Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Дисертаційні роботи України
Хімічні науки
Аналітична хімія

Диссертационная работа:

Васюков Олександр Євгенович. Хімічний аналіз в оцінюванні екологічного стану поверхневих водних об'єктів : Дис... д-ра наук: 02.00.02 - 2006.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальність роботи. Розвиток і удосконалення природоохоронного законодавства вимагають від аналітичної хімії вирішення складних прикладних задач, які включають діагностику антропогенних змін. Ці зміни необхідно визначати на фоні природних процесів, з яких складається круговорот речовини і енергії у природі. Попередня концепція екологічної безпеки, заснована на дотриманні гранично допустимих концентрацій (ГДК) хімічних речовин, поступається місцем концепції екологічного ризику, згідно з якою оптимальним з природоохоронної точки зору є рішення, що зводить до мінімуму негативний вплив на екосистему. Актуальними стали задачі оцінювання екологічного стану водних об’єктів у натурних умовах, у тому числі з використанням природних індикаторних систем, задачі кількісного визначення фізіологічно активних форм елементів у природних водах, серед яких важкі метали (ВМ) становлять пріоритетний інтерес. Це обумовлено токсичністю для гідробіонтів вільних (іонних) форм ВМ, не зв’язаних у фульвати і гумати. На відміну від органічних речовин ВМ не схильні до біодеструкції, і якщо потрапляють у біогеохімічний цикл, то дуже повільно його залишають. Для прямого вивчення вільних форм ВМ і їх трансформації у поверхневих водах використовують різні варіанти вольтамперометрії (ВА), однак методи з використанням ртутного краплинного електрода останнім часом застосовувались відносно рідко, хоча вони відповідають основним вимогам, які ставляться до методів аналізу об’єктів довкілля.

Для вирішення екоаналітичних задач необхідне методологічне об’єднання традиційного хімічного аналізу стічних вод і основних компонентів водних об’єктів (води, донних відкладів і гідробіонтів) з геохімічними і гідробіологічними дослідженнями екологічної (буферної) ємності і закономірностями функціонування екосистем в нормальних і екстремальних ситуаціях.

Стосовно задач оцінювання впливу іонів ВМ на екологічний стан водних об’єктів можна виділити три функції аналітичної хімії: 1) розвиток методології аналізу стану водних об’єктів в умовах тісного зв’язку гідрохімії, гідробіології і геохімії; 2) розробка і атестація аналітичних методик визначення хімічного складу компонентів водної екосистеми, у тому числі визначення різних хімічних форм ВМ; 3) використання хімічних способів контролю реакцій – відповіді біоти на антропогенний вплив для оцінювання екологічного стану водної екосистеми. Вказані напрямки екоаналітичної хімії потребують подальшого обґрунтування і розвитку.

Актуальність поставлених у роботі досліджень визначається необхідністю теоретичного обґрунтування і розробки методології використання хімічного аналізу для оцінювання екологічного стану поверхневих водних об’єктів при нормуванні скидів у них стічних вод, забруднених іонами ВМ.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, господарчими договорами і експедиціями. Дисертацію виконано в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем (УкрНДІЕП) згідно з планами науково-дослідних робіт, а саме: 68/240600/11 (№ держ. реєстрації 0101U004173) „Розробка і атестація методик визначення забруднюючих речовин у поверхневих водах суші”; 48/040201/19 (№ держ. реєстрації 0101U0000094) „Метрологічна атестація методик виконання вимірювань масових концентрацій забруднюючих речовин у промвикидах, зворотних водах, ґрунтах (20 методик)”; Н5-265 (№ держ. реєстрації 0195U009945) „Изучение процессов накопления металлов растительными группировками водоема-охладителя ЗАЭС”; 3.5.1/84 ”Применение автоматического прибора АХП-205 для определения содержания хлоридов в поверхностных и сточных водах”; 4.10-93(Н5) „Вивчення міграціі та накопичення радіонуклідів у зарегульованих водних об’єктах”; 219/13 (№ держ. реєстрації 0198U007725) „Аналіз методичного забезпечення кількісної ідентифікації забруднюючих речовин, скидання яких нормується згідно зі списками Б і В переліку, затвердженого Постановою КМ України від 14 вересня 1996 року № 1100”; 5.2-1049 (№ держ. реєстрації 0101U004172) „Гармонізація національних стандартів з міжнародними та європейськими – в частині стандартів згідно з Планом державної стандартизації на 2001 рік (ІSO 7890-3:88; ІSO 8466-1:90; ІSO 9297:89; ІSO 10523-94)”; 2.7.Т.5 „Методическое руководство по экологической оценке воздействия планируемой народнохозяйственной деятельности на гидросферу”. Частину матеріалу зібрано здобувачем під час 1-ї (1994 р.) і 2-ї (1996 р.) українсько-канадських експедицій по р. Дніпро, пов’язаних з програмою екологічного оздоровлення ріки.

