Тюменский государственный архитектурно-строительный университет (г. Тюмень)

Эта статья опубликована сборнике научных трудов "Фундаментальные науки и практика" с материалами Третьей Международной Телеконференции "Проблемы и перспективы современной медицины, биологии и экологии" - Том 1 - №4. - Томск - 2010.

 

Актуальность. Исследование химического состава снежного покрова является обязательной частью изучения процессов загрязнения окружающей среды. Именно качество снежного покрова ярко демонстрирует влияние различных источников загрязнения атмосферного воздуха на поверхности земли.
Анализ качества снежного покрова позволяет проследить пространственное распределение загрязняющих веществ по территории и получить достоверную картину зон влияния конкретных промышленных предприятий и других объектов на состояние окружающей среды [1].
Снег, выпадающий в городе, аккумулирует значительное количество загрязнений, в том числе компонентов промышленного происхождения. В связи с этим талая вода является существенным источникам загрязнения почвы, а так же подземных вод взвешенными веществами, нефтепродуктами, трудно окисляемыми органическими веществами [2].
Выхлопы автомобилей, работа теплоэлектростанций и промышленных предприятий привели к тому, что в большом городе натуральный снег уже не выпадает [3].

 

Цель работы: провести физико-химический анализ атмосферных осадков в холодный период года на территории мясокомбината, расположенного на юге Тюменской области.

 

Материалы и методы исследования. Объектом исследования в данной работе являются атмосферные осадки за зимний период 2009-2010гг на территории мясокомбината.

 

Климат в зоне расположения района мясокомбината характеризуется как резкоконтинентальный. В течение года имеют место значительные колебания температур. Зима, как правило, холодная, но могут быть перепады в течение суток до 30 градусов С. Лето – тёплое, периодами очень жаркое, но в начале июня бывают резкие похолодания, порой до заморозков, весна короткая. Осень чаще дождливая, однако, выпадают годы, когда она теплая и сухая. Годовое количество осадков в пределах 360 мм. Устойчивый снежный покров образуется, как правило, в середине ноября и достигает максимальной высоты в конце февраля - начале марта. Снежный покров сохраняется на протяжении пяти и более месяцев. Основное направление ветров – западные и юго-западные. Период положительных температур составляет от 115 до 130 дней.
Рельеф местности в основном равнинный. Равнина нарушается небольшими понижениями в сторону озёр и болот. Имеются небольшие возвышенности и гривы шириной 500–800 метров, ориентированные, в основном, в северо-восточном и северном направлениях.

 

Предприятие представляет собой мясоперерабатывающий комбинат со следующими основными функциями:
•    прием скота (крупный рогатый скот и свиньи);
•    предубойное содержание, убой и переработка туш с выпуском охлажденного мяса и субпродуктов;
•    производство и реализация колбасных изделий и копченостей;
•    производство соленых шкур;
•    переработка мясокостных отходов с выработкой костной муки.

 

По особенностям технологических процессов, характеру выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и режиму эксплуатации на предприятии выделяются следующие группы источников выбросов загрязняющих веществ:
•    организованные: опалочная печь, опалочная паяльная лампа, вакуум-выпарные котлы, коптильные камеры, холодильное оборудование, котельная и деревообработка;
•    неорганизованные: базы предубойного содержания скота, аммиачное хозяйство, мазутный резервуар, электросварка и металлообработка;
•    неорганизованные передвижные: автотранспорт и дизельная спецтехника.
Все эти объекты являются источниками выделения в атмосферу загрязняющих веществ, оказывающих влияние на фоновое содержание загрязняющих веществ  атмосферы района их эксплуатации.
Помимо выбросов предприятия на физико-химический состав снега могут также оказывать влияние следующие объекты:
•    участок железной дороги;
•    хлебокомбинат;
•    автотранспорт жителей города.
Анализ преимущественного направления ветра на данной территории в зимний период показал, что на физико-химический состав осадков участок железной дороги и автотранспорт жителей города влияния оказывать не будут. Хлебокомбинат также влияния не оказывает, т.к. на период зима 2009-2010 г. предприятие не работало.

 

Для проведения физико-химического анализа талой воды исползовалось следующее оборудование
•    Ионометр АНИОН- 7010 – для определения рН раствора;
•    Электронные весы серии HR-200 – для определения сухого остатка, подготовки навесок;
•    Шкаф сушильный ШС-80-01 СПУ – для подготовки химической посуды, стерилизации питательных сред;
•    Комплекс аналитический вольтамперометрический СТА - для определения количественного содержания ионов металлов»;
•    Автоматизированный комплекс пробоподготовки "ТЕМОС-ЭКСПРЕСС" ТЭ-1;
•    Ареометр – для определения плотности талой воды.

