Физико-химические методы исследования природных вод

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра экологии, почвоведения и природопользования


Курсовая работа

На тему: «Физико-химические методы исследования природных вод»


Выполнил студент группы ЭкиП-41:

Запорожец Ян;

Проверил: Доцент кафедры:

Малюта Ольга Васильевна


Йошкар-Ола


Содержание


Введение

. Литературный обзор

.1 Антропогенное воздействие на гидросферу

.2 Физико-химические методы исследования качества природных вод

.2.1 Основные физические свойства природных вод

.2.2 Определение основных химических свойств природных вод.

.2.3 Химические показатели воды

. Объект исследования

.1 Озеро «Яльчик»

. Исследовательская часть

.1 Содержание тяжелых металлов в воде и донных отложениях озера «Яльчик»

.2 Обобщающие показатели качества воды

Вывод

Список литературы


Введение


Вода является поистине уникальным, до конца не изученным веществом. Можно сказать, что вода - это главный элемент живой системы. Вода это то, без чего мы не сможем обойтись - без воды мы обречены на гибель. Ежедневно, человек использует воду для достижения своих целей: начиная от физиологических потребностей, заканчивая промышленным использованием. За время своего существования, человек смог накопить массу знаний, которые помогают ему грамотно осознавать, что вода как ресурс требует особого внимания, ведь чистая, пресная вода в нынешних условиях - уже близко к черте дефицита, а в некоторых странах уже дефицит. В этом заключается актуальность данной курсовой работы.

Для нормального функционирования и жизнедеятельности, человеку, да и вообще живому организму, требуется незагрязненная - чистая вода. Но это высказывание слишком тривиально для данной работы, поэтому следует углубиться. Накопленные человеком знания дают конкретизацию или критерии в плане того, какой должна быть вода. А так как вода многоцелевой ресурс, то соответственно критерии для разных целей - разные. Данная работа представит такие критерии на определенном примере, в области культурно-бытового использования воды.

Вода в своем составе может иметь разные химические элементы. Но именно концентрация этих элементов играет важную роль при определении пригодности или непригодности воды для той или иной цели. Главным инструментом или методом оценки состояния качества воды, в том числе определения концентрации веществ в воде является - физико-химический метод исследования воды.

Целью работы является исследование физико-химических свойств и качества воды озера Яльчик.

Задачи состоят в том, чтобы определить содержание и концентрацию тяжелых металлов в воде и донных отложениях озера Яльчик, а также определить обобщающие показатели, такие как: кислотность, жесткость и общую минерализацию воды.

По результатам исследований воды и донных отложений сделать вывод о состоянии озера.


. Литературный обзор


.1 Антропогенное воздействие на гидросферу


Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Различают химические, биологические и физические загрязнители. Среди химических загрязнителей к наиболее распространенным относятся нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины. Очень опасно загрязняют воду биологические загрязнители, например, вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы, и физические - радиоактивные вещества, тепло и др.

Химическое загрязнение - наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.

Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.

Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение мусором, остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов - сероводорода, метана. Одновременно происходит загрязнение гидросферы «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения. [ 10 ]

К основным источникам загрязнения поверхностных вод относятся: 1) сброс в водоемы неочищенных сточных промышленных и коммунально-бытовых вод, 2) смыв ядохимикатов осадками, 3) газодымовые выбросы, 4) утечки нефти и нефтепродуктов.

Постоянно загрязняются и подземные воды при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, накопителей, отстойников, по затрубным пространствам неисправных скважин. Загрязнение подземных вод распространяется на большие расстояния от источника загрязнения, что создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в районе загрязнения.

Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых существ и, в частности, для человека. Для здоровья человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненной воды, а также при контакте с ней (купание, стирка и др.) проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологического накопления по длинным пищевым цепям типа: вода - планктон - рыбы - человек. [ 11 ]


1.2 Физико-химические методы исследования качества природных вод


.2.1 Основные физические свойства природных вод

Температура воды измеряется с помощью водного термометра (спиртового термометра в пластмассовом или деревянном защитном кожухе). В отдельных случаях удобно измерять температуру обычным термометром, опустив его в ведро или другой сосуд объемом не менее 1 л; первый отсчет по термометру берут спустя 5-10 минут после его погружения в воду. Запись отсчетов ведут с максимально возможной точностью.

Прозрачность воды зависит от количества растворенных в ней веществ, содержания механических частиц и коллоидов. Прозрачность воды определяют в цилиндре, например, в тонкостенном стакане из бесцветного стекла, визуально определяя ее на свет или с помощью мерного цилиндра по обычному шрифту любого текста с высотой букв 3,5 мм. При визуальной оценке прозрачности природные воды характеризуются как прозрачные, слегка мутные, мутные и очень мутные. Определение прозрачности воды по шрифту выполняют при дневном освещении, но не на прямом солнечном свету. Под мерный цилиндр помещают текст и постепенно заполняют его предварительно взболтанной пробой воды. Когда текст становится плохо различимым, высоту столба воды измеряют линейкой и полученное значение записывают в журнал с точностью до 1 см.

Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения вода должна быть прозрачной в столбике воды высотой около 20 см, а для водоемов, используемых для купания и коммунальных целей - около 10 см.

Цвет воды зависит от их химического состава, наличия микроорганизмов, частиц ила, глины и других примесей. Например, взвешенные минеральные частицы делают цвет воды сероватым, органические соединения придают воде желтый цвет, трудно окисляемые гуминовые кислоты - бурый или коричневый, закисные соли железа - зеленовато-голубой, а окисные - ржаво-бурый.

Определение цвета воды можно проводить как в полевых, так и в камеральных условиях. Для этого воду наливают в тонкостенный стакан и ставят его на лист белой бумаги. Цвет определяют, просматривая воду сверху вниз. При загрязнении вод стоками промышленных предприятий окраска может быть не типичной для естественной цветности вод.

Запах воды естественного происхождения обычно связан с деятельностью бактерий, разлагающих органические вещества. Поэтому вода родников, ключей, артезианских скважин обычно не имеет запаха. Застойная вода прудов, колодцев с деревянным срубом часто обладает специфическим затхлым плесневым запахом, гуминовые соединения придают водам болотный, илистый, тинистый запах, а сероводород - запах тухлых яиц. Фекальные и сточные воды имеют гнилостный, а иногда и рыбный запах. Грунтовые воды и воды верховодки пахнут свежевспаханной землей (глинистый, землистый запах).

Запахи искусственного происхождения называют по соответствующим веществам: например, бензиновый, хлорный или неопределенный. Интенсивность запаха определяется при разной температуре, что требует использования водного термометра. Если запах ощущается при +20°, то его интенсивность характеризуется как заметная, отчетливая или сильная, а при +60° - как слабая.

Определение данной характеристики проводят в помещении, где воздух не имеет постороннего запаха. Для этого воду (около 200 мл) подогревают и анализируют при 200, а затем при 40-60°. Ее сразу переливают в колбу или бутылку до половины объема, закрывают горлышко пробкой или рукой, сильно встряхивают 3-5 раз, а затем быстро производят однократное (для каждого из нескольких исследователей) определение характера и интенсивности запаха воды. Питьевая вода при температуре 200 не должна иметь запаха, привлекающего внимание потребителя. Для характеристики видов запаха используется специальная шкала, разработанная для гидрологических исследований.


