Оценка экологического состояния придорожной территории улиц города Оренбурга

NO₃ + hн > NO + O₂;

NO₃ + NO > 2NO₂;

N₂O₅ > N₂O₃ + O₂;

N₂O₅ + H₂O > 2HNO₃.

Среднее значение концентрации гемиоксида азота в тропосфере составляет в среднем около 0,3 млн-¹. Общее количество гемиоксида азота, поступающего в атмосферу, составляет 100 млн.т/год (в результате протекания процессов денитрификации). Среднее время пребывания молекул гемиоксида азота в атмосфере составляет 20 лет. Основные процессы вывода N₂O из атмосферы связывают с протеканием процессов фотодиссоциации:

N₂O + hн > N₂ + O, н ? 250 нм

 

или взаимодействия с синглетно возбужденным атомом кислорода:

N₂O + O(1D) > N₂ + O₂;

N₂O + O(1D) > 2NO.

Поскольку в тропосфере концентрация синглетно возбужденных атомов кислорода является низкой и практически нет излучения с длиной волны н < 250 нм, молекулы N₂О обладают бoльшим временем жизни и могут переместиться в стратосферу. В стратосфере в связи с ростом концентрации O(1D) атомов и изменением спектра проходящего солнечного излучения скорость процессов разрушения молекул N₂О резко возрастает. Поэтому концентрация N₂О на высоте 35 км примерно в 10 раз меньше, чем в тропосфере.

Оксид и диоксид азота  в тропосфере подвергаются взаимным превращениям. Как известно, NO в присутствии  кислорода окисляется до NO₂. Расчеты показывают, что в равновесных условиях концентрация диоксида азота примерно в 100 раз должна превышать содержание NО. Поэтому долгое время при анализе атмосферы на содержание оксидов азота определяли только концентрацию NO₂ в воздухе. Однако исследования, проведенные за последние 15?20 лет, показали, что содержание оксида азота NO в приземном слое воздуха сопоставимо с концентрацией NO₂. Это является следствием интенсивного поступления NO в атмосферу с поверхности планеты, что делает практически невозможным достижение равновесия. Поэтому при анализе атмосферного воздуха на общее содержание оксидов азота предварительно необходимо окислить NO до NO₂ и затем проводить определение содержания NO₂ в пробе. Основные природные источники оксидов азота (процессы денитрификации, окисление NH₃ и азота при разрядах молний) ежегодно поставляют в тропосферу от 21 до 89 млн. т NO_X в пересчете на элементный азот. Помимо этого в результате антропогенных выбросов еще около 20 млн.т азота в виде оксидов выбрасывается в атмосферу. Как природные, так и антропогенные выбросы преимущественно содержат оксид азота NO.

Одним из основных источников образования оксида азота является окисление азота воздуха, сопровождающее все процессы горения, в которых  в качестве окисления используется воздух. С повышением температуры  увеличивается равновесное количество оксида азота в воздухе. Процесс  сжигания ископаемого топлива на тепловых электростанциях и топлива  в двигателях автомобилей является основным источником загрязнения атмосферы  оксидами азота.

В сфере оксид азота, взаимодействуя с гидропероксидным радикалами, переходит в диоксид азота:

NO + HO₂ > NO₂ + OH.

Другой возможный путь окисления оксида азота -- взаимодействие с озоном:

NO + O₃ > NO₂ + O₂.

Диоксид азота в тропосфере в присутствии излучения длиной волны н < 398 нм разлагается с образованием оксида азота и атома кислорода:

27NO₂ + hн > NO + O(3P).

Образующийся оксид азота  вновь подвергается процессу окисления, а атомарный кислород приводит к  появлению в тропосфере озона.

Важной частью атмосферного цикла соединений азота является образование азотной кислоты. Примерно 44 % ее в тропосфере образуется в  результате взаимодействия диоксида азота  с гидроксидным радикалом:

 

NO₂ + HO > HNO₃.

Около 24 % HNO₃ появляется в атмосфере в результате взаимодействия пентаоксида диазота с молекулами Н₂О. До 28 % всей выделяющейся в атмосфере азотной кислоты образуется при взаимодействии триоксида азота с органическими кислородсодержащими радикалами. Часть азотной кислоты разлагается с образованием диоксида или триоксида азота, которые вновь включаются в атмосферный цикл соединений азота:

HNO₃ > OH + NO₂;

HNO₃ + OH > NO₃ + H₂O.

Основное количество азотной  кислоты выводится из тропосферы с атмосферными осадками в виде растворов HNO₃ и ее солей. Среди нитратов, присутствующих в атмосфере, основное количество составляет азотнокислый аммоний NH₄NO₃, который, как и в случае сульфата аммония, образуется при взаимодействии аэрозолей азотной кислоты с NH₃.

