Исследование экологического состояния воды в школе

Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле, поэтому естественно, что вся практическая деятельность человека с самой глубокой древности связана с использованием воды и водных растворов. Из дошедших до нас письменных источников видно, сколь велико было значение рек Нила в Египте, Тигра и Евфрата в Месопотамии, инда в Индии, Хуанхэ в Китае. Люди интенсивно осваивали плодородные поймы рек. Воду человек ценил во все времена и эпохи.

«Вода дороже золота» - утверждали бедуины, всю жизнь кочевавшие в песках. Они знали, что никакие богатства не спасут путника в пустыне, если иссякнут запасы воды.

Величественные пески Сахары, неприступные и жестокие, поглотили многих смельчаков, даже целые караваны. Их всех убивала «одна карающая рука», неумолимая и безжалостная – жажда. В пустыне без воды человек выдерживает около суток. Во время одного из таких переходов 25 веков назад в западной части Египта в безводных песках Сахары бесследно исчезла могущественная 50-тысячная армия персидского царя Камбиса.

Вода является важным элементом живого органического мира. Как известно, в основе образования и накопления первичного живого органического вещества лежит фотосинтез. Под действием солнечной энергии углекислый газ и вода в листьях растений распадаются на кислород, выделяющийся в атмосферу, и углерод, идущий на образование живого органического вещества растений. Только 1 живое вещество, усваивая солнечную энергию, способно строить новые ткани, способно само себя воспроизводить. По подсчетам биологов, живое вещество ежегодно воспроизводит примерно 10% своей общей массы.

Жизнь зародилась в водной среде. Для многих видов животных и растений вода продолжает оставаться средой обитания. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются реакции и процессы метаболизма, и выступает важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических превращений. Значимость воды определяется и ее количественным содержанием. Живые организмы состоят не менее чем , на 3/4 из воды.

Забота о получении достаточного количества воды, пригодной для питья и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения, не оставляет человечество на протяжении всего его существования. Достаточно вспомнить, что первый римский водопровод протяженностью 16,5 км был построен в 312 г. до н. э. Характер и формы водоснабжения изменялись с изменением социально-экономических условий, прогрессом техники и естественных наук и общим подъемом культуры.

Давно отмечена связь между заболеваемостью населения и характером водоснабжения. В середине в. Эпидемиологические наблюдения и последующие бактериологические открытия Л. Пастора и Р. Коха позволили установить, что вода, содержащая патогенные микробы, может способствовать возникновению и распространению заболеваний среди населения. Изменение химического состава воды является причиной заболеваний неинфекционной природы. В настоящее время при обосновании гигиенических нормативов качества питьевой воды проводят ее всесторонние комплексные исследования.

Вода разрушает горные породы, растворяет неорганические соединения и переносит их на большие расстояния.

Большинство биохимических и биофизических процессов, связанных с обменом веществ в живых организмах, могут протекать только при наличии водной среды. Вода – источник кислорода, поступающего в атмосферу при фотосинтезе. Вода входит во все ткани и клетки живых организмов. Она является наилучшим растворителем. Вода – единственное в природе минеральное вещество, которое нельзя заменить другими веществами. Вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производительных сил, важнейшее средство производства. В круговороте воды в биосфере суммарное испарение уравновешивается выпадением осадков. Удаление некоторого количества водорода в космос компенсируется в основном за счет ювенильной воды (подземной воды, поднимающейся на поверхность из магматических очагов). С поверхности океана испаряется больше воды, чем поступает с осадками, на суше испаряется воды меньше, чем поступает с осадками. Лишние осадки, выпадающие на сушу, питают ледники, пополняют грунтовые воды, озера и реки и возвращаются со стоком в океан. Часть воды расходуется на транспирацию растений.

Использование воды для хозяйственных целей человека – одно из звеньев круговорота воды. Но антропогенное звено круговорота отличается от естественного тем, что лишь часть использованной человеком воды в процессе испарения возвращается в атмосферу опресненной. Другая ее часть, достигающая, например, при водоснабжении городов и большей части промышленных предприятий 90%, сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами хозяйства.

Этот процесс продолжается в течение тысячелетий. Еще в Древнем Вавилоне существовала канализация. Но сброс сточных вод в Евфрат был тогда незначительным. С ростом городского населения и развитием канализации загрязнение рек и водоемов стало приобретать глобальные масштабы.

Органолептические показатели воды

1. Содержание взвешенных частиц

Этот показатель качества воды определяют путем фильтрования определенного объема воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы.

Для анализа берут 500-1000 мл воды. Фильтр пред работой взвешивают. После фильтрования осадок с фильтром высушивают до постоянной массы при 105 С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Содержание взвешенных веществ в мг/л в испытуемой воде определяется по формуле: m= ( m1 – m2). 1000

V m= ( 0,68 – 0,65). 1000= 60 мг/л

2. Прозрачность

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц или, глины, песка, микроорганизмов, от содержания химических веществ. Прозрачность характеризуется предельной глубиной, на которой ещё виден специально опускаемый белый диск диаметром около 20 см.

Мерой прозрачности может служить так же высота столба воды (в см), при которой можно различить на белой бумаге стандартный шрифт с высотой букв 3,5 см. Воду хорошо перемешивают и наливают в высокий цилиндр с внутренним диаметром 2,5 см и дном из плоско отшлифованного стекла. Цилиндр устанавливают неподвижно над стандартным шрифтом на высоте 4 см. Просматривая шрифт сверху через столб воды и сливая и доливая воду в цилиндр, находят высоту столба воды, еще позволяющую читать шрифт.

3. Запах

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами.

100 мл исследуемой воды при комнатной температуре наливают в колбу вместимостью 150-200 мл с широким горлом. Накрывают часовым стеклом или притертой пробкой, встряхивают вращательным движением, открывают пробку или сдвигают часовое стекло и быстро определяют характер и интенсивность запаха. Затем колбу нагревают до 60°С на водяной бане и также оценивают запах.

По характеру запахи делятся на две группы:

1. Запахи естественного происхождения ( от живущих в воде и отмерших организмов, от влияния почв и т. п. ) находят по классификации, приведенной в таблице 1.

Таблица 1

Характер и род запаха воды естественного происхождения

Характер запаха Примерный род запаха

Ароматический Огуречный, цветочный

Болотный Илистый, тинистый

Гнилостный Фекальный, сточной воды

Древесный Мокрой щепы, древесной коры

Землистый Прелый, свежевспаханной земли, глинистый

Плесневелый Затхлый, застойный

Рыбный Рыбы, рыбьего жира

Сероводородный Тухлых яиц

Травянистый Скошенной травы, сена

Неопределенный Не подходящее под предыдущие определения

2. Запахи искусственного происхождения ( от промышленных выбросов, для питьевой воды – от обработки воды реагентами на водопроводных сооружениях и т. п. ) называются по соответствующим веществам: хлорфенольный, камфорный, бензиновый, хлорный и т. п.

Интенсивность запаха также оценивается при 20° и 60° по 5 –бальной системе согласно таблице 2.

Таблица 2

Интенсивность запаха воды

Балл Интенсивность Качественная характеристика запаха

0 Никакой Отсутствие ощутимого запаха

1 Очень слабая Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем

2 Слабая Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание

3 Заметная Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением

4 Отчетливая Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду не пригодной для питья

5 Очень сильная Запах, настолько сильный, что вода непригодна

4. Цветность

Налили исследуемые пробы в стеклянные цилиндры и рассмотрели воду на фоне бело листа бумаги при дневном освещении сверху и сбоку. Оценили цветность (светло-желтая, бурая и т. д. ). При отсутствии окраски вода считается бесцветной.

Химические показатели воды

Водородный показатель

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7).

Величена рН воды водоёмов 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- у иона. 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 воды. Оценивать величину рН можно разными способами.

1. Приближённое 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-жёлтая - 6, светло-зелёная - 7, зеленовато-голубая - 8.

рН можно определить с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая её 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 высушенной до постоянной массы при 110-

120° С. Сухой остаток характеризует содержание минеральных и частично органических примесей, образующих с водой истинные и коллоидные растворы. Чтобы получить осадок около 100 мг, берут 1 л анализируемой; профильтрованной воды, помещают порцию воды в предварительно! взвешенную фарфоровую чашку и выпаривают на электроплитке (не доводя до кипения), добавляя воду по мере испарения воды в чашке. Воду в чашке! выпаривают досуха. Чашку с сухим остатком помещают в сушильный шкаф, нагретый до 110. ° С, и высушивают до постоянной массы.

Величину сухого остатка (мг/г) вычисляют по формуле: m=(m2 - m1) ( 1000

Жесткость воды.

Расчет концентрации карбонат- и гидрокарбонат- ионов

Различают общую, временную и постоянную жёсткость воды. Общая жёсткость обусловлена главным образом присутствием растворённых соединений кальция и магния в воде. Временная жёсткость 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 варьируется 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; 4-8 ммоль экв. /л – средней жесткости; 8-12 ммоль экв. /л – жесткой; более 12 ммоль экв. /л – очень жесткой.

