КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ПОЧВЫ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ АВТОТРАССЫ БАЙКИ — БИРСК
Среди многих негативных последствий хозяйственной деятельности человека особое место занимает загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. Многие тяжелые металлы являются чрезвычайно токсичными даже в минимальных количествах. Они способны концентрироваться в живых организмах, вызывая при этом различные патологии. В отличие от органических веществ, подвергающихся процессам разложения, металлы способны лишь перераспределяться между природными средами. Всякая хозяйственная деятельность оказывает влияние, и чаще всего отрицательное на окружающую среду.
Автотранспортное загрязнение является одним из наиболее опасных, оказывающих жесткое влияние на придорожные экосистемы. В выхлопных газах обнаружено большое количество различных веществ, из которых только несколько нетоксичны. С работой автомобильного транспорта связано загрязнение почв в наибольших количествах свинцом, кадмием, цинком, оловом, бериллием и т. д.
Основным источником загрязнения атмосферы нашей территории является автотранспорт. Вместе с выхлопными газами свинец, образующийся при сгорании бензина, попадает в атмосферу. На территории нашего района ведущее место занимает автомобиль. Он перевозит более 80 % всех грузов и пассажиров. Проблема выбросов вредных веществ в атмосферу все больше возрастает, т. к. идет интенсивный рост автомобилей.
Тяжелые металлы — биологически активные металлы, оказывающие отрицательное воздействие на физиологические функции человека и состояние жизнеобеспечивающих природных сред. Тяжелые металлы относятся к загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.
Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в настоящее время значительное распространение. Пристальное внимание тяжелым металлам в окружающей среде стало уделяться, когда выяснилось, что они могут вызывать тяжелые заболевания.
Актуальность: — тяжелые металлы (ТМ), относящиеся к числу наиболее распространенных и опасных для биоты загрязнителей экологической среды, привлекают в настоящее время большое внимание исследователей. В то же время их распределение в почвенном и растительном покрове многих конкретных географических регионов изучено недостаточно.
Цель работы: изучить степень загрязнения почвы ТМ вдоль автотрассы республиканского значения Байки — Бирск (протяженностью 3,5 км.) .
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
· установить влияние тяжелых металлов (свинца, цинка, меди) на загрязнение почвы;
· изучить влияние источников антропогенного загрязнения автотрассы на содержание и накопление ТМ почвой и растениями.
Методика выполнения измерений массовой доли тяжелых металлов — меди, свинца, цинка в почве методом инверсионной вольтамперометрии определяет инверсионно-вольтамперометрический метод определения массовой доли кислоторастворимых форм и валового содержания тяжелых металлов и токсичных элементов в почвах, грунтах, донных отложениях, осадках сточных вод.
Инверсионно-вольтамперометрический метод основан на зависимости тока, проходящего через ячейку анализатора с анализируемым раствором, от массовой доли элемента, содержащегося в растворе и функционально связанного с формой и параметрами приложенного к электродам поляризующего напряжения.
Процесс вольтамперометрического определения содержания элементов в инверсионном режиме включает:
· электрохимическую очистку рабочего электрода;
· электрохимическое накопление элемента на рабочем электроде;
· электрорастворение накопленного элемента при развертке потенциала при заданных режимах.
Массовую концентрацию элемента в растворах проб после их минерализации определяют методом «стандартных добавок», не требующим построения градуировочной кривой.
«Метод стандартных добавок» основан на регистрации при одних и тех же параметрах измерений вольтамперограмм серии растворов для каждой пробы:
· фонового электролита (фона);
· пробы, подготовленной к измерениям;
· той же пробы, в которую вводят раствор-добавку измеряемого элемента, с известной массовой концентрацией.
Результаты измерений рассчитываются автоматически сравнением значений аналитических сигналов элемента на вольтамперограммах серии растворов.
При подготовке к выполнению измерений выполняют следующие работы
подготовку посуды, приготовление растворов, подготовку анализатора к работе.
Измерения проводятся с помощью программного комплекса “Polar-4.0”, которая предназначена для автоматического определения содержания тяжелых металлов и других элементов в водных средах методом инверсионной вольтамперометрии (ИВА) с применением комплекса ИВА-400МК, в состав которого входит программа “Polar-4.0”. Данная программа работает с компьютерным полярографом, реализованный на базе датчика АКВ-07. Благодаря этому весь процесс измерения автоматизирован с общей погрешностью методики измерений в интервале 2—5 %.
