Крупская Л.Т., Дербенцева А.М. и др. Мониторинг среды обитания

Подождите немного. Документ загружается.

Сульфаты. В воздухе в виде аэрозолей содержится от 0,3 до 10 мкг/м

(80-е

годы). Над океанами в 200–500 км от берега – около 2 мкг/м

. Минимальные

концентрации (0,3 мкг/м

) зафиксированы над восточным побережьем Канады,

Гренландией, севером Швеции. Для Европы средние концентрации – 5–15 мкг/м

. В

растворенном виде в атмосферных осадках в среднем от 1 до 5 мг/л.

Сероводород. В 80-х годах в приземной атмосфере летом в среднем 1–100

мкг/м

Оксид азота (IV). Среднесуточные концентрации в 80-х годах –

0,1–18 мкг/м

. Концентрации над океанами ниже, чем над континентами.

Озон. Среднесуточные концентрации в фоновых районах изменялись в пределах 4–

115 мкг/м

(80-е годы).

Свинец. По данным 80-х годов – в среднем от 0,05 до 136 нг/м

в воздухе. В

Западной Европе – до 100 нг/м

. В горных районах (более 3000 м над уровнем моря)

2–6 нг/м

(Европа), 4,6–21 нг/м

(Северная Америка). В атмосферных осадках – 0,3–

40 мкг/л.

Ртуть. По данным 80-х годов содержание аэрозольной ртути в воздухе над

континентами составляет 0,02–0,5 нг/м

, на юге Норвегии и в Швейцарии – до 1,3–

3,4 нг/м

Концентрация газообразной ртути выше аэрозольной и составляет

2–49 нг/м

, в СССР – 5–15 нг/м

. В атмосферных осадках концентрация ртути – до

0,5 мкг/л.

Кадмий. В воздухе фоновых районов – 0,02–1,6 мг/м

. Максимум – в Западной

Европе, минимум – в районе Южного полюса. В СССР – 0,2–0,3 нг/м

. В атмосферных

осадках – до 1,2 мкг/л.

Мышьяк. В воздухе (80-е годы) – 0,2–3 нг/м

. Минимум – над океанами. В

атмосферных осадках – до 1,6 мкг/л.

3,4-бенз (а)пирен. В воздухе неурбанизированных районов (80-е годы ХХ в.) –

0,1–0,5 нг/м

, над территориями национальных парков США – 0,01–1,9 нг/м

, в СССР

– до 0,8 нг/м

. Над океанами в среднем – 0,01 нг/м

, по мере приближения к портам

концентрация 3,4-без(а)пирена возрастает до 3,5 нг/м

. В атмосферных осадках

сельской местности США в среднем содержится 2 нг/л бенз(а)пирена, что

характерно и для других сельскохозяйственных районов мира.

Пестициды. Содержание ДДТ и ГХЦГ в воздухе над континентами (80-е годы)

составляло 0,5–1 нг/м

. В СССР оно было равно 0,05–1 нг/м

, над океанами – ниже на

2–3 порядка. В атмосферных осадках над континентами содержалось в среднем ДДТ

– 0,002–0,2 мкг/л, ГХЦГ – 0,001–0,1 мкг/л.

Фоновое загрязнение поверхностных вод, почв и растительности выглядит

следующим образом. Содержание загрязняющих веществ, контролируемых в

первую очередь в поверхностных водах, почвах и растительности фоновых

континентальных районов по мировым данным 80-х

годов (по Ф.Я. Ровинскому с

сотрудниками) приведено в табл. 19. Там же дано содержание этих веществ в

атмосфере, не всегда строго совпадающее с соответствующими значениями,

приведенными в предыдущем разделе, – из-за использования материалов различных

публикаций. Однако данные столбцы в табл. 19 полезны для сравнения содержания

отдельных веществ во всех природных средах. Фоновое

загрязнение почв другими

металлами характеризуется следующими величинами (мг/кг): ванадий – 50, кобальт

– 10, марганец – 850, медь – 20, молибден – 2, никель – 40, олово –10, хром – 200,

цинк – 50.