Таблица - 1 Определение запаха воды (по кн. «Унифицированные методы анализа вод СССР», Л.: Гидрометеоиздат, 1978).Вид запаха Примеры или возможные источники запаха [ 1 ]

АроматныйКамфара, гвоздика, лаванда, лимонОгуречныйЗолотистая водоросль синураБальзамическийГерань, ирис, ванильГкраниевыйДиатомовая водоросль астерионеллаФиалковыйЗолотистая водоросль мелломонасХимическийПромышленные сточные водыХлорныйСвободный хлорЛекарственныйФенол и йодоформСернистыйСероводородРыбныйЗолотистая водоросль динобрионНавозныйСинезеленая водоросль анабенаГнилостныйЗастоявшиеся сточные водыЗемлистыйСырая земляТорфянойТорфТравянистыйЛежалая траваЗатхлыйПреющая соломаПлесневелыйСырой подвал

Вкус и привкус воде придают ей растворенные в ней соединения, газы и примеси. Различают четыре основные виды вкуса: горький, сладкий, соленый и кислый. Горький вкус связан с наличием в воде сульфатов магния и натрия, сладкий и кислый - с большим количеством органических веществ, соленый - обусловлен растворением хлористого натрия. Привкусы - прочие вкусовые ощущения - более субъективны, поэтому они характеризуются менее четко, Например, вода может иметь металлический, рыбный, огуречный привкус.

Определение вкуса и привкуса, а также их интенсивности производят только для источников питьевого водоснабжения при температурах около 20°. В рот набирают небольшое количество воды (около 10 мл) и держат, не проглатывая, несколько минут.

Воду сомнительных в санитарном отношении источников и открытых водоемов предварительно кипятят, остужают до указанной температуры и только после этого проводят определение вкуса и привкуса.

Механический осадок характерен для подземных вод, высачивающихся из карстовых каналов и трещин, а также для речных и других вод. Визуально отмечают состав, цвет осадка и его количество (ничтожный, незначительный, заметный, большой), а также характер осадка: кристаллический, илистый, песчаный, аморфный и т.п. Осадок в воде наземных водоемов определяют в прозрачном тонкостенном стакане спустя 1 час после взбалтывания пробы, а в воде подземных источников - спустя сутки.


1.2.2 Определение основных химических свойств природных вод

Наличие осадка (налета) определяется и характеризуется аналогично исследованию механического осадка (см. выше).

рН воды определяется соотношением концентраций свободного диоксида углерода и гидрокарбонат-иона. Это соотношение может быстро изменяться в результате происходящих в воде химических и биологических процессов, поэтому рН определяют непосредственно в полевых условиях или же сразу после возвращения. Оценивают величину рН с помощью универсальной индикаторной бумаги или полевым рН-метром Более точное определение рН проводят в лаборатории с помощью лабораторного (потенциалометрического) рН-метра.


Таблица - 2 кислотности [ 1 ]

По величине рН воды подразделяют на семь групп:СильнокислыерН менее 1,9Кислые2,0 < рН <4,1Слабокислые4,2 < рН < 7,0НейтральныерН = 7,0Слабощелочные7,1< рН < 8,3Щелочные8,4 < рН < 10,3СильнощелочныерН более 10,3

Питьевая вода должна быть нейтральной, для водоемов хозяйственного и культурно-бытового назначения (рек, озер, водохранилищ и т.п.) допускается наличие слабощелочной воды (рН - в пределах 6,8 -8,3).

Жесткость воды обусловливается присутствием в воде ионов кальция (Са2+) и магния (Мд2+). В бутылку с образцом воды добавляют немного мыльного раствора и взбалтывают ее. Если вода жесткая, то пена почти не образуется, а в мягкой воде ее будет много. Можно опросным методом выяснить много ли накипи образуется в чайниках, что свидетельствует о повышенной жесткости воды. Принято различать воду по жесткости на очень мягкую, мягкую, умеренно жесткую, жесткую и очень жесткую.

Присутствие железа можно определить в камеральных условиях по потемнению настоя чая или листьев брусники, по окрашиванию в синий цвет раствора желтой кровяной соли, по почернению раствора танина.

