Влияние Новочеркасской ГРЭС на содержание 3,4-бенз(а)пирена в почвах

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Биолого-почвенный факультет

Кафедра почвоведения и  агрохимии

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «ВЛИЯНИЕ НОВОЧЕРКАССКОЙ ГРЭС НА СОДЕРЖАНИЕ

3,4-БЕНЗ(А)ПИРЕНА В ПОЧВАХ  »

 

Студент 4 курса очной  формы обучения М.Ю. Гусакова

Научный руководитель: д.б.н., проф. Т.М.Минкина

Рецензент: к. с.-х.н.,доц  Л.Ю.Гончарова

Нормоконтролер: И.В.Замулина

 

г. Ростов-на-Дону

2010

 

Реферат

 

Объем работы – 34 страницы, 3 рисунка, 6 таблиц, 43 использованных источников.

Задачей исследований явилось  определить содержание полициклических  ароматических углеводородов (ПАУ) в почвах и в вегетативной части  растительности, прилегающих к Новочеркасской ГРЭС. Предметом исследования служили почвы, растения, расположенные на удалении от 1 до 20 км от Новочеркасской ГРЭС. Исследования содержания ПАУ в почвах было проведено методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Содержание ПАУ в почвах и растениях изучалось на примере 3,4 – бенз(а)пирена.

Установлено превышение предельно допустимых концентраций содержания 3,4–бенз(а)пирена в почвах и растениях всех исследуемых  точек.

Проведенные исследования – часть совместной работы специалистов научно – образовательного эколого–аналитического центра системных исследований, математического моделирования и геоэкологической безопасности юга России (Ростова–на–Дону), директором которого является к.х.н., Борисенко Н. И.; и сотрудников Донского государственного аграрного университета (п. Персиановский), под руководством д.б.н., проф. Назаренко О. Г.

Изучение содержания 3,4 – бенз(а)пирена в почвах и растениях  данного района было проведено в 2009г.

Ключевые слова: ПОЧВА, РАСТЕНИЕ, ПОЛИЦЕКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ, 3,4 – БЕНЗ(А)ПИРЕН, НОВОЧЕРКАССКАЯ ГРЭС, ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ, МОНИТОРИНГ, СВОЙСТВА ПОЧВЫ.

 

Оглавление

 

Список сокращений

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Влияние тепловых электростанций  на экологическую обстановку прилегающих территорий

1.2 Структура, химические и физические  свойства ПАУ

1.3 Источники поступления ПАУ  в окружающую среду

1.4 Естественные источники ПАУ

1.5 Антропогенные источники ПАУ

1.6 Система ПАУ–почва

1.7 Перемещение и разрушение ПАУ в почве

1.8 ПАУ в растениях

1.9 Влияние 3,4–бенз(а)пирена на  организм человека

2. Объекты и методика исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Методика исследования

3. Результаты исследования

Выводы

Список использованных источников

 

Список сокращений

 

БП - 3,4-бенз(а)пирен

НчГРЭС – Новочеркасская ГРЭС

ПАУ – полициклические  ароматические углеводороды

ПДК – предельно допустимая концентрация

ТЭС - тепловая электростанция

 

Введение

 

Вследствие бурного  развития промышленности в последнее  время увеличилось количество вредных выбросов в атмосферу. При этом в районах промышленных предприятий образовались высокие уровни загрязняющих веществ в атмосфере, водах, почвах и растениях.

Избыточный приток продуктов  техногенеза привел к нарушению  устойчивых равновесий в природных экосистемах и в ряде случаев явился причиной их частичного или полного разрушения.

Ежегодные сведения по мониторингу  окружающей среды, представленные в  Государственном Докладе «О состоянии  окружающей среды Ростовской области» 1997 году подтверждают статус города Новочеркасска как зоны чрезвычайной экологической ситуации.

В городе расположены  более 190 крупных и мелких промышленных объектов, оказывающих негативное влияние  на состояние различных объектов окружающей среды (Белоусова,2001).

ОАО «Новочеркасская ГРЭС» (НчГРЭС) одна из крупнейших тепловых электростанций России – является основным источником выбросов загрязняющих веществ не только в городе Новочеркасске, но и во всей Ростовской области. По данным Новочеркасского межрайонного комитета по охране окружающей природной среды, объемы выбросов НчГРЭС превышают 200 тыс. тонн в год, что составляет 50 % всех выбросов загрязняющих веществ в Ростовской области и 1 % в Российской Федерации (Экология Новочеркасска,2001).