Таблица 19

Содержание загрязняющих веществ в природных средах фоновых континентальных

районов по мировым данным 80-x годов ХХ в. (по Ф.Я. Ровинскому и др.)

Веществ

Возд

ух,

нг/м

Атмос

ферны

осадки

Поверхн

остные

воды

Почва

Раститель

ный

материал

мкг/л

мг/кг (сухого

вещества)

Свинец

0,2–

0,03–

0,3–4 1–70 0,2–50

Кадмий

0,02

–1,5

0,01–

1,5

0,01–

0,9

0,01–2 0,1–1

Мышьяк

0,1–

0,02–

0,05–10 0,1–9,6 0,1–1

Ртуть

0,03

–50

0,01–

0,5

0,01–

0,5

0,001–

0,5

0,001–

0,5

3,4-

бенз(а)пи

рен

0,01

–0,8

0,001

–0,03

0,001–

0,005

0,0001–

0,002

0,002–

0,07

ДДТ

0,01

–2

0,01–

0,2

0,001–

0,1

0,003–

0,1

0,015–

0,2

ГХЦГ

0,00

5–3

0,01–

0,04

0,001–

0,05

0,001–

0,1

0,01–

0,15

ЛИТЕРАТУРА

1. Аналитический обзор загрязнения атмосферы соединениями серы и азота и

оценка их выпадений в фоновых районах восточноевропейских стран – членов СЭВ.

М.: Гидрометеоиздат, 1988.

2. Аналитический обзор загрязнения природной среды тяжелыми металлами в

фоновых районах стран – членов СЭВ (1982–1988 гг.). М.: Гидрометеоиздат, 1989.

3. Аналитический обзор фонового загрязнения природной среды в регионе

восточно-европейских стран – членов

СЭВ (1980–1986 гг.). М.: Гидрометеоиздат,

1988.

4. Аналитический обзор фонового загрязнения природной среды

хлорорганическими соединениями и полициклическими ароматическими

углеводородами на территории некоторых восточноевропейских стран (1982–1989

гг.). М.: Гидрометеоиздат.

5. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. Мониторинг и методы контроля окружающей

среды. М.: Изд-во МНЭПУ, 1998.

6. Бюллетень фонового загрязнения окружающей природной среды в регионе

восточно-европейских стран – членов СЭВ. М.: Гидрометеоиздат. Вып. 5, 1987.

Вып. 6Д, 1988. Вып. 7/2, 1989. Вып. 8/3, 1990. Вып. 9/4, 1992.

7. Кислотные выпадения: Долговременные тенденции /Под ред. Ф.Я.

Ровинского. Л.: Гидрометеоиздат.

8. Израэль

Ю.А., Назаров И.М., Пресман А.Я. и др. Кислотные дожди. Л.:

Гидрометеоиздат, 1989.

9. Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной

среды. Труды Международного симпозиума. Л.: Гидрометеоиздат, 1980.

10. Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной

среды. Труды II Международного симпозиума. Л.: Гидрометеоиздат, 1982.

11. Методы определения приоритетных загрязняющих веществ на фоновом

уровне для объектов

окружающей среды / Под ред. Ф.Я. Ровинского. М.:

Гидрометеоиздат, 1982.

12. Мониторинг трансграничного переноса загрязняющих воздух веществ / Под

ред. Ю.А. Израэля. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

13. Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Л.: Гидрометеоиздат.

Вып. 3, 1986. Вып. 4, 1987. Вып. 5, 1989. Вып. 6, 1990. Вып. 7, 1991.

14. «О состоянии окружающей природной среды в Российской Федерации в

1993, 1994, 1995, 1996, 1997 гг.». Государственные доклады. М., 1994, 1995, 1996,

1997, 1998.

15. Обзор

фонового состояния окружающей среды СССР за 1990, 1991 гг. М.:

Гидрометеоиздат, 1992.

16. Обзор фонового состояния окружающей среды СССР за 1992 г. М.:

Гидрометеоиздат, 1993.

