Курсовая по охране окружающей среды. Экологическое влияние меди на окружающую среду
 Скачать 2.06 Mb.
|
1 2 2.1 Экологическое влияние меди на окружающую среду Мировое производство меди увеличивается с каждым годом. Это означает, что все больше и больше меди попадает в окружающую среду. Реки откладывают загрязненный медью ил на своих берегах из-за сброса сточных вод. Медь может попадать в окружающую среду из природных источников. Примерами являются выдуваемая ветром пыль, разрушение растительности, лесные пожары и рассеивание капель морской воды. Поскольку медь рассеивается как естественными, так и человеческими процессами она очень широко распространена в окружающей среде. Ее часто можно найти возле шахт, промышленных объектов, полигонов и мусороуборочных полигонов. Когда медь попадает в почву, она быстро связывается с органическими веществами и минералами. Медь не разрушается в окружающей среде и, как следствие, может накапливаться (кумулироваться) в растениях. На богатых медью почвах выживает только ограниченное число растений. Таким образом, вблизи металлургических предприятий нет большого разнообразия растений. Из-за воздействия на растения медь представляет серьезную угрозу для производства сельскохозяйственных продуктов [23]. 2.2. Описание территории и почв исследуемой области Кушва, город МО «Кушвинский ГО» Горнозаводского УО, в 167 км на ССЗ от гор. Екатеринбург (авто – 193 км), на В склоне Главного Уральского хребта, в долине р. Кушва (прав. приток р. Тура). В 6–8 км на восток проходит Серовский тракт. Население 35 550 чел [17]. Западная зона, являющаяся переходной от высокогорной части Среднего Урала к более пониженной выделяется вдоль западной границы района и пространственно совпадает с основными интрузиями Платиноносного пояса Урала. Максимальные абсолютные отметки здесь составляют 450-490м, минимальные 180-200м. Форма возвышенностей сглаженная, склоны их задернованы. Лишь на вершинах и редко на склонах отмечаются скалистые денудационные останцы. Пониженные участки обычно заболочены. Восточная зона имеет увалистый характер. Абсолютные отметки увалов редко превышают 250-260м, относительные же составляют 50-60м. Пониженные пространства, как правило заболочены. В целом по району отмечается слабый уклон поверхности на восток. Район не сейсмичен. Полезные ископаемые представлены железными рудами (магнетитами), огнеупорными глинами, строительным сырьем. Климат района континентальный, о чём свидетельствуют годовые и суточные колебания почти всех метеорологических элементов. Сезоны года выражены отчётливо, погода не устойчивая. На формировании климата оказывает влияние барьерное положение Уральского хребта, который задерживает с запада теплые влажные ветры и с востока – холодные сухие. Климат района континентальный с холодной продолжительной малоснежной зимой и коротким дождливым летом. Происхождение почвообразующих пород связано с выветриванием весьма многочисленных и разнообразных горных пород (гранитов, глинистых сланцев, известняков). К числу наиболее распространённых почв по механическому составу (до 80% площади предприятия) относится суглинистые и глинистые почвы. Район Уральского хребта представлен типично – подзолистыми дерново-подзолистыми щебенчатыми почвами на элювии и делювии карбонатных и кислых почв. Встречаются здесь также горно-луговые, подзолистые, щебенчатые почвы, нередко заболоченные. Все выше сказанное обуславливает наличие на территории почв различных генетических типов [15]. Объектом исследования являются дерново-подзолистые почвы Кушвинского района Свердловской области, пробы взяты близ территории металлургического комбината. Характер распределения ионов ТМ, в т.ч. и ионов меди, определяется прежде всего свойствами почвы. Таблица 1. Основные характеристики некоторых свойств почв
