Отбор: Авангард - Научно състезание Герои на бъдещето
TRANSCRIPT
Отбор “Авангард”:Лъчезар СтанчевТомас РасулскиДаниел Велинов
Мелани Ефтимова Денислав Кирилов
ПМГ “Проф. Емануил Иванов” гр. Кюстендил
Река Банщица се намира в Западна България. Извира от Осоговска планина и се влива в река Струма, която е транс-гранична и тече в България и Гърция. Река Банщица пресича по дължина град Кюстендил. Тече от югозапад на североизток. Дълга е 25 км.
Мястото на изследване представлява незаконно сметище непосредствено в коритото на река Банщица, при влизането и в град Кюстендил, в близост до нашето училище.
Целта на изследването е да се насочи вниманието към антропогенните микродетрити (фрагменти от човешки отпадъци) в реките като фактор
за седименто- и почвообразуването, особено след наводнения.Настоящото изследване е фокусирано предимно върху антропогенните микродетрити в почвата и седимента от коритото и надзаливната тераса на река Банщица.Опробването е извършено през декември 2014 г.
Използвани са бинокулярен микроскоп “CETI” (STAR-24ED) с отразена бяла светлина и с приложение за флуоресцентна светлина и вградена дигитална камера Използван е и дигитален монокулярен микроскоп USB 2.0 DigiScope.
Таблица 1. Минерален състав и съдържание на антропогенни микродетрити в изследваните препарати. Обобщена проба, обемни проценти Vol. %.
KварцГнайси и
шисти Други минерали Гранит
30 10 1 <1
Полиетилен ТекстилСтроителни материали Пластмаси
10 10 15 5
Метали Керамика Стъкло Други детрити
4 7 7 1 Фиг. 1 Профил на изследваният седимент.
кварц
гнайс
други минерали
полиетилен
текстил
други детрити
пластмаси
метали
керамика
стъкло
строителни
Таблица 2. Съдържание на антропогенни микродетрити в изследваните препарати, с изключено минерално съдържание. Обобщена проба, обемни проценти Vol. %.
Полиетилен
Текстил
Строителни
Пластмаси Метали
Керамика
Стъкло
Други детрити
17 17 25.4 8.5 6.7 11.85 11.85 1.7
Фиг. 2 Профил на антропогенният микродетрит в изследваните препарати.
полиетилен
текстил
други детрити
пластмаси
метали
керамика
стъкло
строителни
Фиг. 3 Минерален състав и антропогенен микродетрит в изследваните проби. Отразена (бяла) светлина, въздушна среда, увеличение х35.
1
23
4
56
1-керамика 2-пластмаса 3-стиропор 4-гнайс5-кварц6-станиол
1
32
4
5
1-метал2-полиетилен 3-стиропор4-кварц5-мазилка
1
1
1
2
1-пепел2-кварц
1
2
31-стъкло2-мазилка3-полиетилен
12
3
4
5
5
1-кварц2-полиетилен3-полиетилен 4-стиропор 5-гнайс
1
23
4
5
6
1-полиетилен2-стиропор3-текстил4-кварц5-текстил6-керамика
Фиг. 4 Антропогенен микродетрит в изследваните проби. Флуоресцентна (синя) светлина, въздушна среда, увеличение х35.
полиетиленови текстилни влакна - синя флуоресценция
текстил (син цвят), стиропор (бял цвят)
каучук полиетилен
въглища – кафява флуоресценция на битумни продукти
Минералният състав е предимно силикатен: кварц около 30%. Преобладаващата форма е сферична, с преобладаваща средна заобленост Част от речните материали представляват гнайси и шисти, Те са втората по
обемно съдържание група и достигат до 20%. Имат ниска степен на сферичност и различна форма, но предимно плочковидни. Формата и
заоблеността на минералните зърна определят по-дълъг речен транспорт на материала от склоновете на Осоговска планина. Следи от удар, които са
характерни за силна скорост на речното течение са повсеместни.
Съдържание на антропогенен микродетрит в почвите:
Полиетилен - различни размери, цвят и форма. Флуоресцират само безцветните.
10%
Тесктил - флуоресцира силно с наситено син цвят. 10%
Стиропор - флуоресцира слабо с бял цвят. 1%
Пластмаси - не флуоресцират. Богат набор от цветове, видове и форми.
5%
Каучукови изделия - флуоресцират с портокалово оранжев до червен цвят
1%
Хартия, целофан и станиол - станиолът отразява бялата и синята светлини.
1%
Пепел от въглища и сгур - в отделни точки на сметището достигат до 100%.
10%
Метали - желязо и цветни метали от електронни компоненти. 4%
Керамика - тухли и керемиди, фаянс с плочковидни полуръбести до, т.е.източника на керамика най-вероятно е в сметището.
