МЭСК-2013

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НЕКОТОРЫХ ВОДОЕМОВ г. ТЮМЕНИ

Е. Ю. Косяков, А. А. Устименко

Тюменский государственный университет

Растущие масштабы хозяйственной деятельности человека ведут к резкому увеличению использования ресурсов поверхностных пресных вод. Важнейшее значение в современных условиях придается изучению экологического состояния водных ресурсов, связанного с антропогенным загрязнением.

Загрязнение представляет собой качественное истощение вод, основной причиной которого является поступление неочищенных или недостаточно очищенных стоков. Главные потребители воды – промышленность и сельское хозяйство, а также жилые кварталы крупных городов и населенных пунктов, расположенных по берегам рек и озер. Антропогенному вмешательству в большей степени подвержены поверхностные воды, чем остальные компоненты географической среды. Из-за ухудшения качества воды большинство водных объектов находит ограниченное применение. С приближением лета особую силу приобретает проблема отсутствия в городе нормальных условий для отдыха на воде.

Целью данной работы являлось проведение мониторинга химико-экологического состояния некоторых озер города Тюмени.

Промежуточные результаты

В течение пяти месяцев (с апреля по август) был отобран ряд проб с пяти озер (Кривое, Нижнее Кривое, Алебашево, Круглое, Оброчное), находящихся в черте города Тюмени.

Для определения гидрокарбонатов в воде анализ проб проводился методом титрования. Были также определены концентрации тяжелых металлов, pH, электропроводность.

По данным анализа можно сделать следующие выводы.

1.Воды Верхнего Кривого сильно минерализованы.

2.pH во всех озерах в пределах нормы.

3.Во всех водоемах отмечается высокое содержание биогенных элементов, что говорит о загрязнении и эвтрофировании вод. Перманганатная окисляемость превышает ПДК в 2 – 10 раз у разных водоемов. Значительнее всего этот процесс выражен в озере Алебашево, с каждым годом уменьшается количество видов гидробионтов, что ухудшает процессы самоочищения водоема; остальные водоемы можно отнести к мезотрофным.

4.Концентрации токсических веществ в воде исследованных озер превышают значения ПДК. Наибольшее количество токсикантов содержится в озерах Круглое и Алебашево: ПДК свинца превышена в 1,5 раза, меди – в 2 – 3 раза. В остальных озерах превышения ПДК незначительны.

5.Вероятные источники загрязнению озер – хозяйственно-бытовые сточные воды, автотранспорт, водный транспорт.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации,

соглашение 14.B37.21.1900.

Научный руководитель – канд. хим. наук, проф. Н. С. Ларина

11

ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОД ОЗЕРА СИНЕГЛАЗОВО В РЕЗУЛЬТАТЕ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

П. В. Пичугина

Челябинский государственный университет

В настоящее время озеро Синеглазово подвергается сильнейшему антропогенному воздействию, в том числе через сброс сточных вод и регуляцию уровня воды в озере. Все это искажает природные свойства экосистем. Таким образом, целью этой работы является изучение изменений гидрохимических показателей в условиях интенсивного антропогенного воздействия. Полевой этап исследований заключался в отборе проб по стандартным методикам. Камеральный этап заключался в исследовании отобранных проб и анализе полученных данных. Полученные данные приведены в таблице.

Изменение содержание солей в озере Синеглазово в период с 1965 по 2012 гг.

Видно, что падение минерализации составило 5 г/л за 50 лет. С чем связан этот факт, пока неизвестно, но некоторые исследователи считают, что это обусловлено привнесением более пресных сточных вод [1, 2].

Соотношение основных ионов в водах озера Синеглазово в 1965 – 2000 гг.

Как видно на графике, распреснение воды озера осуществляется за счет уменьшения массовой доли ионов К+ и Na+, а также Cl-. Это приводит к увеличению массовой доли прочих ионов, в том числе SO42-. Дальнейшее повышение процента содержания сульфат-ионов, в основном, за счет сброса стоков может привести к смене типа воды, что отразится на всех компонентах экосистемы, но в первую очередь на биоте.

В результате анализа полученных данных и литературы были сделаны следующие выводы. Показатели минерализации снижаются: на данный момент минерализация вод исследуемого озера составляет около 1,8 – 2 г/л по нашим данным. Заметим, что по данным 1971 года [1] минерализация озера составляла 6920 мг/л, а в 1977 – 6904 мг/л [5]. Изменилось процентное содержание основных ионов в водах озера Синеглазово. Подобная неустойчивость химического состава ведет к изменению биотического компонента системы [4], что может снизить хозяйственно-бытовую ценность озера как рыбохозяйственного объекта.

