Химический мониторинг состояния окружающей среды программа факультатива

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ М. Е. ЕВСЕВЬЕВА»

Н. В. ЖУКОВА

ХИМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯ-

НИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ПРОГРАММА ФАКУЛЬТАТИВА

САРАНСК 2011

1

УДК 54 : 502 (073.8)

ББК 24

Ж 86

Рецензенты: В. И. Астрадамов, канд. биол. наук, проф. кафедры зоологии, экологии и методики обучения биологии Мордовского государственного педагогического института имени М. Е. Евсевьева; А. А. Девяткин, канд. биол. наук, доцент кафедры биотехнологии Мордов-

ского государственного университета имени Н. П. Огарева

Печатается по решению научно-методического совета Мордовского государственного педагогического института имени М. Е. Евсевьева

Настоящее учебное издание представляет собой программу факультатива «Химический мониторинг состояния окружающей среды», изучаемого студентами биолого-химического факультета педагогического института. Программа составлена в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 050102.65 – Биология с дополнительной специальностью 050101.65 – Химия.

УДК 54 : 502 (073.8)

ББК 24

© ГОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт имени М. Е. Евсевьева», 2011 © Жукова Н. В., 2011

2

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Экология, загрязнение окружающей среды, экологический мониторинг, экологическая химия – часто встречающиеся в наше время слова и сочетания, выражающие всеобщую озабоченность состоянием природной среды. Первопричина возникновения проблемы – обнаружение в экологических системах, прежде всего в биосфере, интенсивных и тревожных изменений, вызванных деятельностью человека, антропогенных изменений. Из большого числа вредных факторов отметим выброс в биосферу химически чуждых природе веществ, физически активных частиц, пыли, аэрозолей, повышение температуры биосферы, энергетическое загрязнение, физическое и биологическое воздействие на нее. Для оценки степени негативных изменений осуществляют экологический мониторинг – систему наблюдений и контроля за изменениями в составе и функциях различных экологических систем.

Экологический мониторинг – это серьезная и сложная проблема. Уровни его организации различны. Он может осуществляться в глобальном, национальном, региональном или локальном масштабах. Существует фоновый и импактный (уровень сильного локального загрязнения) мониторинг. В то же время изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных ресурсов, как разнообразные воды, атмосферный воздух, почвы, совокупность этих систем с точки зрения определения в них загрязняющих химических веществ, нарушающих сложившееся экологическое равновесие в природе. Здесь четко просматривается химическая сущность обсуждаемой проблемы: с этой точки зрения можно говорить и о химическом мониторинге. Без химического анализа здесь не обойтись. Поэтому в экологическом мониторинге активно используют различные химические, физико-химические, физические и биологические методы анализа. Речь идет о неком глобальном химикоаналитическом исследовании с помощью различных методов аналитической химии – науки о методах анализа.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ФАКУЛЬТАТИВА

Цель факультатива: дать представление о современном состоянии окружающей среды, мониторинге загрязнителей различных геосфер земли, уровни методов исследования в области охраны окружающей среды.

Задачи факультатива:

• ознакомить слушателей с новыми направлениями совершенствования технологий каталитических и адсорбционных процессов и современными фи- зико-химическими методами анализа объектов окружающей среды;

3

•дать сведения о современных направлениях химического мониторинга, определении путей поступления, распределения и превращения токсикантов в окружающей среде;

•разобрать актуальные проблемы внедрения ресурсосберегающих технологий и утилизации вторичных продуктов и отходов химических производств, а также познакомится с методами ликвидации последствий химических аварий.

•сформировать знания о назначении мониторинга природной среды, методах наблюдения и анализа состояния экосистем, оценке антропогенных воздействий;

•развить исследовательские умения и навыки в области экологии;

•сформировать ответственное отношение к природе и готовность к активным действиям по ее охране на основе экологических знаний.

Факультатив ориентирует специалистов – учителей биологии и химии на учебно-воспитательную, научно-методическую и культурно-просветительную профессиональную деятельность в системе образования.

