Экологический мониторинг снега и воды на территории школы. Исследование механических и химических загрязнителей

Природа Курской области необыкновенно богата и разнообразна, но среди этого разнообразия есть место, которое близко нашему сердцу, это место, где мы родились и выросли.

Мы живем на родине нашего земляка-революционера Ф. Сергеева (Артема). Наша школа расположена в центре села Глебово, в шести километрах восточнее г. Фатежа и в сорока пяти километрах севернее г. Курска. Школа была построена в 1974 году, в этом же году были посажены деревья и кустарники на территории школы.

Уже несколько лет в нашей школе работает кружок: «Экология и мы». Основными целями работы нашего кружка являются:

1) расширение экологического образования;

2) развитие умения разбираться в различных экологических проблемах;

3) обучение практическому использованию знаний по экологии

За время работы кружка мы провели несколько экологических исследований состояния микрорайона школы.

Я выбрал тему работы: «Экологический мониторинг снега и питьевой воды на территории школы»; составил план работы и химического эксперимента, подобрал литературу; поставил задачу: по состоянию питьевой воды из колодцев, водопроводной воды в школе выяснить экологическое состояние окружающей территории.

Данные школьного эксперимента, по нашей просьбе, были проверены в химической лаборатории санэпидемстанции города Фатежа.

В отчете ВВФ «Живая планета» отмечается, что система пресной воды, в том числе и питьевой, претерпевает острый кризис. Актуальна эта проблема и в нашей стране. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.

Необходимость воды для обеспечения жизнедеятельности человека обусловлена ролью, которую она играет в круговороте природы , а также в удовлетворении физиологических , гигиенических, рекреационных, эстетических, и других потребностей человека. Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для различных целей тесно связано с обеспечением её необходимого качества. Развитие промышленности транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значительному загрязнению гидросферы.

По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. В мире 2 млрд. человек имеют хронические заболевания в связи с использованием загрязнённой воды.

По оценке экспертов ООН, до 80% химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники. Ежедневно в мире сбрасывается более 420км3 сточных вод, которые делают непригодными около 7тыс. км3 воды.

Серьёзную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несёт большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.

В табл. 1 приведены наиболее часто проявляемые болезни, связанные с загрязнением питьевой воды.

Ещё в 1944 г. В. И. Вернадский в своей работе «Несколько слов о ноосфере» писал: «В истории нашей планеты наступил критический момент огромного для человека значения, подготовлявшийся миллионы, вернее, миллиарды лет, глубоко проникший в миллионы людских поколений». Эти мысли учёный высказал задолго до того, как человечество реально столкнулось с угрозой появления необратимых изменений в природных системах, подрывы естественных условий и ресурсов, существование нынешнего и будущих поколений жителей планеты Земля.

Болезни сердца:

а) повреждение сердечной мышцы Бор, цинк, тетрахлорэтилен, фтор, медь, свинец, ртуть б) нарушения Бензол, хлороформ, цианиды функционирования сердца в) сердечно-сосудистые изменения Трихлорэтилен г) брадикардия Галоформ, тригалометаны, альдрин

(инсектицид) и его производные д)тахикордия Динитрофенолы

Дерматозы и экземы Мышьяк, альдрин и его производные, бор, бериллий, хлор, хлорированные фенолы, хлор-нафталины, хром, денитрофенолы, детергенты, фтор, кобальт, никель, продукты дистилляции нефти (масла), пластмассы, ртуть, циклические ароматические углеводороды (ЦАУ)

Флюороз скелета фтор

Болезнь «itai-itai» Кадмий

Болезнь Кашина-Бека Железо

Облысение Бор, ртуть

Цирроз печени Хлор, магний, бензол, хлороформ, тетрахлорид углерода, тяжелые металлы

Метгемоглобинемия (цианоз) Нитраты, нитриты, азиды, хлораты, перхлораты, тетрахлорид углерода, динитрофенолы, фенол

