Дослідження рівня забруднення важкими металами території села Шатава, прилеглої до автомагістралі "Житомир-Чернівці"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Департамент освіти і науки, молоді та спорту

Хмельницької обласної державної адміністрації

Хмельницьке територіальне відділення МАН України

Дунаєвецька районна філія

Відділення: хімія та біологія

Секція: хімія

забруднення метал токсикологічний автомобільний свинець

Дослідження рівня забруднення важкими металами території села Шатава, прилеглої до автомагістралі «Житомир-Чернівці»

Роботу виконав:

Боднарчук Олександр Юрійович,

учень 11 класу Шатавського НВК

« ЗОШ І-ІІ ступенів, колегіум»

Науковий керівник:

Тихончук Олександр Васильович,

вчитель біології та хімії Шатавського НВК

Дунаївці - 2014

ТЕЗИ

У роботі досліджено рівень забруднення катіонами важких металів Cu2+, Pb2+, Mn2+, Fe2,+ Fe3+. Головними завданнями роботи було дослідити і дати оцінку загального рівня забруднення грунтів, води та рослинності на території поблизу автомагістралі; встановити закономірності розподілу забруднювачів в залежності від характеру поверхні території, кліматичних умов.

Актуальність поставлених завдань полягає в тому, що автошлях проходить на відстані 20м від приміщення Шатавського НВК, де ми навчаємось; досліджувана територія перебуває в межах санітарно-охоронних зон Маківського родовища підземних мінеральних вод; в безпосередній близькості від дороги розташовані городи жителів вулиці Хмельницьке шоссе; на узбіччі автомагістралі місцеві жителі масово випасають велику та малу рогату худобу, заготовляють зелені та сухі корми.

Наукова новизна роботи полягає в тому, що в ході проведених досліджень вперше встановлено загальний рівень забруднення досліджуваних об'єктів як такий, що значно перевищує встановлені ГДК, виявлено наявність катіонів усіх досліджуваних металів-забруднювачів, встановлено закономірності їх поширення у довкіллі в залежності від клімато-географічних чинників, виявлено здатність накопичення автомобільного Плюмбуму різними видами дикорослих та сільськогосподарських рослин.

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. Визначення та токсикологічна характеристика важких металів

1.1 Визначення поняття важких металів

1.2 Токсикологічна характеристика деяких важких металів

1.3 Автотранспорт як джерело забруднення довкілля важкими металами

РОЗДІЛ 2. Дослідження рівня забруднення важкими металлами території села Шатава, прилеглої до автомагістралі «Житомир - Чернівці»..12

2.1 Коротка клімато-географічна характеристика досліджуваної Території

2.2 Методика і матеріали

2.2.1 Якісний аналіз наявності йонів деяких важких металів на досліджуваній території

2.2.2 Визначення кількісного вмісту плюмбуму у досліджуваних пробах

2.3 Результати та їх обговорення

2.3.1 Загальна оцінка наявності важких металів на досліджуваній території

2.3.2 Результати кількісного аналізу вмісту катіонів Pb2

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ТА ЛІТЕРАТУРИ

ДОДАТКИ

ВСТУП

На сьогоднішній день дуже високим є антропогенне навантаження на навколишнє середовище, в тому числі навіть у сільській місцевості. Поширення високого рівня забруднення довкілля за межі урбанізованих територій робить вкрай необхідними моніторингові дослідження місцевостей, у яких відсутній промисловий комплекс. До таких відносяться автомагістралі та придорожні смуги, які є екологічно небезпечними у зв'язку із інтенсивним рухом автомобільного транспорту та неконтрольованим розсіюванням різних хімічних елементів, які викидаються з вихлопними газами.

Основною метою наших досліджень було вивчення рівня забруднення деякими важкими металами території села Шатава, розташованої поблизу автомагістралі «Житомир - Чернівці».

Об'єктом досліджень стали поверхневі водойми, грунти та окремі види рослинності, розташовані в безпосередній близькості від дороги, на відстані 100 та 200м від неї.

Головними завданнями своєї роботи ми визначили наступні:

а) здійснити якісний аналіз вмісту важких металів у поверхневих шарах грунту, воді поверхневих водойм, органах рослин; визначити кількісний вміст Плюмбуму у досліджуваних пробах;

б) встановити закономірності динаміки концентрації важких металів в залежності від відстані від досліджуваного об'єкту до автомагістралі, форми земної поверхні, крутизни спусків і підйомів, вітрового режиму місцевості;

в) оволодіти методами якісного та кількісного хімічного аналізу вмісту важких металів у пробах;

д) дослідити здатність листків різних видів рослин поглинати атмосферний Плюмбум і накопичувати його з метою вироблення рекомендацій щодо використання певних видів рослинності у придорожніх лісосмугах; для захисту приватних городів, розташованих у безпосередній близькості від автошляху.

Актуальність проблеми полягає в тому, що:

а) наша школа - Шатавський НВК «ЗОШ І-ІІ ступенів, колегіум» розташована у безпосередній близькості до автомагістралі (відстань від проїжджої частини до шкільного приміщення 20м) і тому постійно зазнає негативного впливу цілого ряду факторів, в тому числі і забруднення довкілля різними токсикантами;

б) досліджувані об'єкти розміщені в межах санітарних зон охорони і контролю Маківського родовища підземних мінеральних вод, віднесеного Постановою КМУ № 456 від 7 березня 2000 року до ІІ категорії - рідкісних, а населеним пунктам с.Маків та с.Шатава надано статус курортних.

в) в безпосередній близькості від дороги розташовані городи жителів вулиці Хмельницьке шоссе; на узбіччі автомагістралі місцеві жителі масово випасають велику та малу рогату худобу, заготовляють зелені та сухі корми.