5%
Стъкла - бял, кафяв и зелен цвят, плочковидни и ръбести, т.е. близък произход.
7%
Въглища -флуоресцират със слаба кафява светлина от разграждащите се битуми.
1%
Строителни материали-цимент до 30%, филц, бои и мазилки и др. 30%
Влияние на антропогенните микродетрити върху околната среда
Антропогенни микродетрити Химични вещества
Полиетилен, текстил, стириопор, пластмаса, каучукови изделия – могат да станат част от хранителата верига, да причинят задушаване при животните, запушване на храносмилателната система, травми на вътрешните органи; загниване в червата на котките, веществата, от които е съставен полиетиленът влияят негативно върху човешкото здраве; физичеки може да промени почвената структура и обедняване на почвата; открихме полиетиленови фрагменти в екстременти от птици и кучета, както и върху вакуумирани млечни продукти (най-вече в сирене).
(C2H4)nH2, соли на адипинова киселина-Е355, DEHP (ди-2-етилхексил фталат), винилхлорид
Хартия, целофан и станиол - мастилото и импрегнаторите причиняват хепатотоксичност, невроповеденческа токсичност, имунотоксичност, репродуктивна токсичност, токсичност за белите дробове, хормонални ефекти и слаб генотоксичен канцерогенен потенциал (Директива на 2010/161/EU за мониторинг на перфлуороалкилирани вещества в храни).
Pb в мастилото, Перфлуороалкилираните вещества (PFASs)
Влияние на антропогенните микродетрити върху околната среда
Антропогенни микродетрити Химични вещества
Пепел от въглища и сгур – разнообразие от химични елементи, Могат да повишат концентрацията на метали в почвата, съгласно Д.В. 54/1997 г.
S, Be, Ti, Na, Ca, Mg, Zn, Mn, Cr, Cu, V, Hg, As, Pb, K, Fe…
Метали - някои причиняват образуване на ракови клетки, бъбречна недостатъчност, вродени дефекти, слепота, нервни разстройства и други. Могат да повишат концентрацията на метали в почвата, съгласно Д.В. 54/1997 г.
Cd, As, Cr, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Zn, редки разсеяни елементи от електрониката
Керамика и стъкла – обогатяване на почвата с антропогенни примеси, слабо влияние върху околната среда.
SiO2, CaCO3, глини, импрегнанти, Pb
Въглища – канцерогенни и токсични битумни продукти. Нефтени продукти, асфалти, катрани, бензени
Строителни материали – висока карбонатност, повишена алкалност; някои организми са чувствителни към повишени нива на цианурова киселина - 8 mg/L пъстърва Salmo Trutta, някои ракообразни като Branchiopoda . Циануровата киселина /меламин/ е продукт на разпад на изделия на химическата промишленост използвани в бита, като бои, лепила, лакове, дезинфектанти и др. Предизвиква камъни в уринарния тракт.
CaCO3, pH>8, CYS
От направените изследвания се установи замърсяване с антропогенни микродетрити на седименти и почви, което е резултат от нерегламентирано изхвърляне на битови, строителни, селскостопански и други отпадъци. Прави впечатление широкият ореол на разпространение на полиетиленовите микрофрагменти в почвите, поради лесното им разпространение от вятъра, водата и животните. Те стават част от хранителната верига. В екскременти на кучета и птици установихме полиетиленови фрагменти чрез облъчване на пробите с ултравиолетова светлина. С помощта на ултравиолетова лампа за проверка на фалшиви банкноти, закупена от обикновена книжарница за 5,90 лв. установихме флуоресциращи полиетиленови фрагменти в сирене и кашкавал, опаковани във вакуумирана найлонова опаковка (на фотографиите). Заснемането и увеличението изображенията може да се направи и с обикновен мобилен телефон.
След наводнения или повишаване на нивото на реката, част от отпадъците се утаяват и продължават да играят роля в седименто- и почвообразувателният процес като разнообразни по вид, химически
състав, физични свойства и размери детрити и микродетрити. Установени са желязо, въглища, каучук, пластмаси, цимент и хартия в
процес на разпад.
Екологичният мониторинг се концентрира предимно върху преките замърсители във вид на газове и разтвори, но твърдите отпадъци имат индиректен, но за сметка на това най-дълготраен ефект. Много от тях ще попаднат в по-дълбоки пластове и ще се фосилизират, като ще останат в наследство на бъдещите поколения за милиони години. Други ще се разграждат дълго време и ще бъдат източник на замърсяващи вещества. Чрез животните някои от тях преминават в хранителната верига и могат да достигнат до човека, а все още темата за тяхната вреда не е добре развита. Пълнителите и пластификаторите в пластмасите са токсични, като адипати (соли на адипинова киселина-Е355-когато е киселинен регулатор в храна) и фталати като поливинилхлорид, които се използват за опаковки на храни и играчки. Други компоненти разстройват хормоналните функции или са канцерогенни, например винилхлоридът.