Мета і задачі роботи. Мета роботи полягала у розробці принципів організації і методології хімічного моніторингу ВМ у поверхневих водних об’єктах, який дозволяв би оцінювати екологічний стан цих об’єктів та їх окремих компонентів, насамперед, у розвитку екоаналітики ВМ.

Для досягнення поставленої мети було необхідно вирішити такі задачі:

– обґрунтувати шляхи розв’язання проблем хіміко-аналітичної діагностики екологічного стану водних об’єктів, а також необхідну методологію лабораторних і натурних досліджень;

– вивчити можливості і перспективи застосування ВА, включаючи різницеву ВА, для визначення різних форм ВМ, які утворюються при їх трансформації у водному середовищі; розробити і удосконалити ВА методики визначення вільних (іонних) форм ВМ;

– уточнити можливості атомно-абсорбційної спектроскопії (ААС) для визначення валового вмісту ВМ (у тому числі фонового) у воді, донних відкладах та водних рослинах;

– розробити хімічні критерії, що дозволяють за результатами хімічного аналізу компонентів водного об’єкта робити висновки про ступінь його забруднення ВМ;

– в умовах модельних екосистем з фотосинтезуючою ланкою обґрунтувати використання динаміки параметрів карбонатної системи природних вод для оцінювання впливу іонів ВМ на фізіологічний стан біоти;

– удосконалити метрологічне забезпечення вимірювань масових концентрацій домішок і основних показників складу стічних, поверхневих вод і ґрунту;

– розробити практичні рекомендації з використання запропонованих методів і методик для оцінювання впливу на якість поверхневих вод скидів стічних вод, що містять метали.

Об’єкт дослідження: компоненти водних об’єктів (прісноводних) – води, донні відклади, водорості і вища водна рослинність.

Предмет дослідження: хімічні показники стану водного об’єкта, електрохімічні і токсичні властивості аналіту (у тому числі іонів ВМ) і особливості його вмісту, накопичення і трансформації у компонентах водного об’єкта; карбонатна система природних вод.

Методи дослідження: лабораторні: різні варіанти ВА з ртутним краплинним електродом – постійно-струмова і змінно-струмова ВА, хроноамперометрія і різницева хроноамперометрія з лінійним розгортанням потенціалу (різницева ВА); ААС, іонометрія, молекулярна абсорбціометрія, гравіметрія, титриметрія; натурні: моделювання водних екосистем у мікро- і мезокосмах, дослідження водних об’єктів у експедиційних умовах; статистична обробка результатів експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів. На прикладі оцінювання впливу іонів ВМ на стан поверхневих водних об’єктів вдосконалено методологію екоаналітики ВМ у тісному зв’язку з гідрохімією, гідробіологією і геохімією водних екосистем.

Вперше показано можливості використання різних варіантів ВА для оцінювання буферної ємності компонентів прісноводних екосистем за результатами аналітичного визначення вільних (іонних) форм ВМ у воді. Запропоновано використовувати ВА з ртутним краплинним електродом для вивчення кінетики детоксикації іонів ВМ і для дослідження процесів розподілу вільних іонів ВМ між компонентами водних екосистем. Узагальнено і розвинуто аналітичні можливості різницевої ВА в аналізі вод та оцінюванні їх стану.

Вперше з’ясовано механізм виникнення каталітичного струму окисників за рахунок регенерації деполяризатора шляхом хімічної реакції у системах Cr(VI), Cr(III) – нітрит (нітрат) і показано можливості використання вказаних систем для оцінювання якості води.