Результати, одержані в ході виконання роботи, можна використовувати на уроках біології, хімії, екології, екологічній позакласній роботі. Вони можуть стати основою для розробки практичних заходів зменшення негативного впливу автомагістралі «Житомир - Чернівці» на екологічний стан довкілля та як наслідок - стан здоров'я місцевих жителів і відпочиваючих Маківського міжобласного санаторію «Україна».

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- вперше проведено хімічний аналіз наявності важких металів Fe2+, Fe3+, Cu2+,, Mn2+ на досліджуваній територій а також вміст автомобільного свинцю в різних об'єктах довкілля даної місцевості;

- встановлені певні закономірності залежності вмісту важких металів від віддаленості досліджуваного об'єкту і автомагістралі а також форми дороги, її крутизни, вітрового режиму місцевості.

У роботі використані такі методи фізико-хімічного аналізу: польовий, ландшафтно-геохімічний, лабораторний, діаграмно-профільний та статистичний аналіз.

РОЗДІЛ 1. Визначення та токсикологічна характеристика важких металів

1.1 Визначення поняття важких металів

На сьогоднішній день існує кілька трактувань поняття «важкі метали» Даний термін досить часто зустрічається в літературі [1 - 4], але різні автори розуміють під ним різні металічні елементи. У зв'язку з цим виникає необхідність чітко визначитися, які саме метали відносять до даної категорії та які їхні характеристики є визначальними для такої класифікації.

Однією з характеристик, за якою метали прийнято поділяти на важкі та легкі, є їх відносна атомна маса. Іншою характеристикою, яка об'єднує металічні елементи в категорію важких є їх густина. Так, у сучасній кольоровій металургії прийнято до важких кольорових металів відносити цинк, олово, мідь, свинець, хром, кадмій, кобальт та ін., густина яких перебуває в межах від 7,14 до 21,4г/см3. Метали, густина яких від 0,53 до 3.5г/см3 прийнято називати легкими (натрій, літій, берилій, кальцій та ін..) [4].

За даними Дмітрієва М.Т. [5] до групи важких металів відносять близько 40 хімічних елементів, які розташовані в нижній частині періодичної системи Д.І.Менделєєва, мають високу відносну атомну масу 50 а.о.м. ( і більше) і густину більшу за 6г/см3.

Як зазначено у довіднику «Практикум з ґрунтознавства» [6], до важких металів віднесені металічні елементи, густина яких більша за 5 г/см3. Якщо виходити з цього показника, то до важких слід віднести 43 із 84 металів періодичної системи хімічних елементів. Тож як бачимо, чіткого критерію, за яким метали можна відносити до категорії важких на сьогодні ще не вироблено.

1.2 Токсикологічна характеристика деяких важких металів

У формі твердих відходів промисловості у довкілля щорічно потрапляє 20-30 млрд.т різних речовин, із них 50 % - органічних. Із твердими відходами на поверхню ґрунтів надходять полютанти природного середовища [ 7 ]. В Україні за рік викидається в атмосферу близько 16 млн. т токсичних речовин. Найшкідливішими у цих викидах і відходах є важкі метали. Як правило, забруднення важкими металами носить локальний характер. Найзабрудненіші території зустрічаються поблизу промислових центрів, потужних виробництв і транспортних магістралей [ 8,9 ] .

Потрапляючи у ґрунт, важкі метали постійно мігрують, переходячи у ту чи іншу форму хімічних сполук. Частина їх піддається гідролізу, може утворювати важкорозчинні сполуки та закріплюватись у ґрунтовому середовищі. Більшість сполук важких металів акумулюється у підстилці та гумусовому горизонті. Їх розподіл по поверхні залежить від характеру та особливостей джерела забруднення, метеорологічних особливостей регіону, геохімічних факторів і ландшафту. Метали включаються у біологічний кругообіг, передаються по ланцюгах живлення [ 10 ].

Цілий ряд важких металів (зокрема ванадій, залізо, кадмій, кобальт, марганець, мідь, цинк та деякі ін..) у певних кількостях є життєво необхідними для протікання багатьох фізіологічних процесів, зокрема в рослинних та тваринних організмах. Разом з тим перевищення відповідних норм робить ці елементи токсичними. Тому для нормального функціонування організму людини необхідне досягнення збалансованого обміну мікроелементів, порушення якого призводить до важких захворювань та отруєнь [11]. Токсичність у відповідних концентраціях для людини проявляють алюміній, барій, берилій, кадмій, мідь, миш'як, нікель, селен, свинець, срібло, стронцій, ртуть, хром.

Розглянемо вплив деяких металів на метаболічні процеси в організмі людини та тварин. У складі стічних вод металургійних комбінатів можна виявити алюміній. В організм людини алюміній потрапляє у складі питної води. Видалення алюмінію з організму ускладнене, близько половини його початкової кількості затримується в організмі до 300 днів. Накопичуючись в тканинах мозку, печінки, нирок, кісток, викликає їх функціональні порушення. Алюміній викликає порушення в синтезі ряду ферментів, сприяючи видаленню таких біоелементів як P, Mg, Ca, Na, Fe . Постійне вживання питної води з вмістом алюмінію понад 0,2 мг/л призводить до підвищення вірогідності появи таких захворювань як енцефалопатія, хвороби Альцгеймера і Паркінсона, анемії, зниження імунної реактивності та інші.

ГДК залишкового алюмінію в питній воді встановлена в Україні на рівні 0,5 мг/л за санітарно-токсикологічною ознакою шкідливості, в той час як в більшості країн Європи рекомендовано вміст алюмінію не більше 0,2 мг/л. Така ж норма встановлена ВОЗ. Новий ДержСанПіН “Вода питна”, встановивши норму 0,2 мг/л, дозволяє концентрацію алюмінію в питній воді на рівні 0,5 мг/л, якщо при водопідготовці використовуються реагенти, що містять алюміній.