17. Ровинский Ф.Я., Егоров В.И. Озон, окислы азота и серы в нижней

атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

18. Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг

полициклических ароматических углеводородов

. Л.: Гидрометеоиздат, 1988.

19. Унифицированные методы мониторинга фонового загрязнения природной

среды /Под ред. Ф.Я. Ровинского. М.: Гидрометеоиздат, 1986.

20. Ровинский Ф.Я., Воронова Л..Д., Афанасьев М.И. и др. Фоновый

мониторинг загрязнения экосистем суши хлорорганическими соединениями. Л.:

Гидрометеоиздат, 1990.

21. Временные методические указания по проведению расчетов фоновых

концентраций химических веществ в воде

водотоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. –

51 с.

Контрольные задания

Контрольная работа

Содержание контрольной работы

Задание 1

Дайте предложения по организации фонового мониторинга некоторого района РФ.

Для этого выберите край, область, республику РФ (желательно в какой-то мере Вам

знакомую); охарактеризуйте географическое положение, климат, население и

хозяйство этого региона; на основе этого обзора предложите места расположения

одной базовой станции

и двух–трех региональных станций фонового мониторинга,

места мониторинга водных объектов, отбора снега и почвы. Что бы Вы могли

рекомендовать руководству региона для улучшения экологической обстановки?

Примечания: а) не следует брать в качестве обсуждаемого объекта Московскую

область и очень большие регионы, например, Красноярский край;

б) для составления характеристики региона, избранного

Вами, используйте

наиболее доступные Вам источники: энциклопедии, школьные или вузовские

учебники географии.

Задание 2

Составьте глобальный цикл переноса в окружающей среде одного из следующих

загрязнителей: свинца, мышьяка, цинка или меди. Используя цифровые и табличные

данные настоящего пособия, приводимые ниже дополнительные данные и любые

другие доступные Вам источники, рассчитайте потоки загрязнителя между

всеми

частями окружающей среды, баланс для каждой из них, обсудите возможную неувязку

баланса, предположительное концентрирование загрязнителя в одной из частей

окружающей среды.

Примечание. При расчете потоков укажите, откуда взяты исходные данные (номер

страницы, таблицы и т.п.). Обратите внимание на размерности используемых

величин и их перевод.

Дополнительные данные к расчету

глобального цикла переноса загрязнителя

Площадь Мирового океана – 361,3 млн км

(70,5% поверхности Земли), в том числе

площадь Тихого океана – 178,7 млн км

Объем Мирового океана – 1336 млн км

, в том числе Тихого океана – 707 млн км

Обьем атмосферных осадков, выпадающих на Мировой океан, –

350·10

млн т/год, на сушу – 99·10

млн т/год.

Объем материкового стока в Мировой океан – 36–10

млн т/год, в том числе в

Тихий океан – 15·10

млн т/год.

Осадконакопление в Мировом океане:

средняя скорость накопления осадков – 1–10 мм/1000 лет

средняя плотность осадков – 2,7 г/см

(т/м

)

Среднее содержание некоторых элементов в морских осадках:

свинец – 0,017%;

мышьяк – 0,001%;

цинк – 0,02%;

медь – 0,03%, по данным другого источника – 5; 8; 50; 130 г/т соответственно.

Пример расчета глобального цикла переноса загрязнителя

Глобальный цикл переноса загрязнителя можно изобразить в виде следующей

схемы:

суша

дно

с о

Здесь

–

масса за-

грязнителя в среде «

».

Обозначения сред

понятны из схемы.

–

масса загрязнителя, пе-

реносимая из среды

в среду

Из величин

переноса можно вычис-

лить изменение массы

загрязнителя в среде «

–

а о

о д

а с

с а

о а

атмосфера

океан

Δm

= Δm

= m

xy,

Δm

= (m

+ m

) – (m

+ m

Δm

= m

– (m

+ m

) и

Δm

= (m

+ m

) – (m

+ m

oд

Рассчитываем глобальный цикл переноса кобальта.

