VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Содержание тяжелых металлов в придорожной зоне автомобильных трасс
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение.
Загрязнению придорожной зоны тяжелыми металлами посвящено много исследовательских работ как в нашей стране, так и за рубежом. В результате изучения ранее выполненных исследований установлено следующее. Активная и повсеместная эксплуатация автомобилей сильно ухудшает экологию, загрязняет воздух, водоёмы, осадки, атмосферу. Такая ситуация может привести к многочисленным проблемам со здоровьем. Получается, что территория возле дороги превращается в зону с аномально большим содержанием вредных веществ.
Среди группы тяжелых металлов, выбрасываемых автомобилями, наиболее значимыми поллютантами являются свинец, цинк, медь, причем чем выше скорость автомобиля, тем большее количество вредных веществ выделяет автомобиль. Соответственно, наибольшему загрязнению будут подвержены придорожные полосы скоростных автомагистралей с интенсивным движением.
До 2003 года для заправки автомобилей использовался этилированный бензин, содержащий тетраэтилсвинец, поэтому в выхлопных газах было очень много «летучего» свинца, который затем оседал в легких и мог вызвать «рак» у человека. Такое топливо в России было запрещеноФедеральным законом от 22 марта 2003 г. N 34-ФЗ"О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в Российской Федерации".
С момента запрета этилированного бензина прошло почти 15 лет.
Поэтому нам было интересно узнать, изменилась ли ситуация на дорогах в настоящее время.
Цель работы: провести оценку уровня загрязнения тяжелыми металлами почв придорожной зоны автомагистралей различного уровня значения.
Задачи: 1) ознакомиться, используя литературные источники, с влиянием тяжелых металлов на окружающую среду;
2) отобрать почвенные образцы в придорожной зоне автомагистралей различного уровня значения;
3)подготовить образцы и провести анализ на содержание тяжелых металлов.
Методы исследований: 1) теоретический – изучение и анализ специальной литературы, обобщение, классификация и сравнение;
2) полевой; 3) лабораторный.
Объект исследований: почва придорожной зоны автомагистралей различного уровня значения.
Предмет исследований: содержание свинца, меди, никеля, цинка, кадмия в почве придорожной зоны.
Место проведения исследований: придорожная зона автомагистралей, отдел аналитических методов исследований ФНЦ «ВИК имени В.Р.Вильямса», испытательная лаборатория ФГБУ ГЦАС «Московский».
Время проведения исследований: июня – ноябрь 2018 года.
2. Литературный обзор.
Изначально тяжёлыми металлами принято было называть элементы с атомной массой выше 50. Однако на сегодняшний день термин тяжелые металлы чаще всего рассматривается не с химической, а с медицинской и природоохранной точек зрения, и, таким образом, при включении в эту категорию учитывается не только химические и физические свойства элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объем использования в хозяйственной деятельности [1].
Наиболее токсичными металлами являются кадмий, ртуть, таллий, свинец, мышьяк - группа самых опасных металлических ядов, превышение допустимых норм которых способно привести к серьёзным психофизиологическим нарушениям и даже к летальному исходу. К тяжелым металлам относят также кобальт, хром, молибден, никель, сурьма, скандий, цинк, барий, марганец, стронций, ванадий, вольфрам. Это, однако не означает, что ни один из этих элементов не должен присутствовать в человеческом организме. Напротив, список тяжёлых металлов насчитывает в нем эти и ещё более 20 элементов, небольшая концентрация которых не только не опасна для жизнедеятельности человека, но и необходима в метаболических процессах, особенно железо, медь, кобальт, молибден и даже цинк [2].
Они широко применяются в различных промышленных производствах. Несмотря на токсичность, современная промышленность создаёт огромное множество полезных продуктов, перерабатывая тяжёлые цветные металлы, список которых включает сплавы меди, цинка, свинца, олова, никеля, титана, циркония, молибдена и др. [1].
Согласно прогнозам, тяжелые металлы могут стать более опасными загрязнителями, чем отходы АЭС.
Опасность тяжелых металлов обусловлена их устойчивостью в окружающей среде, растворимостью в воде, сорбцией (поглощением) почвой, растениями, что в совокупности приводит к накоплению тяжелых металлов в среде обитания человека. В ввиду значительной атомной массы, они плохо транспортируются и накапливаются в тканях человека, вызывая различные заболевания [3].
В организм человека они попадают с продуктами питания и водой, а также через органы дыхания.
Высокая токсичность и опасность тяжелых металлов для здоровья человека, возможность их рассеяния в окружающей среде диктует необходимость контроля и разработки мер защиты от них.