Кадмій має токсичні і кумулятивні властивості. При надходженні в організм він накопичується в печінці, нирках і селезінці, а також викликає анемію, знижує вміст кисню в крові. Нирки є основною мішенню токсичної дії кадмію. Метал викликає хворобу ітай-ітай, що проявляється в розм'якшенні кісток, кальцифікації і пієлонефриті нирок. Оскільки кадмій накопичується в органах і має тривалий період напіввиведення (10-30 років), вживання заражених продуктів на протязі тривалого часу може призвести до тих чи інших форм кадмієвої інтоксикації.

Мідь є одним з незамінних елементів для організму людини. В деяких випадках дефіцит міді за симптомами подібний до хронічної її інтоксикації. Споживання міді з їжею звичайно складає 2-3 мг на добу, що підтримує необхідну рівновагу. Звичайно швидкість поглинання, утримання і виведення міді не призводять до підвищеного її вмісту в організмі. Однак, при хворобах, що викликають порушення цього механізму, тривала абсорбція міді може викликати цироз печінки. Зафіксовані гострі отруєння людей при вживанні з питною водою міді при дозі 0,14 мг/кг і вище. Мідь токсична для більшості прісноводних безхребетних [12] .

Ртуть і її сполуки надзвичайно токсичні для людини, вони акумулюються в нирках, печінці, головному мозку. Основний орган - мішень для неорганічної ртуті - нирки. Летальна доза ртуті при споживанні з питною водою складає 75 - 300 мг на добу. Симптоми ртутної інтоксикації - атаксія, пригнічення периферійного сприйняття і рефлексу кінцівок. В неорганічній формі ртуть в поверхневих і підземних водах присутня зазвичай в концентрації менше 0,5 мкг/л. Середньодобове споживання ртуті варіюється від 2 до 20 мкг на добу на людину.

Свинець вражає нервову систему, кістковий мозок і кров, судини, генетичний апарат клітки, впливає на синтез білка і проявляє гонадотоксичну і ембріотоксичну дію. За результатами досліджень на тваринах було встановлено, що свинець, що надходить в високій концентрації з кормом, викликає рак нирок. На цій основі МАВР віднесла свинець і його неорганічні сполуки до класу можливих канцерогенів для людини [13].

Цинк життєво необхідний для ссавців, бо він грає важливу роль в біосинтезі нуклеїнових кислот, РНК- і ДНК-полімераз. Встановлено, що цинк - обов'язковий складник ферменту крові, карбоангідрази. Цей фермент міститься в еритроцитах. Карбоангідраза прискорює виділення вуглекислого газу в легенях. Крім того, вона допомагає перетворити частину СО2 в йон HCO32-, що грає важливу роль в обміні речовин. Токсичність цинку для людини залежить багато в чому від його синергізму або антагонізму з іншими важкими металами, особливо з кадмієм. Підвищена акумуляція важких металів може призводити до дефіциту цинку в організмі людини, що виявляється в пригніченні ферментної активності, а також в більш уповільненому заживанні ран.

1.3 Автотранспорт як джерело забруднення довкілля важкими металами

Транспортно-дорожній комплекс є потужним джерелом забруднення природного середовища. Автотранспорт дає 70 % усіх токсичних викидів у атмосферу та 90 % шумового забруднення. Велике транспортне навантаження несуть міста України. Доля автотранспортного забруднення атмосфери в загальній їх кількості становить в Ужгороді - 91 %, Ялті, Полтаві - 88 %, Львові - 79 %, Києві - 75 % [ 14, 15].

Викиди від автомобільного транспорту в Україні складають близько 22 млн. т на рік. Відпрацьовані гази двигунів внутрішнього згоряння містять понад 200 найменувань шкідливих речовин, в тому числі канцерогенних. Нафтопродукти, продукти зносу шин і гальмівних колодок, хлориди, використовувані як запобіжники обмерзанню дорожніх покриттів, забруднюють придорожні смуги і водні об'єкти.

Вплив транспорту на екосистеми полягає у:

· забрудненні атмосфери, водних об'єктів і земель, зміні хімічного складу ґрунтів. Забруднюючі речовини, окрім шкідливого впливу на живу природу, негативно впливають на створені людиною системи - особливо на будівельні матеріали, історичні архітектурні та скульптурні пам'ятники і інші витвори мистецтва, викликають корозію металів, псування шкіряних та текстильних виробів;

· споживанні природних ресурсів - атмосферного повітря, яке необхідне для перебігу робочих процесів в ДВЗ транспортних засобів, нафтопродуктів і природного газу, які є паливом для ДВЗ, води для систем охолодження ДВЗ і мийки транспортних засобів, виробничих і побутових потреб підприємств транспорту, земельних ресурсів, відчужених під будівництво автомобільних доріг і залізниць, аеродромів, трубопроводів, річкових і морських портів і інших об'єктів інфраструктури транспорту;

· виділенні теплоти в довкілля під час роботи ДВЗ і установок, в яких спалюють паливо в транспортних виробництвах;

· створенні високих рівнів шуму і вібрації;

· можливості активації несприятливих природних процесів таких як водна ерозія, заболочення місцевості, утворення сольових потоків, зсувів і обвалів [ ];

Основним джерелом забруднення є відпрацьовані гази, які мають складний хімічний склад. У відпрацьовані гази входить більше 1000 різних шкідливих речовин, які чинять негативний вплив на людину і довкілля, 200 з них розпізнано. Основним є карбон(ІІ) оксид (CO), вуглеводні (загальна формула CmHn), нітроген оксиди (загальна формула NхOу), альдегіди (загальна формула RCHO), сполуки Сульфуру (основна - сульфур(IV) оксид SO2), тверді частини (сажа - C), канцентрогенні речовини, до яких належать складні ароматичні вуглеводні полі- циклічної будови (основний елемент, якого найбільше, бензапірен - C20H12), сполуки Плюмбуму.

РОЗДІЛ 2. Дослідження стану забруднення важкими металами території села Шатава, прилеглої до автомагістралі «Житомир - Чернівці»

2.1 Коротка клімато-географічна характеристика досліджуваної території

Автомагістраль Н03 « Житомир--Чернівці» -- автомобільний шлях національного значення на території України. Його маршрут пролягає територією Житомирської, Хмельницької та Чернівецької областей (див. Додаток А).