 

Результаты исследования.
Всего на комбинате было выделено 30 источников выброса загрязняющих веществ: организованных – 22, неорганизованных – 6 и неорганизованных передвижных – 2.
Общее годовое количество выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ составляет 21,5905 т/год, из них твердых – 1,2376 т/год и жидких/газообразных – 20,3529 т/год.
При эксплуатации технологического основного и вспомогательного оборудования в атмосферу выделяются загрязняющие вещества 32-х видов наименований: аммиак, ацетон, бенз(а)пирен, бензин, валериановая кислота, керосин, марганец, масло минеральное, метан, метилмеркаптан, оксид азота, оксид железа, оксид углерода, пропионовый альдегид (пропаналь), пентанол, пыль абразивная, пыль древесная, пыль костной муки, пыль металлическая, пыль меховая, сажа, сероводород, эмульсон, этилмерканат, углеводороды С12-С19 и фенол.
Расчет категории опасности предприятия показал, что данный комбинат относится ко второй категории опасности.
Для мясокомбината, как для мясокоптильного предприятия, по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 [4] нормативная санитарно-защитная зона (СЗЗ) определена размером в 500 м. Нормативные границы СЗЗ автоматически наносились на все карты-распечатки рассеивания загрязняющих веществ в виде концентрических фигур.
Расчётная граница СЗЗ определялась по наибольшему рассеиванию пыли костной муки и составила 375 метров, что меньше размеров нормативной СЗЗ. Однако в пределах расчетной СЗЗ располагаются жилые дома. Поэтому первые шесть проб снега были взяты по внутреннему периметру предприятия, седьмая проба - рядом с жилым многоквартирным домом, восьмая проба взята на территории автомобильной стоянки транспорта для сотрудников мясокомбината.
Пробы снега отбирались 1 марта 2010 года.
Пробы отбирались при помощи трубы с заглушкой из полиэтиленового материала диаметром 100 мм. Отбор производился по краю обочины дороги на всю глубину снежного покрова. Исследование проводилось на базе научно-исследовательской лаборатории кафедры «Общей и специальной химии» ТюмГАСУ. Места отбора проб отображены на рисунке 1.

 

После того как пробы снега были растоплены, при комнатной температуре, сделаны следующие наблюдения:
•    Проба снега №1 (талая вода) имеет очень слабый землистый запах, наблюдаются небольшое количество взвешенных веществ. Масса взвешенных веществ составила 127 мг/л;
•    Проба снега №2 (талая вода) имеет заметный запах, взвешенные вещества практически не наблюдаются, имеется мусор естественного происхождения. Масса взвешенных веществ составила  143 мг/л;
•    Проба снега №3 (талая вода) имеет слабый землистый запах, наблюдается небольшое количество осадка, а так же мусор естественного происхождения. Масса взвешенных веществ составила  48 мг/л;
•    Проба снега №4 (талая вода) имеет очень слабый землистый запах, малое количество осадка. Масса взвешенных веществ составила  214 мг/л;
•    Проба снега №5 (талая вода) имеет слабый землистый запах, малое количество осадка, имеется мусор естественного происхождения. Масса взвешенных веществ составила  415 мг/л;
•    Проба снега №6 (талая вода) имеет очень слабый землистый запах, небольшое количество осадка. Масса взвешенных веществ составила  338 мг/л;
•    Проба снега №7 (талая вода) имеет слабый землистый запах, наблюдаются плавающие на поверхности малые по площади маслянистые пятна, имеется осадок, так же мусор естественного происхождения. Масса взвешенных веществ составила  231мг/л;
•    Проба снега №8 (талая вода) имеет заметный землистый запах, наблюдаются плавающие на поверхности малые по площади маслянистые пятна, имеется осадок. Масса взвешенных веществ составила  182 мг/л.
Вода в атмосферных осадках представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода, вступают в реакцию с атмосферной влагой. При этом образуется угольная кислота.
Поэтому значение рН атмосферных осадков составляет 5,6 – 5,65. Кислотными называются атмосферные осадки с рН менее 5,65. Значение рН, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота. В результате анализа было выявлено, что исследуемая талая вода не относится к категории кислотных осадков, так как имеет рН от 7,19 до 5,62.

 

 