Уремия Медь, свинец, ртуть

Гипофункция щитовидной железы Ковальт

Несварение желудка и кишок Фтор, детергенты, кремний, медь

Злокачественные опухоли почек Мышьяк, некоторые галоформы

Злокачественные опухоли мочевого пузыря Мышьяк, хлор

Злокачественные опухоли легких Мышьяк, ЦАУ, бензопирен

Злокачественные опухоли кожи Мышьяк, бензопирен, продукты дистилляции нефти (масла), некоторые ЦАУ

Злокачественные опухоли печени Мышьяк, ДДТ, некоторые галоформы

Злокачественные опухоли желудка N-нитрозоамины, ЦАУ

Меркуриализм Ртуть

Для своего исследования я выбрал территорию вокруг нашей школы. Я определил цели и задачи своего исследования, изучил литературу по данному вопросу и провел собственные наблюдения для оценки загрязнения атмосферы, сделал выводы, разработал рекомендации и предложения по экологическому состоянию микрорайона школы.

Предлагаю вашему вниманию учебно-исследовательскую работу на тему: «Экологический мониторинг снега и питьевой воды на территории школы. Исследование механических и химических загрязнителей».

Исследование качества снега и питьевой воды.

Снег – один из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения окружающей среды. Для того, чтобы результаты измерений были достоверными, не обходимо правильно отобрать пробы снега.

Методика отбора проб

1. Выбрать площадку для отбора проб, на которой можно построить треугольник со сторонами не менее 10 м.

2. В вершинах треугольника разметить квадраты со сторонами 1 м. Получается три таких квадрата.

3. Снег отбирают методом конверта, то есть пробы берут по углам квадрата(4 штуки) и в центре квадрата, как печати на конверте. Всего собирают 5 проб с квадрата. Три квадрата дают 15 проб.

4. Снег берут почти на всю глубину снежной толщи. Все 15 проб складывают в чистые банки. Снег отбирают пластмассовой бутылкой без дна.

5. Банки со снегом помещают в кабинете при температуре 20 С.

6. Талая вода готова для анализа.

Цель работы: Изучить кислотность талой и питьевой воды. Установить наличие механических и химических загрязнителей в воде. Сделать выводы по представленным данным и предложить программу действий по защите территории от загрязнителей.

1. Содержание взвешенных частиц.

Цель исследования: определить наличие взвешенных частиц.

Оборудование: фильтровальные воронки, фильтры, весы, разновесы, мерные цилиндры.

Этот показатель качества воды определяем фильтрованием определенного объема воды через бумажный фильтр и последующим высушиванием на фильтре осадка до постоянной массы. Для анализа берем 500-1000мл воды. Фильтр перед работой взвешиваем. После фильтрования осадок с фильтром высушиваем до постоянной массы. охлаждаем и взвешиваем. Весы должны обладать высокой чувствительностью. Содержание взвешенных веществ в мг/л в испытуемой воде определяем по формуле : (m1-m2)*1000/V, где m1- масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц , m2- масса бумажного фильтра до опыта, V-объем воды для анализа в л. ПДК 10мл/л.

m1 (фильтра) =1г 655мг m2 =1г655мг m3=1г655мг m1 (фильтра с осадком) = 1г. 655мг.

m2 =1г655мг m3 =1г655мг

Вывод: в пробах № 1,2,3 и водопроводной воде осадка не обнаружили.

2. Цвет (окраска).

Цель: определить цветность питьевой воды.

Оборудование: лист белой бумаги, прозрачная пластмассовая бутылка.

Диагностика цвета - один из показателей состояния воды. Для определения цветности воды берем стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд наливаем воду и на белом фоне бумаги определяем цвет воды (голубой,зеленый, серый, коричневый) - показатель определенного вида загрязнения.

Вывод: Установили цвет талой и питьевой воды - №1, 2, 3 и 4- светло-серый.

3. Прозрачность.

Для определения прозрачности воды используем прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который наливаем воду, подкладываем под цилиндр на расстоянии 4см от его дна, шрифт, высота букв которого 2мм, а толщина линий букв-0,5 мм, и сливаем воду до тех пор, пока сверху через слой воды не будет виден этот шрифт. Измеряем высоту столба оставшейся воды линейкой и выражаем степень прозрачности в см.

Вывод: Установили - степень прозрачность воды – 30 см.

4. Запах.

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Характер и интенсивность запаха определяем по предлагаемой методике.

Промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу оксиды азота серы, углерода, соединяясь с водой, они образуют кислоты. Они губительно действуют на живые организмы строения, памятники. Используя индикаторную бумагу, можно определить наличие кислот в питьевой воде. Если в пробе рН меньше 5,6 то это говорит о кислотных выпадениях в изучаемом районе.

Цель работы: оценить кислотность питьевой воды и снега;

Сравнить показатели кислотности на разных участках микрорайона

Оборудование: пробы снега и питьевой воды (1,2,3), индикаторная бумага (универсальный индикатор), пробирки.

Ход работы

1. Для проведения опыта отлейте 10мл фильтрата в три пробирки.

2. Опустите в каждую пробирку универсальный индикатор и определите кислотность фильтрата (питьевой воды).

3. Сравните окраску индикатора со шкалой универсального индикатора, результат запишите.

ВЫВОД: установили, что среда растворов во всех трех пробах - слабокислая, т. к. универсальный индикатор окрашивался в жёлтый цвет. Участок у дороги более загрязнен. Понижение кислотности связано с выбросами автомобилей, поток которых по данному участку в течение зимы интенсивный.

Выявление химических загрязнителей в воде.

Промышленные предприятия, транспорт выбрасывают в атмосферу разные химические соединения. Используя специальные методики, можно выявить в пробе конкретные химические вещества, которые попадают в воду из атмосферы.

Цель работы: определить наличие в воде химических соединений загрязняющего характера, научиться проводить качественные реакции на катионы и анионы, сделать вывод.

Оборудование: пробы 1,2,3, пробирки, спиртовки, химические стаканы, реактивы: хлорид бария, нитрат серебра, гидроксид калия, перманганат калия, красная кровяная соль, сульфид калия.

Ход работы.

Взять пробы фильтрата, отметить номер каждого участка.

Провести качественные реакции на выявление загрязнителя.

Обнаружение хлорид - ионов (Cl-).

Выполнение анализа.

К 10мл пробы прибавить 3-4 капли азотной кислоты (1:4) и прилить 0,5мл. нитрата серебра (AgNO3)

Белый осадок выпадает при концентрации хлорид - ионов более100мг/л: Cl- +Ag+ = AgCl↓

Помутнение раствора наблюдается, если концентрация хлорид – ионов более 10мг/л, опалесценция – более 1мг/л. При добавлении аммиака NH3 раствор становится прозрачным.

Вывод: Проба№1- помутнение

Проба №2- помутнение

Проба №3 - помутнение

Обнаружение сульфат –ионов (SO42-).

В пробирку внести 10 мл пробы 0,5мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5% раствора хлорида бария. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфат- ионов. При отсутствии мути концентрация сульфат - ионов менее5 мг/л, при слабой мути, появляющейся не сразу , а через несколько минут - 5-10мг/л. При концентрации сульфат - ионов более10мг/л выпадает белый осадок: Ba2+ + SO42-= BaSO4

Вывод: Проба №1 – не обнаружен

Проба №2 – помутнение

Проба №3 – помутнение

Обнаружение сульфит – ионов (SO32-).

В пробирку внести 10 мл пробы, добавить 3 мл слабого раствора перманганата калия. При содержании сульфит – иона розовый цвет раствора исчезает.

3SO32-+ 2MnO4-+ H2O -2Mn(OH)2 + 3SO42-+ 2OH-

Вывод: Проба№1 – не обнаружен

Проба№2 – не обнаружен

Проба№3 – не обнаружен

Определение содержания тяжелых металлов в воде методом тонкослойной хроматографии (ТСХ).