Починається в Житомирі, проходить через Чуднів , Старокостянтинів, Любар, Хмельницький, Ярмолинці, Дунаївці, Кам'янець-Подільський, Хотин та закінчується в місті Чернівці.

Загальна довжина -- 325,3 км.

Через населений пункт Шатава автомагістраль пролягає в напрямку з північного сходу на південний1 захід. Протяжність дороги в межах села 2,7км (див. Додаток Б, В).

Село Шатава розташоване південно-західній частині Придніпровської лісостепової області, на південних схилах Волинсько-Подільської височини. Клімат території помірно континентальний. Середня річна температура складає 7,6оС, розподіл за місяцями :

Місяць	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Середня to	-5,0	-3,8	1,2	8,2	14,5	17,4	19,5	18,8	14,4	8,6	2,4	-2,5

На протязі року переважають вітри північно-західного(влітку) та південно-східного(взимку) напрямків. Середня річна швидкість вітру складає 3м/с, найбільші швидкості спостерігаються взимку і на початку весни, найменші - влітку і на початку осені. Протягом доби максимальні швидкості вітру спостерігаються в денну пору. Середня кількість днів із сильним вітром становить 24, найбільша із зафіксованих - 56 днів на рік.

Середня річна кількість опадів 554мм, найбільше \х припадає на літні місяці, найменше - взимку і на початку весни. В середньому за рік спостерігається 151 день з опадами, причому 104 припадає на рідкі, 13 на змішані і 34 - на тверді.

Територія села Шатава знаходиться в межах південної частини Волинсько-Подільського артезіанського басейну, який розташованимй на захід від Українського кристалічного щита і займає всю західну частину України крім Карпат. Водоносні горизонти пов'язані з силурійськими, девонськими, юрськими, крейдовими, палеогеновими і неогеновими відкладами. Глибини поширення прісних вод досягають 600-800м, а в окремих місцях і більше. У цьому басейні зосереджена майже четверта частина всіх прісних експлуатаційних ресурсів України.

2.2 Методика і матеріали

2.2.1 Якісний аналіз наявності йонів деяких важких металів на досліджуваній території

Для здійснення оцінки стану забруднення важкими металами ми використали методи якісного аналізу йонів окремих важких металів та визначення кількісного вмісту катіонів Плюмбуму шляхом комплексонометричного титрування згідно методик, запропонованих у довідниковій літературі [16 - 19]. Окрім того ми вивчали здатність рослин різних видів (по 8 видів дерев та трав'янистих рослин) поглинати з атмосферного повітря і накопичувати свинець. Матеріалом для досліджень слугували проби, відібрані на протязі з березня по вересень 2013 року. Було досліджено частину автомагістралі протяжністю 4км, в тому числі 2,7км в межах населеного пункту та 1,3км поблизу нього в західному та східному напрямку. Досліджувана ділянка автомагістралі включає 2 схили з нахилом 18о та 22о відповідно, рівнинну ділянку на території населеного пункту (висота 240м над рівнем моря) та за межами села в східному напрямку (висота 264м). Ми обрали 4 пункти для взяття проб грунту та рослинності (Див. додаток В ):

№1 - спуск при в'їзді в село Шатава їз південнно-західного напрямку (нахил 18о, довжина 240м);

№2 - ділянка в центрі села безпосередньо поблизу школи (рівнинна частина автомагістралі, висота над рівнем моря 240м);

№3 - підйом на східній околиці села протяжністю 110м, нахил 22о (див. Додаток Д);

№4 - рівнинна ділянка на відстані 500м на північний схід від села протяжністю 50м (висота 264м).

Також досліджувались проби води із поверхневих водойм села:

пункти № 5 - 7 - річка Шатавка, яка протікає перпендикулярно автомагістралі, на відстані 1, 25 і 50м від дорожнього полотна (див. Додаток Е );

полігон № 8 - ставок в урочищі Томашівка на відстані 200м від дороги (див. Додаток Ж);

Для якісного виявлення важких металів у грунті та визначення вмісту у ньому розчинних сполук Плюмбуму готували водну витяжку. Для цього грунт спочатку висушували, потім подрібнювали і за допомогою сита з діаметром отворів 1мм очищали від сторонніх домішок. Для скорочення проби використовували метод квартування: подрібнений грунт ретельно перемішували, розсипали тонким шаром у формі кола і ділили на чотири сектори. Вміст двох протилежних секторів відкидали, а двох тих, що залишились з'єднували разом.

Для приготування водної витяжки 20г просіяного грунту поміщали в колбу на 100мл, додавали 50мл дистильованої води, струшували протягом 5-10хвилин і фільтрували. Після приготування витяжки проводили якісний аналіз наявності важких металів.

Виявлення катіонів Pb2+ проводили за пробою з натрій родізонатом C6Na2O6. На листок фільтрувального паперу наносили за допомогою піпетки кілька краплин досліджуваного розчину і додавали 1 краплю свіжо приготованого розчину натрій родізонату. В присутності катіонів Плюмбуму на папері утворюється синя пляма, яка після додавання 1 краплини буферного розчину набуває червоного кольору (див. Додаток З). Дана реакція є дуже чутливою і дозволяє виявити йони Pb2+ при концентрації 0,1мкг/л і більше [20].

Для визначення загального вмісту феруму у пробірку наливали 10мл досліджуваного розчину, додавали краплю концентрованої нітратної кислоти, кілька краплин розчину гідроген пероксиду та 0,5мл розчину калій роданіду KSCN. При вмісті Феруму 0,1мг/л розчин набуває рожевого забарвлення, при більш високому - стає червоним.

