Миронова. Экология.2010

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

ЭКОЛОГИЯ

Описание лабораторных работ по курсу «Экология» для студентов технических специальностей

очной формы обучения

Красноярск 2010

УДК 574

Рецензент кандидат технических наук, доцент Л. Н. САМОЙЛОВА

(Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева)

Печатается по решению методической комиссии ИМИ

Экология : описание лаб. работ по курсу «Экология» для студентов технических специальностей очной формы обучения / сост. :

В. А. Миронова, М. В. Чижевская, С. А. Борсоева [и др.] ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2010. – 68 с.

Учебно-методическое издание

ЭКОЛОГИЯ

Описание лабораторных работ по курсу «Экология» для студентов технических специальностей

очной формы обучения

Составители:

Миронова Валентина Александровна Чижевская Марина Валерьевна Борсоева Светлана Арсентьевна Герасимова Людмила Анатольевна Тасейко Ольга Викторовна

Оригинал-макет и верстка И. Д. Бочаровой

Подписано в печать 26.11.2010. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Усл. печ. л. 4,0. Уч.-изд. л. 5,1.

Санитарно-эпидемологическое заключение № 24.49.04.953.П.000032.01.03. от 29.01.2003 г.

Редакционно-издательский отдел Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та. Отпечатано в отделе копировально-множительной техники Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та.

660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31.

© Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, 2010

2

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Данное издание имеет большое значение при изучении вопросов прикладной экологии. В ходе лабораторных работ студенты получают возможность ознакомиться с методами анализа объектов окружающей природной среды, проанализировать представленные образцы, сравнить с нормативами качества и сделать выводы относительно пригодности исследуемых объектов к потреблению. Лабораторные занятия формируют у студентов навыки проведения эксперимента и обработки полученных результатов, организации рабочего места, соблюдения правил техники безопасности.

Краткие теоретические сведения, приведенные в начале каждой лабораторной работы, практического занятия способствуют пониманию основных положений темы.

Для решения этих задач важно следовать основным правилам. Перед выполнением экспериментальной части курса необходимо изучить теоретические основы, методические приемы, а также ознакомиться с правилами техники безопасности:

1)работать в химической лаборатории нужно аккуратно, без спешки;

2)для защиты одежды необходимо работать в халате;

3)аккуратно обращаться с концентрированными кислотами и щелочами, работать с ними необходимо в вытяжном шкафу;

4)если кислота или щелочь попали на кожу или одежду, быстро смыть их большим количеством проточной воды и обратиться за помощью

кпреподавателю;

5)не пользоваться реактивами, если они хранятся в посуде без эти-

кеток;

6)не брать пробирки с реактивами за пробку или пипетку, а только за горловину пробирки;

7)при разбавлении концентрированных кислот вливать кислоту в воду (а не наоборот!) небольшими порциями, помешивая стеклянной палочкой;

8)сливать растворы, содержащие ядовитые соединения, не в раковину, а в специальную посуду;

9)после работы в лаборатории обязательно вымыть руки. Пренебрежение требованиями ТБ в работе может привести к несчаст-

ным случаям.

Прежде чем приступать к выполнению лабораторной работы, нужно четко представлять цель работы, механизм осуществляемых реакций, уметь объяснить полученный результат. К работе следует приступать только тогда, когда все этапы ее известны и не вызывают сомнений.

4

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Важной задачей экологических исследований является определение качества объектов окружающей среды. На основе данных, полученных при анализе воды, почвы, воздуха делается выводё об их соответствии стандартам качества окружающей среды.

Стандарты качества окружающей среды – это совокупность единых требований к состоянию природных и промышленных объектов. В них предусмотрены меры, позволяющие обеспечить оптимальное состояние окружающей среды, ее качество, которые состоят из технических, экономических, организационных норм, определяющих качественные параметры окружающей среды.

Стандарты, в которых содержатся нормы, правила и требования, призванные обеспечить экологическую безопасность продукции, работ и услуг, принято называть экологическими стандартами (Закон РФ 10 июля 1993 г. «О стандартизации»).

Нормативы качества – предельно допустимые нормы воздействия на окружающую природную среду антропогенной деятельности человека (хозяйственной, рекреационной и т. п.) Исключить попадание вредных веществ в окружающую среду в силу экономических и технологических причин невозможно, поэтому приходиться вводить нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ.

ПДК – это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.

В настоящее время в нашей стране действует более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 для атмосферного воздуха и более 130 для почв.

Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах

Гидросферой называют прерывистую водную оболочку Земли, расположенную между атмосферой и земной корой и представляющую собой совокупность океанов, морей и водных объектов суши (реки, озера, водохранилища, болота, подземные воды), включая скопления воды в твердой фазе (снежный покров, ледники).

Качество воды – это сочетание химического и биологического состава и физических свойств воды, определяющее ее пригодность для конкретных видов водопользования, в зависимости от назначения воды и особенностей технологического процесса. Требования к качеству всех видов вод, кроме сточных, устанавливаются отечественными государственными стандартами (ГОСТами). Термины и определения даны в ГОСТе 27065–86.