Предложения за някои методи на пречистване на почвата и седимента
С извършването на това научно изследване ние доказахме, че антропогенните микродетрити в повърхностният почвен слой на заразени територии са в достатъчно високо количество, в случая 60% и следователно могат да бъдат диагностицирани и пречистени с помощта на различни методи.
Част от тези микродетрити могат да бъдат отделени от почвите с помощта на магнитно поле - например за железните детрити, наелектризиране - за хартия, дунапрен, целофан, фолио, полиетилен, текстил. Чрез използване на вълнени “магнити”, знае се, че битумните продукти имат свойството да залепват за вълнени тъкани и това се използва за пречистване на нефтени разливи. С облъчване с ултравиолетова светлина пък по-бързо се разлагат полимерите и органичните съединения.
Предложения за някои методи на пречистване на почвата и седимента
Установените в изследването микродетрити най-вероятно влияят негативно на околната среда, което се потвърждава от наши предишни изследвания на химичните и физичните параметри на водата в изследвания пункт, а именно повишено съдържание на цианурова киселина CYS=12mg/L, повишена алкалност pH=9, повишено карбонатно съдържание CaCO3=253mg/L (Сотиров и др. 2014, 2013). Това потвърждава, че сметището е източник на замърсяване. Такива данни имаме измерени за 3 км от дължината на реката.
pH ЕC,μS
TDS,ppm
t°C во-да
NO3,mg/l
NO2,mg/l
Cl,mg/l
CYSmg/l
Общатв.
CaCO3,
mg/l
Cu, mg/l
Fe,mg/l
Общрадиаци
онен фон
μSv/h
Радиоакти-
вностна
водата,μSv/h
Радиоактивност
на седимен
та, μSv/h
9 0,52 237 5,9 10 5 0,15 12 253 0,19 0,04 0,20 0,20 0,24
АпаратураИзмерванията на водата са
извършени с инструмент "Хана"
HI9813-6, който измерва
киселинността на водата (рН),
температура на водата (t, ° C),
електропроводимост (ЕС, µS), общо
разтворени сяра (TDS, ppm) . Общият
радиоационен фон и
радиоактивността на водата са
измерени с гайгеров брояч "Radex"
RD1503 . Свободен, общ и
комбиниран хлор Cl, киселинност рН,
цианурова киселина CYS, обща
твърдост СаСО3, свободна, обща и
комбинирана мед Cu и желязо Fe бяха
установени с спектрален фотометър
"Lovibond“. Нитратно NO3- mg/l и
нитритно NO2- mg/l съдържание във
водата са установени чрез тестови
ленти с обхват 0-10-25-50-100-250-500
mg/l.
„Hanna” HI9813-6
“Radex” RD1503.
ИЗПОЛЗВАНА ЛИТЕРАТУРАВитов, О., Сотиров, А. (2014). Mинералния състав на пясъците от реките в Kюстендилско, с екологични рискове за качествата на почвите, водите и строителните материали. Списание Екологично инженерство и опазване на околната среда, 3-4, 86-93.
Сотиров, A., Малууд, Д., Пищалов, Н., Везенкова, Р., Йерусалимова, М., Станчев,, Л., Расулски, Т., Савова, С. (2014). Влияние на някои притоци върху замърсяването на река Струма. Списание Екологично инженерство и опазване на околната среда, 3-4, 25-32.
Pettijohn, F. 1975. Sedimentary rocks. – Harper and Row, Baltimore 746 pp.
Pettijohn, F., P. Potter, R. Siever. 1972. Sand and Sandstone. – Springer, New York 618 pp.
Sotirov, A. (2014). Environmental monitoring of town Kyustendil Bulgaria. E3 Journal of Environmental Research and Management, Vol. 5(2). pp. 019-041.
Stach, E., Mackowsky, M., Teichmüller, M., Taylor, G.H., Chandra, D., Teichmüller, R. 1982. Stach’s textbook of coal petrology. Berlin-Stuttgart, Gebrüder-
Borntraeger; 538 pp.
Taylor, G.H., Teichmüller, M., Davis, A., Diessel, C.F.K., Littke, K., Robert, P. 1998. Organic petrology. Berlin-Stuttgart, Gebrüder-Borntraeger; 704 pp.
И нашата първа публикация:Сотиров, А., Везенкова Р., Велинов, Д., Ефтимова, М., Кирилов, Д. (2015). Антропогенните микродетрити като фактор за съвременното седименто- и почвообразуване. Списание Екологично инженерство и опазване на
околната среда, под печат
Благодарим за вниманието!
Този проект е реализиран с помощта на г-н Антон Сотиров и г-жа Росица Везенкова!
Мелани, Даниел и Денислав
Томас и Лъчезар