Определение карбонат-иона жесткости воды и расчёт концентрации карбонат- и гидрокарбонат- ионов

В склянку наливают 10 мл анализируемой воды, добавляют 5-6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что карбонат-ионы в пробе отсутствуют. В случае возникновения розовой окраски пробу титруют 0,05 н. Раствором соляной кислоты до обесцвечивания. Концентрацию карбонат-ионов рассчитывают по формуле:

Ск = VHCL ( 0. 05 ( 60 ( 100

10 = VHCl *300

Затем в этой же пробе определяют концентрацию гидрокарбонат-ионов. \ К пробе добавляют 1-2 капли метилового оранжевого. При этом проба приобретает жёлтую окраску. Раствором 0,05 н соляной кислоты титруют § пробу до перехода жёлтой окраски в розовую. Концентрацию гидрокарбонат-1 ионов рассчитывают по формуле:

С ГК = V HCL ( 0,05 ( 61 ( 100 10 = VHCl *305

Карбонатную жесткость Жк рассчитывают, суммируя значения концентрацией карбонат- и гидрокарбонат- ионов по формуле:

Жк =Скх0,0333+Сгк *0,0164

Определение нитратов в воде

Предельно допустимая концентрация в питьевой нитратов - 45 мг/л

Качественное определение нитратов

На часовое или предметное стекло поместить 3 капли раствора дифениламина, приготовленного на концентрированной серной кислоте, и 1- й 2 капли исследуемой воды. В присутствии нитрат-ионов появляется синее окрашивание, интенсивность которого зависит от их концентрации.

Определение хлорид-ионов

Концентрация хлоридов в водоёмах - источниках водоснабжения допускается до 350 мг/л.

' В поверхностных водах количество хлоридов зависит от характера; пород, слагающих бассейны, и варьирует в значительных пределах - от; десятых долей до тысячи миллиграммов на литр. Много хлора попадает в водоёмы со сбросами хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод.

Качественное определение хлорид-ионов

В пробирку отбирают 5 мл исследуемой воды и добавляют 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра.

Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению (таблица 3).

Осадок или помутнение Концентрация хлоридов,

Опалесценция или слабая муть 1-10

Сильная муть 10-50

Образуются хлопья, но осаждаются не сразу 50-100

Белый объемистый осадок Более 100

Определение содержания хлоридов

Определение сульфат ионов

Концентрация сульфатов в воде водоёмов - источников водоснабжения допускается до 500 мг/л. содержание сульфатов в природных, поверхностных и подземных водах обусловлено выщелачиванием горных пород, биохимическими процессами и др. В северных водоемах сульфатов обычно немного; в южных, где воды более минерализованы, содержание сульфатов увеличивается. Сульфаты попадают в водоемы также со сбросами сточных вод.

Качественное определение сулъфат-ионов

В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл раствора соляной

* кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание

; сульфатов: при отсутствии мути - концентрация сульфат-ионов менее 5 мг/л при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут -

5-10 мг/л ; при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария, - 10-100 мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100 мг/л).

Определение карбонат-ионов

В пробирку вносят 10 мл используемой воды и приливают пипеткой несколько капель 10%-ного раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции оксид углерода (IV) выделяется в виде пузырьков. По интенсивности их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Определение сероводорода, гидросульфидов и сульфидов

Качественное определение в воде сероводорода и его солей можно проводить по наличию специфического запаха на месте отбора пробы, так как он быстро исчезает за счёт окисления сероводорода.

Другой метод качественной оценки основан на реакции сероводорода и сульфидов с ионами свинца с образованием темного сульфида свинца.

Приготовление свинцовой бумаги. Бумагу готовят смачиванием фильтрованной бумаги 5% слабоподкисленным уксусной кислотой р-ром ацетата свинца. После сушки бумагу, разрезанную на узкие полоски, хранят в банке с притертой пробкой.

Ход определения. В бутыль, наполненную на ¾ исследуемой водой, помещают полоску фильтровальной бумаги, смоченную дистиллированной водой, зажимая ее между пробкой и горлышком. Потемнения бумаги указывает на присутствие свободного сероводорода. При отрицательной реакции воду подкисляют. Потемнение бумаги при подкислении указывает на наличии сульфидов.

Качественное обнаружение катионов тяжёлых металлов

Находящиеся в питьевой воде и в поверхностных водах примеси тяжёлых металлов, как правило, имеют очень малые концентрации. Для того,; чтобы определить присутствие этих загрязнителей с помощью качественных; реакций, следует предварительно провести концентрирование примесей. При выполнении качественных реакций необходимо строго придерживаться условий, при которых данная реакция протекает и даёт заметный аналитический эффект.

Обнаружение ионов свинца

Свинец является одним из основных загрязнителей окружающей среды. Он обладает способностью поражать центральную и периферическую нервные системы, костный мозг и кровь, сосуды, генетический аппарат, нарушая синтез белка, вызывает малокровие и параличи. Большая концентрация свинца тормозит биологическую очистку сточных вод. Основными источниками загрязнения являются выхлопные газы автотранспорта и сточные воды различных производств. Допустимая: концентрация свинца в воде - 0,03 мг/л.