Катіони Fe2+ виявляли за допомогою калій (ІІІ) гексаціаноферату K3[Fe(CN)6] в кислому середовищі (рН3). Внаслідок реакції утворююється осад турнбулевої сині Fe3[Fe(CN)6]2 (див. Додаток И). До 1мл досліджуваного розчину додавали 2-3 краплини розчину сульфатної кислоти та 2-3 краплини розчину реактиву.

Йони Fe3+ виявляли за допомогою калій (ІІ) гексаціаноферату K4[Fe(CN)6] в слабкокислому середовищі. Внаслідок реакції утворюється темно-синій осад берлінської лазурі Fe4[Fe(CN)6]3 (див. Додаток И). До 1мл досліджуваного розчину додавали 1-2 краплини розчину хлоридної кислоти та 2 краплини розчину реактиву.

Для виявлення йонів Fe2+ використовували також якісну реакцію з амоній роданідом NH4SCN. Внаслідок реакції в кислому середовищі утворюється ферум роданід Fe(SCN)3, забарвлений в криваво-червоний колір (див. Додаток К). До 1мл досліджуваного розчину додавали 2-3 краплі розчину хлоридної кислоти та 2-3 краплини розчину реактиву.

Для виявлення йонів Mn2+ в колбу на 100мл поміщали 25мл досліджуваного розчину, підкислювали кількома краплинами 25%-ї нітратної кислоти, по краплях додавали розчин арґентум нітрату до припинення помутніння розчину. Після цього додавали кілька кристалів плюмбум диоксиду і нагрівали до кипіння. При наявності катіонів Мангану (ІІ) в концентрації 0,1мг/л і більше проба дає блідо-рожеве забарвлення (див. Додаток Л).

Для виявлення катіонів Cu2+ 10мл проби струшували в циліндрі з невеликою кількістю (10-20мг) адсорбента - кальцій фториду CaF2. Йони Купруму(ІІ), які містяться в пробі, адсорбуються на його поверхні. Осад відділяли, обережно зливаючи воду, поміщали в заглиблення на фарфоровій пластинці. Поруч для порівняння наносили краплину дистильованої води. До досліджуваного осаду і води одночасно додавали по краплині розчину ферум(ІІІ) хлориду і по краплині 0,2М розчину натрій тіосульфату. Зразки перемішували скляною паличкою і порівнювали швидкість знебарвлення обох проб. У зразку з дистильованою водою знебарвлення комплексного йону [Fe(S2O3)2]- інтенсивного фіолетового кольору відбувалось повільно. У досліджуваній пробі фіолетовий розчин знебарвився миттєво, що свідчить про наявність катіонів купруму, виступаючих в даній реакції каталізатором.

Проби води для аналізу бралися згідно загальноприйнятих методик [16, 18, 19]: на відстані 1, 100 і 200м від автомагістралі, на різній глибині. Об'єм відібраних проб складав не менше 1л. На місці забору проби консервували додаванням концентрованої нітратної кислоти з розрахунку 2мл на 1л води, щільно закривали. Перед проведенням аналізу проби упарювали до об'єму 5мл. Якісне визначення металів проводили в день забору проби.

Для виявлення розчинних форм важких металів у рослинних пробах готували їх витяжку. Для цього відібрані зразки органів рослин масою 1г висушували в сушильній шафі при температурі 60оС і розтирали в порцеляновій ступці. Готували по дві паралельних проби для кожного аналізу.

Екстракцію розчинних форм важких металів здійснювали розчином хлоридної кислоти молярною концентрацією 1М у співвідношенні об'єм проби:об'єм екстрагента = 1:10. Одержаний розчин кількісно переносили в мірну колбу місткістю 25мл і доводили його об'єм дистильованою водою до мітки.

2.2.2 Визначення вмісту свинцю у досліджуваних пробах

Нами було проведено комплексонометричне титрування Плюмбуму розчином ЕДТА в присутності індикаторів еріохромового чорного Т, ксиленолового оранжевого (КО), пірокатехінового фіолетового. Плюмбум утворює з ЕДТА достатньо стійкий комплекс. Найкращими умовами для титрування є слабко кисле середовище з рН = 5 - 6 в присутності індикатора ксиленолового оранжевого. При цьому досить чітко спостерігається перехід забарвлення від червоного до жовтого.В якості буферного використали ацетатний буфер з невеликою концентрацією ацетат-йонів.

Одночасно проводили титрування Плюмбуму в лужному середовищі при рН = 10 з індикатором еріохромовий чорний Т. Як комплексоутворювач використовували тартрат-йони, які перешкоджають осадженню плюмбум(ІІ) гідроксиду. З метою усунення негативного впливу на результат титрування йонів С2u+ , Сo2+, Ni2+, Mn2+ в розчин додавали ціанід-йони.

Реактиви:

а) розчин ЕДТА 0,025М;

б) ацетатний буферний розчин рН=5;

в) ксиленоловий оранжевий, суміш з калій нітратом у співвідношенні 1:100;

Досліджуваний розчин в мірній колбі місткістю 100мл доводили до мітки дистильованою водою, ретельно перемішували. В конічну колбу для титрування переносили аліквотну частину розчину (10мл), додавали 5мл ацетатного буферного розчину, невеличку кількість (на кінчику шпателя) індикатора ксиленоловий оранжевий і після повного розчинення індикатора титрували розчином ЕДТА до зміни забарвлення розчину від червоно-фіолетового до жовтого. Титрування проводили по 5 разів і більше для кожної проби для отримання не менше трьох відносно однакових результатів.

Розрахунок вмісту катіонів Pb2+ проподили виходячи із закону еквівалентів, згідно з яким V1N1=V2N2, (2.1)

звідки N1=, (2.2)

де:V1 - об'єм досліджуваної проби ;

V2 - середнє значення об'єму розчину ЕДТА, витраченого на титрування;

N1 - нормальна концентрація катіонів Pb2+ у досліджуваному розчині;

N2 - нормальність розчину ЕДТА.