Ежегодно из природных  источников в атмосферу поступает  около 70 млн. т NH₃ в пересчете на азот. Антропогенный вклад в загрязнение атмосферы аммиаком составляет всего около 4 млн. т. В тропосфере аммиачный азот представлен в основном содержащимися в аэрозолях ионами аммония. Общее содержание NH₄-ионов в пересчете на элементный азот составляет примерно 2 млн. т, что примерно в два раза превышает общее содержание газообразного аммиака.

С атмосферными осадками и  в результате процессов сухого осаждения  ежегодно около 70 млн. т соединений аммония выводится из атмосферы. Часть аммиака (от 3 до 8 млн.т/год) вступает во взаимодействие со свободными радикалами, в основном с гидроксидным радикалом:

NH₃ + OH > NH₂ + H₂O.

 

В дальнейшем NH₂ легко окисляется до оксида азота. (3)

1.7 Лондонский смог

Смог лондонского типа -- сочетание газообразных загрязнителей (в основном сернистого газа SO₂), пылевых частиц и тумана. Впервые был отмечен в 1952 г., когда в Лондоне в течение двух недель погибли около 4 000 человек.

Токсичность лондонского  смога целиком определяется исходными  загрязнителями, возникающими при сжигании больших количеств топлива, в  первую очередь высокосернистых  сортов угля и мазута. Главным действующим  компонентом смога является, как  было указано выше, сернистый газ  в сочетании с аэрозолем серной кислоты. При вдыхании этой смеси  сернистый газ достигает легочных альвеол и вредно на них действует. Переносу SO₂ на дальние расстояния способствует строительство высоких дымовых труб, что снижает локальное загрязнение атмосферы. Однако в результате такого приема, рассчитанного на естественное самоочищение воздуха за счет рассеивания, увеличивается время пребывания серосодержащих соединений в воздушной среде и, следовательно, увеличивается дальность переноса предшественников серной кислоты и сульфатов. Смог наблюдается обычно в осенне-зимнее время (с октября по февраль). (3)

 

2. Исследование процессов  формирования пылегазовых примесей  в придорожной зоне улиц города  Оренбурга

2.1 Характеристика объекта  исследования и применяемых методик

2.1.1 Характеристика объекта  исследования

Объектом исследования является придорожная территория проспекта  Гагарина города Оренбурга. Схема места  отбора пробы снега для исследования содержания загрязняющих веществ представлена на рисунке 2.1.

Проспект Гагарина находится  в восточной части Оренбурга  и относится к Ленинскому району города. Начинается переходом с улицы  Чкалова и заканчивается переходом  в автодорогу Оренбург -- Орск. Имеет  протяженность чуть менее 9 километров и является восточным въездом  в город.

Проспект Гагарина является улицей магистрального и общегородского значения, что говорит о большой  загруженности автотранспортом. По проспекту проходят автобусные и  троллейбусные маршруты. Движение на проспекте двухстороннее, по три  полосы в обе стороны. Перекрестки  оборудованы светофорами, имеются  тротуары, наземные и подземные пешеходные переходы. Вдоль проезжей части имеются  зеленые насаждения в виде кустарников  и отдельно стоящих деревьев. Основная застройка представляет собой многоэтажные дома.

Отбор проб проводился на расстоянии 15 метров от проезжей части, на пересечении  проспекта с улицей Восточной.

 

2.1.2 Методика определения  содержания взвешенных частиц  в атмосферных осадках

Загрязнение осадков происходит как во время образования в  облаке и выпадения их на земную поверхность, так и в результате сухого осаждения загрязнителей  из атмосферы.

Большое количество пылевых  примесей в атмосфере городов  нередко провоцирует заболевание  дыхательных путей, нарушение работы слизистых оболочек организма человека и животных. Пыль засоряет устьица  растений, нарушает процессы цветения и оплодотворения в растениях. В  больших количествах пыль образует налет или даже кору на поверхности  растений, чем затрудняет протекание процесса фотосинтеза. Будучи сами по себе малотоксичными пылевые частицы  способны адсорбировать на своей  поверхности тяжелые металлы  и другие токсичные вещества.

Для определения содержания взвешенных частиц в атмосферных  осадках производят отбор снега (дождя) специальным пробоотборником. Если производится отбор снега, то его  необходимо поместить в комнатные  условия (18-20°С) до полного таяния. Отобранные осадки фильтруются через широкопористый фильтр (белая лента) предварительно взвешенный на аналитических весах. Для фильтрования берутся три  конические колбы, три воронки, в  которые вставляются фильтры. Через  каждый из них пропускается фильтрат объемом 300 мл. Если после фильтрования фильтрат получается мутным, то его  фильтруют еще через узкопористый фильтр (синяя лента), выше указанным способом. После фильтрования фильтры высушиваются в эксикаторе и вновь взвешиваются на аналитических весах. По разности масс фильтров до и после фильтрования вычисляется масса взвешенных частиц. (4)

2.1.3 Методика определения  pH водных объектов

Величина pH является мерой активной кислотности природной воды и других объектов окружающей среды, создавшейся в результате взаимодействия растворенных электролитов газов. Определение величины pH в практике исследования природных вод, почв и растений имеет большое значение. Эта величина позволяет судить о формах нахождения в объектах окружающей среды слабых кислот: угольной, кремниевой, сероводородной, фосфорной, а также дает возможность судить о насыщенности объектов слабыми основаниями и служит для контроля некоторых аналитических определений. Активная кислотность почв имеет решающее значение для произрастания растений, жизнедеятельности микроорганизмов, развития и направления биохимических процессов почвы.