За результатами електрохімічного контролю динаміки стану карбонатної системи природних вод вперше запропоновано характеризувати фізіологічну активність форм металів відносно рослин коефіцієнтом токсичності, що показує, як змінюється рН або концентрація розчиненого О2 під впливом іонів металу за певний час дії біомаси фітоценозу в одиниці об’єму досліджуваної природної води.

Показано можливості змінно-струмової ВА для створення алгоритму розрахунку вмісту різних форм металів у компонентах водного об’єкта з використанням коефіцієнтів накопичення і розподілу, які враховують вміст (біомасу) фітопланктону у воді.

На підставі результатів визначення валового вмісту металів у воді, донних відкладах, водоростях і вищій водній рослинності запропоновано схему формування донних відкладів, що враховує надходження в них металів з матеріалом ерозії ґрунтів і порід водозбірного басейну, продуктами внутрішньоводних процесів і осадами стічних вод.

Вперше запропоновано якісно і кількісно характеризувати забрудненість донних відкладів металами на підставі порівняння послідовностей концентраційного ряду і ряду, побудованого за значеннями кларків металів для ґрунтів світу.

Практична цінність одержаних результатів. На основі результатів досліджень розроблено 20 методик виконання вимірювань вмісту ряду хімічних речовин у ґрунті, в поверхневих і очищених стічних водах, які атестовано в Українському державному науково-виробничому центрі стандартизації, метрології і сертифікації (УкрЦСМ). Згідно з наказом Мінекоресурсів України № 336 від 03.09.2002 р. з метою забезпечення єдності вимірювань показників складу і властивостей проб об’єктів довкілля 19 методик використовуються в аналітичних підрозділах і наукових установах Мінприроди України. В рамках виконання Плану державної стандартизації і гармонізації вітчизняних стандартів з міжнародними і європейськими введено в дію 5 стандартів ISO, які затверджені як національні стандарти України.

Для нормування стану донних відкладів запропоновано використання значення кларків металів для ґрунтів світу.

Розвинуто методологію оцінювання впливу іонів металів на довкілля на прикладі впливу іонів ВМ на екологічний стан поверхневих вод, що закріплено у державних будівельних нормах України (ДБН А.2.2-1-95 Склад і зміст матеріалів оцінки впливів на навколишнє середовище (ОВНС) при проектуванні і будівництві підприємств, будинків і споруд. Основні положення проектування).

Створено програму математичної обробки результатів хімічного аналізу природної води, яка включає визначення фізіологічно активних форм металів і буферної ємності водного об’єкта з використанням добових коливань рН і концентрації розчиненого О2 у воді (залежно від біомаси фітопланктону або вищої водної рослинності і концентрації іонів ВМ у досліджуваній воді).

Створено методичне забезпечення контролю вмісту хлоридів у поверхневих і стічних водах для автоматичного аналізатора АХП-205. Дисертація містить результати пусконалагоджувальних робіт у процесі виробництва аналізатора АХП-205 та впровадження його в практику аналізу стічних та поверхневих вод на підприємствах Міністерства з виробництва мінеральних добрив – Сєверодонецького ВО „Азот”, Горлівського ВО „Стірол”, Первомайського ВО „Хімпром”.