Литература

1.М. А. Андреева. Озера Среднего и Южного Урала (гидрологический режим и влияние на него атмосферной циркуляции) – Челябинск: Южно-Уральское книжное изд-во, 1973. – 270 с.

2.С. Г. Захаров, С. Ф. Лихачев. Динамика и современное состояние основных геоэкологических параметров озера Смолино // Вестник Челябинского государственного университета. Экология и природопользование – 2008. – № 17(118)

3.В. В. Речкалов // Вестник Челябинского государственного университета. Экология и природопользование – 2005. – № 17(118)

4.Л. Е. Черняева, А. М. Черняев, М. Н. Еремеева. Гидрохимия озер Урала и Предуралья – Л.: Наука,

1977. – 375 с.

Научный руководитель – канд. геогр. наук, доцент И. В. Грачева

12

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ УРБОЭКОСИСТЕМЫ ГОРОДА ТЮМЕНИ ПО ДАННЫМ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СНЕЖНОГО ПОКРОВА

В. В. Козлова, Е. В. Некрасова

Тюменский государственный университет

Состояние окружающей среды крупных городов обычно оценивается по состоянию отдельных ее составляющих: атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и растительного покрова, здоровья горожан. Наиболее динамичной и поэтому наиболее сложной для анализа является атмосфера, которая оказывает существенное влияние на состояние всех компонентов урбанизированной экосистемы. По отношению к процессам переноса и накопления загрязняющих веществ атмосфера относится к преимущественно транспортирующей среде.

Объективным показателем качества атмосферного воздуха в городе в зимний период времени является содержание различных загрязнителей в снежном покрове. Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферный воздух, он обладает высокой сорбционной способностью. Концентрация загрязняющих веществ в снеге на 2 – 3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе, поэтому измерения содержания веществ могут производиться достаточно простыми методами анализа.

Целью данного исследования являлась оценка эколого-геохимического состояния атмосферы города Тюмени в зимний период 2012 – 2013 гг. на основе химического анализа снежного покрова, установление механизма миграции и динамики содержания некоторых химических элементов в окружающей среде под влиянием природно-климатических факторов и антропогенного воздействия.

Пробы снега в различных районах города, а также фоновая точка (всего 50 проб) были отобраны с помощью весового снегомера (ВС-43) согласно руководству по контролю загрязнения атмосферы. В отобранных пробах отдельно анализировались твердая (пыль) и жидкая фазы, что позволило дополнительно оценить степень пылевого загрязнения территории города в зимнее время, установить основные его источники и содержание в пыли некоторых токсичных металлов. Определение ионного состава проводилось на ионном хроматографе DIONIX ICS-2100, определение металлов в жидкой и твердой фазе – методом атомно-абсорбционной спектроскопии.

Средние значения и интервалы изменения основных исследованных показателей представлены в таблице. Установить характер распределения загрязнений разного типа по территории и основные источники загрязнений позволяет использование программного обеспечения (построение картосхем распределения исследованных показателей с использованием моделирующей программы Surfer 8.0 на основе карты с сайта www.geomap.ru).

Средние значения и интервалы изменения основных показателей в снежном покрове в г. Тюмени в 2013 г.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что снег является хорошим индикатором загрязнения атмосферного воздуха на городских территориях в зимнее время. Используя метод снегомерной съемки, можно выделить экологически чистые районы города и районы с повышенной техногенной нагрузкой. Химический анализ снежного покрова позволяет обнаружить наличие локальных источников разного типа загрязнений, оценить уровень их воздействия на окружающую среду и выделить область максимального влияния загрязняющих компонентов, выбрасываемых данными источниками.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации,

соглашение 14.В37.21.1900.

Научные руководители – канд. хим. наук, доцент Н. С. Ларина, канд. геогр. наук, доцент С. И. Ларин

13

ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ В ОКРЕСТНОСТЯХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЗАВОДОВ г. ТОМСКА ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ СНЕГОВОГО ПОКРОВА

Н. П. Самохина, Е. А. Филимоненко

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

С целью оценки загрязнения атмосферы, ежегодно с 2009 по 2013 гг. в конце зимних сезонов проводился отбор 5 проб снега в зоне воздействия предприятий по производству железобетонных изделий, где также располагается сектор частной застройки и локальные котельные. Общее количество проб составило 25. Все работы по отбору, подготовке и анализу снеговых проб проводились в соответствии с методическими рекомендациями [1] и руководству по контролю загрязнения атмосферы (РД 52.04.186 № 2932-83). Объектом исследования является твердый осадок снега, а в 2013 г. дополнительно проводилось изучение талой снеговой воды.

