Способ оценки загрязнения окружающей среды
Владельцы патента RU 2712945:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Предложен способ оценки загрязнения окружающей среды примесями кислых или щелочных веществ и оценки минерализации пылевидных частиц в зонах антропогенного влияния, включающий одновременное взятие исследуемых образцов с кроны одновозрастных древесных растений на экспериментальной исследуемой территории и на контрольной условно чистой территории, испытание исследуемых образцов, анализ результатов испытаний исследуемых образцов с результатами испытаний контрольных образцов. Оценка загрязнения окружающей среды включает четыре стадии, при этом на первой стадии в качестве исследуемых образцов используют листья древесных растений с находящимися на их поверхности пылевидными частицами, причем сбор листьев исследуемых образцов на экспериментальной исследуемой территории и на контрольной условно чистой территории производят в сухую погоду в период вегетации, для этого с одного древесного растения отбирают 10 листьев, а общая выборка составляет 100 листьев с 10 близко растущих древесных растений одного вида как на экспериментальной исследуемой территории, так и на контролируемой условно чистой территории, на второй стадии осуществляют испытания исследуемых образцов, для чего собранные листья древесных растений в количестве 10 штук помещают в химический стакан с дистиллированной водой объемом 100 мл, перемешивают их в дистиллированной воде в течение 2-3 минут и получают водную суспензию с содержанием пылевидных частиц, смытых с листовых пластинок древесных растений, на третьей стадии производят измерение полученной водной суспензии после смыва пыли с листьев древесных растений по активности ионов водорода - водородному показателю рН, количественно выражающему кислотность, и удельной электрической проводимости - ЕС, мкСм/см, показателем суммарной концентрации ионов неорганических веществ в водной суспензии смыва пыли с листьев древесных растений, аналогичные испытания проводят для каждой выборки из 10 близко растущих древесных растений, а на четвертой стадии в результате анализа значений водородного показателя - рН, и удельной электрической проводимости - ЕС, полученных для каждой выборки с 10 близко растущих древесных растений одного вида как на экспериментальной исследуемой территории, так и на контролируемой условно чистой территории, по известной математической зависимости рассчитывают среднеарифметические значения водородного показателя рН и удельной электрической проводимости ЕС, по которым определяют состояние загрязнения окружающей среды, при этом, если значения удельной электрической проводимости водной суспензии после смыва пыли среды превышают значения удельной электрической проводимости водной суспензии после смыва пыли условно чистой зоны до 2 раз, а значения рН водной суспензии после смыва пыли среды ниже значения рН водной суспензии после смыва пыли условно чистой зоны, то окружающую среду оценивает как загрязненную. Технический результат - повышение эффективности способа оценки загрязнения окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 1табл., 1 пр.
Изобретение относится к области экологии; мониторингу загрязнений окружающей среды, экологической безопасности урбанистических территорий, эффективности природоохранной деятельности.
Известен способ оценки загрязнения окружающей среды путем отбора образцов хвои сосны обыкновенной, произрастающей на исследуемой территории, включающий определение содержания хлорофилла и активность каталазы и по их составу определяют коэффициенты обмена веществ, по которым заключают о загрязнении окружающей среды [Патент РФ №2314349, опубликован 10.01.2008 г. - прототип].
Недостатком известного способа является ограниченность его применения, так как оценку проводят только на образцах хвои сосны, которая на территориях техногенного загрязнения встречается не повсеместно.
Также недостатком способа является использование токсичных реагентов при определении загрязнения окружающей среды.
Технический результат - повышение эффективности способа оценки загрязнения окружающей среды.
Техническая задача - повышение эффективности способа оценки загрязнения окружающей среды за счет экспресс оценки загрязнения окружающей среды в заданном районе, при одновременном снижении трудоемкости осуществления способа, экологической безопасности и невысоких капитальных вложениях на его осуществление.
