Секция: Естественно- математические науки

Научно- исследовательская работа

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДЫ РЕК, ВОДОЕМОВ И ВОДОПРОВОДА

г. УРАЛЬСКА

Мальченко Валентин

2 курс (специальность:

«Эксплуатация дорожно- строительных машин»)

Государственное коммунальное казённое предприятие

«Дорожно- транспортный колледж имени А. Иманова»

Научный руководитель: Учитель физики, химии и информатики

1 категории Капизова Т.А.

СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение……………………………………………………………………..3

2. Источники загрязнения Мирового океана. Способы очистки

сточных вод……………………………………………………………….4

3. Методика проведения исследований……………………………………..7

3.1 Определение качества воды методами химического

анализа……………………………………………………………..7

3.1.1 Водородный показатель (рН)……………………………………7

3.1.2 Определение хлоридов и сульфатов……………………………7

3.1.3 Запах………………………………………….…………………...8

3.1.4 Определение жёсткости воды…………………….……………..9

3.1.5 Цвет………………………………………………...…………….9

3.1.6 Прозрачность…………………………………………………….9

3.1.7 Качественное обнаружение катионов тяжёлых металлов..…..9

4. Результаты исследования качества питьевой воды в г. Уральск…….10

5.Заключение……………………………..………………………………....11

6. Рекомендуемая литература…………………………..…………………..13

7. Тезис………………………………………………………………………..14

1. Введение.

Цель работы – изучить и составить характеристику воды рек, водоемов, а так же питьевой воды г. Уральска, привлечь внимание жителей и общественности к проблеме чистой воды, составить обзор состояния окружающей среды города

Для достижения этой цели были поставлены и выполнены следующие задачи:

Изучение литературных источников о мировых экологических проблемах.
Практическое ознакомление с методиками определения качества воды.
Проведение анализа питьевой воды.
Встреча с представителями администрации, ведущими специалистами города для обсуждения вопроса об улучшении экологического состояния.

2. Источники загрязнения Мирового океана.

Способы очистки сточных вод.

На поверхности Мирового океана разлито примерно 6 млн. тонн нефти и нефтепродуктов, которые тонкой плёнкой покрывают поверхность воды. Это нарушают газовый и тепловой режим морей и океанов, что приводит к гибели планктона, рыб и птиц.

Химики предлагают оборудовать танкеры и корабли аварийной системой, содержащей полимерное вещество. В случае пробоины или угрозы потопления судна включение такой системы позволит создать оболочку из пенопласта, например полиуретана или другого полимера, скорость полимеризации которого весьма велика. Химия в состоянии ускорить процесс самоочищения воды. Добавление поверхностно-активных веществ (ПАВ) ускоряет коагуляцию и осаждение веществ, загрязняющих водоёмы. Можно использовать пероксид водорода или ферменты, которые работают как катализаторы, ускоряющие реакции самоочищения.

Все источники загрязнения можно разделить на несколько групп. Это неорганические вещества, содержащиеся в сточных водах сернокислотных, содовых, азотно-туковых заводов, металлургических предприятий, обогатительных фабрик. В отходах этих производств содержатся растворимые и взвешенные вещества: кислоты, щёлочи, соли тяжёлых металлов, руды, шлаки и др. большую опасность представляют вещества, используемые в сельском хозяйстве. Их неправильное применение и хранение приводят к тому, что они попадают в водоёмы.

Органические загрязнения подразделяют по происхождению на растительные, животные и синтетические. Растительные загрязнения – остатки растений. Примеси животного происхождения представляют собой физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных. Синтетические загрязнения – нефтепродукты, продукты органического синтеза, коксохимических производств, поверхностно-активные вещества, синтетические моющие средства (СМС) и др. Источники загрязнения водоёмов СМС и ПАВ – бытовые сточные воды, предприятия текстильной и кожевенной промышленности, горно-обогатительные фабрики, нефтеперерабатывающая промышленность.

Биологические загрязнения обнаруживаются в бытовых сточных водах пищевых предприятий, боен, кожевенных и меховых предприятий, предприятий микробиологической промышленности.

Учитывая разнообразие примесей в сточных водах, можно предположить, что очистка их только химическими методами будет недостаточной. Каков оптимальный путь возвращения воде прозрачности и чистоты?