Особистий внесок автора. Автору належить формування напрямків досліджень і постановка задач, більша частина експериментальних досліджень, результати яких інтерпретовані здобувачем за участю ст. наук. співр. Л.Я. Хейфец (вольтамперометрія) та проф. А.Б. Бланка (аналітична хімія і екологічне нормування). У дослідженнях методом ААС брала участь М.С. Коваленко. Частина вольтамперометричних досліджень виконана разом з Г.В. Черевик, Л.Ф. Кабаненко, С.Г. Максимовським. У гідробіологічних дослідженнях брали участь Б.С. Свердлов, Г.Ю. Міланич. Технічна частина програми для ПК виконана С.О. Стешенком. Розробка і атестація методик виконання вимірювань (МВВ) хімічних речовин у поверхневих і очищених стічних водах, ґрунтах виконана спільно із співробітниками еколого-аналітичної лабораторії УкрНДІЕП за участю головного метролога інституту О.О. Калініченко. У збірці методик “Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 1. Методы химического анализа вод (М, 1987 г.)” здобувачем складені прописи полярографічних методик визначення ВМ у воді.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались: на IX Всесоюзній нараді з полярографії (Усть-Каменогорськ, 1987); II Всесоюзному симпозіумі “Биотехнология и химические методы охраны окружающей среды” (Самарканд, 1988), III Всесоюзній конференції з електрохімічних методів аналізу “ЭМА–89” (Томськ, 1989); Всесоюзній конференції “Электрохимические средства анализа и охрана окружающей среды” (Тарту, 1989); Всесоюзній конференції “Методология экологического нормирования” (Харків, 1990); симпозіумі “Защита вод от загрязнения” (Москва, 1990); конференції “Основные направления природоохранной деятельности на предприятиях черной металлургии” (Челябинськ, 1990); конференції “Химический анализ пищевых продуктов и загрязнений окружающей среды” (Москва, 1992); Всесоюзній конференції з електрохімічних методів аналізу “ЭМА–94” (Москва, 1994); 2-й конференції Харківського державного університету “Применение персональных компьютеров в научных исследованиях и учебном процессе” (Харків, 1996); Всеукраїнській конференції з аналітичної хімії (Ужгород, 1998); V Всеросійській конференції з участю країн СНД “Электрохимические методы анализа” “ЭМА–99” (Москва, 1999); Всеукраїнській (з міжнародною участю) конференції з аналітичної хімії, присвяченій 100-річчю від дня народження професора М.П. Комаря (Харків, 2000); конференції “Современные методы анализа в контроле качества продукции промышленного производства, экологии и токсикологии” (Одеса, 2000); науково-практичній конференції “Хімічна метрологія: проблеми забезпечення єдності вимірювань” (Київ, 2001); міжнародній науково-методичній конференції “Экология – образование, наука и промышленность” (Бєлгород, 2002); науково-практичній конференції “Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України” (Київ, 2002); першому міжнародному симпозіумі “Методи хімічного аналізу” (Севастополь, 2002); сесіях Наукової ради з проблеми “Аналітична хімія” (Харків, 2002; Ужгород, 2003; Дніпропетровськ, 2004); International conference ANALYTICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ANALYSIS (AC&CA-05), devoted to 100 anniversary of Anatoly Babko (Kyiv, 2005).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 77 роботах, серед яких 21 стаття у фахових вітчизняних і зарубіжних виданнях (у тому числі два огляди), 3 публікації у нормати-вно-методичних виданнях, 22 – у збірках доповідей та тез наукових і науково-практичних конфе-ренцій і семінарів, 5 ДСТУ (ISO), 20 методик проведення хімічного аналізу, атестованих УкрЦСМ.

Подобные работы
Тріска Наталія Романівна
Оцінювання стану цифрових трактів за показниками фазових спотворень
Файнзільберг Леонід Соломонович
Методи та інструментальні засоби оцінювання стану об'єктів за сигналами з локально зосередженими ознаками
Семіколенова Світлана Вікторівна
Статистичне оцінювання стану та розвитку готельного господарства
Волосов Віктор Вікторович
Робастні методи еліпсоїдального оцінювання стану та параметрів динамічних систем та їх застосування в задачах керування
Люльчик Вадим Олександрович
Оцінювання стану агросфери за індикаторами соціоекологічного розвитку (на прикладі Рівненської області).
Адаменко Андрій Вікторович
Моделі і методи оцінювання стану газотранспортних систем у стаціонарному режимі
Ямборак Раїса Семенівна
Автоматизоване оцінювання та прогнозування гідрохімічного стану водних ресурсів Подільського Придністер'я
Скоробогатова Валентина Іванівна
Наукові основи оцінювання енергетичних і структурних станів діючих систем електропостачання промислових підприємств
Клименко Євгеній Володимирович
Методологія оцінювання, прогнозування та регулювання технічного стану будівель і споруд із залізобетону
Семенець Ольга Миколаївна
Методи обробки та прийняття рішень при аналізі стану мікроциркуляції кон'юнктиви ока

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net