Решение технической задачи
Способ оценки загрязнения окружающей среды в зонах антропогенного влияния, включающий одновременное взятие исследуемых образцов с кроны одновозрастных древесных растений на экспериментальной исследуемой территории и на контрольной условно чистой территории, испытание исследуемых образцов, анализ результатов испытаний исследуемых образцов с результатами испытаний контрольных образцов, в котором оценка загрязнения окружающей среды включает четыре стадии, при этом на первой стадии в качестве исследуемых образцов используют листья древесных растений с находящимися на их поверхности пылевидными частицами, при чем сбор листьев исследуемых образцов на экспериментальной исследуемой территории и на контрольной условно чистой территории производят в сухую погоду в период вегетации, для этого с одного древесного растения отбирают 10 листьев, а общая выборка составляет 100 листьев с 10 близко растущих древесных растений одного вида на экспериментальной исследуемой территории так и на контролируемой условно чистой территории, на второй стадии осуществляют испытания исследуемых образцов, для чего собранные листья древесных растений в количестве 10 штук помещают в химический стакан с дистиллированной водой объемом 100 мл, перемешивают их в дистиллированной воде в течение 2-3 минут и получают водную суспензию с содержанием пылевидных частиц, смытых с листовых пластинок древесных растений, на третьей стадии производят измерение полученной водной суспензии после смыва пыли с листьев древесных растений по активности ионов водорода - водородному показателю рН, количественно выражающий кислотность и удельной электрической проводимости - ЕС, мкСм/см, показателем суммарной концентрации ионов неорганических веществ в водной суспензии смыва пыли с листьев древесных растений, аналогичные испытания проводят для каждой выборки с 10 близко растущих древесных растений, а на четвертой стадии в результате анализа значений водородного показателя - рН, и удельной электрической проводимости-ЕС, полученных для каждой выборки с 10 близко растущих древесных растений одного вида, как на экспериментальной исследуемой территории, так и на контролируемой условно чистой территории, по известной математической зависимости рассчитывают среднеарифметические значения водородного показателя рН и удельной электрической проводимости ЕС по которым определяют состояние загрязнения окружающей среды, причем отбор образцов листьев древесных растений производится из нижней части кроны древесных растений с максимального количества доступных веток разных направлений от поверхности почвы на высоте 1-2 м, обусловленной носовым вдыханием атмосферного воздуха взрослыми и детьми, а контрольную условно чистую территорию выбирают на расстоянии 40-50 км от экспериментальной исследуемой территории, а количественное значение водородного показателя - рН и удельной электрической проводимости -ЕС определяют на приборе «МУЛЬТИТЕСТ».
Сущность осуществления способа.
Способ оценки экологического состояния окружающей среды в зонах антропогенного влияния включает одновременное взятие образцов листьев с кроны древесных растений на исследуемой экспериментальной территории и контрольной условно чистой территории, исследовании образцов и анализе результатов исследования.
Способ экспресс оценки загрязнения окружающей среды осуществляется в несколько стадий. На первой стадии в сухую погоду на исследуемой экспериментальной территории и контрольной в условно чистой территории производят сбор листьев древесных растений с предполагаемыми пылевидными частицами на поверхности листовых пластинок в вегетационном периоде на высоте 1-2 м от поверхности почвы, так как в данном диапазоне происходит носовое вдыхание атмосферного воздуха взрослыми и детьми. В качестве контрольного образца служат листья древесных растений, произрастающих на условно чистой территории. Для экспресс оценки загрязнения окружающей среды с одного древесного растения отбирают 10 листьев, каждая выборка должна включать 100 листьев с 10 близко растущих древесных растений одного вида на исследуемой экспериментальной территории, так и на контролируемой условно чистой территории.
На второй стадии собранные листья растения в количестве 10 шт. помещают в химический стакан с дистиллированной водой, объемом 100 мл, перемешивают их в дистиллированной воде в течение 2-3 минут и получают водную суспензию с содержанием пылевидных частиц, смытых с листовых пластинок растений.
На третьей стадии производят измерение полученной водной суспензии после смыва пыли с листьев растений по двум параметрам: водородному показателю - рН (или мере активности ионов водорода в растворе, количественно выражающей его кислотность) и удельной электрической проводимости - ЕС, мкСм/см. Величина удельной электрической проводимости ЕС водной суспензии (смыва пыли с листьев древесных растений) служит показателем суммарной концентрации ионов неорганических веществ и может использоваться в программах мониторинга за состоянием окружающей среды для оценки минерализации пылевидных частиц. Удельная электрическая проводимость - индикаторный показатель антропогенного воздействия на природные среды.
На четвертой стадии проводится анализ результатов исследования. Для обеспечения точности оценки загрязнения окружающей среды и достоверности результатов исследования испытания проводят для каждой выборки с 10 близко растущих древесных растений одного вида как на экспериментальной исследуемой территории, так и на контролируемой условно чистой территории. После чего рассчитывают среднеарифметические значения водородного показателя-рН и удельной электрической проводимости - ЕС, мкСм/см. Величину водородного показателя - рН и удельной электрической проводимости - ЕС определяют на приборе «МУЛЬТИТЕСТ».
Таким образом, заявленный способ оценки загрязнения окружающей среды, по сравнению со способом по прототипу, позволяет производить экспресс оценку загрязнения окружающей среды с целью диагностики экологической ситуации урбанистических территорий и обеспечения своевременной ее коррекции, экологически безопасен, не требует высоких трудозатрат и капитальных вложений на его осуществление.