Очистка сточных вод должна вестись комплексно, включая физические, физико-химические, биохимические и термические методы. Физические методы служат для удаления крупнодисперсных примесей отстаиванием и фильтрацией сточных вод. К физико-химическим способам очистки относят коагуляцию с использованием сульфатов алюминия или железа, флотацию мелкодисперсных примесей, адсорбцию растворенных загрязнителей активированным углём, шлаками и другими твёрдыми адсорбентами, экстракцию примесей растворителями, отгонку органических веществ с водяным паром, ионообмен для выделения металлов, дистилляцию.

Наиболее распространённый способ очистки сточных вод, содержащих органические загрязнения, - биохимическая очистка. Сущность её состоит в разрушении органических и некоторых неорганических веществ с помощью микроорганизмов, использующих их для своей жизнедеятельности. В результате органические соединения превращаются в воду и оксид углерода (IV), сульфиды – в сульфат-ионы. Биохимическую очистку сточных вод производят на полях фильтрации, в биологических прудах, которые устраиваются каскадами в 4-5 секций с переливом воды самотёком с верхнего к нижнему, в биофильтрах и аэротенках – железобетонных резервуарах с дырчатым дном для продувки воздуха.

Государственная санитарно-эпидемиологическая служба систематически контролирует качество воды во всей системе водоснабжения. Пробы берут в местах водозабора, перед поступлением воды в сеть, внутри распределительной сети и на выходе водного стока из района. Пункты отбора проб соединены надёжными линиями связи с центром регистрации данных. Это позволяет в любой момент предупредить аварийную ситуацию и влиять на работу очистных сооружений.

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.

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. Ежегодно в мире сбрасывается более 420 км³ сточных вод, которые делают непригодными около 7 тыс. км³ воды.

Основными направлениями решения экологических задач являются: внедрение безотходных и малоотходных технологий; развитие комбинированных производств, обеспечивающих полное использование природных ресурсов; расширение замкнутых оборотных и бессточных систем водоснабжения.

3. Методика проведения исследований

Помимо изучения литературных источников об экологическом состоянии воды, нас интересовали и практические исследования.

3.1 Определение качества воды методами химического анализа

3.1.1 Водородный показатель (рН)

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Значение рН воды водоемов хозяйственного, питьевого, куль турно-бытового назначения регламентирует ся в пределах 6,5-8,5.

Оценивать значение рН можно разными способами.

1. Приближенное значение рН определя ют следующим образом.

В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0,1 мл универ сального индикатора, перемешивают и по окраске раствора определяют рН:

розово-оранжевая — рН около 5;
светло-желтая — 6;
зеленовато-голубая — 8.

Можно определить рН с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой.
Наиболее точно значение рН можно определить на рН-метре или по шкале набора Алямовского.

Анализ вод рек и водопровода показал, что РН колеблется примерно от 7,5 до 8,5

3.1.2 Определение хлоридов и сульфатов

Концентрация хлоридов в водоемах — источниках водоснабжения допускается до 350 мг/л (приложение 1).

В водах рек Урал и Чаган хлоридов содержится немного, не более 10 мг/л. Много хлоридов попадает в водоемы со сбросами хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Этот показатель весьма важен при оценке санитарного состояния водоема.

Качественное определение хлоридов с приближенной количественной оценкой проводят следующим образом. В пробирку отбирают 5 мл исследуемой воды и добавляют 3 капли 10 %-ного раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению.

Качественное определение сульфатов с приближенной количественной оценкой проводят так. В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл 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, проявляющейся не сразу, а через несколько минут, 5-10 мг/л; после добавления хлорида бария, -10-100 мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100 мг/л).

Концентрация хлоридов,

мг/л

Слабая муть

1-10

Сильная муть

10-50

Образуются хлопья, но осаждаются не сразу

50-100

Белый объёмистый осадок

Более 100

Образец воды Характеристики полученного раствора

Из реки «Урал» Раствор мутный, много осадка в виде хлопьев.