Для аналитических исследований проб снега был применен комплекс современных и высокочувствительных методов анализа: инструментальный нейтронно-активационный анализ на 28 элементов (аккредитованная ядерно-геохимическая лаборатория МИНОЦ «Урановая геология» кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ; аналитики А. Ф. Судыко, Л. В. Богутская), масс-спектрометрия с индуктивносвязанной плазмой (ICP-MS) на 58 элементов (ХАЦ «Плазма», г. Томск), метод беспламенной атомной абсорбции для определения содержания в пробах ртути (лаборатория микроэлементного состава природных сред МИНОЦ «Урановая геология»).

Анализ данных о содержании микроэлементов в составе твердого осадка снега из зоны воздействия железобетонных заводов на протяжении 2009 – 2012 гг. показал, что сохраняются повышенные концентрации Ca, Sr, P, Sb и U относительно регионального фона (Ср. Васюган, 480 км от г. Томска [2]).

По данным ICP-MS установлено, что в 2013 г. концентрации ряда элементов в пробах твердого осадка снега превышают фоновые показатели от 2 до 34 раз, приведен геохимических ряд некоторых из них:

As33,5 – U15,6 – Tb11,4 – La11,2 – Ba7,1 – W6,7 – Cd3,9 – Ca3,3 – Sr3,1 – Th2,9 – Sb2,4 – Mn2,3 – P2 (табл.).

В пробах талой снеговой воды основные элементы превышают значения локального фона

(пос. Киреевск, 70 км от г. Томска) от 2 до 33, за исключением ванадия: W114,6 – Sc32,6 – Na22,2 – Fe11,2 – Ca9,6 –

Mn7,1 – Th5 – Ba4,2 – Ce4,2 – U3,9 – Sr3,6 – P3,1 – As2,1.

По данным исследования ионного состава проб снеготалой воды установлено, что наибольшие превышения значений локального фона наблюдаются у ионов натрия (от 2 до 90 раз), нитрит-ионов (от 6 до 26 раз), хлорид-ионов (от 2 до 31 раз). Значения водородного показателя изменяются от 6 до 6,7 единиц, тогда как фоновое значение pH равно 5,3. Общая минерализация составляет 10,6 – 36,6 мг\дм3 (ультрапресные воды), что превышает показатели локального фона в 2,3 – 7,9 раз.

Анализ данных показал, что все рассматриваемые элементы концентрируются преимущественно в твердой фазе снегового покрова. По коэффициентам распределения содержаний элементов между твердым осадком и снеготалой водой элементы можно разделить на несколько групп: наиболее подвижные элементы, способные переходить в раствор талой снеговой воды (коэффициент подвижности от 2 до 4) – Br, Na, Sb, Se, Ca, Au, Re; элементы средней подвижности (коэффициент подвижности от 4,1 до 5) – As, Mo, In, Mg, Zn, Sr, Co, Mn, Cd, Ge, W, Bi, K, Ni, Sc, P, Pb, Cu, Cr, Ba, Hg, Tl, V, U, Li, Rb; наименее подвижные элементы, (коэффициент подвижности от 5,1 до 6) – Cs, Tm, Be, Sn, Ag, Lu, Ga, Fe, Eu, Tb, Gd, Pr, Ce, Dy, Sm, Y, Nd, Ho, La, Al, Er, Yb, Nd, Ta, Ti, Th, Zr, Hf.

По литературным данным [2], цементная пыль характеризуется повышенными концентрациями Ca, Sr и U. С одной стороны, возможным источником поступления изучаемых элементов являются выбросы от железобетонных заводов, с другой стороны – локальных котельных на угле, расположенных вблизи данных заводов.

Средние содержания химических элементов в пробах снега, 2013 г.

Примечание: I – зона воздействия железобетонных заводов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента для поддержки молодых российских ученых (МК 951.2013.5).