1. Сбор исходных данных (в основном из таблиц настоящего пособия):

а) поступления в атмосферу (тыс. т/год):

от вулканов – 5 или 0,1;

морская соль – 0,15 или 0,2;

континентальная пыль – 124 или 7;

антропогенные – 0,4 или 2,9.

Итого – m

= 0,15 или 0,2, m

= 129,4 или 10;

б) поступление из атмосферы на сушу:

в регионе Верхней Волги – 0,03 кг/км

год;

в) поступления из атмосферы в океан:

Атлантика – 0,03 кг/км

год;

Тихий океан –1–10 тыс.т/год;

г) поступления с суши в океан:

сток с территории США – 0,52 тыс. т/год в 58635 м

/с;

сток в Тихий океан – 4,25 тыс. т/год;

д) поступления из океана на дно:

концентрация Со в осадках – 0,015% или 3 г/т (разные источники).

2. Расчет переноса из одной среды в другую (m

а) m

= 0,63·151,2·10

= 95,2·10

кг/год = 95,2 тыс. т/год;

б) m

= 0,03·361,3·10

=10,8·10

кг/год = 10,8 тыс. т/год;

= (10·361,3)/178,7 = 20,2 тыс.т/год;

в) m

= (0,52·36·10

·10

)(58635·3600·24·365) = 10,1 тыс. т/год;

= (4,25·36):15 = 10,2 тыс.т/год;

г) перенос океан–дно:

осадка

= (1·10

–3

·10

–3

·361,3·10

)/1000=361,3·10

–3

км

/год =

=361,3·10

/год·2,7 т/м

= 975,5·10

тыс. т/год;

од

= (975,5·10

·10

·3)/1=2926·10

г/год=2,93 тыс. т/год;

од

= (975,5·10

·0,015)/100= 146,3 тыс. т/год.

3. Расчет изменения массы Со в отдельных средах и общего баланса:

а) Δm

= (129,4 + 0,615) – (95,2 + 10,8)= 23,55 тыс.т/год

или Δm

= (129,4 + 0,15) – (95,2 +20,2) = 14,15 тыс. т/год;

б) Δm

= 95,2 – (129,4 + 10,1) = – 44,3 тыс.т/год;

в) Δm

= (10,8 + 10,1) – (0,15 + 146,3) = – 125,55 тыс. т/год;

Δm

= (20,2 + 10,1) – (0,15 + 146,3) = – 116,15 тыс. т/год;

Δm

= (10,8 + 10,1) – (0,15 + 2,93) = 17,82 тыс.т/год.

В пунктах «а» и «в» подчеркнутые значения являются более вероятными, принимая

во внимание исходные данные, заложенные в разные варианты расчета. Исходя из

этого, общая неувязка баланса будет равна:

,,,,m

93282173445523 −=+−=Δ

∑

тыс. т/год.

Это скорее всего связано со сложностью учета потока океан–дно.

Сводка по фоновому загрязнению окружающей среды некоторым загрязнителем

По окончании курса на основе настоящего пособия студенты пишут обзор

загрязнения окружающей среды на фоновом уровне одним из следующих

загрязнителей: диоксид серы, сульфаты, свинец, кадмий, мышьяк, ртуть, ГХЦГ,

ДДТ. В

обзоре (реферате) должны быть освещены следующие вопросы: источники

данного загрязнителя, их мощности и сравнение; методы анализа; глобальное и

региональное загрязнение различных сред, сравнение по континентам, океанам,

государствам и регионам, особенно СССР – РФ; сезонные и другие колебания

уровней фоновых загрязнений данным загрязнителем.

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Задача № 2-1.

В семи пробах

донного ила (каждая проба – 100 г) обнаружили соответственно

0,0227; 0,0237; 0,0221; 0,0232; 0,0230; 0,0265 и 0,0255 г U

. Проведите

математическую обработку этих результатов. Найдите доверительный интервал с

надежностью 95%. Примените правило

для нахождения грубых ошибок. Если

такие результаты есть, отбросьте их и найдите новый доверительный интервал.