Их реки «Деркул», «Чаган» Раствор мутный, осадка почти нет

Водопроводная Раствор почти прозрачный, осадка нет

3.1.3 Запах

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды водоемов, обнаруживаемый непосредственно в воде или (водоемов хозяй ственно-питьевого назначения) после ее хлорирования, не должен превышать 2 баллов. Определение основано на органолептическом исследовании характера и интенсивности запахов воды при 20 и 60 °С. Характер и интенсивность запаха определяют по предлагаемой методике.

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°С по 5-балльной системе.

Запах воды следует определять в помеще нии, в котором воздух не имеет постороннего запаха. Желательно, чтобы характер и интенсивность запаха отмечали несколько исследователей.

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

Плесневый

Затхлый, застойный

Рыбный

Рыбы, рыбьего жира

Сероводородный

Тухлых яиц

Травянистый

Скошенной травы, сена

Неопределенный

Не подходящий под предыдущие определения

Вода из …

Характер запаха

Примерный род запаха

Река «Деркул»

Болотный

Илистый, тинистый

«Урал»

Гнилостный

Фекальный, сточной воды

Река «Чаган»

Плесневый

Затхлый, застойный

Водопроводная

Неопределенный

Не подходящий под предыдущие определения

Интенсивность запаха воды

Качественная характеристика

Отсутствие ощутимого запаха

Очень слабая

Запах, не поддающийся обнару жению потребителем, но обна руживаемый в лаборатории опытным исследователем

Слабая

Запах, не привлекающей внима ния потребителя, но обнаружи ваемый, если на него обратить внимание

Заметная

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

Отчетливая

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

Очень сильная

Запах настолько сильный, что вода становится непригодной для питья

3.1.4 Определение жёсткости воды

1. Мерным цилиндром налить 10 мл исследуемой воды в коническую колбу.

2. Наполнить бюретку мыльным раствором, добавить 1 мл
мыльного раствора в колбу. Если не образуется пена, добавить ещё
несколько мл раствора мыла. Продолжать добавлять мыльный раствор,
пока не образуется устойчивая пена (она должна держаться не менее
30 секунд).

Записать объем мыльного раствора, необходимого для образования устойчивой пены с 10 мл исследуемой воды.
Ополоснуть колбу, повторить действия 1-3.

Жесткость воды наших проб расположена в следующем порядке: «Урал», «Чаган», «Деркул», «водопроводная».

3.1.5 Цвет

Для определения цветности воды нужны стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд набирают воду и на белом фоне бумаги определяют цвет воды (голубой, зелёный, серый, жёлтый, коричневый) – показатель определённого вида загрязнения.

3.1.6 Прозрачность

Для определения прозрачности воды используют прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который наливают воду, подкладывают под цилиндр на расстоянии 4 см от его дна шрифт, высота букв которого 2 мм, а толщина линий букв – 0,5 мм, и сливают воду до тех пор, пока сверху через слой воды не будет виден этот шрифт. Измеряют высоту столба оставшейся воды линейкой и выражают степень прозрачности.

Прозрачность воды наших проб расположена в следующем порядке: «водопроводная», «Урал», «Чаган», «Деркул».

3.1.7 Качественное обнаружение катионов тяжёлых металлов

Обнаружение свинца.

В пробирку с пробой воды вносят по 1 мг 50 %-ного раствора уксусной кислоты и перемешивают. Добавляют по 0,5 мл 10 %-ного раствора дихромата калия, при наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает желтый осадок хромата свинца. Пробирку встряхивают и через 10 мин приступают к определению. Содержимое пробирки рассматривают сверху на черном фоне, верхнюю часть пробирки до уровня жидкости прикрывают со стороны света картоном.

Свинец в наших пробах не обнаружен или имеется в небольших количествах (мы не смогли зафиксировать).

Обнаружение меди.

В фарфоровую чашку помещают 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпаривают досуха и наносят на периферийную часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов Сu²⁺.

4. Результаты исследований и выводы.