В соответствии с вышеизложенной сущностью изобретения приводится пример осуществления способа
Исследования проводились в селитебной зоне малоэтажной застройки в Среднеахтубинском районе Волгоградской области по улицам: Омская, Нечаева, Кавказская и Воровского вблизи комплекса промышленных предприятий по производству керамзита, машиностроения и др. (исследуемая экспериментальная территория) и в садовом некоммерческом товариществе (СНТ) «Орошенец» (контрольная условно-чистая территория). В качестве исследуемых образцов были использованы листья абрикосовых деревьев (). Это массовый вид, встречающийся в Волгоградской области с большой частотой.
На первой стадии сбор листьев абрикосовых деревьев () производился в зоне малоэтажной застройки Среднеахтубинского района Волгоградской области по ул. Омская (точка №1), ул. Нечаева (точка №2), ул. Кавказская (точка №3), ул. Воровского (точка №4) и в СНТ «Орошенец» (контрольная условно-чистая территория). Листья отбирались с 10 деревьев одного вида, по 10 листьев с каждого дерева. Отбирали по 100 листьев в каждой точке на экспериментальной исследуемой территории, и также на контрольной условно чистой территории. Отбор листовых пластинок древесных растений производился из нижней части кроны растения с максимального количества доступных веток разных направлений, условно - с севера, юга, запада и востока. Листья рекомендуется брать примерно одного, среднего для данного вида размера на высоте от 1 до 2- метров. Пыль, осевшая на листья растений именно на этой высоте позволяет производить оценку загрязнения окружающей среды, в частности, атмосферного воздуха, поскольку именно в данных диапазонах h=1-2 м происходит носовое вдыхание атмосферного воздуха и взрослыми и детьми.
На второй стадии собранные листья абрикосовых деревьев (
) (по 10 шт. ) помещали в химический стакан с дистиллированной водой, объемом 100 мл, перемешивали их в дистиллированной воде в течение 2-3 минут, получали водную суспензию с содержанием пылевидных частиц, смытых с листовых пластинок абрикосовых деревьев ().
На третьей стадии производили измерение полученной водной суспензии (смыва пыли с листьев) по двум параметрам: водородному показателю - рН и удельной электрической проводимости - ЕС, мкСм/см. Исследования проводились на оборудовании «МУЛЬТЕСТ». Измерение проводилось при температуре 25±0,1°С. Если в приборе нет температурной компенсации или нет возможности термостатировать пробу, величину удельной электрической проводимости рассчитывали с использованием температурной поправки [Приложение А, РД 52.24.495-2005].
На четвертой стадии проводился анализ результатов исследования. Для обеспечения точности оценки загрязнения окружающей среды и достоверности результатов исследования испытания осуществляли для каждой выборки с 10 близко растущих древесных растений одного вида как на экспериментальной исследуемой территории, так и на контролируемой условно чистой территории. После чего рассчитывали среднеарифметические значения водородного показателя-рН и удельной электрической проводимости - ЕС, мкСм/см. Величину водородного показателя - рН и удельной электрической проводимости - ЕС определяли на приборе «МУЛЬТИТЕСТ».
Результаты экспресс оценки загрязнения окружающей среды - селитебной зоны в Среднеахтубинском районе Волгоградской области представлены в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что удельная электрическая проводимость исследуемых водных суспензий при смыве пыли с листьев из селитебной зоны по сравнению с водными суспензиями при смыве пыли с листьев из условно-чистой зоны в 1-2 раза превышает значения. Это говорит о том, что в водных суспензиях из селитебной зоны находятся пылевидные частицы, которые диссоциируют в воде в виде свободных ионов, способных проводить электрический ток. Наиболее загрязнены территории в точках №1 и №4, поскольку одновременно с высокими значениями удельной электрической проводимости по сравнению с условно-чистой зоной, обнаружены низкие значения водородного показателя рН=4,6 (точка №1) и рН=4,7 (точка №4), которые характеризуются как показатели кислой среды. Реакция среды (рН) является важной характеристикой химических свойств веществ, которые находятся в водной суспензии. По значению рН водных суспензий (водные растворы электролитов) можно судить о наличии примесей кислых или щелочных веществ.