Научный руководитель – канд. геол.-минерал. наук, доцент, А. В. Таловская

14

ВЭЖХ-ИСП-АЭС МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМ СВЯЗЫВАНИЯ КАДМИЯ В ПЛАВАЮЩИХ РАСТЕНИЯХ

Т. Е. Романова

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Для очистки естественных и техногенных водоемов все чаше пользуются фиторемедиацией – способом очистки водоемов с применением растений-гипераккумулянтов. При этом оценку поступления металлов в растение чаще всего проводят на основании данных по суммарному содержанию элемента в водной фазе, реже – в различных частях растения, что не позволяет получить информацию о трансформации и транспорте элемента в исследуемом организме. Однако необходимо отметить, что именно физико-химическая форма определяет токсичность, подвижность, механизм транспорта и аккумуляции живыми организмами исследуемого элемента. По этой причине исследования, ориентированные на изучение механизма подобных процессов, представляются актуальными.

Вданной работе предложена методология определения форм кадмия в плавающих растениях, включающая в себя модифицированную процедуру выделения пептидов, их разделение методом обращенно-фазовой ВЭЖХ, идентификацию фракций, содержащих кадмий, методом ВЭЖХ-ИСП-АЭС с последующим определением аминокислотного состава и тиольных групп в выделенных соединениях.

Влабораторных экспериментах в качестве модельного элемента использовали кадмий. Такой выбор был обусловлен схожестью кадмия по своим свойствам с типичными поллютантами (цинк, медь и др.), высокой токсичностью и низким содержанием в контрольных растениях (единицы мг/кг сухой массы) и незагрязненных природных водах (<0,1 мкг/л), что позволяет исключить появление систематической погрешности за счет загрязнений при проведении исследований. Для измерения концентрации поллютанта в растениях и воде применяли метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES iCap Duo 6000 Series, Thermo Scientific) с предварительным микроволновым разложением проб (Mars 5, CEM). Выделение соединений кадмия из тканей гиацинта проводили по модифицированной методике, с учетом литературных и собственных экспериментальных данных. Для идентификации основных форм связывания кадмия проводили разделение компонентов экстракта с последующим определением основных зон, содержащих кадмий, с применением методов ВЭЖХ (Milichrome A-02, Econova) и ИСП-АЭС. На следующем этапе исследования из экстракта растения выделяли фракции, содержащие кадмий, путем проведения хроматографического разделения компонентов экстракта. В выделенных фракциях определяли аминокислотный состав методом ВЭЖХ с фотометрическим детектированием и предварительным кислотным гидролизом проб с дериватизацией фенилизотиоцианатом. Для определения тиолов в выделенных фракциях применяли метод инверсионной вольтамперометрии (ИВА-5, Екатеринбург).

Врезультате проведения лабораторных экспериментов было показано, что около (83 – 95 %) элемента концентрируется в корне растения, поэтому при идентификации форм связывания кадмия основное внимание уделялось этой части растения.

Результаты ВЭЖХ-ИСП-АЭС идентификации кадмия в экстракте корня (режимы off-line и on-line). Параметры разделения. Элюент А: деионизванная вода. Элюент В: ацетонитрил. Скорость элюирования: 200 мкл/мин. Объем пробы: 10 мкл. Градиент:0-1 мин 20 % В, 10 мин 20 % В. Температура: 35°С. Длина волны детектирования: 254 нм. Параметры детектирования. Скорость перист. насоса: 5 об/мин. Скорость расп. потока аргона: 0,75 л/мин. Скорость охлажд. потока аргона: 12 л/мин. Мощность источника 1350 Вт.

Предложена методология исследования, позволяющая получить информацию о пептидных соединениях кадмия, образующихся в растениях водяного гиацинта в процессе биоаккумуляции. Оптимизированы условия разделения и детектирования соединений, содержащих кадмий, методами ВЭЖХ-УФ и ВЭЖХ- ИСП-АЭС; выбраны оптимальные параметры соединения хроматографа с элемент-селективным детектором. Выявлено, что в экстрактах, выделенных из гиацинта, кадмий связан преимущественно с полипептидами, характеризующимися высоким содержанием цистеина. Подобные исследования могут послужить хорошим заделом для будущего повышения эффективности процессов ремедиации территорий.

Научные руководители – д-р хим. наук, доцент О. В. Шуваева, канд. биол. наук, доцент Л. А. Бельченко

15

ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ НА ТРАВЯНИСТЫЕ РАСТЕНИЯ г. КРАСНОЯРСКА

А. А. Шипулина

Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

В связи с возрастающим антропогенным воздействием на окружающую среду проблема ее загрязнения тяжелыми металлами становится все более актуальной. Многие растения обладают способностью аккумулировать тяжелые металлы в количестве, во много раз превышающем их содержание в почве, и, как результат, являются основным источником их поступления в пищевые цепи. Одним из способов эффективной очистки почв от тяжелых металлов является фиторемедиация.