Все исследуемые почвы характеризуются тяжелосуглинистым составом. С кислой реакцией среды. По содержанию гумуса почва К-15 относится к низкогумусовой, К-22, К-6, К-27 относятся к среднегумусовым и К-26 – высокогумусовая. Содержание меди в сильно варьируется. (ПДК меди в почвах с учетом фона (кларка) – 3,0 мг/кг). В К-15 меньшее содержание 2.2. Влияние тяжелых металлов на свойства почвы Техногенная медь в ландшафте активно действует на все его компоненты, но наибольшую нагрузку испытывают почвы. Кроме того, они практически лишены способности рассеивания попадающих веществ, поэтому загрязнение почв оказывает долговременное и трудноустранимое действие. Почвы существенно различаются по устойчивости к химическому загрязнению, поэтому изучение адсорбционных свойств почв - важная научная и практическая задача, так как ее решение позволяет оценивать и прогнозировать состояние почвенного покрова, разрабатывать мероприятия по снижению и ликвидации токсико-экологических последствий загрязнения. Адсорбционная способность почв по отношению к ТМ зависит от таких свойств почв, как гранулометрический и минералогический составы, содержание органического вещества и карбонатов, рН. емкость поглощения и т.д., а также от химических свойств самих ТМ. Изучением процессов адсорбции ТМ почвами занимались многие исследователи, но экспериментальные данные по адсорбции ТМ почвами Кушвинского района до настоящего времени отсутствуют, в связи с чем данная работа была направлена на изучение этого аспекта. 2.3. Методика исследования Кинетику сорбции ионов меди почвой из водного раствора Сu изучали в статических условиях методом ограниченного объема. Опыты проводились при температуре 293±1 К. Начальные концентрации ионов меди колебались в диапазоне от 0,01 до 7,87 моль л-1. Время контакта раствора с почвой составляло 30 мин. Остаточную концентрацию ионов меди в фильтрате определяли методом вольтамперометрией. 2.4. Анализ полученных данных Изотерма сорбции является основной характеристикой сорбционной способности любого cорбента, отражающей функциональную связь равновесной концентрации с равновесным количеством сорбированного вещества. Анализ изотерм сорбции позволяет сделать определенные выводы о характере поверхности сорбента, о природе взаимодействия адсорбат – адсорбент и др. На основании полученных экспериментальных данных по сорбции меди исследуемой почвой построена изотерма сорбции (рис. 8). Рисунок 8. Графики адсорбции
Как видно на рисунках, при увеличении равновесной концентрации раствора угол наклона кривой увеличивается. По мере увеличения вносимых концентраций ионов меди константа адсорбционного равновесия (KL) увеличивается только в образце К27, и достигает минимального значения в образце К26, но во всех исследуемых образцах происходит увеличение максимальной адсорбционной емкости (Аmаx) и увеличение количества поглощенных катионов металла. Исследованные нами хемоземы в диапазоне внесенных концентраций от 0,01 до 7,87 моль л-1 имеют значения Аmаx = 11,1 – 31,25 ммоль ∙ кг-1, KL = 8,0 – 16,0 л ммоль-1, Математическое описание процесса сорбции осуществляется изотермическими и кинетическими моделями. Сорбция меди на поверхности исследуемых почв в изученном диапазоне исходных концентраций (0,01–7,87 ммоль л-1) описывается уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха. Для расчета параметров сорбции экспериментальные данные были представлены в виде изотерм в линейной форме. Рисунок 9. Изотермы Ленгмюра  Рисунок 10. Изотермы Фрейндлиха  Были рассчитаны такие параметры сорбции как Аmax, KL, 1/n , R2 , ΔG, (табл. 2). Значения коэффициентов аппроксимации (R2), приведенные в таблице, показывают, что сорбция ионов меди наилучшим образом описывается моделью Фрейндлиха. Это означает, что сорбированные частицы взаимодействуют только с центрами сорбции и не взаимодействуют друг с другом, поэтому на поверхности сорбента образуется мономолекулярный сорбционный слой. 2.5. Параметры уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха для сорбции меди почвами Таблица 2. Параметры уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха.