Пробы почвы отбирались вдоль автотрассы республиканского значения, в Караидельском районе с. Байки РБ. Исследуемый участок, протянулся в общей сложности более чем на 3,5 км. Пробы отбирались на 3 участках.
· автобусная остановка «с. Байки» (подножье подъема) — Т — № 1;
Таким образом, были взяты пробы почвы с трех точек. Анализы собранных образцов почвы проводились в трех повторностях, что позволило получить достоверные сведения о содержании изучаемых элементов в почве.
Пробы отбирались по методике конверта. Метод конверта — наиболее распространенный способ отбора смешенных почвенных образцов и чаще всего применяется для исследования почвы гумусового горизонта при этом из точек контролируемого элементарного участка берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы, мысленно соединив их прямыми линиями, получить изображение запечатанного конверта (длина его стороны может составлять от 1 до 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см, что соответствует длине штыка лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).
Для анализов отбиралась почва с верхних горизонтов на глубине 0—10 см. Образцы почвы очищались от растительных остатков и живых частей растений. Затем ее поместили в пластиковую посуду с крышкой, что позволило изолировать почву от контакта с окружающей средой до начала эксперимента.
Рисунок 1. Содержание тяжелых металлов в почве у подножья подъема
Анализ почвы — Т № 1 показал, что содержание Cu , Zn , Pb значительно меньше ПДК, это можно связать с тем большая часть (из 65—43) автомобиля за 30 мин начинают свое движение после стоянки на остановке «с. Байки», скорость не значительна сгорание топлива происходит практически полностью, а соответственно выбросы в атмосферу остаются минимальные (рис. 1).
Рисунок 2. Содержание тяжелых металлов в почве на середине подъема
На (рис. 2) представлены результаты анализа почвы с середины подъема, которые свидетельствуют о том, что концентрация исследуемых металлов находится в пределах ПДК. Но стоит отметить, что она несколько больше, чем на первом участке, так как перед предстоящим подъемом автомобиль набирает скорость, увеличивая нагрузку на двигатель, и в результате этого происходит не полное сгорание топлива.
Рисунок 3. Содержание тяжелых металлов в почве на вершине подъема
В — Т № 3 наблюдается снижение содержания ТМ по сравнению со средней частью начала подъема, но выше чем в начале подъема. Это можно связать с тем, что при выходе на вершину подъема у автомашин происходит сброс газа, уменьшается нагрузка на двигатель, а значит, происходит более полное сгорание топлива и содержание ТМ значительно уменьшается (рис. 3).
При подготовке к эксперименту и в период его проведения автором использовалась методика работы программного комплекса “Polar-4.0”.
В ходе выполнения экспериментальной работы, изучена методика изме-рения массовой доли тяжелых металлов при помощи программно-аппаратного комплекса, с использованием программного обеспечения “Polar-4.0”.
В соответствии с поставленными целями и задачами, было проведено примерно 30 измерений, а именно на каждый металл в 3 повторностях, с предоставлением средних значений, представленных на (рис. 1—3).
Полученные экспериментальные значения позволяют сделать вывод:
· содержание тяжелых металлов в придорожной полосе трассы республиканского значения Байки — Бирск, не превышает предельно допустимых значений для каждого металла;
· наименьшая концентрация, определяемых металлов зарегистрирована на первом участке — на остановке «с. Байки», это объясняется тем, что данный участок дороги ровный, автомобили едут с постоянной скоростью, а большая часть автомашин только начинает движение после остановки и стоянки;
· наибольшая концентрация наблюдается на втором участке на середине подъема, это связано с максимальной нагрузкой на двигатель автомашины, топливо полностью не сгорает и повышается концентрация тяжелых металлов в выхлопных газах;
· на вершине подъема содержание, определяемых металлов несколько снижается, по сравнению с участком № 2, но все же превышает концентрацию тяжелых металлов № 1, у начала подъема. Это может быть объяснено тем, что нагрузка на двигатель снижается при приближении вершины подъема, и далее следует ровный участок дороги;
· проведенный эксперимент показал, что почва в придорожной полосе загрязнена не значительно, концентрации ТМ не превышают ПДК.
Список литературы
1. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм тяжелых металлов и токсичных элементов (С u , РЬ, Zn , В i , А g , F е, S е, Со, Ni , А s , Cd , Н g , М n ) в почвах, грунтах, донных отложениях и осадках сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии.