Изучение экологического состояния водохранилища ГРЭС на основе химического анализа воды

К природной воде относится вода морей, океанов, рек, озер и других естественных и искусственных водоемов, дождевые и талые воды, воды подземных источников.

Наиболее чистая природная вода – дождевая, но и она содержит примеси и растворенные вещества (до 50 мг/л).

Содержание растворенных веществ в морской воде составляет 10000 - 20000, а в воде океанов – около 35000 мг/л. Вода соленых озер – 200000 мг/л и более.

Воду, содержащую до 0. 1 % растворенных веществ, принято называть пресной, от 0. 1 до 5% - минерализованной, свыше 5% - соленой или рассолом.

Свойства и качество воды зависят от состава и концентрации содержащихся в ней веществ.

Многочисленные примеси, содержащиеся в природной воде, могут быть разделены на 3 группы: а) взвешенные частицы, б) коллоидные частицы, в) вещества, образующие с водой истинные растворы.

Взвешенные вещества (взвеси). Нерастворимые или малорастворимые в воде частицы минерального и органического происхождения (размер, как правило, больше 0. 1 мк) попадают в воду в результате размыва почвы, паводками, дождевыми водами, размыва русла и берегов рек, разрушения глинистых и других пород в результате геологической деятельности воды, ветра, а также разрушения тканей растений, зоо- и фитопланктона, населяющих те или иные водоемы.

Коллоиднорастворенные вещества. Это мельчайшие частицы глинистых и других минералов, растворимых оксидов кремния, алюминия и железа, карбонатов кальция и магния, белков, гумусовых и ряда других веществ, обладающих высокой степенью дисперсности. Такие частицы образуют с водой гетерогенные высокодисперсные системы, которые не разделяются на твердую и жидкую фазы даже в течение длительного времени, так как эти частицы несут, как правило на себе электрический заряд, препятствующий их слиянию в более крупные частицы.

Истиннорастворенные вещества. К этой группе веществ относятся минеральные соли, кислоты, основания и органические вещества (низкомолекулярные кислоты, их соли, некоторые вещества других классов), различные газы (азот, кислород, СО2 аргон, сероводород, сернистый газ, оксиды азота, хлороводород, аммиак). Наиболее часто растворены карбонаты, гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, натрия и кальция и калия.

Питьевая вода.

Питьевой водой называют воду, идущую для питья, для хозяйственно-бытовых нужд населения, для нужд предприятий пищевой промышленности и коммунального хозяйства.

Общие требования к питьевой воде сводятся к следующему.

1. Вода должна обладать хорошими органолептическими свойствами, то есть, быть прозрачной, бесцветной, без привкусов и запаха, иметь освежающую температуру и не содержать видимых примесей.

Требования и нормативы питьевой воды.

Показатели Требования и нормативы

Плавающие примеси (вещества) На поверхности водоема не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна масел и скопления других примесей.

Запахи, привкусы Вода не должна приобретать запахи и привкусы более 2 баллов, обнаруживаемые непосредственно или при последующем хлорировании.

Не должна обнаруживаться в столбике высотой 20см.

Окраска

Не должна выходить за пределы рН 6. 5 – 8. 5

Реакция рН

Не должен превышать по сухому остатку 1000 мг/л в т. ч. Cl – 350 мг/л и SO4 – 500 мг/л.

Минеральный состав Полная потребность воды при 20 С не более 3 мг/л.

Биохимическая потребность в О2

Вода не должна содержать возбудителей кишечных заболеваний. Число бактерий группы

Бактериальный состав кишечных палочек (coli – индекс) не более 10000 в 1 л воды.

Не должны содержаться в воде в концентрациях, превышающих нормативы.

Токсичные химические вещества

2. Вода должна иметь безвредный химический состав, то есть не содержать вредные (токсичные, канцерогенные, радиоактивные) вещества в концентрациях опасных для здоровья, а так же вещества, ограничивающие потребление воды в быту.

3. Вода должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении, то есть не содержать патогенных бактерий, вирусов, простейших, яиц гельминтов.

При выборе водоисточника для хозяйственно-питьевого водоснабжения и при оценке качества его воды важное значение имеет обследование водоисточника.

Требования к качеству воды, предъявляемые в нашей стране, в сравнении с мировыми стандартами.