Решение:

По уравнению (2.1) находим

00238, затем по (2.2) вычисляем Δx

для каждого x

и получаем следующий ряд значений

Δx

: −0,0011, −0,0001, −0,0017, −0,0006,

−0,0008, 0,0027 и 0,0017, из которого по (2.3) находим

σ=

⋅

−

1529 10

00016

и из (2.5) σ=0 0016, : 7 0 0006= , .

По (2.4) и (2.6)

= 007, , a δ

= 003,.

В приложении 11.3 находим

при 7 измерениях с надежностью 0,95 и составляем

доверительный интервал согласно (2.7):

0,0238 2,365 0,0006 0,0238 0,0014.±⋅ = ±

Среди значений

Δx

нет величин, превышающих

3 0 0048

Задача № 2-2.

При разработке фотоколориметрического определения бора в природных водах

получили следующие результаты:

C, мкг/мл 2,0 3,0 5,0 7,0 8,0

Оптическ

ая

плотност

ь D

0,058

0,089

0,014

0,185

0,220

При определении фона на холостых пробах оптические плотности (D

) оказались

равными: 0,007; 0,005; 0,004; 0,008 и 0,003. Найдите чувствительность и предел

обнаружения данного метода.

В природных водах содержание бора обычно составляет0,1–0,01 мг/л. Можно ли

его определять данным методом?

Решение:

По данным задачи строим градуировочный график, из которого согласно (2.10)

вычисляем чувствительность Н:

== =

0082

0027

åä.î ï ò. ï ë.

ìêã/ìë

Затем так же, как в предыдущей задаче, по (2.1) и (2.3) находим D

= 0005, и

= 0 002, .

По (2.11) определяем предел обнаружения

0006

0027

022

мкг/л

или по (2.12) определяем

min

,,,=+=0005 0006 0011ед.опт.пл.

и по градуировочному графику находим

≈ 02,

мкг/л

Согласно условиям задачи концентрации бора лежат в интервале

001 01,,÷ мг/л =÷001 01,,мкг/мл.

Сравнивая эти величины с пределом обнаружения, видим, что нижний уровень

концентрации в 20 раз, а верхний – в 2 раза меньше предела обнаружения,

следовательно, для достижения предела обнаружения эти растворы необходимо

сконцентрировать в 20 и 2 раза соответственно, а для надежного определения

коэффициенты концентрирования желательно увеличить в 2–4 раза, например, при

концентрировании в 60 и 6 раз соответственно бор будет надежно определяться как

в наиболее бедных, так и в наиболее богатых им растворах.

Задача № 2-3.

Атмосферные осадки в районе Верхней Волги содержат в среднем 10 мкг меди/л.

Подберите метод (методы) анализа для исследования осадков в этом регионе на

содержание меди. Есть ли необходимость в

предварительном концентрировании?

Какие объемы осадков необходимы для анализов?

Решение:

Согласно условиям задачи средняя концентрация меди

10 мкг/л

==⋅

−−

10 16 10

%, моль/л.

Сравнивая эту концентрацию с пределами обнаружения различных методов

анализа (приложение 11.1), видим:

1. Метод титрования можно применить после концентрирования раствора в 2–3

раза (с некоторым запасом).

2. Спектрофотометрия в видимой области имеет достаточный предел

обнаружения, но если концентрации будут ниже средней, потребуется

концентрирование в несколько раз.

3. Без предварительного концентрирования можно

проводить определения

методами пламенной эмиссионной спектроскопии и атомно-абсорбционной

спектроскопии. Точность этих методов одинакова, поэтому предпочтение одному из

них может быть отдано в зависимости от возможностей лаборатории.

Задача № 2-4.

Содержание кадмия в поверхностных водах фоновых континентальных районов

составляет 0,01÷0,9 мкг/л. Обсудите применение ААС с пламенной атомизацией

(предел обнаружения 0,05 мкг

/мл) для определения кадмия в поверхностных водах

при проведении фонового мониторинга.