Его изучение способствует решению следующих типовых задач:

в области учебно-воспитательной деятельности:

•осуществление процесса обучения в соответствии с образовательной программой;

•использование технических средств обучения, информационных и компьютерных технологий;

в области научно-методической деятельности:

•выполнение научно-методической работы, участие в работе научнометодических объединений;

•анализ собственной деятельности с целью ее совершенствования повышения своей квалификации;

в области культурно-просветительной деятельности:

•формирование естественно-научного подхода к восприятию окружающего мира и материалистического сознания.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФАКУЛЬТАТИВА

Студент, изучивший факультатив, должен

знать:

учение о химическом равновесии;

способы химического воздействия на природу;

основные пути поступления токсикантов в окружающую среду;

современные направления химического мониторинга в нашей стране

изарубежом;

владеть:

 основными теоретическими представлениями о мониторинге состояния окружающей среды;

4

способами ориентации в профессиональных источниках информации (журналы, сайты, образовательные порталы);

уметь:

объяснять процессы, происходящие в окружающей человека природе, техногенной и социальной среде;

составлять план действий при проведении мониторинга состояния определенного объекта окружающей среды.

Процесс изучения факультатива «Химический мониторинг состояния окружающей среды» направлен на формирование следующих компетенций:

общекультурные:

• способен использовать знания о современной естественнонаучной картине мира в образовательной и профессиональной деятельности; применять методы математической обработки информации, теоретического и экспериментального исследования;

специальные:

• способен понимать особенности химической формы организации материи; место неорганических и органических систем в эволюции Земли; единство литосферы, гидросферы и атмосферы; роль химического многообразия веществ на Земле;

• владеет основными химическими и физическими понятиями; знаниями фундаментальных законов химии и физики; явлений и процессов, изучаемых химией и физикой;

• владеет классическими и современными методами анализа веществ; способен к постановке эксперимента; анализу и оценке лабораторных исследований;

• владеет навыками оценки агрессивности химической среды и решениями по обеспечению безопасного устойчивого взаимодействия человека с природной средой.

3.ОБЪЕМ ФАКУЛЬТАТИВА И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

5

4.СОДЕРЖАНИЕ ФАКУЛЬТАТИВА

4.1РАЗДЕЛЫ ФАКУЛЬТАТИВА И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

4.2СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ФАКУЛЬТАТИВА

1.Основы мониторинга состояния окружающей среды

Мониторинг как форма и метод изучения окружающей среды. Объекты мониторинга. Понятие об экологической проблеме, экологической опасности. Экологически опасные факторы: биотические, абиотические и антропогенные. Фоновый мониторинг. Блок-схема мониторинга.

Классификация видов мониторинга. Системы мониторинга: локальная, региональная, национальная и глобальная (общие понятия). Масштабы проведения мониторинга окружающей среды в Российской Федерации. Организация службы мониторинга. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Аэрокосмический мониторинг. Многозональная съемка в оптическом диапазоне.

6

Оценка состояния окружающей среды. Фоновые показатели. Нормативы качества окружающей среды. Виды загрязнения окружающей среды: инградиентное (химическое), параметрическое (физическое), биоценотическое (на популяции). Количественная оценка уровней загрязненности. Предельно допустимые концентрации (ПДК), предельно допустимые выбросы (ВДВ).

2. Методы химического мониторинга

Методы мониторинга. Средства экологического наблюдения и контроля: контактные, неконтактные (дистанционные), биологические. Контролируемые показатели: функциональные (продуктивность, оценка круговорота веществ и др.) и структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических или биологических параметров – концентрация загрязняющего вещества, коэффициент суммарного загрязнения и др.). Проботбор и пробоподготовка.

Физико-химические методы анализа объектов окружающей среды: спектроскопические (атомная и молекулярная спектроскопия), электрохимические (кондуктометрия, потенциометрия, вольтамперометрия, кулонометрия), хроматографические (газожидкостная и жидкостная хроматография).