2.2.3 Вивченння здатності листків рослин поглинати атмосферний Плюмбум

Для вивчення здатності листків різних рослин поглинати атмосферний свинець нами було використано метод осадження катіонів Pb2+ калій йодидом. Для аналізу було відібрано проби з 8 видів дерев та 8 видів трав'янистих рослин, які найчастіше зустрічаються поблизу автомагістралі. Збирали по 100г рослинної проби листків, висушували у сушильному шкафу при температурі 60оС. рослинну масу подрібнювали і додавали по 50мл суміші етанолу та дистильованої води у співвідношенні 1:2. Одержану суміш протягом 5 - 7 хвилин кип'ятили на на водяній бані для переведення йонів Плюмбуму в розчин..

До одержаного екстракту краплинами додавали розчин калій йодиду до утворення жовтого осаду. Здатність рослин поглинати катіони Pb2+ з атмосферного повітря порівнювали за інтенсивністю жовтого забарвлення, одержаного з кожної проби.

2.3 Результати та їх обговорення

2.3.1 Загальна оцінка вмісту важких металів на досліджуваній території

Внаслідок проведеного якісного аналізу нами було виявлено наявність катіонів важких металів у грунті, водоймах та рослинних організмах практично на всій протяжності автомагістралі а також вивчено закономірності їх накопичення в залежності від ряду чинників. Відносний вміст катіонів різних важких металів ми оцінювали органолептичним методом за інтенсивністю забарвлення проб.

Було виявлено наявність катіонів Fe2+, Fe3+, Cu2+,,Mn2+, Pb2+ практично у всіх пробах грунту, води та рослинному матеріалі, взятих у безпосередній близькості від автомагістралі. У пробах, взятих на відстані 100м від дорожного полотна, вміст металів був значно менший, про що свідчить менша інтенсивність забарвлення, але на цій відстані теж були наявні усі метали. Із проб, взятих на відстані 200м від автошляху, позитивний результат дали лише проби на Ферум, Плюмбум і частково Купрум (пункти №1 та №3 з гористим рельєфом).

Порівняльний аналіз проб, взятих з лівого і правого боку від автомагістралі показав більш високий вміст катіонів важких металів зліва у весняний період та справа - в літній. Це свідчить про залежність рівня забруднення території від переважаючих вітрів: північно-східних взимку та на початку весни і південно-західних влітку.

Найменшу інтенсивність забарвлення дали проби, взяті в пункті № 4 - №4 - рівнинна ділянка на відстані 500м на північний схід від села протяжністю 50м (висота 264м) і з ставка в урочищі Томашівка. Найбільшу - проби із пунктів №1 та №3 - спуск при в'їзді в село Шатава їз південнно-західного напрямку (нахил 18о, довжина 240м) та підйом на східній околиці села протяжністю 110м, нахил 22о. Ці результати свідчить про значно вищий рівень забруднення довкілля автотранспортом на горбистих ділянках дороги ніж на рівнинних. Вищий рівень вмісту важких металів у пробах з пункту №2 можна пояснити розташуванням даного відрізку шляху у низинній місцевості, закритій горбами від вітрів.

2.3.2 Результати кількісного аналізу вмісту катіонів Pb2+

В результаті проведеного кількісного аналізу вмісту автомобільного Плюмбуму у різних об'єктах довкілля нами було не лише виявлено його досить високий вміст, який місцями в кілька разів перевищує ГДК (для грунту 30мг/кг), але й встановлено деякі закономірності його поширення в залежності від відстані до дорожного полотна, рельєфу місцевості та переважаючих вітрів. Дані по вміст автомобільного Плюмбуму в досліджуваних пробах грунту (середні значення за весь період досліджень) наведені у таблиці (див. Додаток М) та діаграмі (див. Додаток Н).

Як бачимо, максимальний вміст виявлено в пунктах забору проб №1 та №3, що пояснюється горбистим рельєфом дороги на даних її відрізках. Чітко простежується зменшення вмісту Плюмбуму із збільшенням відстані від пункту забору до автошляху. Цей факт дає підстави стверджувати, що саме автомагістраль є основним джерелом забруднення довкілля Плюмбумом. Окрім цього наведені дані дають можливість встановити загальну закономірність ширини зони розсіювання Pb2+ обабіч доріг. Найширші зони розсіювання припадають на ті частини дороги, які займають найвищі гіпсометричні рівні, в нашому випадку ділянка автошляху, на якій розміщений пункт №4. Найвужчою є зона розсіювання на ділянці, розташованій в межах населеного пункту в низинній місцевості, з усіх бонів оточеній невисокими горбами. Тут ми спостерігаємо досить високу кількість Pb у грунті і значну відмінність у його вмісті на різній відстані від автошляху.

Релультати аналізу вмісту Плюмбуму у воді показано на діаграмі (див. Додаток П). Як свідчать наведені дані, досить високий вміст Pb2+, значно перевищуючий ГДК (0,03мг/л), виявлено в річці Шатавка в безпосередній близькості від автомагістралі та в напрямку течії річки, незначний - у ставку Томашівка та верхній частині річки Шатавка, протилежній напрямку течії.

Дослідження вмісту Плюмбуму у рослинному матеріалі дало результати, представлені у таблиці та діаграмі (див. Додаток Р, С). Одержані результати показали не лише досить значні відмінності у вмісті вмісту Pb2+ в різних видів рослин, але й суттєві відмінності його накопичення у різних вегетативних органах. Найбільший вміст Pb2+ має коренева система: основним джерелом важких металів є ґрунт, найменша концентрація зустрічається у стеблах проаналізованих рослин. Максимальну кількість катіонів Плюмбуму(ІІ) виявлено у кореневій системі подорожника звичайного та полину звичайного. Це зумовлено фізіологічними особливостями даних рослин: добре розвинена коренева система міститься у поверхневих шарах ґрунту, де значна концентрація важких металів має доступну для рослин форму. Мінімальну кількість Pb2+ акумулювала коренева система осоту польового, середня забрудненість властива для полину гіркого, кульбаби лікарської, моркви дикої. Листкова поверхня інтенсивніше забруднена у подорожника звичайного. Щодо забрудненості генеративних органів слід зазначити, що найбільший вміст Pb мали суцвіття Artemisia vulgaris, Achillea millefolium, Artemisia absinthium та Daucus carota. Розподіл токсиканта у сільськогосподарських культурах, які вирощуються уздовж автомагістралі на забороненій санітарній зоні, проаналізовано у таблиці (див. Додаток Т). Серед досліджених рослин картопля виявилась акумулятором Pb2+ (різниця відносно буряка - 2,4 раза). Найбільша кількість цього забруднювача накопичується в листках, а найменша - у коренеплодах буряка, моркви та бульбах картоплі.