Мы исследовали качества питьевой воды по следующим показателям:

Прозрачность воды зависит от некоторых факторов: количества взвешенных частиц или ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических соединений. При прозрачности воды менее 3 см водопотребление ограничивается.
Запах обусловлен наличием в воде пахнущих веществ, которые попадают в неё естественным путём и со сточными водами.
Водородный показатель (РН). Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (РН около 7). Значение РН воды водоёмов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5.
Определение хлоридов и сульфатов. Концентрация хлоридов в водоёмах – источниках водоснабжения допускается до 350 мг/л. много хлоридов попадает в водоёмы со сбросами хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Этот показатель весьма важен при оценке санитарного состояния водоёма.
Качественное обнаружение катионов тяжёлых металлов. Обнаружение свинца. Обнаружение меди.
Жёсткость воды определяется объёмом мыльного раствора, требующегося для образования устойчивой пены.

5.Заключение.

По результатам исследований мы видим, что в г.Уральске существует проблема улучшения качества питьевой воды.

4. Наличие:

а) хлоридов,

б) сульфатов.

Образуются хлопья, но осаждаются не сразу. Концентрация ионов хлора составляет 50-100 мг/л, что выше нормы.

Сильная, быстро оседающая муть, что свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100 мг/л).

5. Наличие ионов тяжёлых металлов:

а) свинца,

б) меди.

На наличие катионов свинца указывает слабая жёлтая окраска раствора.

Появляется характерное фиолетовое окрашивание – ионы меди присутствуют.

6. Жёсткость воды

Вода жёсткая не даёт пены с мылом.

Несмотря на то, что вышеописанный эксперимент был проведен только на базе дорожно- транспортного колледжа, он дал ощутимые результаты. Обследовав территорию города, мы определили, что является основными источниками загрязнения его.

Из беседы с врачом поликлиники №2 г. Уральска Хорошкиной Т.А.:В нашем городе круг проблем экологии необычайно расширился, что привело к росту таких заболеваний, как мочекаменные и желчекаменные.

Заболевания, возникающие при токсичном воздействии химических элементов и субстанций, находящихся в питьевой воде.

Заболевания пищеварительного тракта:

а) повреждения

б) боли в желудке

в) функциональные расстройства

Мышьяк, бериллий, бор, хлороформ, динитрофенолы

Ртуть, пестициды

Цинк

Болезни сердца:

а) повреждение сердечной мышцы

б) нарушения функционирования сердца

в) сердечно-сосудистые изменения

г) брадикардия

д) тахикардия

Бор, цинк, тетрахлорэтилен, фтор, медь, свинец, ртуть

Бензол, хлороформ, цианиды

Трихлорэтилен (TRI)

Галоформы, тригалометаны, альдрин (инсектицид) и его производные

Динитрофенолы

Дерматозы и экземы

Мышьяк, альдрин и его производные, бор, бериллий, хлор, хлорированные фенолы, хлорнафталины, хром, TRI, динитрофенолы, 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, тяжёлые металлы

Метгемоглобинемия (цианоз)

Нитраты, нитриты, азиды, хлораты, перхлораты, тетрахлорид углерода, динитрофенолы, фенол

Уремия

Медь, свинец, ртуть

Гипофункция щитовидной железы

Кобальт

Несварение желудка и кишок

Фтор, детергенты, кремний, медь

Злокачественные опухоли почек

Мышьяк, некоторые галоформы

Злокачественные опухоли мочевого пузыря

Мышьяк, хлор

Злокачественные опухоли лёгких

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

Из слов врача- терапевта Хорошкиной: «Причиной увеличения с каждым годом этих заболеваний является состояние воды, оно неудовлетворительное.

В ней находится большое количество железа, минералов и вредных для человека микроорганизмов, которые придают воде неприятный запах. Каждый год берутся образцы воды и отвозятся в лабораторию. Однако нашей больнице результатов не предоставляют. Состояние нашего города ужасное, так как дороги не ремонтируются, мусор не убирается вовремя, отсутствуют мусорные баки и не озеленяется город. Везде грязь, пыль, переполненные мусорные контейнеры, расположенные вблизи детского сада и жилых домов могут привести к кишечным инфекциям, различным отравлениям.

Рекомендуем жителям использовать фильтры для очистки питьевой воды, так как кипячением нельзя добиться удаления ионов тяжелых металлов.»

Цель, поставленная вначале нашего исследования, была достигнута: привлекли внимание общественности и всех жителей к проблеме очистки питьевой воды, выпустили экологическую листовку .

Уважаемые жители города Уральск!

Наша жизнь и наше будущее

Зависят от каждого из нас,

И надо действовать сегодня,

Надо действовать сейчас!