Источники загрязнения вод делятся на четыре большие группы.

6

1.Производственные или промышленные сточные воды, использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых.

2.Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые

стоки.

3.Атмосферные воды – дождевые и от таяния снега, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения.

4.Сточные воды сельскохозяйственных предприятий, включающие канализационные воды и смывы с полей удобрений и пестицидов.

Количество загрязненных сточных вод, сбрасываемых в озера, реки и моря, во всем мире достигает 250–300 млрд м3 в год.

Оценка качества промышленных сточных вод

Различают две основные группы промышленных сточных вод:

1)содержащие органические вещества: сточные воды нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, предприятий органического синтеза и синтетического каучука, коксохимических, газосланцевых и др. Они содержат нефть и нефтепродукты, нафтеновые кислоты, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, поверхностно-активные вещества, фенолы, смолы, аммиак, меркаптаны, сероводород и др.;

2)содержащие неорганические примеси: сточные воды содовых, сернокислотных, азотнотуковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд, шахт, рудников, катализаторных фабрик, металлургических предприятий, гальванических производств и др. Они содержат кислоты, щелочи, соли, сернистые соединения, ионы тяжелых металлов, взвешенные минеральные вещества и др.

ПДК загрязняющих веществ для водной среды – это концентрация загрязняющих веществ в воде, выше которой она становится непригодной для водопользования. ПДК загрязняющих веществ устанавливаются отдельно для питьевых вод и рыбохозяйственных водоемов.

Требования к качеству вод в рыбохозяйственных водоемах специфичны и в большинстве случаев более жестки, чем нормы для водных объектов хозяйственно-бытового назначения.

Например, рыбохозяйственные ПДК для моющих средств в 3 раза ниже санитарных норм, нефтепродуктов – в 6 раз, тяжелых металлов (цинка) – в 100 раз.

ПДК устанавливается по наименьшей пороговой концентрации с учетом следующих сторон действия: стабильности вредных веществ в воде, влияния их на санитарный режим (способность к самоочищению) водоемов, влияния на органолептические свойства воды, влияние на здоровье населения, использующего воду. Указанные показатели относятся к ПДКВ и считаются санитарно-гигиеническими. Существует еще один вид ПДК,

7

отражающий не только санитарно-гигиенические требования к качеству воды, но и экологические – ПДКР.В. (рыбохозяйственных водоемов).

Рыбохозяйственная ПДК – это такая максимальная концентрация загрязняющего вещества, при постоянном наличии которой в водоеме, не наблюдается отрицательных последствий для рыбохозяйственного использования водоема. Следует учитывать, что загрязняющие вещества в водоемах не всегда присутствуют постоянно. В этом случае используют значения предельно допустимых разовых концентраций (ПДРК).

ПДРК – это такая максимальная первоначально созданная в водоеме концентрация однократно попадающего туда вещества, при которой это вещество и вредные продукты его распада не вызывают отрицательных последствий для рыбохозяйственного использования водоема.

Требования к характеристикам сточных вод

Для уменьшения степени загрязнения природных вод сточными водами в соответствии с Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений качество воды водоема после сброса в него сточных вод должно соответствовать определенным требованиям. Количество растворенного в воде кислорода – не менее 4 мг/л. Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на 0,25 и на 0,75 мг/л для водоемов рыбохозяйственного и хозяйственно-бытового водопользования соответственно. Минеральный осадок – не более 1 000 мг/л, в том числе хлориды – 350 мг/л, сульфаты – 500 мг/л. Запахи и привкусы должны отсутствовать. Кислотность воды (рН) – в диапазоне от 6,5 до 8,5. На поверхности воды не должно быть плавающих примесей, пленок, пятен масел, нефтепродуктов. В воде не должны содержаться ядовитые вещества в концентрациях, оказывающих вредное воздействие на людей и животных. Категорически запрещается сбрасывать в водоемы радиоактивные сточные воды. Выполнение этих требований обязательно для проектировщиков, строителей и эксплуатационников. Правила ориентируют на преимущественное сокращение объемов сточных вод с вредными примесями путем внедрения прогрессивных технологий и водооборотных циклов.

САНИТАРНОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ И ОБЪЕКТОВ ВОДООТВЕДЕНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Согласно Государственному докладу «О состоянии и охране окружающей среды в Красноярском крае» состояние питьевого водоснабжения остается одной из актуальных проблем на территории Красноярского края. По состоянию на 31.12.2007 г. в 51 административной территории Красноярского края учреждениями госсанэпиднадзора использовались 266 мест контроля качества воды поверхностных водоисточников, в том числе 71 место

8

в пунктах хозяйственно-питьевого водопользования населения (1-я категория) и 195 мест в пунктах культурно-бытового водопользования населения (2-я категория). К числу крупных водных объектов, используемых населением края в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, относятся реки Енисей, Ангара, Кан, Чулым.