3. Мониторинг состояния различных геосфер земли

Мониторинг состояния воздушной среды. Фоновый состав атмосферы. Метеорологические характеристики воздушной среды. Метеорологические наблюдения. Основные загрязнители воздушной среды. Средства контроля загрязненности воздушной среды. Индикаторные трубки, анализаторы, методики выполнения измерений (общие представления и принципы работы).

Мониторинг состояния водных объектов. Природные воды и их состав. Понятие о качестве питьевой воды. ГОСТ. Виды и характеристики загрязнений водных объектов. Трансформация загрязнителей и их миграция в гидросфере. Методы отбора проб и их консервация. Методики выполнения измерений (общие представления и принципы работы).

Мониторинг состояния почв. Компоненты и общие физические свойства почвы. Процессы эволюции и деградации почв. Неблагоприятные факторы, ухудшающие качество почвы. Структура и характеристика загрязненности почвенного покрова. Взятие почвенных образцов. Методики выполнения измерений (общие представления и принципы работы).

4. Обучение основам мониторинга в школе

Методика обучения школьников элементам мониторинга. Роль и возможности школы в реализации практической деятельности школьников в мониторинговых исследованиях. Классные и внеклассные формы проведения экологического мониторинга. Практические занятия в лаборатории. Полевая практика (выезд).

7

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФАКУЛЬТАТИВА

5.1 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Голдовская, Л. Ф. Химия окружающей среды : учебник для вузов / Л. Ф. Голдов-

ская. – М. : Мир, 2005. – 296 с.

2.Исидоров, В. А. Экологическая химия : учеб. пособие для студентов вузов / В. А. Исидоров. – СПб. : Химиздат, 2001. – 304 с.

3.Купаев, В. И. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг : учеб. пособие / В. И. Купаев, О. А. Калачева, А. В. Семин [и др.]. – М. : РГО-

ТУПС, 2003. – 222 с.

4.Протасов, Ю. М. Физико-химические методы анализа : учеб. пособие / Ю. М. Протасов, Е. В. Казак, А. Г. Ивлев [и др.]. – Кострома : КГТУ, 2004. – 52 с.

5.Скурлатов, Ю. И. Введение в экологическую химию : учеб. пособие для хим. и хим.-технолог. спец. вузов / Ю. И. Скурлатов, Г. Г. Дука, А. Мизити. – М. : Высш. шк., 1994.

–400 с.

6. Тарасова, Н. П. Задачи и вопросы по химии окружающей среды : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Н. П. Тарасова, В. А. Кузнецова, Ю. В. Сметанников [и др.].

– М. : Мир, 2002. – 368 с.

7. Федорова, А. И. Практикум по экологии и охране окружающей среды : учеб. пособие для студ. вузов / А. И. Федорова, А. Н. Никольская. – М. : ВЛАДОС, 2003. – 286 с.

8. Шевченко, Т. М. Химия и окружающая среда : учеб. пособие для вузов / Т. М. Шевченко, Л. А. Шевченко. – Кемерово : КузГТУ, 2005. – 135 с.

Дополнительная

1. Александровский, А. Л. Эволюция почв и географическая среда : учеб. для вузов / А. Л. Александровский, Е. И. Александровская. – М. : Наука, 2007. – 223 с.

2. Беспамятнов, Г. П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде : справочник / Г. П. Беспамятнов, Ю. А. Кротов. – Л. : Химия, 1985. – 528 с.

3. Добровольский, Г. В. География почв : учебник / Г. В. Добровольский. – М. : Ко-

лосС, 2004. – 460 с.

4. Золотова, Ю. А. Основы аналитической химии. Кн. 2: Методы химического анализа / под ред. Ю. А. Золотова. – М. : Высш. шк., 1996. – 462 с.

5. Израэль, Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю. А. Израэль.

– М. : Гидрометеоиздат, 1984. – 560 с.