Пусть это будет посаженное вашими руками дерево.
Или незагубленный уголок природы.
Вовремя потушенный пожар или костёр.
Заботливо расчищенный ручеёк.
Защищенные гнёзда и муравейники.

Сохранность природы зависит от нашей культуры, нравственности и милосердия.

Помните, что брошенная вами бумага может пролежать 2 года, металлическая банка – 80-90 лет, пакет – 90-120 лет, стекло – практически вечно.

Давайте не будем загрязнять наш Дом – нашу планету!

Конечно, по результатам нашей работы сложно судить о полном объёме загрязнений в городе. Однако мы считаем, что начало положено и следующим шагом в решении этой проблемы будет не только просветительская работа среди населения, но и проведение конкретных мероприятий по улучшении экологии города, таких как воспитание чувства ответственности каждого гражданина за свой дом по имени Земля.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Белова И. Охрана окружающей среды. Учебник для технических ВУЗов. – 1991.
Газета «Уральская неделя».
Журнал «Химия в школе». № 3, 4. – 2004.
Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Школьный практикум «Следим за окружающей средой нашего города». – М.: Изд.-во Владос, 2001.
Фадеева Г.А. Химия и экология. – Волгоград, 2003.
Ширшина Н.В. Проектная деятельность учащихся. Химия. – Волгоград: Изд.-во Учитель, 2007.
Яшин А.Л., Мелуа А.И. Уроки экологических расчётов. – М.: Изд.-во Мысль, 1991.

Тезис

к научно- исследовательской работе «Исследование воды рек, водоемов и водопровода города Уральска», автором которой является Мальченко Валентин студент 2 курса группы №20 дорожно- транспортного колледжа им А. Иманова.

Начиная свою исследовательскую работу, мы поставили перед собой некоторые вопросы: 1. Для чего мы это будем делать; 2. Какие результаты мы ожидаем; 3. Чтобы делать какие либо выводы по результатам, мы должны изучить допустимые нормы воды по всем характеристикам; 4. Имея некоторые результаты на руках, что мы можем сделать, предпринять для улучшения качества воды.

Наша исследовательская работа ведется с 15 октября 2013 года. В работе мы отразили мировое экологическое положение сточных вод, источники загрязнения мирового океана, способы очистки сточных вод. Затем нами были взяты пробы воды из рек «Урал», «Чаган», «Деркул» и из водопровода города Уральска, над которыми была произведена огромная работа по исследованию воды. Все свои опыты и результаты описаны в данной работе. Конечно, мы не можем в данный момент представить Вам качественный анализ этих вод на молекулярном уровне, так как мы делаем свои анализы на базе нашего колледжа, но мы с Татьяной Андреевной (учитель химии- руководитель моей научно- исследовательской работы) будем вести статистические данные по качеству воды и мониторинг улучшения или ухудшения качества воды.

Исследовав воду и сделав первые свои заметки, мы изучили некоторые вопросы медицины, в частности, какие заболевания, возникают у людей при использовании ими питьевой воды, содержащую токсичные химические элементы. Все это мы отразили в своей работе.

Далее мы встретились с врачом – терапевтом поликлиники №2 города Уральска Хорошкиной, которая опираясь на врачебный опыт на примере часто встречающихся заболеваний жителей нашего города подтвердила, что круг проблем экологии необычайно расширился, и привело к росту числа таких заболеваний, как мочекаменные и желчекаменные. Заболевания, возникающие при токсичном воздействии химических элементов и субстанций, находящихся в питьевой воде мы отразили в виде таблицы в своей работе.

Целью нашей работы является – изучить и составить характеристику воды рек, водоемов, а так же питьевой воды г. Уральска, привлечь внимание жителей и общественности к проблеме чистой воды, составить обзор состояния окружающей среды города Уральска.

В дальнейшем мы планируем продолжать исследовать воды города, вести совместную работу с экологическим центром г. Уральска, а так же вести тесную связь с общественностью и пропагандировать просветительскую работу среди населения, а именно охватить колледжи, школы.

Научная работа по химии на тему ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДЫ РЕК, ВОДОЕМОВ И ВОДОПРОВОДА г. УРАЛЬСКА