Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Устойчивое социально-экономическое развитие любого государства — это единственно возможный путь обеспечения его устойчивого будущего. Научно-технический прогресс и рост народонаселения за последние 50 лет резко обострили взаимоотношения между человеком и природой, а потребительские отношения в течение длительного периода времени привели к резкому ухудшению качества всех составляющих окружающей природной среды.

Современное общество, стремясь достичь высокого уровня развития экономики, зачастую не принимает во внимание возможности природы. Вместе с тем, наличие глобальных экологических проблем, требует при принятии хозяйственно-экономических решений, в первую очередь, эколого-экономического преобразования всех отраслей промышленности, тщательного контроля и анализа факторов негативного влияния их воздействия на отдельные компоненты природной среды.

Резкое увеличение скорости урбанизационных процессов на планете Земля связано не только с внедрением достижений науки и техники в условиях гармонизации жизнедеятельности человека и окружающей его природной среды, но и требует проведения эффективных мероприятий по экологическому оздоровлению природных комплексов. Такие экотопы, как почвы и климат, являются для таких решений приоритетными, поскольку здоровые и плодородные почвы определяют национальное достояние государства. На рисунке 1 представлен общий вид урбаноземов.

Почва

Рисунок 1 – Городская среда


К сожалению, процессы урбанизации привели к тому, что естественные ненарушенные почвы городов остались лишь в виде островков в прилегающих лесах и лесопарках. Основная же часть территорий представляет специфические образования — урбаноземы, которые отличаются от естественных почв как структурой и свойствами, так и выполняемыми функциями. К наиболее серьезным причинам прессинга грунтов следует отнести переуплотнение, засоление, неблагоприятный водно-воздушный режим и отравление почвенных микроорганизмов и растительности, которое возникает при концентрировании в верхнем горизонте почв антропогенных загрязнителей. Являясь естественным фильтром загрязнений, поступающих на поверхность почвы с атмосферными и с другими источниками, урбаноземы не поддерживают условия, необходимые для сохранения здоровья человека и состояние окружающей среды. В отличие от живых почв на таких участках резко уменьшается поглощения и утилизация углерода оксида и серы диоксида [1].

1. Актуальность темы

Актуальность рассматриваемой экологической проблемы с точки зрения Концепции устойчивого развития общества объясняется тем, что в настоящее время на 1 человека в мире приходится 0,3  га пахотных земель, что недостаточно для обеспечения его жизнедеятельности. Поэтому почва, как возобновляемый природный ресурс, не должна превратиться в невозобновляемый в случае своего крайнего истощения в результате антропогенных нагрузок, превышающих возможности ее восстановления.

2. Цель и задачи исследования

Целью исследования является оценка влияния отдельных компонентов выбросов ООО НПО ИНКОР и Ко на состояние почв прилегающих территорий.


В работе поставлены следующие задачи:

  1. Обоснование выбора компонентов.
  2. Рассмотрение механизма миграции в системе воздух-почва.
  3. Литературный обзор о влияниии компонентов на состояние почвы.
  4. Исследование проб почв по физическим, химическим показателям.
  5. Определение летучей массы фенола и формальдегида в пробах почвы.

Объектом исследования являются свойства почв, находящихся в зоне влияния предприятия.

Предметом исследования являются определение влияния отдельных компонентов на агрохимические показатели почв.

3. Практическое значение полученных результатов

Полученные результаты будут использованы для разработки рекомендаций по улучшению качества исследуемых почв.

4. Воздействие фенола, нафталина и формальдегида на почву

Почва — особое естественно-историческое образование, возникшее как результат совместного воздействия воздуха, воды и живых микроорганизмов, поэтому верхний плодородный слой грунта представляет сложное сочетание минеральных частиц, мертвого органического вещества растений, животных и отходов их жизнедеятельности, а также множества мелких и крупных живых организмов.