Присутствие нефтепродуктов в воде обнаруживается в полевых условиях визуально по радужным пятнам и серым пленкам на поверхности воды, по вымазанным нефтью берегам водоемов, по пленкам нефти на прибрежных растениях. Для определения присутствия продуктов нефти в камеральных условиях пробу воды наносят на фильтровальную бумагу или подкисляют ее слабым раствором перманганата калия. Если в образце присутствуют нефтепродукты, то после высыхания нанесенной пробы на фильтровальной бумаге остаются масляные пятна, а розовый раствор «марганцовки» обесцвечивается.


1.2.3 Химические показатели воды

Водородный показатель ( рН).

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Величина рН воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5 - 8,5. В большинстве природных вод водородный показатель соответствует этому значению и зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода и гидрокарбонат-иона. Более низкие значения рН могут наблюдаться в кислых болотных водах за счет повышенного содержания гуминовых и фульвокислот. Летом при интенсивном фотосинтезе рН может повышаться до 9. На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроксидов, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и др. В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро изменяться, поэтому его следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на водоеме.

Оценивать величину рН можно разными способами.

.Приближенное значение рН. В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0,1 мл универсального индикатора, перемешивают и по окраске раствора оценивают величину рН:

розово-оранжевая - рН около 5,

светло-желтая - 6,

светло-зеленая - 7,

зеленовато-голубая - 8.

.рН можно определить с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой.

. Наиболее точно значение рН можно определить на рН-метре или по шкале набора Алямовского.

Сухой остаток.

Сухим остатком называют остаток, полученный после выпаривания отфильтрованной пробы воды и высушенный до постоянной массы при ПО- 120 "С. Сухой остаток характеризует содержание минеральных и частично органических примесей, образующих с водой истинные и коллоидные растворы.

Жесткость воды. Различают общую, временную и постоянную жесткость воды. Общая жесткость обусловлена, главным образом, присутствием растворенных соединений кальция и магния в воде. Временная жесткость иначе называется устранимой или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная (некарбонатная) жесткость вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния. Общая жесткость варьирует в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года. Величина общей жесткости в источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммоль экв/л, в отдельных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы - до 10 ммоль экв/л.

При жесткости до 4 ммоль экв/л вода считается мягкой;

- 8 ммоль экв/л- средней жесткости;

-12 ммоль экв/л - жесткой;

более 12 ммоль экв/л - очень жесткой.

Методами химического анализа обычно определяют общую жесткость () и карбонатную (), а некарбонатная (Жн) рассчитывается как разность - .

Окисляемость - общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических) , реагирующих с сильными окислителями (например, дихроматом, перманганатом и др.). Результаты определения окисляемости одной и той же воды с помощью различных окислителей обычно неоднозначны из-за неодинаковой степени окисления веществ, присутствующих в воде. Это зависит от свойств окислителя, его концентрации, температуры, рН воды и т. п. Вместо термина «окисляемость» часто используется термин «потребление кислорода». Все методы определения окисляемости условны, а получаемые результаты сравнимы только в том случае, когда точно соблюдаются все условия проведения анализа. Результаты определения окисляемости приводят в миллиграммах кислорода на 1 л воды (мг кислорода/л). Наиболее полное окисление достигается дихроматом калия, поэтому дихроматную окисляемость нередко называют «химическим потреблением кислорода» (ХПК). Это основной способ определения окисляемости. Большинство соединений окисляется при этом на 95 - 100%. Нормативы ХПК воды водоемов хозяйственно-питьевого водопользования- 15 мг кислорода/л, культурно-бытового - 30 мг кислорода /л. Дихроматный метод недоступен для школ из-за отсутствия соответствующих реактивов. Более доступным является перманганатный метод (метод Кубеля). Перманганат как окислитель может окислять как в кислой, так и в щелочной средах. При малом содержании хлоридов окисление ведут в кислой среде, при повышенном (более 300 мг/л хлорид-ионов) - в щелочной.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) - это количество кислорода (мг), требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях при 20 "С в результате протекающих в воде биохимических процессов за определенный период времени (ВПК за 3, 5, 10, 20 суток и т. д.). В аналитической практике чаще всего определяют 5-суточное БПК5 (установлено, что БПК5 составляет 70% БПК полного). Величина полного ВПК регламентируется в зависимости от категории водоема: не более 3 мг кислорода/л для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мг кислорода/л для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. Среди различных методов установления БПК наиболее распространено определение по разности содержания растворенного кислорода до и после инкубации при стандартных условиях (20 °С, аэробные условия без дополнительного доступа воздуха и света). В величину ВПК не входит расход кислорода на нитрификацию. Для подавления этого процесса в пробу воды можно ввести вещества, ингибирующие нитрифицирующие микроорганизмы и не влияющие на микроорганизмы, осуществляющие основные биохимические процессы (например, этилентиокарбомид), из расчета 1 мл 0,05 % раствора на 1 л исследуемой воды.[ 1 ]