3. Экспериментальная часть.
3.1. Методика исследований.
Исследования проводили с июня по ноябрь 2018 года. Почвенные образцы отбирались в придорожной зоне автомобильных дорог федерального, регионального, межрегионального и местного значения: Ленинградское, Рязанское, Горьковское, Симферопольское, Ярославское, Каширское, Новорижское, Дмитровское, Новокосинское, Рогачевское, Волоколамское, Шереметьевское, Малое московское кольцо А-107 , Большое московское шоссе А-108 и у села Мышецкое Солнечногорского района. Почва отбиралась с глубины 0-10 см в нескольких местах ( на разных километрах) на обочине дорог в Московской, Рязанской, Тверской, Псковской, Владимирской, Ярославской областях. Были также отобраны образцы после лесозащитных полос на расстоянии 20-25 м от дороги, в лесах вдоль дорог на расстоянии 40-50 м и с полей на расстоянии 30-60 м от дороги. Почва высушивалась и просеивалась через сито 1 см. Валовое содержание в ней свинца, меди, никеля, цинка и кадмия определялось согласно «Методическим указаниям по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства» [4] наатомно-абсорбционном спектрометреShimadzuAA-7000. При проведении анализа навеска почвы 10 г заливалась 50 см3 азотной кислоты, разбавленной водой в соотношении 1:1, после чего она кипятилаcь в течении 10 мин. Затем к пробе приливали 10 см 3 концентрированной перекиси водорода и вновь кипятили 10 мин. Суспензия фильтровали через фильтр «синяя лента» в мерные колбы на 100 см 3 . Фильтр с осадком заливали 40 см 3 1М азотной кислотой и кипятили 30 мин. Жидкость после охлаждения фильтровали, а фильтр промывали горячей азотной кислотой в мерные колбы, раствор охлаждался и разбавлялся бидистиллированной водой до 100 см3. В полученном растворе определяли валовое содержание свинца, меди, никеля, цинка, кадмия. Все лабораторные работы проводились под руководством научных сотрудников ФНЦ «ВИК имени В.Р.Вильямса» и Московского агрохимического центра.
3.2. Результаты исследований.
Общую загрязненность почвы характеризует валовое содержание тяжелых металлов.
Согласно ГН 2.1.7.2042-06[5] ОДК валового содержания в мг/кг составляет:
|
Почва |
Свинец |
Медь |
Никель |
Цинк |
Кадмий |
|
песчаные и супесчаные почвы |
32 |
33 |
20 |
55 |
0,5 |
|
рН < 5 |
65 |
66 |
40 |
110 |
1,0 |
|
рН> 5 |
130 |
132 |
80 |
220 |
2,0 |
Ориентировочная допустимая концентрация (ОДК) – государственный временный гигиенический регламент максимального допустимого содержания экзогенного химического вещества в почве, определяемый расчетным путем.
Таблица 1.
Валовое содержание тяжелых металлов в придорожной зоне, мг/кг
|
Трасса |
Свинец |
Медь |
Никель |
Цинк |
Кадмий |
|
Ленинградское ш., 31 км |
10,5 |
20,0 |
19,4 |
77,7 |
0,19 |
|
Ленинградское ш., 48 км |
10,5 |
15,4 |
6,7 |
51,1 |
0,11 |
|
Рязанское ш., 50-55 км |
12,6 |
16,4 |
12,8 |
66,1 |
0,30 |
|
Горьковское ш., 38 км |
26,5 |
57,2 |
11,9 |
73,2 |
0,22 |
|
Симферопольское ш., 50 км |
9,6 |
15,7 |
6,2 |
52,2 |
0,11 |
|
Ярославское ш., 100 км |
9,7 |
9,5 |
13,8 |
32,2 |
0,10 |
|
Каширское ш., 35 км |
10,2 |
10,7 |
7,3 |
46,0 |
0,14 |
|
Каширское ш., 89 км |
17,3 |
21,2 |
14,7 |
76,3 |
0,27 |
|
Новорижское ш., 49 км |
11,0 |
12,4 |
8,5 |
51,2 |
0,37 |
|
Дмитровское ш., 32 км |
12,0 |
29,3 |
18,2 |
167,7 |
0,28 |
|
Дмитровское ш., 41 км |
8,8 |
22,3 |
8,7 |
110,2 |
0,34 |
|
Дмитровское ш., м Тимирязевская |
31,3 |
54,4 |
12,3 |
172,0 |
0,27 |
|
Новокосинское ш., г.Реутов |
18,8 |
26,0 |
9,8 |
73,2 |
0,17 |
|
Рогачевское ш., 10 км |
10,8 |
16,2 |
8,8 |
56,3 |
0,15 |
|
Рогачевское ш., 32 км |
15,5 |
13,0 |
10,1 |
53,8 |
0,13 |
|
Рогачевское ш ., 50 км |