Решение:

Согласно условиям задачи интервал концентраций кадмия

001 09,,÷

мкг/л

=÷001 09,,

нг/мл, а предел обнаружения ААС 0,05 мкг/мл = 50 нг/мл, что

меньше как верхнего, так и нижнего значения интервала концентраций, поэтому во

всех случаях необходимо предварительное концентрирование.

0,01 в 5000 раз меньше, чем 50, следовательно, минимальный коэффициент

концентрирования на нижнем пределе концентраций – 5000, а для надежного

определения – 10-20 тысяч. На верхнем пределе концентраций достаточно

концентрирование

в 100–200 раз.

Концентрирование лучше всего провести методом экстракции.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Задача № 2-5.

Для определения Мо (VI) фотоколориметрическим методом получили следующие

данные:

Мо (VI),

мкг

5 10 15 20 25

Оптическ

ая

плотност

ь D

0,082

0,118

0,186

0,240

0,299

При определении фона на холостых пробах оптические плотности

()

оказались

равными: 0,018; 0,020; 0,023; 0,019 и 0,024. Найдите чувствительность и предел

обнаружения данного метода.

Содержание Мо в речных водах составляет 0,8 мкг/л. Можно ли использовать

данный метод для анализа этих вод?

Задача № 2-6.

Для определения свинца методом ААС при калибровке спектрометра получили

следующие данные:

Свинец, мкг/л 10 30 50 60 75

Интенсивность

сигнала,

делений шкалы

Значения фона составили: 15, 19, 16, 18 и 17.

Найдите чувствительность и предел обнаружения метода.

Концентрация свинца в стоках свинцового завода – 0,06

9,7 мг/л. Какие объемы этих

вод необходимы для анализа?

Задача № 2-7.

Для построения калибровочного графика при определении кремния были

получены следующие данные:

Кремний,

мкмоль/л

50 70 100 150 200

Оптическая

плотность D

0,24 0,32 0,50 0,76 1,03

Значения фона составили: 0,017; 0,020; 0,019; 0,017 и 0,016. Найдите

чувствительность и предел обнаружения метода.

Какие объемы воды надо брать на анализ, если концентрации кремния лежат

области 1

÷ 75 мг/л?

Задача № 2-8.

Для определения кислорода в пресных водах при градуировке оксиметра

получили следующие данные:

Кислород,

мл/л

1 2 2,9 4,5 4,8

Сила тока,

мкА

25 36 48 63 68

Значения фона составили: 12, 17, 14, 16 и 13 мкА.

Найдите чувствительность и предел обнаружения метода. Содержание

растворенного кислорода в водных объектах для рыбохозяйственных целей не

может быть ниже 4 мг/л. Какой объем такой воды следует брать для анализа?

Задача № 2-9.

Для построения калибровочного графика при определении олова были получены

следующие данные:

Олово,

мкг/л

200 300 400 500 600

Оптическ

ая

плотност

ь D

0,019 0,028 0,035 0,043 0,052

Значения фона составили: 0,004; 0,003; 0,005; 0,004 и 0,002. Найдите

чувствительность и предел обнаружения метода. ПДК олова для сточных вод – 2

мг/л. Какие объемы таких вод следует отбирать для анализа?

Задача № 2-10.

Для определения кислорода в пресных водах при градуировке оксиметра

получили следующие данные:

Кислород,

мл/л

1 2 2,9 4,5 4,8

Сила

тока,

мкА

25 36 48 63 68

Значения фона составили: 12, 17, 14, 16 и 13 мкА.

Найдите чувствительность и предел обнаружения метода.

Содержание растворенного кислорода в водных объектах для водоснабжения не

должно быть менее 5 мг/л.

Какой объем такой воды следует брать для анализа?

Задача № 2-11.

Для определения свинца методом ААС при калибровке спектрометра получили

следующие данные:

Свинец, мкг

/л 10 30 50 60 75

Интенсивность

сигнала, делений

шкалы

21 33 42 56 63

Значения фона составили: 15, 17, 13, 15 и 14 делений шкалы. Найдите

чувствительность и предел обнаружения метода. ПДК свинца в питьевой воде – 0,1

мг/л. Какой объем такой воды необходим для анализа?