физический химический природный вода


. Объект исследования


.1 Озеро «Яльчик»


Озеро «Яльчик» расположено на территории национального природного парка «Марий Чодра», на территории Волжского района.

Климат территории парка умеренно континентальный. Он характеризуется сравнительно жарким летом и морозной зимой с устойчивым снежным покровом. Средняя температура самого теплого месяца июля составляет 18,6°C. Абсолютный минимум температуры воздуха зимой достигает -52 C. Средняя продолжительность теплого периода года с температурой выше 0°C составляет около 200 дней.

Территория парка относится к зоне неустойчивого увлажнения: отмечаются годы с достаточным, иногда избыточным увлажнением, но бывают и засушливые годы. В течение года осадки выпадают неравномерно: наибольшее их количество отмечается летом, наименьшее - зимой. За год выпадает в среднем около 500 мм осадков. Самое большое месячное количество осадков отмечается в июле - 60-70 мм. Вторжение холодных воздушных масс из полярного бассейна с северными, северо-западными и северо-восточными ветрами вызывает резкое падение температуры зимой, а весной и осенью - заморозки. Нередко на территорию парка вторгаются континентальные воздушные массы с юго-востока. Весной или летом они обусловливают засушливые условия, зимой - ясную, морозную погоду.

Рельеф из-за развития современного карста представляет собой слабоволнистую равнину с возвышенностями и впадинами. Само озеро, соответственно, является озером провального типа с максимальной глубиной 35 метров. Озеро состоит из двух озёр: «Большой Яльчик» и «Малый Яльчик». Площадь «Большого Яльчика» составляет - 1,285 , «Малый Яльчик» по площади занимает - 0,536 . Процесс карста до сих пор продолжает увеличивать озеро.

Озеро расположено внутри массивного участка леса. Преобладающей породой является сосна. На северо-восточном берегу располагаются базы отдыха, детские лагеря, пансионаты: «Чайка», «Олимпиец», Пансионат «Яльчик» , «Политехник», «Рубин» и др. На северо-западном берегу располагается «дикий» пляж, оборудованный лишь контейнером для мусора.

Флора озера разнообразна. Береговая растительность представлена в виде, кубышка жёлтая, стрелолист обыкновенный, сальвиния плавающая, можно встретить кувшинку белую.[ 12 ]


Таблица - 3 Химический состав воды озера Яльчик за 1995 и 1998 годы [ 2 ]

Химические элементы1995 год1998 год3,4 мг/л4,0 мг/л1,9 мг/л14,5 мг/лнетследовое количество0,3 мг/л0,3 мг/л0,2 - 0,4 мг/л2,2 мг/л50 мг/л28 мг/л9 мг/лследовое количество170,8 мг/л250,1 мг/л -0,7 мг/л2,3 мг/л15,62 мг/л0,3 мг/л0,3 мг/л

По данным таблицы можно наблюдать, что за трехлетний период большая часть химических элементов увеличила свою концентрацию в воде. Некоторые элементы такие как: Mg; Cl; HCl; ионы аммония - увеличили концентрацию в достаточно большом количестве. Можно предположить, что в этот период начала возрастать антропогенная нагрузка на озеро. Или снизилось качество обслуживания озера.