Основными источниками водоснабжения населения Красноярского края являются напорные и безнапорные подземные водоисточники, за счет которых обеспечивается питьевой водой 1 933 020 чел. (66,8 % жителей края), в том числе за счет инфильтрационных водозаборов – 31,5 % жителей края. За счет открытых водоисточников обеспечивается питьевой водой 513 195 чел. (17,7 % жителей края).

Неблагополучие подземных водоисточников по санитарно-химичес- ким показателям обуславливается повышенным природным содержанием в воде железа, солей жесткости, фторидов, марганца. Как техногенный фактор следует рассматривать загрязнение подземных вод нитратами. Присутствие нитратов характерно для сельских районов, расположенных в Южной зоне Центральной части Красноярского края и специализирующихся на сельскохозяйственной деятельности. Соли жесткости, фториды, железо, марганец характерны для районов, расположенных в Центральной и Южной зонах Центральной части края.

Основной вклад в удельный вес неудовлетворительных проб воды из водоисточников по санитарно-химическим показателям вносят подземные водоисточники, по микробиологическим показателям – открытые водоемы.

В Красноярском крае санитарно-химические и бактериологические показатели качества воды открытых водоемов в пунктах питьевого водопользования населения не превышают средние показатели по Российской Федерации.

Причинами, объясняющими неблагополучное санитарное состояние источников питьевого назначения на территории Красноярского края, являются отсутствие надлежащим образом устроенных зон санитарной охраны водоисточников, недостаточный контроль за режимом хозяйствования на их территории; природное превышение концентраций веществ в воде источников. Из 1 385 источников питьевого водоснабжения 462 (33,4 %) не имеют организованных зон санитарной охраны, в том числе 36 поверхностных водоисточников и 426 подземных.

Качество питьевой воды и здоровье населения

Качество питьевой воды, подаваемой населению централизованными системами водоснабжения, по показателям безопасности для здоровья населения, по сравнению с предыдущим 2006 г., улучшилось. По бактериологическим показателям, по сравнению с предыдущим годом, доля проб, не соответствующих гигиеническим нормативам, уменьшилась с 9,7 до 6,6 %, при этом показатель остается выше среднего показателя по Российской

9

Федерации. По результатам санитарно-химических исследований удельный вес неудовлетворительных проб уменьшился с 18,5 до 13,9 %, по отношению к показателю 2006 г., по Российской Федерации также отмечается положительная динамика.

Оценка потенциального риска здоровью населения территорий Красноярского края от химического загрязнения питьевой воды, построенная на данных Федерального информационного фонда социально-гигиениче- ского мониторинга годового периода осреднения, свидетельствует о том, что величина суммарного неканцерогенного риска, выраженная вероятностью развития хронических (неспецифических) заболеваний, среди населения четырех территорий (из 43 территорий, охваченных лабораторным исследованием питьевой воды по санитарно-химическим показателям) – город Лесосибирск, Енисейский, Большемуртинский, Краснотуранский районы – характеризуется, как превышающая допустимый уровень – единицу и составляет 1,24; 2,35; 1,46; 2,28 соответственно. Среди населения города Лесосибирска, Енисейского и Большемуртинского районов величина суммарного неканцерогенного риска на 62,3 %, 72,2 %, 85,4 %, соответственно, обусловлена присутствием в питьевой воде мышьяка, вещества из группы стойких, биоаккумулирующих и токсичных соединений. Среди жителей этих районов высока вероятность развития заболеваний кожи, центральной нервной и нервной систем, сердечно-сосудистой, иммунной и гормональной (сахарный диабет) систем, со стороны органов желудочно-кишечного тракта. Потребление населением Краснотуранского района питьевой воды с повышенным содержанием нитратов, вклад которых в величину суммарного неканцерогенного риска составляет 72,0 %, обуславливает повышенную вероятность возникновения заболеваний крови и сердечно-сосудистой системы.

Проведенный анализ результатов исследований проб воды, подаваемой населению централизованными системами водоснабжения, показал, что в отдельных территориях вода характеризуется высокими показателями жесткости (≥10 мг/экв/л). Доля проб питьевой воды с данным уровнем жесткости в целом по краю в 2007 г. составила 2,8 %. Наибольший процент неудовлетворительных проб питьевой по показателю жесткости регистрируется в Балахтинском районе (77,8 %), Богучанском и Новоселовском районах – жесткость воды более 10 мг/экв/л в 100 % исследованных проб (табл. 1).

Неудовлетворительное качество питьевой воды связано со следующими причинами:

–отсутствие зон санитарной охраны в 37, 4 % водоисточников: из 1385 источников питьевого водоснабжения 518 не имеют организованных зон санитарной охраны, в том числе 47 поверхностных водоисточников и 471 подземных;

–несоблюдение режима зон санитарной охраны, невыполнение водопользователями санитарно-оздоровительных мероприятий в зонах санитарной охраны водоисточников;

10