Методы и средства контроля загрязнения почв

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств Доклад на тему Методы и средства контроля загрязнения почв Уфа 2015

Содержание Введение

1. Отбор проб

1.1 Устройства отбора проб почвы и грунта

2. Методы контроля загрязнения почв

2.1 Титрование

2.2 Гравиметрия

2.3 Фотометрия

2.4 Кондуктометрия

2.5 Ионометия

2.6 Полярография

2.7 Биотестирование Список использованных источников

Программа обследования почвы определяется целями и задачами исследования с учётом санитарно-эпидемического состояния района, уровня и характера техногенной нагрузки, условий землепользования.

При выборе объектов в первую очередь обследуют почвы территорий повышенного риска воздействия на здоровье населения (детские дошкольные, школьные и лечебные учреждения, селитебные территории, зоны санитарной охраны водоёмов, питьевого водоснабжения, земли, занятые под сельхозкультуры, рекреационные зоны и т. д.).

Отбор, транспортирование, хранение, подготовка к анализу и анализ проб осуществляются в соответствии с утверждёнными нормативными документами.

Контроль загрязнения почв населённых пунктов проводится с учётом функциональных зон города. Места отбора проб предварительно отмечаются на картосхеме, отражающей структуру городского ландшафта. Пробная площадка должна располагаться на типичном для изучаемой территории месте. При неоднородности рельефа площадки выбирают по элементам рельефа. На территорию, подлежащую контролю, составляют описание с указанием адреса, точки отбора, общего рельефа микрорайона, расположение мест отбора и источников загрязнения, растительного покрова, характера землепользования, уровня грунтовых вод, типа почвы и других данных, необходимых для правильной оценки и трактовки результатов анализов образцов.

При контроле загрязнения почв промышленными источниками площадки для отбора проб располагают на площади трёхкратной величины санитарно-защитной зоны вдоль векторов розы ветров на расстоянии 100, 200, 300, 500, 1000, 2000, 5000 м и более от источника загрязнения (ГОСТ 17.4.4.02−84). Для контроля санитарного состояния почв детских дошкольных, школьных и лечебно-профилактических учреждений, игровых площадок и зон отдыха отбор проб проводят не менее двух раз в год весной и осенью. Размер пробной площадки должен быть не более 5 Ч 5 м. При контроле санитарного состояния почв территорий детских учреждений и игровых площадок отбор проб проводится отдельно из песочниц и общей территории с глубины 0…10 см.

С каждой песочницы отбирается одна объединённая проба, составленная из 5 точечных. При необходимости возможен отбор одной объединенной пробы из всех песочниц каждой возрастной группы, составленной из 8 — 10 точечных проб.

При контроле почв в районе точечных источников загрязнения (выгреба, мусоросборники и т. п.) пробные площадки размером не более 5 Ч 5 м закладываются на разном расстоянии от источника и в относительно чистом месте (контроль).

При изучении загрязнения почв транспортными магистралями пробные площадки закладываются на придорожных полосах с учётом рельефа местности, растительного покрова, метеои гидрологических условий. Пробы почвы отбирают с узких полос длиной 200…500 м на расстоянии 0…10, 10…50, 50…100 м от полотна дороги. Одна смешанная проба составляется из 20…25 точечных, отобранных с глубины 0…10 см.

При оценке почв сельскохозяйственных территорий пробы почвы отбирают два раза в год (весна, осень) с глубины 0…25 см. На каждые 0…15 га закладывается не менее одной площадки размером 100… 200 м² в зависимости от рельефа местности и условий землепользования.

1. Отбор проб

Отбор проб проводится в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02−84, ГОСТ 17.4.3.01−83.

Для подготовки почв к анализу пробу почвы рассыпают на бумаге или кальке и разминают пестикомкрупные комки. Затем выбирают включения — корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости животных, а также новообразования — друзы гипса, известковые журавчики и др. Почву растирают в ступке пестикоми просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм.

1.1 Устройства отбора проб почвы и грунта

— Ручные буры типа АМ-7 для взятия и хранения проб почвы массой до 3,5 кг по ГОСТ 15 150–69. Состоит из двух цилиндров буровых, воронки, бойка, ножа, молотка, стаканов, лопатки и упаковочного ящика.

— Бур-пробоотборник представляет собой металлический цилиндр, который соединяется с составной штангой.

Цилиндр имеет режущую поверхность из химически стойкой закалённой стали. Штанга крепится стопорными винтами и имеет на конце рукоятку для вращения бура. На наконечнике (через 5 см) и штанге (через 20 см) нанесены риски. Проба отбирается вращением пробоотборника за рукоятку против часовой стрелки с одновременным надавливанием.

Пробоотборник режущей кромкой направляет почву во внутренний цилиндр, высота которого составляет 20 см, при этом отбирается около 200 г почвы. После отбора бур вытаскивается и почва ссыпается в емкость.

— Ручные буры Эйдельмана (Голландия) состоят из набора буров различных типов для разных почв, наращиваемого стержня и рукоятки. Мотобуры М-10 (ручная подача) и КМ-10 (стойка с цепной подачей и подвижный вращатель), малогабаритные, легкопереносимые предназначены для бурения скважин шнековым способом глубиной до 10 м. Буровая установка УКБ-12/25, малогабаритные, легко переносимые предназначены для бурения скважин глубиной до 15 м шнековым способом и до 25 м алмазными и твёрдосплавными коронками с промывкой.

Пробы почвы и грунта хранят в специальных ёмкостях — алюминиевых бюксах или пенетрационных чашках различных типоразмеров.

2. Методы контроля загрязнения почв

Почвы — сложный аналитический объект, включающий неорганические (минеральные), органические (гумус) и элементоорганические (органоминеральные) вещества. Один и тот же элемент может находится в почве в разных химических формах. Так, углерод в почвенном растворе присутствует в органических веществах, ионах карбоната и гидрокарбоната, оксида углерода и т. д. В почвах могут присутствовать практически все элементы, их содержание колеблется в широких пределах: для макроэлементов — от десятых долей до нескольких процентов (Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, C) и десятки процентов (Si, O); для микро и ультрамикроэлементов — от 10−8 до 10−3% (Ba, Sr, B, Rb, Cu, V, Cr, Ni, Co, Li, Mo, Cs, Se); промежуточное положение занимают элементы с содержанием 10−2…10−1% (Ti, Mg, N, P, S, H).

Сложность состава почв, почвенных растворов и вытяжек, дренажных вод не позволяет автоматически переносить на них методы, разработанные для определения элементов в чистых растворах или в объектах, близких по свойствам почвам (например, минералы и руды).

При анализе почв особое внимание уделяют систематическим погрешностям, которые возникают из-за неоднородности состава, неадекватности методик определения, влияния примесей и основы образца. Одним из главных способов выявления систематических ошибок является использование стандартных образцов почв, однако набор их ограничен. Кроме того, важным этапом при анализе почв является правильное проведение пробоотбора и пробоподготовки (размельчение, просеивание, квартование, разложение).

2.1 Титрование

Титрование (титриметрия) — метод количественного анализа, основанный на измерении объема раствора реактива с точно известной концентрацией, прореагировавшего с определенным объемом раствора анализируемого вещества. К измеренному пипеткой объему анализируемого раствора, находящегося в конической колбе, постепенно прибавляют из бюретки титрованный (т. е. с известной концентрацией) раствор реактива. Титрование заканчивают, когда анализируемое вещество полностью прореагирует с добавляемым реактивом. Конец титрования устанавливают по изменению окраски соответствующего индикатора или другими способами. По шкале бюретки определяют объем раствора реагента, пошедшего на титрование.

2.2 Гравиметрия

Гравиметрический анализ заключается в точном измерении массы осадка, выпадающего в результате реакции между анализируемым компонентом пробы и реагентом.

Основные этапы анализа:

1.осаждение (введение реагента, выпадение осадка)

2.фильтрование через бумажный фильтр

3.промывание осадка

4.высушивание и прокаливание осадка

5.взвешивание осадка

Точность результатов анализа зависит от правильного выбора осадителя (реагента) и тщательности выполнения отдельных операций анализа.

В качестве осадителя выбирается такой реагент, который наиболее полно и избирательно взаимодействует с анализируемым веществом. При этом образующийся осадок должен легко отфильтровываться и отмываться от примесей, быть устойчивым при прокаливании (не разлагаться и не поглощать газы из воздуха).

Чем меньше растворимость образующегося в результате реакции вещества, тем больше точность анализа.

2.3 Фотометрия

Фотометрический метод анализа (Фотометрия) — совокупность методов мол.-абсорбционного спектрального анализа, основанных на избират. поглощении электромагнитного излучения в видимой, ИК и УФ областях молекулами определяемого компонента или его соединения с подходящим реагентом. Концентрацию определяемого компонента устанавливают по закону БугераЛамберта — Бера. Фотометрический метод включает визуальную фотометрию, спектрофотометрию и фотоколориметрию. Последняя отличается от спектрофотометрии тем, что поглощение света измеряют гл. обр. в видимой области спектра, реже — в ближних УФ и ИК областях (т. е. в интервале длин волн от ~ 315 до ~ 980 нм), а также тем, что для выделения нужного участка спектра (шириной 10−100 нм) используют не моно-хроматоры, а узкополосные светофильтры.

Абсорбционный — поглощение раствором световой энергии

Флуориметрический — излучение раствором световой энергии, вызванной световой энергией возбуждении

Турбидиметрический — сочетание поглощения и рассеяния световой энергии дисперсной средой

Оборудование для фотометрических измерений.

Для фотометрических измерений используют две большие группы приборов:

фотоколориметры и спектрофотометры

Спектрофометр СФ-46

Назначение и технические данные. Однолучевой спектрофотометр СФ-46 11 со встроенной микропроцессорной системой предназначен для измерения пропускания, оптической плотности жидких и твердых веществ в области 190−1100 нм.

Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2

Назначение и технические данные. Однолучевой фотоколориметр КФК-2 14 предназначен для измерения пропускания, оптической плотности и концентрации окрашенных растворов, рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в области спектра 315−980 нм. Весь спектральный диапазон разбит на спектральные интервалы, выделяемые с помощью светофильтров.

2.4 Кондуктометрия

Кондуктометрический анализ основан на изменении концентрации вещества или химического состава среды в межэлектродном пространстве; он не связан с потенциалом электрода, который обычно близок к равновесному значению. Кондуктометрия включает прямые методы анализа (используемые, например, в солемерах) и косвенные (например, в газовом анализе) с применением постоянного или переменного тока (низкой и высокой частоты), а также хронокондуктометрию, низкочастотное и высокочастотное титрование.

Достоинства кондуктометрии: высокая чувствительность (нижняя граница определяемых концентраций ~ 10−4-10−5М), достаточно высокая точность (относительная погрешность определения — 0.1−2%), простота методик, доступность аппаратуры, возможность исследования окрашенных и мутных растворов.

Электропроводность почвы — способность почвы (суспензий) проводить электрический ток. Зависит от влажности почвы, фазового состояния влаги, содержания в почве солей, ее температуры, плотности, гранулометрического состава и т. д. Количественно характеризуется коэффициентом удельной электропроводности почвы.

С помощью электропроводности можно косвенно оценить электрохимический состав почвы согласно изученным методам и сопоставить его с параметрами среды.

2.5 Ионометия

загрязнение почва проба титрование

Метод ионометрии — вариант потенциометрического анализа, в котором напрямую измеряется активность иона в растворе. Измерения производят при помощи пары электродов, погружаемых в анализируемый раствор. Один из электродов — измерительный, другой — электрод сравнения. Конструкция измерительного электрода позволяет определять величину активности только тех ионов, для которых он предназначен, поэтому эти электроды ещё называют ионоселективными.

Это удобный, простой и экспрессный современный метод: продолжительность анализа определяется временем подготовки пробы, поскольку на само измерение тратится не более 1—2 мин. От других физико-химических методов ионометрия отличается прежде всего простотой методик и дешевизной измерительных приборов. Современные портативные иономеры позволяют определять разнообразные ионы и растворенные газы не только в лаборатории, но и в полевых условиях

2.6 Полярография

Полярография — метод качественного и количественного химического анализа, основанный на получении кривых зависимости величины тока от напряжения в цепи состоящей из исследуемого раствора и погруженных в него электродов, один из которых сильно поляризующийся, а другой практически неполяризующийся. Получение таких кривых — полярограмм — производят при помощи полярографов. Схема простейшего полярографа. От потенциометра 2, соединенного с аккумулятором 1, подают постепенно возрастающее напряжение на поляризующийся, обычно капельный ртутный электрод 3 и неполяризующийся электрод 4 — слой ртути с относительно большой поверхностью. Величину тока, проходящего при этом через анализируемый раствор 5, измеряют гальванометром 6. При определении восстанавливающихся веществ поляризующийся электрод соединяют с отрицательным полюсом внешнего источника тока, при определении окисляющихся веществ — с положительным полюсом

2.7 Биотестирование

Суть этого метода заключается в определении действия токсикантов на специально выбранные организмы в стандартных условиях с регистрацией различных поведенческих, физиологических или биохимических показателей.

Применение биотестирования почвы имеет ряд преимуществ перед физико-химическим анализом, средствами которого часто не удается обнаружить неустойчивые соединения или количественно определить ультрамалые концентрации экотоксикантов. Довольно часты случаи, когда выполненный современными средствами химический анализ не показывает наличия токсикантов, тогда как использование биологических тест-объектов свидетельствует об их присутствии в исследуемой среде. Биотестирование дает возможность быстро получить интегральную оценку токсичности, что делает весьма привлекательным его применение при скрининговых исследованиях.

В отличие от биоиндикаторов, одним из основных требований к которым является толерантность, тест-объекты обычно выбирают среди наиболее чувствительных к загрязняющим компонентам видов.

1Якунина, И. В. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг / И. В. Якунина, Н. С. Попов. — Тамбов «Издательство ТГТУ», 2009.

2Пашкевич, М. А. Экологический мониторинг / М. А. Пашкевич, В. Ф. Шуйский. — СПб, Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2002.

3 Энциклопедия Кругосвет // Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия [Электронный ресурс]. — URL: http://belagrobiznes.ru/agroekologiya/agroekologicheskij-monitoring/627-biotestirovanie-pochvy (дата обращения: 01.11.2015).

4 Биотестирование почвы // Агроэкологический мониторинг [Электронный ресурс]. — URL: http://www.kipinfo.ru/info/ stati/?id=234 (дата обращения: 01.11.2015).

5 Ионометрические методы анализа// [Электронный ресурс]. — URL: http://chem21.info/info/1 896 131/ (дата обращения: 01.11.2015).