Показатели стандарты

Россия Международный

Запах и привкус при 20 С Не > более 2 баллов Невызывающий возражений

Цветность по шкале 20 град. 5 – 50 град

Мутность по шкале Не >1. 5 мг/л 2. 0 мг/л

Общая жесткость Не > 7 ммоль/л 2 – 10 ммоль/л

Сухой остаток 1000 мг/л 300-1500 ммоль/л

Хлориды 350 мг/л 200 – 600 мг/л

Сульфаты 500 мг/л 200 – 400 мг/л

Железо 0. 3 мг/л – 1. 0 мг/л

Медь 1 мг/л 0. 05 – 1. 5 мг/л

Цинк 5 мг /л 5 – 15 мг/л

Свинец 0. 03 мг/л мг/л

Мышьяк 0. 05 мг/л 0. 05 мг/л

Фтор 0. 7 – 1. 5 мг/л 0. 8 – 1. 7 мг/л

Нитраты (по азоту) 10 мг/л не нормируются

Ртуть 0. 005 мг/л мг/л

Цианиды 0. 1 мг/л 0. 05 мг/л

Общее число бактерий Не > 100 в 1 л не нормируется

Количество E. coli Не > 3 в 1л 10-30 в 1 л рН 6. 0 – 9. 0 7. 0 – 9. 2

Употребляемая населением без обработки вода источников местного водоснабжения (скважин, шахтных колодцев) должна отвечать требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Однако было бы не реальным предъявлять к воде колодцев во всех отношениях столь же строгие требования, как и к питьевой водопроводной воде. Поэтому, для гигиенической оценки воды шахтных и буровых колодцев рекомендуется в санитарной практике пользоваться ориентировочными нормативами, приведенными в таблице №3.

Нормативы питьевой воды местных источников.

Показатель нормативы

Прозрачность Не менее 30 см

Цветность по шкале Не более 40 град.

Запах и привкус До 2-3 баллов

Общая жесткость До 14 ммоль/л

Содержание F До 1. 5 мг/л

NO3 10 мг/л по азоту

NO2 0. 002мг/л

NH4 мг/л

Окисляемость до 4 мг/л

Общее число бактерий 300-400 в 1 л

Число E. coli не более 10 в 1 л

2. 3. Проблема загрязнения гидросферы.

Проблема загрязнения гидросферы рассматривается во многих монографиях, статьях, в научно-популярных журналах. Загрязнение водоемов в наибольшей степени связано:

- со сбросом промышленных, сельскохозяйственных и бытовых стоков;

- с попаданием загрязняющих веществ из атмосферы;

- в результате деятельности человека на водоемах (судоходство, транспорт нефти, подводное бурение и др. ).

Все это приводит к деградации экосистем, т. е. потери хозяйственной и ландшафтной ценности (Константинов, 1979).

Ухудшение качества воды и санитарного состояния водоемов, вызывается эвтрофикацией (повышения содержания питательных веществ) и термофикацией (поступления подогретых вод, например, с ГРЭС).

Загрязнение водоемов проявляется на различных уровнях:

- на организменном уровне могут наблюдаться нарушения отдельных физиологических функций, изменение поведения, снижение темпа роста, увеличение смертности, изменение наследственности особей, повреждение их генетического аппарата;

- на уровне популяции оно может вызывать изменение их численности, биомассы, рождаемости и смертности, половой и размерной структуры и т. д. ;

- на биоценотическом уровне загрязнения сказываются на структуре и функциях сообществ.

Ухудшение качества воды и санитарного состояния водоемов, вызывается антропогенной эвтрофикацией и термофикацией. Если загрязняющих веществ небольшое количество, то водоемы способны биологически самоочищаться в той или иной степени: за счет минерализации органических веществ, разрушения различных токсичных соединений и другого .

Водопотребление и водопользование часто осложняются различными биологическими помехами:

1. Обрастание водоемов создает помехи в навигации и эксплуатации гидротехнических сооружений;

2. Многие гидробионты вредны для человека и домашних животных.

Кроме того, загрязнения, эвтрофикация и термофикация водоемов, забор из них больших обьемов воды, отражаются на биосферной роли водных экосистем. Поэтому создается угроза нарушения экологического равновесия в природе. Загрязнение водоемов проявляется на различных уровнях:

□ На организационном уровне могут наблюдаться нарушения отдельных физиологических функций, изменение поведения, снижение темпа роста, увеличение смертности, изменение наследственности особей, повреждение их генетического аппарата;

□ На уровне популяции оно может вызвать изменение их численности, биомассы, рождаемости и смертности, половой и размерной структуры и т. д. ;

□ На биоценотическом уровне загрязнения сказываются на структуре и функциях сообществ [2].

2. 4. Загрязняющие вещества.

Из загрязняющих веществ наибольшее значение для водных экосистем имеет нефть и продукты ее переработки, пестициды, соединения тяжелых металлов, антисептиков, детергенты.

Радионуклиды. В водоемах наиболее часто встречаются и опасны для гидробионтов: радиоизотопы стронция, иттрия, цезия, циркония, Особенно много радионуклидов накапливается в самом поверхностном слое воды, так как поверхность водоема представляет собой более эффективный коллектор радионуклидов, чем суша. В группе водоемов концентрация многих радионуклидов в десятки раз выше, чем в воде. Поэтому облучение оказывает на гидробионтов стимулирующее, угнетающее и летальное воздействие.

Нефть. Нефть и продукты ее переработки загрязняют водоемы при транспортировке топлива, повреждениях нефтепроводов, при работе флота, при подводном бурении нефтяных скважин, при сбросе стоков нефтепродуктов на промышленных предприятиях. Образуя на поверхности воды пленку, нефть нарушает дыхание гидробионтов. Нефть и ее продукты разрушают упорядоченность биохимических процессов, изменяя физико-химическое состояние гидробионтов.

Пестициды. Многие тысячи химических препаратов, разработанных для борьбы с вредными животными и растениями, имеют большой период полураспада (более 10 лет, а попав в организм, они долго задерживаются в нем). В водоемы пестициды поступают с поверхностными стоками, из атмосферы, при обработке водоемов различными препаратами с целью уничтожения вредных гидробионтов. Механизм действия различных пестицидов крайне многообразен: угнетение фотосинтеза растений и дыхания животных, нарушение обмена веществ, отравление нервной системы.

Тяжелые металлы и другие вещества

Тяжелые металлы. Они попадают в водоемы с промышленными стоками, из атмосферы, из лакокрасочных покрытий судов. В организм водных животных эти металлы в основном попадают с пищей, через поверхность воды – у растений. Наиболее важным механизмом повреждающего действия тяжелых металлов является отравление системы ферментов.

Детергенты вызывают гибель бокоплавов и множества рыб, задерживают рост и развитие гидробионтов, ухудшают усвоение пищи, у водорослей нарушение движения сперматозоидов и спорообразований. Антисептики вызывают нарушения эмбрионов костистых рыб. Фенолы снижают интенсивность фотосинтеза, а у животных они блокируют нервно-мышечную реакцию. «Кислотные осадки» вызывают подкисление водоемов, из-за которого вода лишается ихтиофауны.

Крайне токсичны поступающие в водоемы с промышленными стоками соединения мышьяка, цианистые соединения Отходы бумажной и деревоперерабатывающей промышленности помимо химического воздействия оказывают влияние на гидробионтов, оседая на дно и делая его безжизненным вследствие захоронения бентосных организмов и ухудшение кислородного режима.

Эвтрофикация и термофикация часто сопровождаются ухудшением их экономического значения, биосферы, функции экосистем. В наибольшей степени антропогенной эвтрофикации подвергаются континентальные водоемы, в частности озера, реки и водохранилища, но отчетливо прослеживается и в морях. Вещества, способствующие эвтрофикации водоемов, разнообразны по своему происхождению, составу, физиологическому и экологическому значению. К основным из них относятся фосфор и азот, значительно реже углерод, кремний и некоторые другие. Избыточное накопление биогенов, являющееся основной причиной эвтрофикации, в первую очередь связано с поступлением их с водосборной площади, с коммунальными стоками, атмосферной пылью и т. д.

Дополнительное поступление биогенов является лишь предпосылкой антропогенной эвтрофикации, которая развивается при наличии определенных гидрологических условий, обеспечивающих реализацию нового типа круговорота веществ в природе.

2. 5. Абиотические факторы среды.

К ним относят содержание в окружающей среде воды, газов и минеральных веществ, свет, температуру, давление и движение воздуха, рельеф местности. Для любого вида живых организмов существует оптимум по каждому фактору, при котором обеспечивается наиболее благоприятные условия его существования. Сдвиг в большую или меньшую сторону от этого оптимума приводит к угнетанию жизнедеятельности вида или популяции, снижению скорости размножения и увлечения смертности. При изменении уровня фактора сверх допустимых пределов популяции прекращает свое существование, так как погибают либо все входящие в нее организмы, либо настолько значительная их часть, что она перестает самовоспроизводиться.

Таким образом, абиотические факторы обуславливают видовой состав сообществ и численность организмов в них. Когда мы говорим о загрязнении окружающей среды, то имеем в виду те процессы и вещества, которые ведут к изменению абиотических факторов экосистемы и через них воздействуют на обитающие в них сообщества живых организмов [4].

Показатели качества воды и их определение

В различных аналитических лабораториях нашей страны специалисты ежегодно выполняют не менее 100 млн. анализов качества воды, причем 23 % определений заключается в оценке их органолептических свойств, 21 % – мутности и концентрации взвешенных веществ, 21% составляет определение общих показателей – жесткости, солесодержания, ХПК, БПК, 29% - определение неорганических веществ, 4% – определение отдельных органических веществ.

Значительное количество анализов выполняют санитарно- эпидемиологические службы. Результаты анализов показывают, что в химическом отношении опасной для здоровья являются каждая четвертая проба, в бактериальном – каждая пятая. Необходимо отметить также, что стоимость комплексного анализа качества питьевой воды за рубежом составляет около 1100 долларов.

По нормативам качества, определяющим наличие и допустимые концентрации примесей, воды различают как питьевую, природные воды (водоемов хозяйственно-питьевого, культурно- бытового и рыбохозяйственного назначения) и сточные (нормативно-очищенные, стоки неизвестного происхождения, ливневые).