Наиболее низкие значения рН были отмечены в пробах №6 и №4, что мы связываем с преобладающим направлением ветров в зимний период. В пробе №8 зафиксированы самые низкие значения по изучаемому показателю - рН составила 5,62. Т.к. восьмая проба отбиралась в месте автомобильной стоянки, наблюдаемые значения объясняются выбросами при работе двигателей внутреннего сгорания автомобилей.
Качественный анализ талого снега выявил хлорид- и сульфат- анионы в пробах № 5, № 6, № 7. Присутствие в малых количествах, либо не обнаружились хлорид- и сульфат- анионы в пробах № 1, № 2, № 3, № 4, № 8.
Измерение плотности талой воды показало, что для всех проб данный показатель меньше 1 кг/дм3. Одной из возможных причин является высокое содержание керосина в выбросах мясокомбината - 0,1371 т/год.
Среди специфических загрязняющих веществ в воздушном бассейне городов важное место занимают металлы, большинство которых относится к первому и второму классам опасности. На исследуемой территории металлы содержатся в автотранспортных выбросах (парковка для сотрудников, транспорт внутри предприятия) и выбросах с мясокомбината.
Исследование на ионы железа показало, что наибольшая концентрация ионов железа 0,289 мг/л определяются в пробе № 8, а наименьшая 0,0198 мг/л в пробе № 2 (таблица 1). Количественный анализ на ионы тяжелых металлов выявил наибольшие концентрации ионов цинка - 4,2 мг/л, свинца - 0,0081 мг/л, меди - 0,4 мг/л в пробе № 4, ионов кадмия - 0,0073 мг/л в пробе № 3. Наименьшие концентрации были зафиксированы в пробах № 5 для ионов цинка (0,0059 мг/л), №6 для ионов кадмия (0,00032 мг/л) и меди (0,011 мг/л), №7 для ионов свинца (0,00045 мг/л).
Величина перманганатной окисляемости помогает оценить количество содержащихся органических веществ в воде. В результате исследования было установлено что, наибольшее количество окисляемых соединений содержится в пробах № 8 – 10,24 мгО2/л и № 4 – 9,28 мгО2/л, наименьшее в пробах № 2 – 3,52 мгО2/л и № 5 – 4,48 мгО2/л.
Химический анализ талой воды на фенол соотносится с результатами полученными по перманганатной окисляемости. Наибольшее содержание фенола - 0,031 мг/л и 0,025 мг/л определяется в пробах № 8 и № 4 соответственно, а наименьшее в пробах № 2 – 0,007 мг/л и № 5 – 0,009 мг/л.
Микробиологическим исследованием было установлено, что максимальное количество бактерии определяется в пробе № 4 – 22 кое/мл, № 7 – 21 кое/мл и № 8 – 27 кое/мл, а минимальное в пробе № 2 - 1 кое/мл. Высокие значения изучаемого показателя в пробе № 8 и № 7 обусловлено тем, что пробы отбирались в селитебной зоне, где имеется несанкционированный выгул домашних животных.
Анализ проб талого снега на окисляемость, КОЕ, концентрацию фенола и ионы железа показал, что при увеличении концентрации фенола, железа и КОЕ значение окисляемости возрастает, а при уменьшении концентрации фенола и КОЕ - уменьшается.

Таблица 1 - Показатели количественного определения талого снега

Показатель	Проба № 1	Проба № 2	Проба № 3	Проба № 4	Проба № 5	Проба № 6	Проба № 7	Проба № 8
Железо, мг/л	0,073	0,0198	0,08	0,163	0,036	0,09	0,054	0,289
Фенол, мг/л	0,013	0,007	0,013	0,025	0,009	0,019	0,015	0,031
Свинец, мг/л	0,0021	0,0061	0,008	0,0081	0,0019	0,0012	0,0005	0,0036
Медь, мг/л	0,013	0,026	0,21	0,4	0,011	0,011	0,016	0,026
Кадмий, мг/л	0,0034	0,0036	0,0073	0,056	0,0008	0,0009	0,0056	0,0018
Цинк, мг/л	0,005	0,047	0,04	4,2	0,0059	0,041	0,096	0,032
Окисляемость мгО2/л	5,44	3,52	5,12	9,28	4,48	6,4	4,8	10,24
Микробиологический посев, КОЕ/мл	9	1	7	22	13	15	21	27

 

Так, в пробе № 2 при концентрации фенола 0,007 мг/л и количестве бактерий 1 кое/мл величина окисляемости составляет 3,52 мгО2/л, а в пробе № 8 при концентрации фенола 0,031 мг/л и количестве бактерий 27 кое/мл величина окисляемости - 10,24 мгО2/л.
Не смотря на то, что концентрация некоторых веществ в снеге сравнительно невелика, при поступлении их в почву длительный период суммарная величина этих веществ составит существенную величину.
Заключение.
Т.к. нормативных документов, регламентирующих ПДК в снеге нет, анализ полученных результатов проводился исходя из того, что талые воды с территории мясокомбината стекают в реку, на берегу которой располагается предприятие. Тогда превышение ПДК согласно СанПиН 2.1.5.980-00 [5]отмечаются по следующим показателям:
•    Окисляемость по всем пробам;
•    Фенол по всем пробам кроме № 5 и № 2;
•    Железо и рН в пробе № 8;
•    Взвешенные вещества во всех пробах.

Литература.
1. ОАО "Кольский геологический информационно-лабораторный центр": сайт. Международный проект КРЕП. Снежный покров бассейна реки Кола 1999. [Электронный ресурс] URL:http://www.kgilc.ru/frame.html?/pages/krep/krep_snow.html?menu=6&sub=2 (дата обращения: 23.02.10)
2. Лосев К.С., Горшков В.Г., Кондратьев К.Я. и др. Проблемы экологии России - М.: Полит. изд.,2003. - 256с.
3. ОАО «Телекомпания НТВ». [Электронный ресурс] Правдина К. П. Природный снег уступил место химическому. Сайт. URL: http://betta.ntv.ru/news/147133 (дата обращения: 05.03.10)
4. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов».
5. СанПиН 2.1.5.980-00 «Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод».