XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение органолептических свойств воды реки Ай

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Белоброва Е.С. 1

---

1МАОУ СОШ №4 им. В. Г. Некрасова

Хуснутдинова Л.Б. 1

---

1МАОУ СОШ №4 им. В. Г. Некрасова

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Река Ай(в переводе с башкирского - "лунная река") является левым и самым крупным притоком реки Уфы. Преимущественно расположена в Челябинской области и Республике Башкортостан. Длина реки составляет 549 км(из них: 271 км в Челябинской области, 278 км в Республике Башкортостан), бассейн 15000. Водная система: Ай - Уфа - Белая - Нижнекамское водохранилище - Кама - Волга - Каспийское море. Как мы видим, состояние реки Ай непосредственно влияет на загрязнение реки Уфы и более крупных рек. Проведение комплексного исследования в первую очередь нужно для определения качества воды, а вследствие этого понять: является ли Ай экологически чистым притоком?

Актуальность темы: На сегодняшний день река Уфа относится к категории "грязная" или "очень грязная" река. Конечно же, к этому причастны и притоки этой реки, в том числе и Ай. В меньших объемах в Ай сбрасываются коммунально-бытовые и промышленные сточные воды после очистных сооружений из городов Сатка и Златоуст. Однако, река довольно богата рыбой, в ее водах водятся хариус, щука, окунь, голавль, жерех и другие виды рыб. Сама река и ее водная растительность создают условия для жизни водных и околоводных растений и животных. Вследствие этого мы решили провести экологические исследования, чтобы убедиться в том, что река Ай является экологически безвредным притоком Уфы.

Гипотеза: река Ай является экологически чистой рекой;

Цель экологического проекта: исследование экологического состояния воды реки Ай.

Основные задачи проекта:

Изучить экологическое состояние реки Ай (проанализировать литературу по теме).

Произвести химический анализ воды в верхнем течении реки Ай для выявления вредных веществ.

Провести исследование грунта в реки Ай методом автографии на фотобумаге.

Предмет исследования: река Ай.

Объект исследования: экологическое состояние воды в реке Ай.

Работа над проектом проводилась зимой-весной 2021 года с использованием оборудования МАОУ СОШ №4.

Методика исследования

Изучение органолептических свойств воды

Прозрачность и мутность воды. Для количественного определения прозрачности воды можно использовать цилиндр или стакан из прозрачного бесцветного стекла емкостью 40-50 мл. Налив воду в сосуд и подложив под него листок бумаги с текстом или цифрами, определяют уровень, с которого сквозь воду видны буквы или цифры. С помощью линейки измеряют высоту столбика воды- показателя прозрачности. Доступная прозрачность питьевой воды должна быть не менее 30 сантиметров.

Запах. Запах воды определяется при температуре 20˚С. Для этого необходимо наполнить пробирку исследуемой водой, закрыв корковой или стеклянной пробкой, взболтать, а затем открыть пробку и сразу понюхать воду. Интенсивность запаха можно определить по шкале.

В природной воде интенсивность запаха не должна превышать 2 баллов при температуре 20 ˚С.По характеру запах может быть химический, хлорный, углеводородный, затхлый, лекарственный, сернистый, гнилостный, землистый.

Цветность. Метод колориметрического определения цветности основан на визуальном сравнении цвета анализируемой воды с искусственной стандартной цветовой шкалой, создаваемой модельными растворами бихромата калия и сульфата кобальта. Цветность воды определяют в градусах цветности визуально-колориметрическим методом, сравнивая окраску пробы с контрольной шкалой образцов окраски. Объем пробы, необходимой для определения, составляет не менее 12 мл.

Исследование химических параметров воды.

рН. Определяется визуально-колориметрическим способом при помощи раствора универсального индикатора. Колориметрическую пробирку сполоснуть анализируемой водой. В пробирку налить 5 мл пробы. Добавить пипеткой-капельницей 3-4 капли раствора универсального индикатора, перемешать. Окраску сразу же сравнить с контрольной шкалой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы. Норма рН: 6,5-8,5.

Нитраты. Подготовить к тестированию исследуемую воду. Извлечь из пакета индикаторную полоску тест-системы «Нитрат-тест», отрезать рабочий участок размером около 5х5 мм. С помощью пинцета, не снимая полимерного покрытия, смочить индикаторную полоску исследуемой водой. Через 3 минуты сравнить окраску рабочего участка с образцами контрольной шкалы. ПДК 45 мг/л.

Железо общее. Соединения железа в воде могут существовать в различных формах, поэтому мы определяем концентрацию железа общего. Для определения концентрации железа общего используется тест-комплект «Железо общее». Определение является колориметрическим и основано на способности катиона железа(2) в интервале pH 3–9 образовывать с орто-фенантролином комплексное оранжево-красное соединение.

Анализ проводится в ацетатном буферном растворе при рН=4,5-4,7.  При наличии вводе железа(3) оно восстанавливается солянокислым гидроксиламином до железа(2).

  Образовавшееся в результате восстановления железо (2) далее вступает в реакцию с орто-фенантролином. Таким образом, в пробе определяется суммарное содержание железа (2)и железа (3). 
    Концентрация железа общего в анализируемой воде при использовании тест-комплекта определяется визуально-колориметрическим способом – с использованием цветовой контрольной шкалы образцов окраски, путем визуального сравнения окраски пробы с окраской образцов на контрольной шкале из состава тест-комплекта. ПДК железа: 0,5 мг/л.Аммоний. В пробирку налить 5 мл анализируемой воды. Добавить 0,1 г сегнетовой соли и 1 мл реактива Несслера. Содержимое пробирки перемешать встряхиванием. Оставить смесь на 5 минут для завершения реакции. Окраску раствора сравнить с контрольной шкалой образцов окраски. ПДК: 2,6 мг/л.

Хлор активный. Активный хлор обладает сильными окислительными свойствами, поэтому его содержание в природной воде не допускается. В питьевую воду добавляется для обеззараживания. Анализ проводится с помощью тест-системы «Активный хлор» визуально-колориметрическим методом.

Общая минерализация. Исследование проводилось при помощи портативного прибора – солемера (TDS-метр 3).

Наличие загрязняющих веществ. Определяли при помощи прибора – электролизера, состоящего из цилиндрического корпуса, катода и анода. Под действием электрического тока выделяются рас творенные в воде вещества. По таблице показаний электролизера можно определить вещества, присутствующие в воде.

Определение степени восстановленности (окислености) среды в донных отложениях с помощью автографии на фотобумаге.

Метод основан на восстановлении бромистого серебра, находящегося в эмульсии засвеченной фотобумаги, восстановленными веществами изучаемого донного грунта. При этом в эмульсионном слое фотобумаги образуется множество частиц металлического серебра в виде черных и бурых пятен. Интенсивность окраски пятен тем больше, чем выше восстановленность среды в местах контакта фотоэмульсии с донным грунтом.

Техника диагностики сомоочищающей способности донных отложений состоит в следующем. Пронумерованные в соответствии с местом отбора пробы полоски фотобумаги (тонкой, нормальной, глянцевой) размером 4*8 см помещают в емкость с грунтом на 72 часа. При подготовке полосок фотобумагу не следует держать на свету более 15 минут: этого времени вполне достаточно для нарезки, маркировки и установки полоски в изучаемый субстрат. Пробы донного грунта следует поместить в прохладное темное место.

После указанной экспозиции фотобумагу извлекают из пробы, промывают проточной водопроводной, а затем дистиллированной водой, закрепляют в фиксаже (растворе гипосульфита либо любом другом фиксаже) и снова промывают. Выслушивают автографии на фильтровальной бумаге, положив полоски кверху эмульсией.

Поскольку донный грунт является сложной многокомпонентной системой, в пробы рекомендуется закладывать трех-пяти полосок фотобумаги. Для корректного сравнения разных образцов донных отложений необходимо использовать фотобумагу одной партии, нарезать полоски одинаковых размеров и закладывать их одновременно.

О характере окислительно-восстановительных процессов, протекающих в донных отложениях, судят по окраске автобиографии:

Чем больше на полоске белых пятен, тем, следовательно, больше кислорода содержат илы, интенсивнее протекает минерализация органических соединений. Равномерное пестрое окрашивание автографа свидетельствует о сбалансированности процессов окисления и восстановления в грунте. Черный или темно-бурый автограф на фотобумаге фиксирует крайне слабую самоочищающую способность ила.

Описание точек отбора проб

Створ №1: Cело Верхний Айск, Саткинский район, Челябинская область. Характер берегов - пологий. Дно илистое. Около берегов реки вода цветет, присутствует другая растительность. Течение медленное.

Створ №2: Село Старая Пристань, Саткинский район, Челябинская область. Характер берегов - пологий. Дно песчаное. Течение быстрое. На берегах растет смешанный лес. Растительности в воде замечено не было.

Створ №3: Село Цепиловка, Саткинский район, Челябинская область. Проба воды бралась недалеко от водосброса воды с шахты. Характер берегов - обрывистый. Течение быстрое. Дно в этом месте илистое. На берегу растут сосны, в некоторых местах, вдоль берегов, можно встретить камыши.