Измерение величины pH проводят на приборе «Иономер ЭВ-54». Пробы природной воды в подписанных или пронмерованных химических стаканчиках переносят к прибору. Порядок работы на приборе следующий:

1. Включить прибор в  сеть, прогреть 15 минут.

2. Опустить электроды  в стаканчик с раствором.

3. Нажать кнопку pX и «-1:19», по нижней шкале прибора определить приблизительное значение pH раствора.

4. На панели переключения  пределов измерения нажать кнопку, в которую входит определенная  по пункту №3 величина. Например, если 2.4, то нужно нажать кнопку  «-1:4» и отсчитать показываемое  значение по верхней шкале  прибора.

5. Соблюдать осторожность  при работе со стеклянным электродом, следить, чтобы шарик стеклянного  электрода не прикасался к  стенкам и дну стакана.

После каждого измерения  вымывают электроды в дистиллированной воде и высушивают фильтрованной  бумагой. По окончании работы с прибором электроды помещают в стакан с  дистиллированной водой. (4)

 

2.1.4 Методика определения  содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов в атмосферных осадках

Определение карбонат-иона. В колбу наливают 10 мл анализируемой воды. Добавляют пипеткой 5-6 капель раствора фенолфталеина (при отсутствии окрашивания раствора, либо при слаборозовом окрашивании считают, что карбонат-ион в пробе отсутствует; pH пробы меньше 8,0-8,2). Постепенно титруют содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05н) до тех пор, пока окраска побледнеет до слаборозовой. Массовую концентрацию карбонат-иона рассчитывают по формуле:

С_к = V_к * 300,

где V_к - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л.

Определение гидрокарбонат-иона. В колбу наливают 10 мл анализируемой воды. Добавляют пипеткой 1-2 капли раствора метилового оранжевого. Постепенно титруют содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05 н) при перемешивании до перехода желтой окраски в розовую. Массовую концентрацию гидрокарбонат-иона рассчитывают по формуле:

С_к = V_гк * 305,

где V_гк - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л. (4)

2.1.5 Методика определения  содержания хлорид-ионов в атмосферных осадках

Высокая растворимость  хлоридов объясняет широкое распространение  их во всех природных водах. В проточных  водоемах содержание хлоридов обычно невелико (20-30 мг/л). Незагрязненные грунтовые  воды в местах с несолончаковой почвой обычно содержат до 30 мг/л хлорид-иона. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву в 1 литре могут содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350 мг/л, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500-1000 мг/л неблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов является показателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников и сточных вод. Определение хлоридов ведется по методу Мора.

Принцип метода Мора основан  на осаждении хлоридов азотнокислым серебром в присутствии хромата  калия. При наличии в растворе хлоридов AgNO₃ связывается с ними, а затем образует хромат серебра оранжево-красного цвета.

NaCI + AgNO₃ > AgCI v + NaNO₃

2AgNO₃ + K₂CrO₄ > Ag₂CrO₄ v + 2KNO₃

Вначале устанавливают  титр AgNO₃. Для этого в коническую колбу на 200 мл вносят 10 мл раствора NaCI и 90 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 капель K₂CrO₄. Содержимое колбы титруют раствором AgNO₃ до перехода лимонно-желтой окраски мутного раствора в оранжево-красную, не исчезающую в течение 15-20 с.

При содержании хлоридов менее 250 мл берут 100 мл фильтрованной испытуемой воды. При большем содержании хлоридов берут 10-50 мл. Испытуемую воду наливают в две конические колбы, доводят  до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 капель раствора K₂CrO₄. Раствор в одной колбе титруют AgNO₃, а вторая колба используется для контроля.

Содержание хлор-иона в воде рассчитывается по формуле:

Х = V * 35,5 ,

 

где Х - содержание хлор-иона в мг/л;

35,5 - эквивалентное количество  хлора, соответствующее 1 мл 0,01%-му  раствору AgNO₃, мг;

V - объем исследуемой  пробы, мл. (4)

2.1.6 Методика определения  содержания сульфидов и гидросульфидов  в атмосферных осадках

При действии раствора йода на связанный и свободный сероводород  и соли сернистой и тиосернистой кислот происходит окисление последних:

S^2- + I₂ > 2I^- + S

HS^- + I₂ > H⁺ + 2I^- + S

SO₃^2- + I₂ > SO₄^2- + 2I^- + 2H⁺

2S₂O₃^2- + I₂ > 2I + S₄O₆^2-

Вследствие летучести  свободного сероводорода производят два  определения: ориентировочное и  точное.