3. Методики исследования


Отбор проб воды для гидрохимических исследований в озерах производится с помощью батометра Молчанова ГР-18, с поверхностного и придонного (при глубине 5 м) горизонтов в стеклянные банки, заполняя их до краев и закрыв без пузырьков. При невозможности проведения анализа в указанный срок пробы воды охлаждают до +2 - +4 °С. Пробы хранят не более 24 часов после отбора [ 2 ].

В отобранных пробах определялись рН, общее Fe, жесткость, хлориды, нитраты, нитриты, нефтепродукты, взвешенные вещества, фосфаты и Ca, концентрация ТМ (Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, Mg).

Отбор проб донных отложений (ДО) для гидрохимических исследований и растительного материала для биоиндикационных исследований. Отбор проб донных отложений в озерах осуществлялся в придонном (при глубине 5 м) слое специальным дночерпателем и помещали в широкогорлые стеклянные или пластиковые емкости с крышками, этикетировали, и доставляли в лабораторию, где их хранили в холодильнике. Отобранные пробы хранят до анализа в охлажденном (от 0 до -3°С) или в замороженном состоянии (до -20°С). Сосуды для хранения проб должны быть из химически стойкого стекла или полиэтилена, полученного при высоком давлении, с герметично закрывающимися крышками [ 3, 4, 5 ]. Отбор проб растений осуществлялся вручную с лодки или вдоль кромки водоема.

Все аналитические методики определения основных гидрохимических параметров допущены для целей государственного экологического контроля и утверждены метеорологической службой Росстандарт [ 6 ].

При определении физико-химических показателей использовались стандартные методы и методики, для определения рН - потенциометрический метод.

Определение концентраций тяжелых металлов в воде и донных отложениях

Химические исследования (атомно-абсорбционный метод) проводились согласно стандарту ИСО 11047 и методики ФГУ «ФЦАО», на атомно - абсорбционном спектрометре «AAnalit-400» [7, 8 ].

Математическая обработка данных проводилась с помощью методов математической статистики: рассчитывались основные статистические показатели выборок. Расчеты проведены с применением пакета «Statistica».


4. Исследовательская часть


Одним из наиболее объективных и надежных показателей загрязнения водоема и общей антропогенной нагрузки на него - содержание тяжелых металлов (ТМ) донных отложениях (ДО) и биоте. В отличии от органических веществ ТМ практически не подвержены деградации и могут лишь мигрировать и накапливаться в различных компонентах природной экосистемы. Накопление ТМ в ДО до значений, превышающих допустимые нормативы и фоновые представляют опасность для качества вод из - за возможного вторичного загрязнения. Высокие содержания ТМ в ДО неблагоприятно отражаются на биологических компонентах. Поскольку гидробионты активно аккумулируют из воды химические соединения, в частности ТМ, информация о содержании последних в природных водах важна для понимания влияния соединения металлов на водные организмы. Реальная картина качества воды и экологического состояния природного водоема и водотока должна включать в себя комплексную оценку содержания различных химических веществ в компонентах экосистемы водоема. [ 9 ]

Предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования (ПДКв, мг/л) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

Нормативы ПДК для культурно-бытового водопользования использовали в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01.


.1 Содержание тяжелых металлов в воде и донных отложениях озера «Яльчик»


Для оценки экологического состояния водоема исследовали следующие физико-химические параметры воды и донных отложений: содержание ТМ в воде и донных отложениях. Кислотность водной среды, ее жесткость и общая минерализация.