Новочеркасская ГРЭС расположена всего в 7.5 км юга–восточнее города, поэтому 99 % выбросов приходится на селитебные зоны, т. к. построена электростанция по отношению к городу без учета розы ветров. Проектная десяти километровая санитарно–защитная зона не соблюдается. Станицы Заплавская, Кривянская и восточная часть Новочеркасского холма целиком попадают в подфакельное пространство.

Крайне отрицательное  влияние на экологическую обстановку в городе и на прилегающих территориях  усиливается еще и тем, что  топливо, используемое на предприятии, не соответствует требованиям качества.

Станция ежегодно потребляет 4.5–4.7 млн. тонн угля, 0.7 млн. тонн мазута и 380 млн. м3 газа. Уголь поступает  на станцию без переработки на обогатительных фабриках. Фактически на НчГРЭС используется уголь марки  «АШ» с зольностью и сернистостью, значительно превышающими проектные. Уголь поставляемый на НчГРЭС обогащен широким спектром тяжелых металлов и токсичных элементов (Cu2+, Zn2+, Hg+, Pb2+, Mn2+, и др.), а также радионуклидами (Экологический мониторинг почв Ростовской области, 2005).

Основными компонентами выбросов ОАО НчГРЭС являются зола, сернистый ангидрид, оксиды азота, сажа (свыше 30 тонн в год), пятиокись ванадия (около 8 тонн в год), оксид железа (свыше 5 тонн в год), хромовый ангидрид (около 0.1 тонны в год), фтористый водород (7 кг в год) и др. В золе сохраняется до 85 % содержащихся в исходном угле химических элементов. Несомненно, НчГРЭС является также и крупнейшим источником техногенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), являющимися продуктами сгорания органического топлива.

Известно огромное количество ПАУ. Соединения этой группы широко распространены и встречаются практически во всех сферах окружающей человека среды. Еще в 1996 году работы Л. М. Шабада (1979) и его школы показали, что наиболее токсичный представитель этого класса органических соединений 3,4-бенз(а)пирен служит индикатором для всех ПАУ.

В нашей стране не только 3,4-бенз(а)пирен подлежит обязательному  контролю, но он, из известных ПАУ  является наиболее изученным.

На данном этапе развития технологий, в ярко выраженном отрицательном их влиянии на процессы обмена веществ в живых организмах, нет никаких сомнений в актуальности проведения масштабных исследований в этой области.

Почвенный покров и растения выступают в качестве депонирующих эти соединения сред, поэтому, определение содержание количества 3,4-бенз(а)пирена в почве и растениях может служить важной характеристикой, определяющей состояние техногенного агроландшафта и приближает к ответу на вопрос, который волнует нас уже давно «Откуда ждать следующего подвоха от, изнывающей под техногенным натиском, природы?».

Актуальность  темы исследований. Изучение особенностей аккумуляции представителя класса полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), поллютанта первого класса опасности, канцерогена и мутагена 3,4-бенз(а)пирена легло в основу экологической оценки состояния территорий зоны влияния Новочеркасской ГРЭС (НчГРЭС).

Экологическое состояние  изучаемых территорий оценивалось  в соответствии с методиками, утвержденными  государственными природоохранными органами. Рекомендуемые в них методические подходы несовершенны, и результатом их использования является оценка отдельных природных сред, а не всей экосистемы в целом. Возникает необходимость разработки показателя, с помощью которого можно было бы дать максимально объективную оценку состояния экосистемы, испытывающей техногенное воздействие.

Целью исследования являлось:

Изучить содержание 3,4–бенз(а)пирена в почвах и растениях зоны влияния  Новочеркасской ГРЭС

Задачи:

1. Провести оценку тенденций накопления 3,4 – бенз(а)пирена в почвах и растениях, зоны влияния Новочеркасской ГРЭС;

2. Определить дополнительные  источники эмиссии поллютанта;

3. Выявить особенности  аккумуляции 3,4 – бенз(а)пирена  в зависимости от расположения  по отношению к основному источнику выбросов и адсорбционных свойств почвы;

4. Выявить слои наиболее  интенсивной аккумуляции поллютанта.

Проведенные исследования – часть совместной работы специалистов научно – образовательного эколого  – аналитического центра системных исследований, математического моделирования и геоэкологической безопасности юга России (Ростова–на–Дону), директором которого является к.х.н., Борисенко Н.И.; и сотрудников Донского государственного аграрного университета (п. Персиановский), под руководством д.б.н., проф. Назаренко О.Г.