Модель Фрейндлиха хорошо описывает экспериментальные данные в широком диапазоне концентраций. Данная модель носит эмпирический характер и предполагает, что поглощение ионов происходит на гетерогенной поверхности. Значение параметра  дает представление о том, насколько благоприятны процессы адсорбции. При значении от 0.1 до 0.5 адсорбция является благоприятной, 0.5–1.0 – довольно сложной и при значении >1 адсорбция затруднена. Кроме того, величину можно рассматривать как показатель неоднородности сорбционных центров. Значение приближается к 0 по мере возрастания неоднородности и стремится к 1 при увеличении их однородности. Анализ данных таблицы показывает, что исследуемая почва характеризуется неоднородностью сорбционных центров и адсорбция ионов Cu+2 исследуемой почвой благоприятна. Значения ∆G указывает на хемосорбцию, химическое взаимодействие адсорбата с функциональными группами поверхности сорбента. Полученные значения энергии Гиббса при Т = 293К имеют отрицательный знак (–5,16 кДж/моль), что соответствует устойчивому закреплению ионов меди на поверхности почвенных частиц. Отрицательные значения ΔG свидетельствуют о самопроизвольности протекания процесса сорбции и об эндотермическом характере процесса. ВЫВОДЫ Вносимые человеком изменения сейчас приобрели крупные масштабы, что превратились в угрозу нарушения существующего в природе равновесия и препятствие для дальнейшего развития производительных сил. Опасность неконтролируемого изменения окружающей среды и вследствие этого угроза существованию на Земле живых организмов, в том числе человека, потребовали решительных практических мер по защите и охране природы, правового регулирования использования природных ресурсов. Каждый гражданин обязан принимать участие в охране окружающей природной среды, повышать уровень своих знаний о природе, экологическую культуру, соблюдать требования природоохранительного законодательства и установленные нормативы качества окружающей природной среды. Рассчитанные параметры уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха позволяют количественно оценить поглотительную способность почвы. Полученные данные подтверждают способность почвы поглощать и депонировать практически полностью техногенные выбросы ионов меди за небольшой временной интервал в исследуемом диапазоне концентраций. Список литературы А.С. Степановских. Экология. Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. — 703 с. Безель, В.С. Экотоксикология: учебник для вузов / В.С. Безель, М.С. Панин. – Алматы: Раритет, 2008. – 344 с. Дювиньо, П. Биосфера и место в ней человека / П. Дювиньо, М. Танг. – М. : Прогресс, 1973. – 267 с. Коробкин, В. И. Экология / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. – 576с. Л.М. Яо. Социальная экология. Учебное пособие. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2007. – 280 с. Лозановская, И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова. – Москва. : Высшая школа, 2002. – 334с. Лосюк, Ю.А., Кузьмич, В.В. Нетрадиционные источники энергии. Учебное пособие. Мн.: УП «Технопринт», 2005. —234 с. Маврищев, В.В. Основы экологии: учебник / В.В. Маврищев. – Минск: Высш. шк., 2007. – 447с. Маркин, В. Н. Комплексное использование водных ресурсов и охрана водных объектов : учебное пособие / В. Н. Маркин, Л. Д. Раткович, С. А. Соколова. — Москва : РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2015 — Часть 1 — 2015. — 312 с. Маршинин, А. В. Ресурсоведение : учебное пособие для вузов / А. В. Маршинин. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. — 126 с. Стадницкий Г.В. Экология: учебное пособие для вузов / Г.В. Стадницкий, А.И. Родионов. – СПб: Химия, 1997. – 240 с. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды / Г. Фелленберг. – Москва. : Мир, 1997. – 232с. Химические элементы в биосфере: учебное пособие / Г.А. Воронова, Т.А. Юрмазова; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 94с. Чернова, Н.М. Общая экология: учебник для студентов педагогических вузов / Н.М. Чернова, А.М. Былова. – М. : Дрофа, 2004. – 416с. Электронные ресурсы URL:https://shikardos.ru/text/rekreacionno-resursnij-potencial-kushvinskogo-rajona-5/page-2 (Дата доступа: 15.04.2022) URL:https://wiki.fenix.help/ekologiya/netraditsionnyye-istochniki-energii (Дата доступа: 15.04.2022) Издательство «Квист» [Электронный ресурс] // URL:http://quist.pro/books/sverdlovskaya_oblast_10.k.20.php (Дата доступа: 15.04.2022) Лекционный материал [Электронный ресурс] // URL:https://lms.spbgau.ru/pluginfile.php/213680/mod_resource/content/1/%D0%9B.%D0%9F%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%80%D0%B5%D1%81%D1%83%D1%80%D1%81%D1%8B.pdf (Дата доступа: 15.04.2022) Сайт «Библиофонд» [Электронный ресурс] // URL:https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=514012#text (Дата доступа: 15.04.2022) Сайт «Олбест» [Электронный ресурс] // URL:https://otherreferats.allbest.ru/ecology/00525124_0.html (Дата доступа: 15.04.2022) Сайт «Природа мира» [Электронный ресурс] // URL:http://natworld.info (Дата доступа: 15.04.2022) Сайт «Хелпикс.Орг» [Электронный ресурс] // URL:https://helpiks.org/8-37240.html (Дата доступа: 15.04.2022) Теплая Г.А. - Текст научной статьи – 2013 – с. 182 – 192. [Электронный ресурс] // URL:https://cyberleninka.ru/article/n/tyazhelye-metally-kak-faktor-zagryazneniya-okruzhayuschey-sredy-obzor-literatury/viewer (Дата доступа: 15.04.2022) 1 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