Результаты анализа на наличие тяжелых металлов проведенного по воде показали, что содержание в воде свинца превышает ПДК в 1,01 раза. Кадмий - отсутствует, также отсутствуют хром, кобальт, никель и марганец. Концентрация меди не превышает допустимую концентрацию, также цинк и железо превышения по концентрации не дают. Концентрация кальция в воде сравнительно близка к предельно допустимой ( табл. 4).


Таблица - 4 Содержание тяжелых металлов в воде озера Яльчик

Содержание тяжелых металлов в воде озера ЯльчикТяжелые металлыКонцентрация, мг/лПДК, мг/лPb0,070±0,0060,069Cd00,014Sr0,06±0,001-Cr00,05Co0-Ni00,1Cu0,0009±0.000091,0Zn0,009±0.00050,22Mn00,1Fe0,02±0,0020,63K1,74±0.04-Ca120±1130-140

Таким образом, качество воды на объекте исследований по содержанию тяжелых металлов можно считать удовлетворительным: превышение ПДК наблюдается только в отношении свинца.

Анализ донных отложений на содержание ТМ показал, что стронций имеет превышение предельно допустимой концентрации в 1,8 раз. Концентрация хрома, марганца, железа, меди, кадмия и цинка в донных отложениях не имеет превышения по предельно допустимым концентрациям. Концентрация никеля в донных отложениях имеет превышение предельно допустимой концентрации в 1,144 раз. ПДК(табл.5).

Таким образом, загрязнение донных отложений представляется более значительным, чем загрязнение воды, что объясняется, по-видимому, осаждением элементов их концентрированием на дне водоема. Отсутствие свинца в донных отложениях, наличие его в воде , возможно, свидетельствует о начале свинцового загрязнения.


Таблица - 5 Содержание элементов тяжелых металлов в донных отложениях озера Яльчик

Содержание тяжелых металлов в донных отложениях озера Яльчик, мг/кгТяжелые металлыМесто отбора пробПДК, мг/кг1*2*3*4*Sr0012,70±0,6407,0Cr1,067±0,0771,050±0,0911,802±0,1130,905±0,0876,0Ca53,21±1,4615,32±1,0418800±118061,64±0,86-K58,54±0,9861,56±1,971202,1±24.262,84±3,01-Mn8,765±0,27412,93±0,5142,17±2,2513,51±0,481500Fe1088±471125±861153±261134±10325000Zn1,505±0,1631,531±0,3659,670±0,5741,684±0,329100Cu0,143±0,0160,283±0,0542,728±0,2830,078±0,02355Ni0,632±0,1800,856±0,0904,576±0,2900,367±0,0924,0Cd0,050±0,0040,052±0,0100,304±0,0210,064±0,0051,5Pb-32Co-0-*-места отбора проб донных отложений: 1- Западная часть озера (противоположный берег относительно баз отдыха Политех;2 - Северо-Западная часть озера (дикий пляж); 3 - Юго-Восточная часть озера (болото); 4 - Восточная часть озера (оборудованные берега баз отдыха)


.2 Обобщающие показатели качества воды


Жесткость. Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Общая жесткость подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатную - концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой. Остающаяся после кипячения жесткость называется постоянной. Результаты определения жесткости обычно выражают в мг-экв/дм3.

Жесткость воды колеблется в широких пределах. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/дм3 считается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/дм3 - средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/дм3 - жесткой и выше 12 мг-экв/дм3 - очень жесткой. Общая жесткость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен мг-экв/дм3, причем карбонатная жесткость составляет до 70-80% от общей жесткости.

По результатам исследования проб воды озера Яльчик стало известно, что жесткость воды = 2,1º >|<, что свидетельствует о том, что вода в озере мягкая.