Иногда выделяют также различные виды источников водопотребления, например, водопровод, колодцы, артезианские скважины, подземные источники и поверхностные источники и др. Подобное выделение проводится в тех случаях, когда необходимо учесть специфику источника, либо когда можно ожидать какие-либо характерные способы загрязнения воды, а также пути распространения загрязнений.

Нормативы качества воды различных источник предельно-допустимые концентрации (ПДК), ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) и ориентировочно-безопасные воздействия (ОБУВ) – содержатся в нормативно-технической литературе, составляющей водно-санитарное законодательство. К ним, в частности, относятся Государственные стандарты - ГОСТ 2874, ГОСТ 24902, ГОСТ 17. 1. 3. 03, различные перечни, нормы, ОБУВ, санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами СНиП № 4630 и др.

4. 4. Органолептические показатели

Любое знакомство со свойствами воды, сознаем мы это или нет, начинается с определения органолептических показателей, т. е. таких, для определения которых мы пользуемся нашими органами чувств (зрением, обонянием, вкусом). Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена быстро и без каких-либо приборов. К органолептическим характеристикам относятся цветность, мутность (прозрачность), запах, вкус и привкус, пенистость.

Органолептическая оценка качества воды – обязательная начальная процедура санитарно-химического контроля воды. Ее правильному проведению специалисты придают большое значение. Международные стандарты ИСО 6658 и др. устанавливают специальные требования к дегустаторам (лицам, привлекаемым к органолептической оценке) и методам проведения дегустации. Например, установлено 3 квалификационных уровня дегустаторов: консультант, квалификационный консультант и эксперт; для проведения органолептического анализа выделяются специально оборудованные помещения (ИСО 8589) и др. Перед исследованием запаха или вкуса проводят предварительные испытания образца, свободного от посторонних запаха или привкуса, и такой образец шифрованным образом включается в серию анализируемых проб. При корректной оценке органолептических показателей (т. е. с использованием таблиц, шкал, различных критериев сопоставления) специалисты говорят об органолептических измерениях

В данной работе определялись следующие показатели: цветность, мутность, запах, вкус, прозрачность (по стандартным методикам, см. Литературу)

Цветность – естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Цветность воды может определяться свойствами и структурой дна водоема, характером водной растительности, прилегающих к водоему почв, наличием в водосборном бассейне болот и торфяников и др.

Цветность воды определяется визуально или фотометрически, сравнивая окраску пробы с окраской условной 1000-градусной шкалы цветности воды, приготавливаемой из смеси бихромата калия и сульфата кобальта СоSО4,. Для воды поверхностных водоемов этот показатель допускается не более 20 градусов по шкале цветности.

Можно определять цветность и качественно, характеризуя цвет воды в пробирке высотой 10-12 см (например, бесцветная, слабо-желтая, желтая, буроватая и т. д. ). Предлагаемый ниже метод определения цветности, являющийся наиболее простым, в то же время рекомендован ГОСТ 1030.

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахучих веществ, которые попадают в воду естественным путем либо со сточными водами. Практически все органические вещества (в особенности жидкие) имеют запах и передают его воде. Обычно запах определяют при нормальной (20 'С) и при повышенной (60 С) температуре воды.

Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая его субъективно по своим ощущениям (табл. 2):

1) естественного происхождения (от живущих и отмерших организмов, от влияния почв, водной растительности и т. п. );

2) искусственного происхождения. Такие запахи обычно значительно изменяются при обработке воды.

Интенсивность запаха оценивают по 5-балльной шкале, приведенной в таблице (ГОСТ 3351)

Таблица для определения характера и интенсивности запаха

Интенсивность запаха Характер проявления запаха Оценка интенсивности запаха нет Запах не ощущается 0

Очень слабая Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды) 1

слабая Запах замечается, если обратить на это 2

внимание заметная Запах легко замечается и вызывает 3

неодобрительный отзыв о воде отчетливая Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья

Очень сильная Запах настолько сильный. Что делает воде 5

непригодной к употреблению

Оценку вкуса воды проводят у питьевой природной воды при отсутствии подозрений на ее загрязненность. Различают 4 вкуса: соленый, кислый, горький, сладкий. Остальные вкусовые ощущения считаются привкусами (солоноватый, горьковатый, металлический, хлорный и т. п. ).

Интенсивность вкуса и привкуса оценивают по 5-балльной шкале, приведенной в табл. 4 (ГОСТ 3351).

При определении вкуса и привкуса анализируемую воду набирают в рот (например, из колбы после определения запаха) и задерживают на 3-5 сек, не проглатывая. После определения вкуса воду сплевывают.