Суть метода ТСХ заключается в разделении сложных смесей веществ на индивидуальные соединения за счет различий в сорбируемости в тонком слое сорбента. Для этого используем силуфоловые пластинки, представляющие собой закрепленный слой силикагеля с крахмалом нанесенный на алюминиевую фольгу.

Вырезаем пластинку размером 3*7см, отмечаем линию старта, на которую с помощью капилляров наносим анализируемую смесь и свидетель (водный раствор соли соответствующего металла). Затем эту пластинку помещаем в стакан с растворителем (Н-бутанол), дистиллированная вода, уксусная кислота до установления рН=3.

Под действием капиллярных сил растворитель поднимается в слое сорбента, увлекая за собой анализируемые вещества, при этом они перемещаются с различными скоростями и в слое сорбента происходит их разделение.

Через 15 минут, когда растворитель достигнет линии финиша, вынимаем хроматограмму.

Для обнаружения ионов металлов опрыскиваем хроматограмму растворами реагентов, дающих цветные реакции. Обнаружение катионов свинца

Проводим раствором йодистого калия, катионов железа - раствором гексацианоферрата (2)калия. При этом должны появиться окрашенные пятна: желтое -если присутствует катион свинца, синее - катион железа.

Вывод: хроматограмма не показала качественных реакций на катионы свинца и железа (Pb2+, Cu2+).

Проба №1 - не показала наличие свинца и железа (Pb2+, Cu2+)

Проба №2 - не показала наличие свинца и железа (Pb2+, Cu2+)

Проба №3 - не показала наличие свинца и железа (Pb2+, Cu2+)

Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов.

Обнаружение свинца (Pb2+).

В пробирку с пробой внести 1мл 50% раствора уксусной кислоты, перемешать. Добавить 0. 5мл 10% раствора дихромата калия. При наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает желтый осадок свинца. Содержание катионов свинца более 100мг/л:

Если наблюдается помутнение раствора то концентрация катионов более 20мг/л, а при опалесценции –0,1мг/л.

Вывод: Проба№1 – нет

Проба№2 – нет

Проба№3 – нет

Обнаружение катионов железа (Fe3+).

В пробирку добавить 10 мл пробы добавить 1 каплю концентрированной азотной кислоты, затем добавить 2-3 капли пироксида водорода и 0,5 мл раствора роданида аммония. При содержании железа 0,1мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком - красное.

Fe3++ 3CNS-= Fe(CNS)3

Вывод: Проба №1 – окрашивания нет

Проба№2 – окрашивания нет

Проба№3 – окрашивания нет

Обнаружение катионов меди (Cu2+).

В фарфоровую чашку помещают 3-5мл пробы, осторожно выпаривают досуха и наносят на периферийную часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди Cu2+:

Cu2++ 4NH4OH- [Cu(NH3)4]2++ 4H2O

Вывод: Проба№1 - окраски нет

Проба№2- окраски нет

Проба№3 - окраски нет

ОБНАРУЖЕНИЕ КАТИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ.

Метод капельного анализа.

Оборудование: химические стаканы, полоски фильтровальной бумаги, растворы: роданид аммония (NH4NCS) йодид калия(KY),пробы воды 1,2,3.

Приготовить растворы с массовой долей 20%(20г навески реагентов растворить в 80 мл дистиллированной воды). Фильтровальную бумагу нарезать полосками 1×5 см.

Ход работы

1. В химические стаканы налить пробы воды, пронумеровать.

2. Во все стаканы поместить полоски фильтровальной бумаги на 20мин.

3. Через 20 мин. полоски извлекают и высушивают на воздухе.

4. На каждую полоску фильтровальной бумаги наносят по капле реагенты. В зависимости от концентрации ионов на бумаге появляется окрашивание разного цвета и разной интенсивности.

5. Сравнивая интенсивность окрашивания на полосках с данными по природным источникам, делаем вывод о приблизительной концентрации катионов железа, меди, свинца, кобальта в снеге (талой воде).