Общая минерализация. Общая минерализация - показатель количества содержащихся в воде <#"justify">В зависимости от общей минерализации воды делятся на следующие виды:

·слабоминерализованные (1-2 г/л),

·малой минерализации (2-5 г/л),

·средней минерализации (5-15 г/л),

·высокой минерализации (15-30 г/л) ,

·рассольные минеральные воды (35-150 г/л)

·крепкорассольные воды (150 г/л и выше).[ 13 ]

Лабораторные исследования проб воды озера «Яльчик» показали следующий результат: уровень общей минерализации воды = 130 мг/л. Отсюда можно сделать вывод, что вода в озере слабоминерализованная.

Кислотность среды(pH). Величина pH воды - один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения, величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5-8,5.[ 1 ] Согласно результатам исследований, кислотность воды в озере, в среднем колеблется от 6,5 до 7,5, но также было отмечено небольшое понижение кислотности воды в районе пляжа базы отдыха «Рубин», что является следствием антропогенного воздействия.


Вывод


По средствам физико-химических методов был проведен анализ проб воды и донных отложений. Результаты анализа свидетельствуют о том, что в воде превышение предельно допустимой концентрации происходит только по свинцу, в 1.01 раз.

В донных отложениях было отмечено превышение предельно допустимой концентрации по стронцию - в 1.8 раз, а также по никелю - в1.144 раз.

Результатам исследований по обобщенным показателям (общая минерализация, жесткость, кислотность) выявили, что общая экологическая ситуация на озере Яльчик благополучная.

На мой взгляд, прогнозы не катастрофичные, но динамика деградации водоема уже прослеживается и если не предпринимать никаких мер - озеро имеет все шансы потерять свои культурно-бытовые качества.


Список литературы


1.Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие. Изд. 3-е, испр. и доп. / Под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: Академический Проект, 2006. -416 с. -(«Gaudeamus»).

2.ГОСТ 17.1.5.04-81. Охраны природы. Гидросфера. Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения природных вод. Общие технические условия.

3.ГОСТ 17.4.3.01-83. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб.

.ГОСТ 17.4.4.02-84. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.

.ГОСТ 28168-89 Почвы. Отбор проб.

6.Методика выполнения измерений валового содержания меди, кадмия, цинка, свинца, никеля, марганца, кобальта, хрома методом атомно-абсорбционной спектрометрии. - М.: Изд. ФГУ «ФЦАО», 2007. Экз. 04889. - 20 с.

7.Методические разработки для большого практикума Методы определения качества вод. /Сост. Мелентьева Р.Р. - Казань. -1987. - 24 с.

8.Методические указания по определению ТМ в почвах с/х угодий и продукции растениеводства.-2-е изд., перераб. и доп./ЦИНАО.-1992.-38С.

9.Хожеева З.И. Особенности накопления тяжелых металлов в воде, донных отложениях и биоте залива Черкалов сор оз. Байкал.З.И Хожеева // Химия в интересах устойчивого развития. сб. науч. тр. / Байкал. инст. прир.пользв. - Улан-Удэ, 2005. - С. 95-102.

Интернет источники

10.Лекция 4.Антропогенное воздействиен а гидросферу. Основные источники загрязнения гидросферы, экологические последствия. Загрязнение, истощение подземных и поверхностных вод. Экологические последствия. [Электронный ресурс] // URL: <http://www.pandia.ru/text/78/002/33944.php> (дата обращения: 28.05.2014)

.Антропогенное воздействие на гидросферу. [Электронный ресурс] // URL: <http://3ys.ru/ekologiya-i-okhrana-prirody/antropogennye-vozdejstviya-na-gidrosferu.html> (дата обращения: 27.05.2014)

.Особо охраняемые природные территории Российской Федерации [Электронный ресурс] URL: <http://zapoved.ru/catalog/characteristics> (дата обращения: 21.05.2014)

.Понятие общей минерализации воды. [Электронный ресурс] URL:<http://ru.wikipedia.org/wiki> (дата обращения: 25.05.2014)


Теги: Физико-химические методы исследования природных вод  Курсовая работа (теория)  Экология
Просмотров: 34916
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Физико-химические методы исследования природных вод
Назад