Таблица для определения характера и интенсивности вкуса и привкуса

Интенсивность вкуса и привкуса Характер проявления вкуса и привкуса Оценка интенсивности вкуса и привкуса нет Вкус и привкус не ощущаются 0

Очень слабая Вкус и привкус не ощущаются, но обнаруживаются

при тщательном тестировании слабая Вкуси привкус замечаются, если обратить на это

внимание заметная Вкус и привкус легко замечаются и вызывают

неодобрительный отзыв отчетливая Вкус и привку обращают на себя внимание

Очень сильная Вкус и привкус настолько сильные, что делает воду непригодной к употреблению

Для питьевой воды допускаются значения показателей вкус и привкус не более 2 баллов. При определении вкуса и привкуса воду не проглатывать!

Мутпость воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей – нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения. Мутность воды обусловливает и некоторые другие характеристики воды – такие как:

– наличие осадка, который может отсутствовать, быть незначительным, заметным, большим, очень большим, измеряется в миллиметрах;

– взвешенные вещества, или грубодисперсные примеси определяются гравиметрически после фильтрования пробы, по привесу высушенного фильтра. Этот показатель обычно информативен и имеет значение, главным образом, для сточных вод;

– прозрачность, измеряется как высота столба воды, при взгляде сквозь который на белой бумаге можно различить стандартный шрифт (см. раздел "Прозрачность"). Мутность определяют фотометрически, а также визуально по степени мутности столба высотой 10-12 см в мутномерной пробирке. В последнем случае пробу описывают качественно следующим образом: прозрачная; слабо опалесцирующая, опалесцирующая; слабо мутная; мутная; очень мутная (ГОСТ 1030).

Международный стандарт ИСО 7027 описывает полевой метод определения мутности (а также прозрачности) с использованием специального диска, известного как диск Секки. Этот метод благодаря своей простоте получил распространение в образовательных учреждениях нашей страны. Диск Секки представляет собой диск, отлитый из бронзы (или другого металла с большим удельным весом), покрытый белым пластиком или белой краской и прикрепленный к цепи (стержню, нерастягивающемуся шнуру и т. п. ). Диск обычно имеет диаметр 200 мм, с шестью отверстиями, каждое диаметром 55 мм, расположенных по кругу диаметром 120 мм. При определении мутности с помощью диска его опускают в воду настолько, чтобы он был едва заметен

Измеряют максимальную длину погруженной цепи (шнура), при которой диск еще за- метен. Измерения повторяют несколько раз, т. к. возможно мешающее влияние отражения света от водной поверхности. Для значений, меньших 1 м, результат приводят с точностью до 1 см; для значений больших, чем 1 м – с точностью до 0,1 м. Данный метод удобен тем, что позволяет использовать для анализа мосты, наклоненные над водой деревья, обрывистые берега и др. В некоторых случаях анализ можно проводить и с берега, привязав шнур к длинной палке. Следует отметить, что некоторые детские коллективы при обследовании водоемов таким методом с успехом использовали вместо диска Секки белую эмалированную крышку от кастрюли соответствующего диаметра.

Прозрачность, или светопропускание, воды обусловлена ее цветом и мутностью, т. е. содержанием в ней различных окрашенных и минеральных веществ. Прозрачность воды часто определяют наряду с мутностью, особенно в тех случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, которые затруднительно обнаружить приведенными выше методами. Прозрачность определяют приведенным выше методом с использованием диска Секки (см. раздел "Мутность"), по высоте столба воды, который позволяет различать на белой бумаге стандартный шрифт Последний метод, регламентированный ИСО 7027, мы и приводим ниже, т. к. он позволяет судить о прозрачности воды практически в любых условиях и на любом водоеме, независимо от его глубины, наличие мостов, погодных условий и др.

4. 5. Химические показатели воды определялись по стандартным методикам.

Было определено содержание карбонатов, хлоридов, сульфатов, железа, нитратов, хромат-ионов и водородный показатель воды.

Водородный показатель (рН)

Водородной показатель (рН) представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов рН= - lg [Н]. Для всего живого в воде (за исключением некоторых кислотоустойчивых бактерий) минимально возможная величина рН=5; дождь, имеющий рН < 5,5, считается кислотным. В питьевой воде допускается рН 6,0-9,0; в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования – 6. 5- 8,5. Величина рН природной воды определятся, как правило, соотношением концентраций гидрокарбонат-анионов и свободного СО2. Пониженное значение рН характерно для болотных вод за счет повышенного содержания гуминовых и других природных кислот. Измерение рН при контроле качества природной и питьевой воды проводится практически повсеместно. Для определения рН используют рН-метрию и визуальную колориметрию. рН-Метрия предполагает измерение водородного показателя с помощью стационарных (лабораторных) приборов – рН-метров, в то время как визуально-колориметрическое определение проводят с использованием портативных тест-комплектов, основанных на реакции универсального или комбинированного индикатора с водородными ионами, сопровождающейся изменением окраски раствора. Точность измерения водородного показателя с помощью рН-метра может быть высока (до 0. 1 единиц рН и менее), с помощью визуально-колориметрическоих тест- комплектов – около 0,5 единиц рН. В некоторых случаях – для быстрого (сигнального) анализа неизвестных растворов используется р Н-индикаторная бумага, имеющая точность определения рН не более+1, что недостаточно для выполнения анализа природной и питьевой воды.