Целью данной работы является оценка влияния загрязнения почв на микроэлементный состав наиболее распространенных видов травянистых растений в скверах г. Красноярска.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1.Определить виды травянистых растений, распространенных в районах с различным уровнем загрязнения.

2.Провести химический анализ почв для определения подвижных форм элементов, доступных растениям.

3.Определить валовое содержание элементов в растениях, произрастающих в районах с разным уровнем загрязнения.

4.Выявить виды растений, перспективных для фиторемедиации городских территорий.

Среди травянистых растений, произрастающих в скверах, расположенных в районах с различным уровнем загрязнения, наиболее часто встречаются люцерна посевная (Medicago sativa L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg.), звездчатка средняя (Stellaria media L.), герань ложносибирская

(Geranium pseudosibiricum J.), лебеда обыкновенная (Atriplex patula L.), крапива двудомная (Urtica dioica L.),

чистотел большой (Chelidonium majus L.), осока острая (Carex acuta L.).

На основании химического анализа водной вытяжки почв можно заключить, что наиболее загрязнены почвы Кировского района, где расположены многие промышленные предприятия. Полученные нами данные соответствуют данным государственного экологического мониторинга [1]. В ходе определения валового содержания элементов в растениях, произрастающих в районах с разным уровнем загрязнения, обнаружены значительные видовые различия.

Содержание элементов в растениях (на сухую массу)

Из всех исследуемых видов только осока острая (Carex acuta L.), часто используемая для формирования газонов, перспективна для фиторемедиации городских территорий, так как она способна накапливать в себе тяжелые металлы без уменьшения содержания биогенных элементов.

Литература

1. Об экологической обстановке в г. Красноярске за 2012 год: сайт Администрации г. Красноярск: http://www.admkrsk.ru/citytoday/ecology/Pages/default.aspx.

Научный руководитель – канд. биол. наук, доцент Н. В. Пахарькова.

16

ОЦЕНКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭЛОДЕИ КАНАДСКОЙ (ELODEA CANADENSIS) К ИОНАМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

С. Г. Белецкая

Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжелые металлы и их соли являются одними из самых токсичных. Многие тяжелые металлы являются необходимыми для живых организмов микроэлементами, но в результате хозяйственной деятельности человека содержание их в окружающей среде зачастую в разы превышает предельно допустимые концентрации. Для того, чтобы сохранить в этих сложных условиях разнообразие биологических видов на Земле, необходимо знать, насколько чувствительны или устойчивы те или иные организмы к действию различных токсических веществ, в том числе и тяжелых металлов. В настоящее время уже разработаны и активно применяются на практике методики использования нескольких растений-гидробионтов, но важно расширить перечень используемых растений для очистки водоемов.

Целью исследований являлось изучение чувствительности и способности элодеи канадской (Elodea canadensis) к накоплению ионов тяжелых металлов с использованием метода регистрации параметров замедленной флуоресценции (послесвечения).

Для измерения показателей замедленной флуоресценции (ЗФ) использовался разработанный на кафедре экологии и природопользования Сибирского федерального университета прибор флуориметр «ФОТОН-10». Анализ параметров ЗФ представляет собой мощный инструмент изучения воздействия самых разнообразных экологических факторов на растительные организмы. Интенсивность ЗФ измерялась при возбуждении светом высокой и низкой интенсивности (ЗФв и ЗФн соответственно). На основе полученных данных рассчитывался относительный показатель замедленной флуоресценции (ОПЗФ), представляющий собой отношение ЗФв к ЗФн. Это позволяет исключить зависимость результатов от площади листовых пластинок растений. Регистрация параметров ЗФ проводились через 1, 5 и 10 суток после помещения растений в раствор.

Верхушечные (мутовки) элодеи по 5 экземпляров помещались в емкости объемом 500 мл с водой р. Енисея, к которой были добавлены растворы солей до концентрации, равной 5 ПДКрх (ПДК алюминия – 0,04 мг/л, кобальта – 0,01 мг/л, марганца – 0,01 мг/л). В течение эксперимента измерялись прирост образцов элодеи и относительные показатели замедленной флуоресценции хлорофилла. В завершение эксперимента вода была отфильтрована, взяты пробы на анализ.

Изучение прироста биомассы элодеи канадской показало, что наибольший прирост наблюдается при внесении ионов алюминия (средний прирост составил 1,8 см), не выявлено также явных морфологических изменений. В среде с добавлением марганца растения быстро погибают (средний прирост составляет 0,5 см). Прирост на воде с внесением кобальта занимает промежуточное положение (средний прирост составляет

1,3 см).