Таким образом, почва — это не просто грязь, существующая в динамической взаимосвязи между вышеуказанными тремя компонентами, а среда, обеспечивающая рост растений и обитания живых организмов. Загрязнение хотя бы одной из составляющих может иметь самые пагубные последствия, связанные с уменьшением основного показателя значимости грунта — плодородия.

Плодородие естественных почв определяется наличием питательных веществ, содержащихся в гумусе, основной процесс накопления которого происходит в гумусовом горизонте. Интенсивность почвообразования уменьшается сверху вниз, а в элювиальном горизонте уже начинают протекать процессы выщелачивания и вымывания солей, органических веществ.

Загрязнение почвы

Рисунок 2 – Загрязнение почвы
(анимация: 5 кадров, 5 циклов повторения, 200 килобайт)

Урбаноземы характеризуются наличием ксенобиотиков — чужеродных веществ, способных вызывать нарушение или гибель организмов в почве, уменьшая ее плодородие. Источниками большинства ксенобиотиков наиболее часто являются выбросы промышленных предприятий. Компоненты выбросов или сочетание их новых химических образований, попадая в почву вызывают разрушение гумуса [2].

4.1. Воздействие нафталина


Нафталин является производным продуктом нефти и кокса. Это ароматический углеводород, который представляет собой белые твердые кристаллы с характерным запахом. Вещество не растворяется в воде, но поддается воздействию бензола и бензина [3].

В работе [4] показано, что в почвах, загрязненных нафталином, присутствуют бактерии рода Pseudomonas, которые могут использовать нафталин как единственный источник углерода. Катаболизм нафталина бактериями этой группы включает стадии последовательного образования сначала дигидро- и диоксинафталинов, затем через ряд промежуточных продуктов — салицилового альдегида и салициловой кислоты, а в конце цепи трансформации появляются фумаровая и пировиноградная кислоты.

4.2. Воздействие фенола


Фенол (гидроксибензол) — простейший представитель класса фенолов [3]. Фенолы поступают в биоценозы различными путями, в том числе, с промышленными стоками коксохимических и химических производств производства. Превращение фенолов диоксины определяет актуальность и необходимость более локального изучения.

Поскольку фенолы могут выщелачиваться атмосферными осадками, то они попадают с жидким стоком в почвы. Скорость разложения фенолов в пробах почв довольно велика: при исходных дозах 500 мг/кг фенол не обнаруживался уже через 6 суток, скорость трансформации составляет примерно 40–120 мг/сутки.

Наиболее вероятные механизмы реакции разложения связаны с деятельностью микроорганизмов. Установлено, что реакция окисления, катализируемые фенолоксидазой сопровождается разложением фенольных соединений. Скорость разложения тесно связана с типом и положением заместителей в фенольном кольце. Наиболее устойчивы вещества с заместителями в метаположении по отношению к фенольному гидроксилу. Способность разложения токсичных фенолов указывает на биологический характер этого процесса, при этом продукты окисления могут связываться глинистыми минералами или гуминовыми веществами [4].

4.3. Воздействие формальдегида


Формальдегид — газ с резким запахом, токсичен, хорошо растворим в воде. Он обладает аллергенным, мутагенным, сенсибилизирующим, канцерогенным действием [3].

Способность формальдегида подавлять жизнедеятельность микроорганизмов зависит от его концентрации и времени контакта. Формальдегид оказывает бактерицидное действие на почвенные бактерии, в том числе на азотфиксирующие. Под действием формальдегида содержание почвенных бактерий сокращается в 30 раз, что приводит к потере плодородных свойств почв, угнетается корневая система растений, увеличивается подвижность верхнего почвенного покрова, уменьшается его механическая прочность [5].

5. Влияние нафталина, фенола и формальдегида на рост растений

5.1. Нафталин и рост растений


Нафталин могут применять в качестве регуляторов роста растений. Однако, в больших концентрациях он способен накапливаться растениях [4].