При вивченні поглинальної здатності різних рослин ми зібрали листки з 8 видів дерев та 8 видів трав'янистих рослин. Було обстежено по 4 проби для кожного виду - всього 64 проби. Після осадження жовтого осаду плюмбум(ІІ) іодиту ми якісно оцінювали результат за інтенсивністю забарвлення та масою осаду. Результати дослідження показано на діаграмах (див. Додаток У,Ф). Як бачимо, найвищу накопичувальну здатність серед дерев мають береза бородавчаста, гірко каштан кінський, тополя срібляста; серед трав - кульбаба лікарська, конюшина повзуча, ромашка польова. Найменший вміст Плюмбуму було виявлено в листках груші дикої, верби, хвоща польового та тимофіївки лучної.

Високий вміст катіонів Плюмбуму(ІІ) у листках деревних порід свідчить про їх високу поглинальну здатність та можливість використання цих дерев у лісових насадженнях вздовж автомобільних шляхів, в озелененні населених пунктів з метою зменшення рівня забрудненості довкілля важкими металами.

ВИСНОВКИ

1. Вміст важких металів у грунті поблизу автомагістралі НО3 «Житомир - Чернівці» слід визнати як високий, значно перевищуючий встановлені ГДК; у досліджених пробах встановлено наявність катіонів Pb2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Cu2+.

Спостерігається чітка закономірність зниження вмісту важких металів по мірі віддалення від автомагістралі.

2. Вміст автомобільного Плюмбуму у грунті залежить від рельєфу місцевості, переважаючих вітрів та відстані між місцем забору проби і автошляхом. Найширші зони розсіювання припадають на ті частини дороги, які займають найвищі гіпсометричні рівні, найвужчою є зона розсіювання на ділянці, розташованій в межах населеного пункту в низинній місцевості.

3. Найвищий коефіцієнт накопичення Pb характерний для Plantago major L. (0,49) та Artemisia vulgaris L. (0,40), а найнижчий - для Erisium arvense L. (0,11). Оскільки рослини характеризуються різною накопичувальною здатністю, то дану величину можливо використати для біомоніторингу. Концентрація Pb відмінна не лише у різних видів рослин, а й має суттєві розбіжності щодо накопичення його у їх вегетативних органах.

4. Найбільший вміст Pb має коренева система: основним джерелом важких металів є ґрунт, найменша концентрація зустрічається у стеблах проаналізованих рослин. Максимальну кількість Pb виявлено у кореневій системі подорожника звичайного та полину звичайного. Це зумовлено фізіологічними особливостями даних рослин: добре розвинена коренева система міститься у поверхневих шарах ґрунту, де значна концентрація важких металів має доступну для рослин форму.

5. Серед досліджених сільськогосподарських рослин картопля виявилась найбільшим акумулятором Pb (різниця відносно буряка - 2,4 раза). Найбільша кількість цього забруднювача накопичується в листках, а найменша - у коренеплодах буряка, моркви та бульбах картоплі.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ТА ЛІТЕРАТУРИ

1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю.В.Алексеев. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 95 с.

2. Вяйзенен Г.Н. Мониторинг тяжелых металлов в почве, воде, растительности / Г.Н. Вяйзенен, А.И.Токарь, Ю.А.Шуклина // Вестник РАСХН. - 1998. - № 1. - С. 78-79.

3. Муравьева С.И. и др. Справочник по контролю вредных веществ / С.И.Муравьёва и др. - М.: Химия, 1988. - 258с.

4. Химия: Справочное издание/ под ред. В. Шретер, К.-Х. / К.-Х. Шрегер, Л. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. - М.: Химия, 1989.- 648 с.

5. Дмитриев М.Т. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде: Справ. изд. / М.Т.Дмитриев, Н.И.Казнина, Н.А.Пинигина. - М.: Химия, 1982. - 671 с.

6. Практикум по почвоведению / Под ред. И.С. Кауричева. - М.: Агропромиздат, 1986. - 217 с.

7. Большаков В.А. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами / В.А.Большаков, Н.Я.Гальпер, Г.А.Клименко и др.. - М.: Гидрометеоиздат, 1978. - 49 с.

8. Ахундова А.Б. Тяжелые металлы в почвах зоны техногенных выбросов промышленного объекта г. Али-Байрамлы: Тез. докл. 8 Всес. съезда почвоведов / А.Б. Ахундова. - Новосибирск, 1989. - Кн. 2. Комис. 2-3. - С. 159.

9. Братчикова М.А. Загрязнение почв г. Рязани, расположенных вдоль главных автомагистралей, тяжелыми металлами / М.А. Братчикова, С.В.Гальченко, Ю.А.Мажайский // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: Сб. трудов Междунар. экол. конгр. Т.2. - СПб., 2000. - С. 447.

10. Лепкий М.І. Забруднення лісових і придорожніх насаджень автомобільних доріг загальнодержавного значення Волинської області / М.І.Лепкий, Л.Ю.Матвійчук. // Матеріали другої міжнародної науково-практичної конференції «Розвиток досліджень 2006». - Полтава: Інтер графіка, 2006. - С.90 - 92.