По показателям ОПЗФ можно отметить, что интенсивность флуоресценции в варианте с алюминием выше, чем в случае с марганцем и кобальтом, причем максимальный «токсический эффект» в пробе с алюминием проявлялся после 5 суток экспозиции, в дальнейшем наблюдается рост значений ОПЗФ, что свидетельствует о восстановлении растений.

Анализ остаточных количеств ионов металлов в воде показал, что элодея канадская в большей степени поглощает кобальт и марганец из раствора: их содержание за время эксперимента снизилось с 5 ПДК до 0,5 ПДК (аккумулировано 90,0 %) и 0,08 ПДК (аккумулировано 98,4 %), соответственно. В варианте с алюминием остаточное количество существенно выше – 1,8 ПДК (аккумулировано 64 %).

Таким образом, результаты исследования показали, что элодея канадская является аккумулятором марганца и гипераккумулятором кобальта, что сопровождается снижением их концентрации в воде, при этом она сохраняет свою жизнеспособность.

Так как в настоящее время особое значение приобретает проблема очистки сточных вод и вод естественных и искусственных водоемов от большого количества загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов, а биоремедиация, в последнее время используется все шире, благодаря относительной дешевизне и простоте выполнения, возможно, элодея канадская может быть использована как фитосорбент для очистки водной среды от тяжелых металлов.

Научный руководитель – к.б.н., доцент Г. А. Сорокина

17

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА СЫРОЙ НЕФТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА АТОМНО-ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ

Б. Ю. Сарыг-оол

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, г. Новосибирск

Сырая нефть – сложная природная смесь органических и неорганических соединений, в которой идентифицировано более 1000 индивидуальных соединений. В сырой нефти обнаружено более 60 микроэлементов, общее содержание которых составляет 10-7 – 10-2 % по массе. Основная часть микроэлементов концентрируется в тяжелых фракциях нефти, а именно в азотсодержащих гетероатомных соединениях (порфиринах) и смолисто-асфальтеновых веществах. По содержанию в нефтях микроэлементы можно разделить на три группы: 1) Fe, V, Ni, Cu, Zn, Ti, Mn – более 10 г/т); 2) Cr, Pb, Co, As, Se – от 10 до 1 г/т; 3) Hg, Ge, Sn, Sb, Sc, Mo, La – менее 1 г/т. Основная химическая форма существования микроэлементов – порфириновые комплексы биогенного происхождения.

Микроэлементный состав – важная характеристика сырой нефти, так как несет в себе геологогеохимическую информацию о нефти: возраст, происхождение, пути миграции и скопления. Знание о микроэлементном составе необходимо в технологических процессах переработки нефти в связи с отравлением микроэлементами катализаторов, а также при использовании нефтепродуктов в качестве топлива, которое приводит к выбросу соединений тяжелых металлов в атмосферу. Не исключено также, что в ближайшем будущем нефть может рассматриваться в качестве источника некоторых микроэлементов.

Объектом исследования в настоящей работе являлась сырая нефть из Долины Гейзеров Камчатки, собранная вручную в зоне гидротермальных источников. Эта нефть является молодой, механизм ее формирования на данный момент невыяснен и микроэлементный состав неизвестен.

Целью данной работы являлась разработка методики определения микроэлементного состава сырой нефти. В соответствии с целью решались следующие задачи: 1) разработка методики пробоподготовки сырой нефти; 2) определение ее микроэлементного состава.

Вработе применяли метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСПАЭС), главными достоинствами которого являются: возможность многоэлементного анализа, низкие пределы обнаружения на уровне 0,01 мкг/л, широкий диапазон определяемых концентраций, высокая стабильность источника возбуждения.

Известно, что ИСП-АЭС – метод анализа растворов, поэтому необходимым этапом процедуры анализа является переведение пробы в раствор. Традиционными приемами пробоподготовки для сырой нефти являются озоление, разбавление органическими растворителями, микроволновое разложение кислотами. Микроволновое разложение является наиболее перспективным в связи с его эффективностью, практически полным отсутствием загрязнения пробы и потери аналитов, удобством при работе с методами, основанными на ИСП. Но сложность и неоднозначность состава сырых нефтей порождает множество проблем, связанных

сунификацией процедуры разложения. Нашей задачей было создание универсальной методики, подходящей для всех типов нефтей, гарантирующей полную минерализацию всего органического вещества.