Ниже мы приводим визуально-колориметрический методопределения рН как наиболее простой и доступный

Обврудование и реактивы

Пипетка-капельница (0,10 мл); пробирки колориметрические с меткой 5 "мл".

Раствор универсального индикатора.

Контрольная шкала образцов окраски растворов для определения рН (рН 4,5; 5,0; 5,5; 6,6; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5) из состава тест-комплекта или приготовленная самостоятельно.

Выполнение анализа

1. Колориметрическую пробирку сполосните несколько раз анализируемой водой. В пробирку налейте до метки анализируемую воду (5 мл).

2. Добавьте пипеткой-капельницей 3-4 капли (около 0,10 мл) раствора универсального индикатора и встряхните пробирку.

3. Окраску раствора сразу же сравните с контрольной шкалой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы. Окраску наблюдайте сверху через открытое отверстие пробирки на белом фоне при достаточном освещении.

Минеральный состав

Минеральный состав воды интересен тем, что отражает результат взаимодействия воды как физической фазы и среды жизни с другими фазами (средами): твердой, т. е. береговыми и подстилающими, а также почвообразующими минер; родами; газообразной (с воздушной средой) и содержащейся в ней влагой и минеральными компонентами. Кроме того, минеральный состав воды обусловлен целым рядом протекающих в разных средах физико-химических и физических процессов – растворения и кристаллизации, пептизации и коагуляции, седиментации, испарения и конденсации и др. Большое влияние на минеральный состав воды поверхностных водоемов оказывают протекающие в атмосфере и в других средах химические реакции с участием соединений азота, углерода, кислорода, серы и др.

Ряд показателей качества воды так или иначе связан с определением концентрации растворенных в воде различных минеральных веществ. Содержащиеся в воде минеральные соли вносят разный вклад в общее солесодержание, которое может быть рассчитана суммированием концентраций каждой из солей. Пресной считается вода, имеющая общее солесодержание, или минерализацию не более 1 г/л. Среди пресных вод, в зависимости от величины солесодержания (в мг/л), выделяют воды ультрапресные (менее 100), маломинерализованные (100-200), среднеминерализованные (200-500) и повышенной минерализации (500-1000) [10]. При величине солесодержания от 1 до 25 г/л воду считают солоноватой. Можно выделить две группы минеральных солей, обычно встречающихся в природных водах . Как видно из табл. 6, основной вклад в минеральный состав вносят соли 1-й группы (они образуют так называемые "главные ионы"), которые определяют в первую очередь. К ним относятся хлориды, карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты. Соответствующими катионами для названных анионов являются калий, натрий, кальций, магний. Соли 2-й группы также необходимо учитывать при оценке качества воды, т. к. на каждую из них установлено значение ПДК, хотя они вносят незначительный вклад в солесодержание природных вод.

Таблица №6Основные компоненты минерального состава воды (для поверхностных источников хозяйственно-питьевого назначения)

Компонент минерального состава воды Предельно-допустимая концентрация (ПДК)

Группа 1

Катионы:

кальций 200 мг/л натрий 200 мг/л магний 100 мг/л

Анионы:

гидрокарбонат 1000 мг/л сульфат 500 мг/л хлорид 350 мг/л карбонат 100 мг/л

Группа 2

Катионы:

- аммоний 2. 5 мг/л тяжелые металлы (сумма) 0,001 ммоль/л железо общее 0,3 мг/л

Анионы:

нитрат 45 мг/л ортофосфат 3. 5 мг/л нитрит 0,1 мг/л

Соотношение концентрации в воде главных ионов (в мг-экв/л) определяет типы химического состава воды. В зависимости от преобладающего вида анионов (>25 % эквивалента при условии, что суммы мг-экв анионов и катионов принимаются равными 50 % соответственно каждая) различают воды гидрокарбонатного класса (концентрация НСО, >25 % экв. анионов), ;, сульфатного (SО4, >25% экв. ), хлоридного (С1 >25% экв. ). Иногда выделяют также воды смешанных, или промежуточных, типов. Соответственно, среди катионов выделяются группы кальциевых, магниевых, натриевых или калиевых вод.

Минерализация воды имеет важнейшее значение при характеристике химического состава вод. При этом данные проводят анализы воды на содержание минеральных компонентов в различные периоды: для поверхностных вод – в зимнюю межень, весеннее половодье (пик), летне-осеннюю межень, летне-осенний паводок; для вод заболоченных участков – в зимнюю межень, весеннее половодье, для почвенных вод – в зимнюю межень, весеннее половодье и летне-осеннюю межень.