11. Добрынина Н.А. Биологическая роль некоторых химических элементов / Н.А. Добрынина // Химия в школе, 1991. - № 2. - С. 6 - 14

12. Петряков-Соколов И.В. Популярная библиотека химических элементов / И.В. Петряков-Соколов. - Том 2. - М.: Издательство «Наука», 1983. - 574 с.

13. Рувинова Э.И. Загрязнения среды свинцом и здоровье детей / Э.И.Рувинова // Биология, 1998. - №8 (февраль). - С. 2 - 15.

14. Воздействие выбросов автотранспорта на природную среду. - Рига: Зинатне, 1989. - 140 с.

15. Майстренко В.Н. Автотранспорт - источник загрязнения городской среды тяжелыми металлами / В.Н.Майстренко, Н.С.Минигазимов, В.Н.Гусаков // Оценка риска загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами: интегрированные подходы, теоретические разработки и конкретные примеры: Матер. Российс. конф. - М., 2000. - С. 78 - 79.

16. Балюк С. Оцінка забруднення зрошувальної води і ґрунтів важкими металами / С. Балюк // Вісник аграр-ної науки. - 2003. - № 1. - С. 65-68.

17. Большаков В.А. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами / В. А. Большаков, Н. Я. Гальпер, Г. А. Клименко и др. - М.: Наука, 1976. - 79 с.

18. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М.: ЦИНАО, 1992. - 80с.

19. Практикум по агрохимии / Под ред. Б.А. Ягодина. - М.: Агропромиздат, 1987. - 512 с.

20. Ушакова Н.Н. Пособие по аналитической химии / Н.Н.Ушакова, Е.Р.Николаева, С.А.Моросанова. - М.: Изд-во МГУ, 1978. - С. 42 - 76.

ДОДАТОК А

Розташування автошляху НО3 на території України

ДОДАТОК Б

Ділянка автошляху НО3 «Житомир-Чернівці» на території села Шатава

ДОДАТОК В

Рис.2. Топографічна карта місцевості

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ДОДАТОК Д

Підйом на східній околиці с.Шатава, місце взяття проб № 3

ДОДАТОК Е

Річка Шатавка, місце забору проб води № 6

ДОДАТОК Ж

Ставок в урочищі Томашівка, місце забору проб води № 8

ДОДАТОК З

Якісне виявлення катіонів Pb2+ взаємодією з натрій родізонатом С6Na2O6

ДОДАТОК И

Якісне визначення катіонів Fe2+ (ліва пробірка) та Fe3+ (права пробірка) взаємодією з калій (ІІІ) гексаціанофератом та калій (ІІ) гексаціанофератом

ДОДАТОК К

Виявлення катіонів Fe3+ за допомогою амоній роданіду

ДОДАТОК Л

Якісна реакція на йони Mn2+ взаємодією з арґентум нітратом та плюмбум (IV) оксидом в слабкокислому середовищі

ДОДАТОК М

Узагальнені дані про вміст автомобільного Плюмбуму у пробах грунту

Місце забору проби	Вміст Pb2+ (мг/кг) на відстані від дороги, м
	10	100	200
№1	96,6	82,2	64,3
№2	73,4	55,6	32,3
№3	98,7	79,4	54,3
№4	37,8	32,0	28,6

ДОДАТОК Н

Загальний вміст автомобільного Плюмбуму у грунті досліджуваної території

ДОДАТОК П

Вміст Плюмбуму у воді досліджених водойм

ДОДАТОК Р

Узагальнені дані вмісту Плюмбуму у рослинах, зростаючих біля автомагістралі НО3 «Житомир - Чернівці»

Вид Рослин	Відстань від пункту взяття проби до автошляху,м	Коефіцієнт поглинання %
	10	100	200
Осот польовий (Eirsium arvense )	1,67	1,05	0,21	0,12
Деревій звичайний (Achillea millefolium)	3,20	1,84	0,65	0,21
Полин гіркий (Artemisia absinthium)	4,32	2,22	1,64	0,27
Полин звичайний (Artemisia vulgaris )	5,78	4,32	1,08	0,43
Кульбаба лікарська (Taraxacum officinale )	3,02	1,24	0,18	0,19
Подорожник звичайний (Plantago major )	7,56	3,87	0,94	0,51

ДОДАТОК С

Вміст катіонів Плюмбуму(ІІ) в різних органах рослин

1. Осот польовий ( Eirsium fevense);

2. Полин гіркий ( Artemisia absinthum);

3. Полин звичайний ( Artemisia vulgaris);

4. Кульбаба лікарська ( Taraxacum afficinale);

5. Подорожник звичайний ( Plantago major)/

ДОДАТОК Т

Вміст Плюмбуму в органах деяких сільськогосподарських рослин, вирощених поблизу автомагістралі «Житомир - Чернівці»

Об'єкт досліджень	Вміст Pb, мг/кг
	Листки	Стебло	Бульби Коренеплоди корені
Картопля	11,5	5,2	1,2
Буряк столовий	4,9	2,3*	2,5
Морква	6,4	2,6*	1,8
Кукурудза	8,2	6,8	5,3
Соняшник	9,6	4,4	6,4
Топінамбур	8,4	2,5	1,6

* - черешки листків

ДОДАТОК У

Здатність листків різних дерев поглинати Плюмбум із атмосфери

1. Береза бородавчаста 5. Клен гостролистий

2. Гіркокаштан кінський 6. Акація біла

3. Осика тремтяча 7. Груша лісова

4. Липа серце листа 8. Верба звичайна

ДОДАТОК Ф

Здатність листків деяких трав'янистих рослин поглинати Плюмбум із атмосфери.

1. Кульбаба лікарська

2. Конюшина повзуча

3. Ромашка польова

4. Лобода біла

5. Пижмо звичайне

6. Деревій звичайний

7. Хвощ польовий

8. Тимофіївка лучна

Размещено на Allbest.ru