Опыт 1: Обнаружение катиона железа

(реагент-роданид аммония- NH4CNS).

Зависимость интенсивности окраски от концентрации ионов железа Концентрация, мг/л

(Fe3+). Интенсивность

1)буро-красная 10 100мг/л

2)ярко-розовая 10 мг/л

3)розовая 1 мг/л

4)слабо-розовая 0,5 мг/л

5)отсутствует менее 0,1 мг/л

Метод основан на использовании реакции взаимодействия ионов железа с роданид-ионами, что приводит к красному окрашиванию раствора: Fe3+ + 6CNS- = [Fe(CNS)6]3-

Вывод: Проба№1 - окраски нет

Проба№2- окраски нет

Проба№3 - окраски нет

Опыт 1: Обнаружение катионов меди (Cu2+, Pb2+, CO2+).

Ионы меди Cu2+ окисляют иодид - ионы до йода:

2Cu2++ 4Y- = 2CuY +Y2

На бумаге появляется бурое пятно.

Oпыт 3. : Обнаружение ионов свинца (Pb2+ ).

При взаимодействии ионов свинца с иодид-ионами образуется осадок иодида свинца ярко- желтого цвета:

Pb2++ 2Y- = PbY2

Oпыт 4. : обнаружение ионов кобальта (CO2+).

Ионы кобальта CO2+ с роданид - ионами образуют голубое окрашивание: CO2++ 4CNS- = [CO(CNS)]2-

Вывод: Проба№1 - окраски нет

Проба№2- окраски нет

Проба№3 - окраски нет

Ионы загрязнителя Путь выявления в растворе Результаты в пробе

№1 №2 №3

SO42- проба+(2-3мл)HCl+(0,5мл)BaCl 2 = нет нет

=BaSO4 белый осадок

SO32- проба+(2-3мл)KMnO4 розовый цвет исчезает нет нет нет

Cl- проба+(3-4мл)HNO3 +(1мл)AgNO3 = AgCl белый осадок Помутнение(опаДа см №1 Да см №1

лесценция)

значит Сl-

Fe3+ проба+(1мл)HNO3 +H2O2+(1мл) NH3CNS = NH(CNS)3 красный осадок нет нет нет

Na+ проба 2-3мл на пламя спиртовки – раствор пожелтеет нет нет нет

Cu2+ проба+ NH4OH =[Cu(NH3)4] соль синего цвета нет нет нет

Pb2+ проба+(1мл)K2СrO4= PbСrO4 – желтый осадок нет нет нет

Обнаружение фенолов.

Фенол и его производные сильные яды. Механизм отравления таков: блокируются сульфгидрильные группировки жизненно важных ферментов, а в итоге нарушаются окислительно-востановительные реакции в клетках организма.

ПДК фенола варьирует от 0,2 мл/л в не хлорированной воде до 0,001 мл/л в хлорированной. такая разница не случайна, т. к. основной метод обеззараживания воды в нашей стране – хлорирование. При этом фенол, если он присутствует в воде, превращается в пентахлорфенол (в 250 раз более токсичный, чем фенол) и 2, 4, 6 – трихлорфенол (канцероген). Дальнейшее превращение этих веществ ведёт к диоксинам. Фенол может образовываться в водоёмах при гниении остатков древесины. В воде фенол интенсивно поглощает кислород, возникают заморы, вода становится неприятной на вкус, а рыба, накапливая фенол в тканях, превращается в несъедобную.

Качественное определение фенола проводят следующим образом. В коническую колбу вместимостью 200 мл вносят 100 мл исследуемой воды, затем добавляют раствор хлорной извести или хлорную воду в небольшом объёме. Через 10 минут определяют (сначала на холоде, потом при нагревании), появился ли характерный для хлор фенолов «аптечный запах.

Пробы Визуальный эффект СЭС, мг/л

№1. Запаха нет

№2. Запаха нет

№3. Запаха нет

Вывод: фенолы не обнаружены.

Предложения.