Результаты исследований

Створ №1 - село Верхний-Айск (Саткинский район, Челябинская область)

Створ №2 - село Старая Пристань(Саткинский район, Челябинская область)

Створ №3 - село Цепиловка (Саткинский район, Челябинская область)

Результаты химического анализа воды реки Ай

Створ №1(село Верхний-Айск, Саткинский район, Челябинская область): вода в реке достаточно прозрачная, имеет зеленоватый оттенок, цветность воды превышает норму в 2 раза. Присутствует трудно уловимый запах, который соответствует норме. pH не превышает норму. Концентрация железа превышает ПДК. В воде был обнаружен активный хлор, который должен отсутствовать. Концентрация нитратов не превышает ПДК, аммония в ходе анализа не было обнаружено. Минерализация воды – удовлетворительная. Мы обнаружили в воде содержание органических веществ.

Створ №2(село Старая Пристань, Саткинский район, Челябинская область): помимо органических веществ, в воде было обнаружено присутствие тяжелых металлов. В остальном полученные данные створа №2 совпадают с результатами анализа воды из створа №1, кроме минерализации - она превышает норму(226 мг/л при норме <150).

Створ №3 (село Цепиловка, Саткинский район, Челябинская область): цветность воды на 10 баллов больше, чем у створов №1 и №2. В воде были обнаружены только тяжелые металлы. В остальном, полученные данные створа №3 совпадают с результатами анализа воды из створа №1.

Вывод: Антропогенное влияние на реку Ай в верхнем течении возрастает. Это связано не со строительством новых предприятий или автотранспортной нагрузкой, а освоением новых дачных участков вдоль реки и их активным использованием, так как нитраты и активный хлор, содержащийся в воде превышает предельно-допустимые концентрации(ПДК).

Результаты степени восстановленности (окислености) среды в донных отложениях с помощью автографии на фотобумаге

Мы провели исследование грунта в трех створах методом автографии на фотобумаге. Результаты указывают на значительное преобладание процессов восстановления над процессами окисления.

№1: преобладание темноокрашенных точек и пятен над белым фоном свидетельствует о более выраженной способности восстановленности среды.

№2: сплошное темное окрашивание свидетельствует о очень высокой степени восстановленности среды и слабой самоочищающей способности ила.

№3: результаты схожи с №2.

Возможно, такие результаты связаны с наличием органических веществ, которые мы обнаружили в пробах. Связываем данный факт с повышением антропогенной нагрузки и активным использованием участков вдоль реки для сельскохозяйственных нужд. Но для реки Ай полученные результаты являются аномальными. Мы проводили исследование в весенний период, возможно вследствие этого, наши результаты не являются точными. Повторим исследование по данной методике в летний период.

Общий вывод

По результатам исследования реки Ай, мы заключаем, что:

В верхнем течении вода в реке Ай достаточно прозрачная, цветность воды превышает норму в 2 раза. pH в норме. Концентрация железа немного превышает ПДК. В воде обнаружен активный хлор. Концентрация нитратов не превышает ПДК, аммония в ходе анализа не было обнаружено. Минерализация воды – удовлетворительная. Мы обнаружили в воде содержание органических веществ.

Река Ай остается чистой рекой Саткинского района (эти данные получены при анализе результатов многолетнего мониторинга, из публикаций полученных данных). Это результат географического положения, заболоченности территории, большого лесного массива и относительно невысокой антропогенной нагрузки.

В верхнем течении регистрируется пониженная концентрация кислорода в воде, преобладание восстановительных процессов в донных отложениях в результате очагового загрязнения.

4. На качество воды сильное влияние оказывают наличие садоводческих хозяйств, животноводческие комплексы, что видно по результатам, полученным в верхнем течении у с. Верхний Ай и с. Старая Пристань.

Наша гипотеза подтвердилась частично: река Ай – чистая река Саткинского района, но антропогенная нагрузка на реку возрастает, активно используются участки вдоль реки в верхнем ее течении для сельскохозяйственных нужд, что приводит к появлению в воде органики и снижению содержания кислорода. Подобный приток Уфы может отрицательно повлиять на реки Уфа и Белая.

Литература

Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьёв А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие/под ред. С.В. Алексеева. – М.: АО МДС, 1996.

Река Ай на карте (mapsoid.ru)

Муравьёв А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3-е изд. доп. и перераб. – СПб.: «Крисмас +», 2004.

Ландшафт, растительный и животный мир реки Ай: https://urochishe.ru/vodnyie-obektyi/ay-reka/

Харьковская Н.Л., Асеева З.Г. методика физико-химического анализа воды для школьной лаборатории.

Шиширина Н.Е., Ихер Т.П. Практическое руководство по комплексному исследованию экологического состояния малых рек / под ред. профессора, доктора биол. наук Л.Ф. Тарариной. – Тула, Тульский ОЭБЦУ, 2001

Особенности, история реки Ай: https://uraloved.ru/mesta/chelyabinskaya-obl/reka-aj.

Приложения

химический анализ воды

определение конц.железа

отбор проб воды