Водные суспензии (смыв пыли с листьев абрикосовых деревьев ()) из точек №1 и №4, имеющие рН меньше 5, характеризуются как кислые среды и агрессивные воды. Данные точки по своему месторасположению находятся в зоне влияния предприятия машиностроения, а, следовательно, кислая среда может быть показателем наличия в водных суспензиях тяжелых металлов, и/или кислот, которые попали на листья абрикосовых деревьев () в виде пыли и/или кислотных оксидов, и/или сероводорода и других веществ из атмосферного воздуха. В точке №4 удельная электропроводность водной суспензии ЕС=80,72 мкСм/см выше, чем в точке №1 ЕС=47,1 мкСм/см, следовательно, атмосферный воздух на исследуемых территориях по ул. Омская (точка №1) и ул. Воровского (точка №4) представляют определенные экологические риски для окружающей среды и здоровья человека, при этом точка №4 наиболее опасна. Точки №2 и 3 менее опасны, так как их водные суспензии по показателям рН=5,3; 5,5 характеризуются как слабо-кислые, несмотря на то, что удельная электропроводность в точках №2 и 3 почти такая же как в точке №1. Следовательно, в атмосферном воздухе в точках №2 и 3 находится меньше вредных примесей и атмосферный воздух территорий по ул. Кавказская (точка №2) и ул. Нечаева (точка №3) представляют меньшую опасность для окружающей среды и здоровья человека.
Предлагаемый способ загрязнения окружающей среды позволяет производить оценку загрязнения окружающей среды во всех природных поясах и населенных пунктах, то есть является универсальным, экологически безопасным, не требующим больших трудовых затрат и капитальных вложений.
1. Способ оценки загрязнения окружающей среды примесями кислых или щелочных веществ и оценки минерализации пылевидных частиц в зонах антропогенного влияния, включающий одновременное взятие исследуемых образцов с кроны одновозрастных древесных растений на экспериментальной исследуемой территории и на контрольной условно чистой территории, испытание исследуемых образцов, анализ результатов испытаний исследуемых образцов с результатами испытаний контрольных образцов, отличающийся тем, что оценка загрязнения окружающей среды включает четыре стадии, при этом на первой стадии в качестве исследуемых образцов используют листья древесных растений с находящимися на их поверхности пылевидными частицами, причем сбор листьев исследуемых образцов на экспериментальной исследуемой территории и на контрольной условно чистой территории производят в сухую погоду в период вегетации, для этого с одного древесного растения отбирают 10 листьев, а общая выборка составляет 100 листьев с 10 близко растущих древесных растений одного вида как на экспериментальной исследуемой территории, так и на контролируемой условно чистой территории, на второй стадии осуществляют испытания исследуемых образцов, для чего собранные листья древесных растений в количестве 10 штук помещают в химический стакан с дистиллированной водой объемом 100 мл, перемешивают их в дистиллированной воде в течение 2-3 минут и получают водную суспензию с содержанием пылевидных частиц, смытых с листовых пластинок древесных растений, на третьей стадии производят измерение полученной водной суспензии после смыва пыли с листьев древесных растений по активности ионов водорода - водородному показателю рН, количественно выражающему кислотность, и удельной электрической проводимости ЕС, мкСм/см, показателя суммарной концентрации ионов неорганических веществ в водной суспензии смыва пыли с листьев древесных растений, аналогичные испытания проводят для каждой выборки из 10 близко растущих древесных растений, а на четвертой стадии в результате анализа значений водородного показателя - рН и удельной электрической проводимости - ЕС, полученных для каждой выборки с 10 близко растущих древесных растений одного вида как на экспериментальной исследуемой территории, так и на контролируемой условно чистой территории, по известной математической зависимости рассчитывают среднеарифметические значения водородного показателя рН и удельной электрической проводимости ЕС, по которым определяют состояние загрязнения окружающей среды, при этом, если значения удельной электрической проводимости водной суспензии после смыва пыли среды превышают значения удельной электрической проводимости водной суспензии после смыва пыли условно чистой зоны до 2 раз, а значения рН водной суспензии после смыва пыли среды ниже значения рН водной суспензии после смыва пыли условно чистой зоны, то окружающую среду оценивают как загрязненную.
2. Способ оценки загрязнения окружающей среды примесями кислых или щелочных веществ и оценки минерализации пылевидных частиц в зонах антропогенного влияния по п. 1, отличающийся тем, что отбор образцов листьев древесных растений производится из нижней части кроны растений с максимального количества доступных веток разных направлений от поверхности почвы на высоте 1-2 м, обусловленной носовым вдыханием атмосферного воздуха взрослыми и детьми, а контрольную условно чистую территорию выбирают на расстоянии 40-50 км от экспериментальной исследуемой территории.
3. Способ оценки загрязнения окружающей среды примесями кислых или щелочных веществ и оценки минерализации пылевидных частиц в зонах антропогенного влияния по п. 1 отличающийся тем, что количественное значение водородного показателя - рН и удельной электрической проводимости - ЕС определяют на приборе «Мультитест».
