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