Качественное определение ионов свинца

На лист фильтровальной бумаги наносят несколько капель исследуемого раствора и добавляют 1 каплю свежеприготовленного 0,2 %-ного раствора родизоната натрия. В присутствии ионов свинца образуется синее пятно или % кольцо. При добавлении 1 капли буферного раствора синий цвет превращается в красный.

Обнаружение ионов железа

Предельно - допустимая концентрация общего железа в воде водоёмов и питьевой воде 0,3 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Общее железо. В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель : раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при; более высоком - красное.

Железо (II). Гексоцианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6] в кислой среде

(рН~ 3))6разует с катионом железа ( II) осадок турнбулевой сини тёмнозелёного цвета.

В 1 мл исследуемой воды добавить 2-3 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора реактива.

Железо (Ш). 1. Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] в слабокислой среде с катионом железа(Ш) образует темно синий осадок берлинской лазури.

К одному мл исследуемой воды прибавить 1 -2 капли раствора соляной кислоты и 2 капли раствора реактива

2. Роданид калия KSCN образует в кислой среде с катионом железа (III) роданиды железа, окрашенные в кроваво-красный цвет.

К одному мл исследуемой воды прибавить 2-3 капли раствора соляной кислоты и 2-3 капли раствора реактива.

Обнаружение ионов меди

Предельно - допустимая концентрация меди в воде 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Качественное обнаружение. В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл;исследуемой воды, осторожно выпарить досуха и на периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди.

Обнаружение ионов ртути

Предельно - допустимая концентрация ртути в воде водоёмов 0, 0005 : мг/л, лимитирующий показатель вредности санитарно-токсикологический.

Ртуть (I) и ртуть Щ). На стеклянную пластинку поместить по капле испытуемой пробы, азотной кислоты и раствора дифенилкарбазида. В присутствии ионов ртути (I и II) появляется интенсивно синее окрашивание раствора.

Ртуть (П. Хромат калия даёт с катионами одновалентной ртути красный осадок хромата ртути.

В две пробирки поместить по 1 мл исследуемой воды: в первую пробирку добавить 1 -2 капли раствора хромата калия, а в другую 1 -2 капли раствора щёлочи. Появление красного и чёрного осадков свидетельствует о наличии в пробе ионов ртути (I).

Ртуть. В пробирку поместить 4-5 капель исследуемой воды и осторожно опустить палочку, смоченную раствором йодида калия.

Вокруг: палочки образуется ярко-красное кольцо йодида ртути, которое быстро: исчезает.

б Обнаружение органических веществ

В пробирку поместить 1-2 мл исследуемой воды и прилить пипеткой 2-3 капли 1%-ного раствора перманганата калия. Исчезновение окраски-перманганата калия или его побурение исследуемой воды будет указывать на присутствие в ней органических веществ.

Результаты исследований

Средние показатели.

Таблица 1

Физические качества воды школы №8

Наименование источника Цветность Запах Прозрачность воды

Школа №8 бесцветная без запаха 37 см

Таблица 2

Результаты обнаружения в воде ионов и органических веществ

Наименование Школа №8

источника воды

Содержание взв. 60

час. мг/л

Сухой 40

остаток мг/л

Жесткость 2

SO ²¯ +

Органические -

вещества

Рекомендации по улучшению качества питьевой воды

Для улучшения качества питьевой воды в родниках рекомендуем:

1. Кипятить воду перед употреблением.

2. Для приготовления пищи и питья использовать отстоявшуюся воду.

3. Контролировать санитарное состояние водозаборов.

4. Соблюдать чистоту возле водозаборов и водоемов.

5. Не мыть машины около водоемов и водозаборов.

6. Проводить просветительскую работу среди населения о правильном использовании воды и ее значении в жизни людей.

7. Соблюдать экологическую культуру.

Среди продуктов промышленного производства особое I место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15 мг/л при ПДК – 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоемах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к ценообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации1-2 мг/л.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.

В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.

В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, составляя от 3 до 700 л на одного человека. В Москве, например, на каждого жителя приходится около 650л, что является одним из самых высоких показателей в мире.

Из анализа водопользования за 5-6 прошедших десятилетий вытекает, что ежегодный прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5 %.

Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к 2100 году человечество может исчерпать все запасы пресной воды.

Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.

Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки (такие,как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы переносимых водных масс ( сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8%, а у таких рек, как Дон, Терек, Урал – на 11 -20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути, прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод рек Сырдарьи и Амударьи на орошение.

Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.

Проведенные исследования питьевой воды в школе №8 говорят о том, что вода в основном пригодна к употреблению, т. к. наличие в ней катионов и анионов соответствует нормам ПДК.