Концентрации растворенных в воде минерных соединений определяют, как правило, химическими методами – титриметрическим, колориметрическим. Концентрации некоторых компонентов (например, катионов натрия, калия) в воде можно оценить расчетными методами, имея данные о значениях концентрации других катионов и анионов.

Карбонаты и гидрокарбонаты

Как отмечалось выше (в разделе "Щелочность и кислотность), карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компоненты, определяющие природную щелочность воды. Их содержание в воде обусловлено процессами растворения; СО2, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, протекающими в воде процессами дыхания всех водных организмов.

Определение карбонат – и гидрокарбонат-анионов является титриметрическим и основано на их реакции с водородными ионами в присутствии фенолфталеина (при определении карбонат-анионов) или метилового оранжевого (при определении гидрокарбонат-анионов) в качестве индикаторов. Используя эти два индикатора, удается наблюдать две точки эквивалентности: в первой точке (рН 8,0-8,2) в присутствии фенолфталеина полностью завершается титрование карбонат-анионов, а во второй (рН= 4,1-4,5) – гидрокарбонат-анионов. По результататам титрования можно определить концентрации в анализируемом растворе основных ионных форм, обуславливающих потребление кислоты (гидроксо-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов), а также величины свободной и общей щелочности воды, т. к. они находятся в стехиометрической зависимости от содержания гидроксил-, карбонат – и гидрокарбонат-анионов. Для титрования обычно используют титрованные растворы соляной кислоты с точно известным значением концентрации – 0,05 г=экв/л. либо 0,1 г-экв/л.

Определение карбонат-аниопов основано на реакции.

СО3 + Н = НСО3

Присутствие карбонат-аниона в концентрациях, определяемых аналитически, возможно лишь в водах, рН которых более 3,0-8,2. В случае присутствия в анализируемой воде гидроксо- анионов при определении карбонатов протекает также реакция нейтрализации:

ОН +Н =Н,О

Определение гидрокирбонат-анионов основано на реакции:

НСО, +Н =СО,+Н,О

Таким образом, при титровании по фенолфталеину в реакции с кислотой участвуют анионы ОН и СО,, а при титровании по метиловому оранжевому – ОН, СО, и НСО

При анализе карбонатных природных вод правильность , получаемых результатов зависит от величины потребления кислоты на титрование по фенолфталеину и метилоранжу. Если титрование в присутствии фенолфталеина обычно не вызывает трудностей, т. к. происходит изменение окраски от розовой до бесцветной, то в присутствии метилового оранжевого, при изменении окраски от желтой до оранжевой, определить момент окончания титрования иногда довольно сложно. Это может привести к значительной ошибке при определении объема кислоты, израсходованной на титрование. В этих случаях, для более четкого выявления момента окончания титрования, определение полезно проводить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во второй склянке), добавляя такое же количество индикатора.

В результате титрования карбоната и гидрокарбоната, которое может выполняться как параллельно в разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе, для расчета значений концентраций необходимо определить общее количество кислоты (У ) в миллилитрах, израсходованной на титрование карбоната и гидрокарбоната.

Выполнение анализа на карбонат-анион, гидрокарбонат – анион, сульфаты, хлориды, общей жесткости: кальция, магния, железа, нитраты проводилось по стандартным методикам, предложенным Муравьевым А. Г. в руководстве по определению показателей качества воды полевыми методами .

Сроки отбора проб.

Отбор проб на р. Черная, водоотводного канала и водохранилища ГРЭС в окрестностях города Сургута производился в начале сентября, данные сравнивались за шесть лет.

Визуальные описания изучаемых створов.

Все пробы отбирались с берега, на глубине 0. 1 – 0. 5 метров.

Проба №1. Отбор производился в реке Черная в 1 км от автомобильного моста трассы Сургут – аэропорт

Дата отбора: 9. 09 2001 г. , 8 09. 2002 г. , 7. 09. 2003 г. , 20. 09. 2004, 12. 09. 2005. , 26. 09. 2007.

Название водоема: устье реки Черной при впадении в водохранилище .

Местоположение: северо-восточная граница города Сургута, в 1 км от водохранилища ГРЭС.

Прибрежные растения: ивы (sp), злаки (sp), сосна обыкновенная.

Визуальные параметры водоема: средняя ширина 50 м. , течение 0,8 –1,2 м/с, цвет воды темно-янтарный, вода прозрачная, взвесь отсутствует, температура воды + 12 С. Степень наполнения русла средняя.

Отбор производился на расстоянии 0,5 м от берега, на глубине 0,3 м. Грунт представлен мелкими фракциями песка, слабо заиленный.

Проба №2 отбиралась в районе ГРЭС-1, водоотводной канал

Дата: 9. 09. 2001 г. , 6. 09. 2002 г. , 17 09. 2004 г, 12. 09. 2005. , 26. 09. 2007

Местоположение: северо-западная граница города Сургута, 50м от ГРЭС 1, расположенного вверх по течению. Грунт - бетонные плиты, покрытые сине-зелеными водорослями. Прибрежные растения: несколько видов ив (sp), осоки (sp), злаки (sp), череда трехраздельная. Визуальные параметры водоема: ширина в среднем 5 - 6м, течение 4 - 5 м/с, цвет воды коричневатый, вода слабо прозрачная. Запах технический. Температура воды +24 С.