5.2. Фенол и рост растений


В модельных опытах [6] фенольные соединения в высоких концентрациях тормозят ростовые процессы, хотя не так уж редко один и тот же фенол в малых дозах усиливает рост, а в больших — угнетает. Очень интересно, что в роли ингибиторов ростовых процессов, как правило, выступают фенольные соединения с орто- и пара- расположением гидроксилов (т. е. склонные к обратимому окислению в хиноны), в то время м-фенолы стимулируют их рост.

Такие различия структуры и свойств фенолов позволяют предполагать, что торможение роста в большой мере является результатом работы хинонов.

Ингибиторы роста фенольной природы накапливаются преимущественно в клубнях и спящих почках растений в осенне-зимний период. Во влажную и теплой почву семена набухают, поглощая влагу и значительная часть молекул фенолов и это способствует прорастанию.

Таким образом, фенольные соединения — важнейшие регуляторы покоя растений, накапливаясь осенью, подготавливают растения к переходу в состояние зимнего покоя, подавляя распускание почек, растяжение стеблей, рост побегов.

Ростовой эффект фенольных соединений можно рассматривать как косвенный результат некоторых биохимических механизмов, связанных с окислением фенолов в хиноны. Таким образом, физиологическая роль этих соединений состоит в определении изменение интенсивности процессов роста в зависимости от времени суток, сезона года, наступления засухи [6].

5.3. Формальдегид и рост растений


Формальдегид — сильный кишечный яд для насекомых, является также бактерицидом и фунгицидом. Его широко применяют в качестве дезинфекционного средства и для протравливания семян злаков. На прилегающих территориях коксохимических предприятий, формальдегид в почве содержится в больших концентрацих. Это, в свою очередь, говорит о накоплении его в частях растений и о угнетении их роста [7].

6. Оценка опасности загрязнения и нарушения состояния почв прилегающей территории к предприятию ООО НПО ИНКОР и Ко

Загрязнение почв — антропогенное накопление в почве токсических и вредных веществ и организмов, вызывающих деградацию или деструкцию почвенного покрова, изменение морфологии, состава микрофлоры почв, ухудшение физико-химических и химических свойств почв, снижение плодородия почв, биопродуктивности, технологической, питательной, гигиеническо-санитарной ценности выращиваемых культур и качества других контактирующих с почвами питательных сред [8].

Основными видами продукции предприятия являются нафталин и феноло-крезолы, сырьем для производства которых используются отходы Авдеевского коксохимического завода.

Согласно документации предприятия [9], в состав выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) фенольно-нафталинового производства входят более 10 компонентов II–IV классов опасности. В таблице 1 представлен основные поллютанты выбросов ООО НПО ИНКОР и Ко.



Таблица 1 — Качественно-количественная характеристика выбросов предприятия
Компонент Класс опасности Мощность выброса, т/год
Азота диоксид II 43,573
Бензол II 0,811
Фенол II 1,319
Формальдегид II 0,200
Ксилол III 1,211
Серы диоксид III 52,931
Углерода оксид IV 64,043
Нафталин IV 6,689
всего  — 170,957

Анализ данных таблицы показывает, что суммарная мощность загрязняющих веществ II класса опасности практически достигает 27 % среднегодовой.

Для оценки опасности нарушения почвы интерес представляют формальдегид, фенол и нафталин, которые довольно легко мигрируют в почве, накапливаются, в основном, в корневой системе растений и попадают в организм человека.

Классификация почв по степени загрязнения зависит от предельно допустимых количеств (ПДК) химических веществ в почвах и их фоновому содержанию. По степени загрязнения почвы следует подразделять на:

  1. Cильнозагрязненные (> ПДК).
  2. Среднезагрязненные (= ПДК).
  3. Слабозагрязненные (< ПДК).

Расчет коэффициента загрязнения почвы вычисляют по формуле [8]:


Hзi = Ci / Cф или Ci / ПДКi, (1)


где Сi — концентрация загрязняющего вещества в почве, мг/кг;

Сф — среднее фоновое содержание загрязняющих веществ, мг/кг;

ПДКi — содержание предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ, мг/кг.