6. Константинов, В. М. Охрана природы : учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / В. М. Контстантинов. – М. : Академия, 2000. – 240 с.

7. Маркитанова, Л. И. Экологическая химия : учеб. пособие / Л. И. Маркитанова. – СПб. : СПбГУНиПТ, 2005. – 101 с.

5.2 СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ФАКУЛЬТАТИВА

Наглядные пособия, документальные фильмы, мультимедийные презентации.

8

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФАКУЛЬТАТИВА

Для обеспечения данной дисциплины необходимы:

•оборудованные аудитории;

•аудио-, видеоаппаратура, компьютеры и обучающие программы;

•наглядные пособия.

7. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ФАКУЛЬТАТИВА

7.1ПЕРЕЧЕНЬ ПРИМЕРНЫХ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

ИЗАДАНИЙ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Организации, осуществляющие мониторинг антропогенного воздействия на различные объекты окружающей среды.

2.Биоиндикация на примере растительных и животных организмов.

3.Оценка состояние геооболочек Земли на территории РФ.

4.Составление конспекта урока по выбранной теме с использованием элементов мониторинга.

7.2ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ

1.Цели и задачи экологического мониторинга.

2.Объекты и субъекты экологического контроля.

3.Виды мониторинга.

4.Методы мониторинга.

5.Методы оптической спектроскопии и люминесценции.

6.Газовая хроматография.

7.Хромато-спектрометрия.

8.Масс-спектрометрия.

9.Высокоэффективная жидкостная хроматография.

10.Вольтамперометрия.

11.Радиоизотопный анализ.

12.Концепции нормативов и критических нагрузок.

13.Уровни мониторинга.

14.Антропогенные воздействия на окружающую среду.

15.Основные источники загрязнения окружающей среды.

16.Основные промышленные выбросы в атмосферу.

17.Методы контроля загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и выбросах в атмосферу

18.Характеристики сточных вод и виды их загрязнений.

9

19.Методы контроля загрязняющих веществ в сбросах сточных вод.

20.Методы контроля загрязняющих веществ в поверхностных и подземных водных объектах.

21.Почвенные экосистемы и их загрязнение.

22.Методы контроля загрязняющих веществ в донных отложениях и

почве.

23.Методы анализа тяжелых металлов.

24.Проблемы загрязнения почвы тяжелыми металлами.

25.Супертоксиканты. Основные задачи мониторинга супертоксикантов.

26.Экологический мониторинг и биоиндикация.

27.Порядок организации работ по ведению производственного экологического мониторинга и контроля.

28.Требования к оснащению заводской лаборатории.

7.3ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ

1.Необходимость прогнозирования и управления качеством среды

обитания.

2.Антропогенные воздействия на окружающую среду.

3.Основные источники загрязнения окружающей среды.

4.Основные промышленные выбросы в атмосферу.

5.Физико-химические основы очистки воздуха от газообразных приме-

сей.

6.Физико-химические и инженерные методы водоочистки и водопод-

готовки.

7.Фотохимическая и радиационно-химическая очистка воды.

8.Физико-химические основы очистки сточных вод.

9.Характеристики сточных вод и виды их загрязнений.

10.Почвенные экосистемы и их загрязнение.

11.Методы анализа тяжелых металлов.

12.Загрязнение почв пестицидами.

13.Проблемы загрязнения почвы тяжелыми металлами.

14.Общая проблема мониторинга загрязнений окружающей среды.

15.Супертоксиканты.

16.Основные задачи мониторинга супертоксикантов.

17.Анализ существующей обстановки в РФ и других странах в связи с загрязнением окружающей среды супертоксикантами (СЭТ).

18.Основные источники супертоксикантов. Физико-химические свойства и распространение в природных средах.

19.Методы определения СЭТ.

20.Методы оптической спектроскопии и люминесценции.

21.Газовая хроматография.

22.Хромато-спектрометрия.

23.Масс-спектрометрия.

10