5,2 |
6,0 |
6,0 |
19,7 |
0,30 |
|
Волоколамское ш., 50 км от г.Истра |
9,3 |
11,2 |
6,2 |
41,1 |
0,37 |
|
Шереметьевское ш. |
9,8 |
14,9 |
26,4 |
36,1 |
0,25 |
|
А 107 с Никольское |
8,4 |
15,0 |
9,1 |
47,6 |
0,25 |
|
А-108, с. Хомяково |
10,6 |
10,1 |
14,4 |
31,6 |
0,16 |
|
С.Мышецкое Солнечногорскогор-на |
181,0 |
12,3 |
13,2 |
53,3 |
0,31 |
|
Рязанская обл. |
13,3 |
14,1 |
15,7 |
55,8 |
0,44 |
|
Тверская обл. |
5,8 |
8,7 |
4,6 |
21,6 |
0,13 |
|
Псковская обл. |
8,1 |
14,1 |
6,7 |
80,0 |
0,16 |
|
Владимирская обл. |
36,6 |
12,4 |
7,9 |
43,8 |
0,12 |
|
Ярославская обл. |
8,5 |
3,8 |
3,7 |
14,1 |
0,22 |
Для сравнения с результатами, полученными в наших исследованиях, были использованы показатели содержания тяжелых металлов в песчаных и супесчаных почвах.
В наших исследованиях валовое содержание свинца в почве (таблица 1), отобранной на обочине дорог как в Московской области, так и в других областях не превышало ОДК(32 мг/кг), даже в почвенных образцах, отобранных у АЗС: автомагистраль А – 107, с Хомяково и на Новорижском шоссе в Тверской области. Исключение составила дорога местного значения у села Мышецкое Солнечногорского района. Здесь содержание свинца превысило ОДК почти в 6 раз.
Повышенное содержание свинца (36,6 мг/кг) отмечено также районе г. Александров Владимирской области.
Очевидно, запрещение использования этилированного бензина положительно сказалось на экологическую обстановку вдоль дорог.
Валовое содержание кадмия не превышает в наших исследованиях ОДК во всех изучаемых образцах.
Высокое содержание меди отмечено только на Дмитровском шоссе в районе м. Тимирязевская. На этом участке дороги наблюдается высокое содержание цинка, которое превысило ОДК в 3 раза.
Больше всего автомобильный транспорт в наших исследованиях влияет на содержание цинка в почве. Наиболее загрязненным оказалось Дмитровское шоссе. Его количество превысило ОДК в 2-3 раза. Высокое содержание цинка отмечено также на Ленинградском (31 км), Рязанском, Горьковском, Рогачевском (10 км) шоссе Московской области и на Новорижском шоссе в Псковской области.
Валовое содержание никеля, превышающее ОДК на 6,4 мг/кг, отмечено в почве, отобранной на Шереметьевском шоссе в районе аэропорта Шереметьево.
Высокого содержания тяжелых металлов, превышающее ОДК, не наблюдалось на участках, удаленных от дороги на 60 м как в лесу, так и в поле, за исключением содержания цинка в почве, отобранной в лесу в Тверской области и содержание цинка в почвах, отобранных на Дмитровском, Ленинградском шоссе в Московской области.
4. Выводы.
1. В наших исследованиях содержание тяжелых металлов в придорожной полосе автомагистралей не имеет катастрофического характера.
2. Больше всего автомобильный транспорт в наших исследованиях влияет на содержание цинка в почве.
3. Наиболее загрязненной дорогой по содержанию меди и цинка является Дмитровское шоссе.
5. Источники.
1.Тяжелые металлы [электронный ресурс].-Режим доступа:http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/304388(дата обращения 15.11.2018)
2.Список тяжелых металлов: виды и особенности[Электронный ресурс].-Режим доступа: http://fb.ru/article/300068/spisok-tyajelyih-metallov-vidyi-i-osobennosti(дата обращения 12.11.2018).
3.Тяжелые металлы [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://studopedia.ru/17_104989_tyazhelie-metalli.html(дата обращения 11.11.2018)
4. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М.- 1992.
5. ГН 2.1.7.2042-06. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве[Электронный ресурс].- Режим доступа: http://snipov.net/c_4655_snip_109921.html (дата обращения 25.11.2018).