Результаты расчета коэффициента загрязнения почвы представлены в таблице 2.


Таблица 2 — Результаты математического определения величины коэффициента загрязнения почвы отдельными компонентами
Загрязняющее вещество Фоновая концентрация, мг/кг Коэффициент загрязнения почвы Степень загрязнения
Фенол 0,81 2,09 Сильно
Формальдегид 0,4 2,25 Сильно
Нафталин 3,1 1,77 Слабо

Загрязнение обычно бывает поэлементным, и для его оценки рассчитывают интегральный показатель поэлементного загрязнения почвы. Величина этого показателя используется для оценки уровня опасности загрязнения территории города. Значения до 16 соответствуют допустимому уровню опасности для здоровья населения, от 16 до 32 — умеренно опасному, от 32–128 — опасному, а свыше 128 — чрезвычайно опасному [8].

Интегральный показатель полиэлементного загрязнения почвы вычисляется по формуле [8]:

Hз общ = ∑ Hзi, (2)


где Сi — концентрация загрязняющего вещества в почве, мг/кг;

Сф — среднее фоновое содержание загрязняющих веществ, мг/кг;

ПДК — содержание предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ, мг/кг.


Интегральный показатель поэлементного загрязнения почвы состаляет 16, что соответствует допустимому уровеню. Однако, следует учитывать следующее: как было оговорено выше это способность веществ к кумуляции, период работы предприятия более 100 лет, а также способность веществ накапливаться в клубнях растений и проникать в организм человека.

Выводы

Несмотря на то, что полученные математические результаты указывают на удовлетворительное состояние почвы в пределах промплощадки предприятия, необходимо учесть длительность периода воздействия выбросов на окружающую природную среду города в целом и способность указанных загрязняющих веществ к кумуляции в почвах, поэтому определение реального состояния требует экспериментального подтверждения.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2017 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Земля тревоги нашей. По материалам Доклада о состоянии окружающей природной среды Донецкой области за 2009–2010 гг. под редакцией С. Третьякова, Г. Аверина. — Донецк, 2010. — 116 с.
  2. Шавшина, А. Н. Почва как экологический фактор здоровья населения города Дзержинска / А. Н. Шавшина, Л. В. Чайка // Материалы Республиканской научно–практической конференции учащейся и студенческой молодежи, преподавателей образовательных организаций среднего общего, среднего профессионального и высшего профессионального образования, педагогов учреждений дополнительного образования От экологии здоровья — к экологии души — Донецк: ДонРМАН, 2015.  — 183 с.
  3. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды. Учебное пособие для инженера-эколога. Под ред. А. Ф. Порядина, А. Д. Хованского. — М.: НУМЦ Минприроды России, 1996. — 350 с.
  4. Научно-практические конференции [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://sibac.info/.
  5. Научный форум [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.cawater-info.net.
  6. Волынец, А. П. Фенольные соединения в жизнедеятельности растений / А. П.   Волынец // Найные труды Белоруссии. — 2013. — Минск, 113с.
  7. Земля тревоги нашей. По материалам Доклада о состоянии окружающей природной среды Донецкой области за 2005–2010 гг. под редакцией С. Третьякова, Г. Аверина. — Донецк, 2010. — 116 с.
  8. Временные рекомендации по оценке экологической опасности производственных объектов. — М.: Госком РФ по охране окружающей среды. Утверждены и введены в действие 15 марта 2000 г. — 402 с.
  9. Инвентаризация выбросов загрязняющих веществ в атмосферном воздухе ООО НПО ИНКОР и Ко: Отчет годовой / ООО НПО ИНКОР и Ко. — Дзержинск, 2014. — 25 с.
Вверх