Проба № 3 отбиралась в районе ГРЭС-2.

Дата: 9. 09. 2001 г. , 6. 09. 2002 г. , 17 09. 2004, 12. 09. 2005 г. , 26. 09. 2007.

Название водоема: водохранилище ГРЭС 2.

Грунт – крупнозернистый песок, галька.

Прибрежные растения: несколько видов ив (sp), осоки (sp), злаки (sp), череда трехраздельная.

Визуальные параметры водоема: течение незаметно, цвет воды коричневатый, вода прозрачная. Запах илистый. Температура воды +22 -24 С.

Результаты

Данные исследований органолептических и некоторых химических показателей представлены в таблице №1

Таблица 1

Органолептические показатели воды изучаемых створов ( в среднем по годам).

Название Температура в оС Цветность Запах, интенсивность Вкус, привкус, мутность Прозрачность, в см водотока в º интенсивность

Черная 11 - 13 Слабо-желтоватая Запах болотистый, Не ощущается, привкус Слабо-мутная 36-48

120º интенсивность =1 травянистый, инт-ть=1

водохранилище 22 - 24 Слабо-желтоват травянистый Не ощущается Слабо-мутная 35- 45

канал 24- 26 Желтоват технический - мутная 20

По органолептическим показателям вода, взятая из изучаемых створов, отвечает нормативам, разработанным для России. Вода водоотводного канала очень теплая, с техническим запахом, мутная и прозрачность составила всего 20 см, что не соответствует норме (не менее 30 см). Кроме того, цветность во всех отобранных пробах превысила допустимые значения (20 - 40 º). По таким показателям, как кислотность, сульфаты, хлориды, карбонаты в пробах воды нет превышения ПДК. Эти показатели находятся в пределах стандарта, предъявляемого к качеству воды в нашей стране .

Данные по химическим показателям (в среднем по годам) занесены в таблицу 2.

Таблица 2.

Название реки рН СО3 2- (мг/л) ПДКНСО3- (мг/л) Щелочность Що SO42- (мг/л) Cl - (мг/л)

Норма 100 ПДК Мг-экв/л ПДК ПДК

6-9 (мг/л) 1000 500 350

(мг/л) (мг/л) (мг/л)

Теплый канал ГРЭС8,0 15,03 0 35,5 7,5 0,2

Черная 5. 55 25,05 0 26,625 1 0,3

ГРЭС -2 6. 8 15,03 0 26,625 5 0,1

В питьевой воде по нормативам допускается рН 6. 0 – 9. 0. В исследуемых пробах воды пониженное значение рН наблюдается в устье р. Черной. Здесь рН = 5. 55, т. е. вода слабо-кислая, что объясняется характером питания данной реки (в основном из болот и снеговое), а также наличием гуминовых и других природных кислот. Это же подтверждается слабо-желтой окраской воды. Концентрации сульфатов, хлоридов, нитратов во всех пробах в предыдущие года были равны 0. В этом году появились хлориды и нитраты, но их содержание в воде не превышало ПДК. Концентрация железа общего не превышает ПДК. Только в пробе воды, взятой из устья реки Черной концентрация железа общего равнялась 0. 3 (мг/л), что соответствует ПДК. Это связано с тем, что питание рек в основном идет из болот, где очень много железопродуцирующих бактерий. Поэтому, вода, поступающая из болот в реки насыщена железом. Для всех рек Западной Сибири превышение ПДК по железу считается обычным. В 2007 году из-за высокого уровня воды в реках Среднего Приобья в течение паводка, который продолжался с мая по август из водохранилища был усилен сброс воды, поэтому наблюдалось уменьшение таких показателей как pH (с 6. 5 до 5. 5). По остальным показателям существенных изменений не произошло.

При сравнении химических и органолептических характеристик изучаемых водотоков можно сделать вывод, что самым неблагополучным водотоком является водоотводной канал ГРЭС 1. Здесь наблюдается повышенная температура воды, высокая скорость течения, прозрачность составила всего 20 см, наблюдался технический запах воды. Высокую антропогенную нагрузку испытывает водохранилище и река Черная в целом.

1. По органолептическим показателям природная вода, взятая из реки Черной и водохранилища ГРЭС, отвечает нормативам, разработанным для России. Исключение составляет цветность, которая превысила во всех пробах. И в пробе, взятой из водоотводного канала прозрачность была меньше допустимой.

2. Определение кислотности, содержание хлоридов, сульфатов, железа, нитратов показало нормальный уровень концентрации данных веществ во всех пробах.

3. Самым неблагополучным водотоком можно считать водоотводной канал ГРЭС 1.