Вработе использовалась система микроволнового разложения MARS 5 с автоклавами закрытого типа. Варьировались основные параметры микроволнового разложения: окисляющий агент, режим разложения, время разложения. Удовлетворительные результаты были получены при использовании в качестве окисляющего агента смеси азотной кислоты с пероксидом водорода (окислительной потенциал данной смеси выше, чем у азотной кислоты и смеси азотной кислоты с соляной кислотой); в жестких условиях микроволнового разложения в два этапа с постепенным увеличением температуры и давления.

Врезультате предложена и апробирована методика микроволнового разложения сырой нефти, которую в дальнейшем применяли в исследовании.

Контроль правильности полученных результатов определения микроэлементов осуществлялся методом добавок. В качестве добавки использовался мультиэлементный стандарт Conostan S-21 (США) с концентрацией микроэлементов 500 мг/л.

Установлено, что изучаемые образцы нефти характеризуются высоким содержанием мышьяка и аномально низкими содержаниями V и Ni (ниже 1 мкг/кг). Для ряда элементов, таких как: As, Cd, Cr, Fe, Ge, P, S и Ti, результаты демонстрируют отсутствие значимой систематической погрешности, их содержание в анализируемой нефти соответствует: As – 39±2 мг/л, Cd – 0,19±0,09 мг/л, Cr – 0,35±0,06 мг/л, Fe – 8±1 мг/л, Ge – 4±1 мг/л, P – 310±30 мг/л, S – 3900±600 мг/л, Ti – 1,7±0,3 мг/л.

Вто же время содержания никеля и ванадия оказались ниже предела обнаружения метода (<1 мкг/кг), причем именно эти элементы представляют особый интерес для исследователей, т. к. они являются геологогеохимическими маркерами нефти, поэтому дальнейшие усилия планируется направить на достижение более низких пределов обнаружения путем оптимизации процедуры пробоподготовки и параметров ИСПплазмы.

Научный руководитель – д-р хим. наук, доцент О. В. Шуваева

18

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ И ТРАВЯНИСТЫХ РАСТЕНИЯХ ТЮМЕНСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ЗАКАЗНИКА

В. В. Боев

Тюменский государственный университет Институт почвоведения и агрохимии СО РАН

При проведении биогеохимических исследований большое значение имеет выбор фоновых территорий, в пределах которых антропогенное воздействие и соответственно загрязнение компонентов почв и растительности минимально. К числу объектов фонового мониторинга почв, могут быть отнесены заповедники и памятники природы, где почвы подвержены минимальному антропогенному загрязнению. Тюменский федеральный заказник расположен в пределах Нижнетавдинского района Тюменской области, в юго-западной части Западно-Сибирской низменности, в системе Тарманского, озерно-болотного массива, в междуречье среднего течения Тавды и Туры. Площадь заказника составляет 53585 га.

Почвенный покров Тюменского федерального заказника представлен светло-серыми лесными почвами. При проведении исследований нами были поставлены следующие задачи:

1.Установить содержание микроэлементов в почвах и растительности заказника.

2.Выяснить доступность микроэлементов, содержащихся в почвах, для травянистых растений заказника. Видовой состав растений приведен ниже.

Видовой состав растительности Тюменского федерального заказника: 1) гравилат; 2) хвощ; 3) репейник;

30)клевер; 31) ветошь; 32) ветошь.

Впочвах и растениях было проведено определение содержания подвижной формы следующих микроэлементов – Zn, Cu, Mn, Ni, Cd, Fe (экстрагент – ацетатно-аммонийный буфер pH – 4,8). Определение содержания микроэлементов в пробах почв и растительности было проведено на атомно-абсорбционном спектрофотометре Квант-2а в лаборатории биогеохимии микроэлементов Института почвоведения и агрохимии СО РАН.

Содержание микроэлементов в почвах колеблется в следующих пределах: Fe – 13,9–48,1; Mn – 65–215; Zn – 0,62–2,69; Cu – 0,1–0,16; Ni – 1,15–3,03; Cd – 0,035–0,072. Из полученных данных следует, что содержание практически всех исследованных элементов колеблется в незначительных пределах и загрязнение отсутствует, поскольку концентрации этих элементов не превышают фонового уровня.

Содержание микроэлементов в растениях колеблется в широких пределах, что определяется видовыми особенностями растений.