 

1. Обзор литературы

 

1.1 Влияние  тепловых электростанций на экологическую  обстановку прилегающих территорий

 

Доля мирового производства электроэнергии, принадлежащая тепловым электростанциям (ТЭС) составляет около 63%. ТЭС, используя для производства электроэнергии и тепла различные виды минерального топлива (уголь, мзут, газ), выбрасывают в атмосферу с дымовыми газами и несгоревшими частицами топлива токсичные компоненты. При сгорании углеводородного топлива образуются следующие поллютанты: оксиды серы, азота, ванадия, зола, сажа, канцерогенные вещества.

Канцерогенными веществами являются представители класса ПАУ  и, прежде всего, канцероген и мутаген  первого класса опасности, подлежащий обязательному экологическому контролю - 3,4-бенз(а)пирен (С20Н12). Общая схема образования 3,4-бенз(а)пирена при пиролизе метана следующая: 20СН4 10С2Н2+30Н2 С20Н12+34Н2. (Дикун, 1979).

По данным Государственного доклада «О состоянии окружающей природной среды, 1997», НчГРЭС представляет собой крупнейший источник выбросов загрязняющих веществ в биосферу и является предприятием первого класса опасности. На её долю приходится 1 % всех выбросов в РФ и более 50 % - в Ростовской области. Основная их часть выпадает на г. Новочеркасск и прилегающие к нему территории.

Общий объём выбросов ОАО «НчГРЭС» до 2007 года составлял  более 200 тысяч тонн/год. При переводе энергоблоков на природное газовое  топливо к 2008 году удалось добиться снижения общего объёма выбросов до 70 тысяч тонн/год. Тем не менее, НчГРЭС остаётся предприятием первого класса опасности, крупнейшим источников выбросов в Ростовской области и на юге России (Белоусова, 2001).

В настоящей главе  представлен обзор литературных источников, характеризующих подробную  картину загрязнения атмосферного воздуха, почв и растительности территорий зоны влияния НчГРЭС.

 

1.2 Структура,  химические и физические свойства  ПАУ

 

Полициклические ароматические  углеводороды (ПАУ) - высокомолекулярные органические соединения, основными  структурными элементами которых являются соединенные между собой бензольные кольца. Два соединенных между собой бензольных кольца в молекуле ПАУ или имеют два общих атома углерода или соединены углерод-углеродной связью (Шурубор, 2000).

ПАУ могут быть замещенными  и незамещенными.

Незамещенные ПАУ рассматривают как производные молекулы простейших поликонденсированных соединений бензола–нафталина и дифенила.

Замещенные ПАУ в  своем составе как минимум  вместо одного атома водорода, содержат какую–нибудь функциональную группу.

Структурными аналогами ПАУ являются гетероциклические ароматические соединения, в состав молекул которых вместо атома углерода входят атомы других химических элементов (гетероатомы).

Структуру ПАУ в зависимости  от относительного расположения бензольных колец можно разделить на две группы, два типа сочленения: линейное в антрацене, тетрацене и др. и угловое, например, в фенантрене, хризене, пирене.

Особый случай углового сочленения–наличие общих для трех сочлененных циклов атома углерода, как, например, в пирене (Кулакова. 1982).

ПАУ, являющиеся производными нафталина, составляют группу ката-анелированных  ПАУ. ПАУ, являющиеся производными дифенила, составляют группу пери-конденсированных ПАУ.

3,4–бенз(а)пирен относится  к пятикольчатым незамещенным  пери-конденсированным ПАУ (рис.1 ).

Эти соединения (ПАУ) способны вступать в реакции замещения  и присоединения. Легче в такие  реакции вступают менее стабильные углеводороды. Для ПАУ характерны реакции электрофильного замещения. ПАУ не вступают в обычных условиях в реакции присоединения, что объясняется особенностью их электронного строения. В особых условиях ПАУ могут вступать в реакции присоединения, например, присоединение к бензольному кольцу галогенов может происходить под действием ультрафиолетового облучения, а присоединение водорода с образованием циклопарафиновых углеводородов может происходить в присутствии катализаторов при повышенной температуре (Шабад,1982).

ПАУ способны окисляться с образованием хинонов и карбоновых кислот; могут разлагаться под  действием сильных концентрированных кислот, токов высокой частоты, ультразвука.

 

Рис. 1. Структурная формула 3,4–бенз(а)пирена

 

ПАУ-молекулярные соединения, представляющие собой при комнатной температуре кристаллы (за исключением ряда производных нафталина).

Температура их кипения  и плавления растет с увеличением  числа бензольных колец, достигая соответственно у нафталина 80 и 2180C, у 3,4–бенз(а)пирена 1770C и 4560C (Дикун, 1979).