздоровлению почв сводятся к снижению уровня воздействия источников загрязнения почвы путем осуществления мероприятий по снижению доступности токсикантов. В отношении промышленных предприятий рекомендуемые меры связаны с использованием высокотехнологичных методов очистки промышленных отходов. По поводу транспортных средств, являющихся основным источником поступления свинца в окружающую среду, имеет место рекомендация перехода эксплуатации транспортных средств на стандарт Euro5, а также усиление мер контроля исправности используемых населением автомобилей.

Литература:

1. Алексеев В.Н. Качественный анализ. М.: Химиздат 1960

2. Волынец В.Ф., Волынец М.П., Аналитическая химия азота. М.: Наука, 1977г., 307 с.

3. Крешков А.П. Основы аналитической химии, кн. 1. М.: Химия, 1970

4. Танаев Н.А. Капельный метод М.: Госхимиздат, 1954

5. Brandstreet R.B. Am. Nool Publ. Rec. New York Acad. Press, 6, To 11, 59 (1965)

6. Плэмбек Дж. Электрохимические методы анализа. Основы теории и применение. М: Мир, 1985 г. , 496 с.