Сравнение содержания микроэлементов в растениях Тюменского федерального заказника с общепринятыми агрохимическими и биогеохимическими критериями содержания этих элементов в грубых и сочных кормах позволило выявить закономерности накопления микроэлементов растениями на территории заказника.

Путем подсчета процентного содержания проб с избыточными и недостаточными концентрациями микроэлементов нами были получены ряды, отражающие закономерности накопления микроэлементов растениями заказника. Так, по избыточному содержанию в растениях микроэлементы располагаются в следующий ряд (в скобках приведено число проб с избыточным содержанием элемента в %):

Ni(62,1)>Cd(50,0), Mn(58,6)>Zn(27,6)>Fe(13,8)>Cu(3,4). По недостаточному содержанию микроэлементов получен ряд: Fe (41,3)> Cu(27,5)> Zn(24,1)>Mn(10,3).

Внаибольшей степени в растениях Тюменского федерального заказника концентрируется никель, затем следуют марганец и кадмий; в то время как растения недостаточно обеспечены железом и медью. Количество проб с недостаточным содержанием цинка – 24,1 % практически соответствует числу проб с избыточным содержанием этого элемента – 27,1 %.

Сравнение содержания микроэлементов с предельно допустимыми концентрациями для грубых и сочных кормов позволило выявить превышения ПДК для никеля в 58 %, для цинка – 31 % , для железа – в 13,8 %, для кадмия – в 3,5 % проб. Однако превышение ПДК по ряду вышеперечисленных элементов не отражается на росте и развитии растений, отсутствуют также внешние проявления избыточного содержания микроэлементов, что можно объяснить защитными возможностями растений и буферностью почв по отношению к тяжелым металлам.

Таким образом, содержание микроэлементов в почвах Тюменского федерального заказника не превышает нормативных показателей, а в травянистых растениях имеющие место превышения связаны, прежде всего, с особенностями почв и растений, и экологическая ситуация на его территории не вызывает опасений.

Научный руководитель – канд. биол. наук В. А. Боев

19

МОНИТОРИНГ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ВЫРАБОТКЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В РАЙОНАХ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

А. С. Хайруллина

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Практически любая промышленная и бытовая деятельность человека связана с потреблением топлива. Это приводит к выбросам в атмосферу продуктов сгорания, содержащих десятки высокотоксичных соединений. Для решения сложных экологических задач необходимо изучение воздействия любого крупного технического объекта на окружающую среду.

В работе приведены результаты мониторинга по вредным выбросам от источников теплоты при сжигании природного газа. Нормирование таких выбросов сводится к ограничению выбросов NO, NO2 и СО. С учетом токсичности и объемов выбросов вклад оксидов азота NOх (30 – 35 %) в загрязнение атмосферного воздуха определяет уровень экологического совершенства теплоэнергетического оборудования.

Объемы выбросов вредных веществ связаны с качеством и количеством сжигаемого топлива, с полнотой его использования, а также с эффективной работой теплоэнергетических установок [1 – 3].

Для получения такой информации проанализирована ситуация с выбросами вредных веществ при расходе природного газа (ввиду его более низкой теплотворной способности) на выработку тепловой энергии предприятиями районов республики Татарстан (2001 – 2010 гг.).

Расчет производили на основе нормативных материалов, заложенных в «Методике определения выбросов загрязняющих веществ» в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн в час или менее 20 Гкал в час» (Москва, 1999 г.).

Валовые выбросы вредных веществ в атмосферу

Как следует из данных таблицы, потребление топлива для выработки тепловой энергии остается практически на одном и том же уровне. Полученные данные позволяют рассчитать количество вредных выбросов, ежегодно поступающих в атмосферу, и разработать пути улучшения экологической ситуации региона.

Существует несколько направлений уменьшения количества выбросов вредных веществ при сгорании природного газа, и одним из них является конструктивное, в соответствии с которым целесообразны решения, предусматривающие не замену существующего оборудования новым, а максимально возможное его использование при условии достижения современных показателей по эффективности и экологическим характеристикам.

Литература

1.Л. И. Кропп, Н. Г. Залогин, Л. П. Яновский. Показатель суммарной вредности продуктов сгорания энергетических топлив // Теплоэнергетика. 1978. № 10. С. 47 – 49.

2.П. В. Росляков, Л. Е. Егорова, И. Л. Ионкин. Расчет вредных выбросов ТЭС в атмосферу / Под ред. П. В. Рослякова. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 84 с.

3.РД 34.02.305-98. Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС. М.: ВТИ, 1998.

Научный руководитель – д-р хим. наук, профессор Л. И. Лаптева

20