Исследовав пробы питьевой воды, взятых из источников в окрестностях школы, и талой воды, сделал выводы и предложил несколько методов очистки воды в быту.

Самый простой и доступный для всех метод – отстаивание водопроводной воды. При этом в течение определённого времени улетучивается свободный остаточный хлор (Cl2), который применяют в системах водозабора для обеззараживания воды. Кроме того, под действием гравитационных сил происходит осаждение относительно крупных суспензионных и коллоидных частиц, находящихся во взвешенном состоянии. В некоторых случаях осадок желтеет. Это свидетельствует о выпадении гидроксида железа(3) Fe(OH)3. Он появляется в результате окисления соединений двухвалентного железа, придающих воде голубоватый оттенок, кислородом воздуха до трёхвалентного состояния. Соли трёхвалентного железа легко гидролизируются (присоединяют ионы ОН -), коагулируют (слипаются в более крупные частицы) и оседают на дно.

Следующий по простоте и доступности – метод кипячения. Основное предназначение процесса кипячения - обеззараживание воды. В результате термического воздействия гибнут вирусы и бактерии. Кроме того, в процессе кипячения происходит дегазация воды – удаление всех растворённых в ней газов, в том числе и полезных (кислорода, углекислого газа), которые улучшают органолептические свойства воды. Поэтому кипячёная вода безвкусна и малополезна для кишечной флоры. Кроме того, при кипячении может уменьшаться растворимость некоторых солей, например сульфата кальция, что также отчасти приводит к смягчению воды.

Гораздо реже для небольших объёмов используют метод вымораживания воды, основанный на разности температур замерзания чистой воды и рассолов (раствора с минеральными солями). Сначала замерзает чистая вода, а в оставшемся объёме концентрируются соли. Существует мнение, что талая вода (вода вымерзшей фракций) обладает целебными свойствами за счёт особой структуры водных кластеров – групп взаимно ориентированных молекул воды. Считается, что вода с измельчёнными кластерами обладает более высокими реактивными и растворительными свойствами, лучше проникает через биологические мембраны, быстрее выводится из организма экскреторными органами.

В связи с этим предложил:

1. Следить за состоянием окружающей среды в своем микрорайоне, используя данные учебно-исследовательских работ;

2. Знакомить с экологическими проблемами учащихся своей школы, родителей;

3. В последнее время возрастает интенсивность загрязнения атмосферы, водоемов, почвы солями тяжелых металлов, в первую очередь свинцом, из-за выбросов двигателей автомобилей, поэтому предлагаем в ближайшее время запретить выпуск этилированного бензина.

Довести полученную информацию до руководителей хозяйств, администрации с/советов и рекомендовать им следить за правильным хранением и использованием удобрений ядохимикатов для того, чтобы с талыми водами они не попадали в водопроводные скважины, колодцы, водоемы.

Результаты и выводы.

1Анализ проб на содержание катионов и анионов позволяет сделать вывод о состоянии питьевой и талой воды в районе школы и проследить за ее изменением.

2. Используемый школьный химический эксперимент: метод капельного анализа (на фильтровальной бумаге), метод ТСХ, эксперимент в пробирках показал, что в воде катионы тяжелых металлов и анионы не обнаружены.

3. Нарушений кислотности снеговых осадков в течение зимы не выявлено. Снеговой покров имел слабокислую среду с рН=5-6. (Пробы 1, 2, 3 в январе, феврале, марте).

4. Химических загрязнителей в опасной концентрации не обнаружено.

Данные химического эксперимента сравнивали с ПДК по природным источникам воды.

5. Данные результаты химического эксперимента были проверены в лаборатории санэпидемстанции г. Фатежа. (протоколы анализов прилагаются).

6. Экологическое состояние окружающей среды в районе школы в пределах нормы.

Наша работа была заслушана на заседании кружка, на семинарском занятии по химии, биологии, 2 апреля мы выступали на районной научно-практической конференции в г. Фатеже и областной научно-практической конференции в г. Курске.