Химический анализ природной воды с использованием тест-систем

XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Химический анализ природной воды с использованием тест-систем

Степнова Ю.В. 1
1МБОУ "СОШ №1"
Уракова Г.Ф. 1
1МБОУ "СОШ №1"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Вода – самый важный компонент нашей жизни и всего мира в целом. В среднем наш организм состоит из воды на 70%. Столько же процентов она занимает места на нашей планете Земля.

Но все, же воду стоит беречь, как много бы её не было. Для этого мы можем не загрязнять ее, экономить.

В воду могут попасть загрязнения и от населения, и от предприятий. Для организмов, живущих в воде это очень опасно, ведь предприятия сбрасывают в воду ядовитые химические элементы.

Какую воду пьёт население таких городов, как Калтан, Новокузнецк, Новосибирск? 80% жителей этих городов пьют воду из сетей центрального водоснабжения. Основным источником воды являются реки Томь, Обь и Кондома. Но не вся вода, которая попадает в реку проходит очистку. Есть горожане, чаще всего, проживающие в частом секторе, которые сливают воду, отработанную, в сточные канавы, а она далее в реку. Какие вещества могут содержаться в такой воде? И как они влияют на окружающую среду?

Объект исследования: пробы воды из рек Томь, Обь и Кондома.

Предмет исследования: содержание химических соединений в водах из открытых источников.

Целью исследования: выявление химических соединений загрязняющего характера в воде из открытых источников Новокузнецка, Новосибирска и Калтана.

Для этого нужно решить несколько задач:

Определить места взятия проб.

Изучить литературные данные по влиянию химических соединений, загрязняющего характера в воде на окружающую среду.

Проверить пробы воды на различные химические соединения.

Проанализировать все данные и понять, насколько наша вода загрязнена.

Разработать рекомендации по защите чистой воды для жителей.

Методы исследования: эксперимент, анализ опыт, наблюдение, сравнение.

Экспериментальная часть проведена с использованием учебного пособия «Экологический практикум», под редакцией к.х.н. А.Г. Муравьева

Работа состоит из введения, теоретической и практической части, заключения, списка использованной литературы.

Глава 1. Химические соединения загрязняющего характера и их влияние на окружающую среду

Вода является самым важным по значению компонентом, необходимым для жизни человека. Потребление воды человечеством неуклонно растет. Качество воды снижается по причине недостаточной вторичной очистки. В каждом городе есть река, которая питает город водой и принимает на себя часть городских отходов. Однако, не бережливое расходование пресной воды, а повсеместное её загрязнение является главной опасностью для населения.

Жилые объекты частного сектора, вырабатывают большое количество стоков, которые не все отводятся в централизованные канализационные системы. Соответственно вода может быть загрязнена самыми различными веществами, которые при попадании в окружающую среду наносится огромный вред.

Хозяйственно – бытовые стоки могут содержать:

взвешенные вещества – это нерастворимые частицы. Они могут быть минерального или растительного происхождения.

азот аммонийный. Может находиться в воде в результате загрязнения минеральными удобрениями или фекальными стоками. В сточных водах в процессе разложения может выделять аммиак. В концентрации выше 4 мг/л смертельно опасен для некоторых видов рыб.

ПАВ - поверхностно-активные веществаэто вещества, которые имеют высокую способность к пенообразованию в воде. Попадают при использовании синтетических моющих средств. ПАВ уменьшают содержание кислорода в воде, очень медленно разлагаются и поэтому долго сохраняются в воде, постепенно накапливаясь, их концентрация в воде увеличивается. При содержании ПАВ свыше 20 мг/л, начинает отмирать активный ил, у рыб гибнет слизистый покров, могут кровоточить жабры.

сульфаты. Являются распространёнными компонентами природных вод. Присутствие их в воде не оказывает токсического воздействия на организм. ПДК составляет 500 мг/л.

хлор существует в воде в составе соединений, обладающих сильными окислительными свойствами. Ими обеззараживают питьевую воду и воды в бассейнах, а также им очищают некоторые сточные воды. ПДК составляет 0,3-0,5 мг/л.

никель попадает в сточные воды при использовании гальванических элементов. При высоком содержании никеля многие его соединения приобретают канцерогенные свойства. Приводит к нарушению работ всех жизненно - важных систем.

Для водоемов несут большую опасность неочищенные хозяйственно-бытовые сточные воды. Загрязняющие вещества, которые в них содержатся, приводят к нехватке кислорода в воде и цветению водоемов, изменяют состав микрофлоры, что приводит к тому, что водоем теряет способность к самоочищению. Вещества, содержащие большую концентрацию, смертельно опасны для всех живых организмов. Поэтому необходимо применять современные методы очистки хозяйственно – бытовых стоков или централизованные канализационные системы.

Глава 2.Экспериментальное исследование проб воды

Для экспериментального исследования сточных вод были выбраны города: проба №1: город Новосибирск, река Обь. Проба №2: город Новокузнецк, река Томь. Проба №3: город Калтан, река Кондома. Проба №4: город Калтан, район школы. (Приложение 1)

Органолептические показатели качества воды

Определение мутности(прозрачности)

Мутность – показатель, который уменьшает прозрачность воды, вызываемый присутствием нерастворимых веществ. (Приложение 2).

Проба №1: низкий уровень мутности.

Проба №2: средний уровень мутности. Загрязнение взвешенными мелкодисперсными частицами.

Проба №3: низкий уровень мутности.

Проба №4: высокий уровень мутности. Загрязнение взвешенными мелкодисперсными частицами.

Наличие взвешенных частиц

Чем больше в воде взвешенных частиц, тем более она загрязнена. Для определения наличия взвешенных частиц пробу воды необходимо пропустить через фильтр. Результаты в таблице №1.

Таблица 1. Наличие взвешенных частиц в пробах воды

Проба (район исследования)

Масса чистого фильтра

Масса после фильтрования

Масса осадка

Характер загрязнения

1-Новосибирск

0,51г

0,52г

0,01г

Загрязнений не имеется

2 – Новокузнецк

0,57г

0,59г

0,02г

земля

3- Калтан

0,52г

0,54г

0,02г

земля

4-Калтан(школа)

0,56г

0,63г

0,14г

Земля с частицами травы

Вывод: характер осадка естественного происхождения, посторонних примесей не обнаружено.

Определение запаха воды

При определении запаха воспользоваться предложенными ниже таблицами 2, 3.[1]

Таблица 2. Определение запаха воды

Интенсивность запаха

Характер проявления запаха

Балл

Отсутствует

Запах не ощущается

0

Очень слабая

Запах слегка обнаруживаемый

1

Слабая

Запах замечается, если обратить на это внимание

2

Заметная

Запах легко замечается, вызывает неодобрительный отзыв о воде

3

Отчётливая

Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья

4

Очень сильная

Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

5

Таблица 3. Определение характера воды.

Символ

Характер запаха

Примерный род запаха

А

Цветочный

Огуречный, цветочный

Б

Болотный

Илистый, тинистый

Г

Гнилостный

Фекальный, сточный

Д

Древесный

Запах мокрой щепы, древесины

З

Землистый

Прелый, свежевспаханной земли

Р

Рыбный

Рыбьего жира, рыбы

С

Сероводорода

Тухлых яиц

Т

Травянистый

Сена, свежескошенной травы

Н

Неопределённый

Запах естественного происхождения, не подходящий под предыдущие определения

После проведения опыта мы получили результаты, представленные в таблице 4.

Таблица 4. Запах проб воды

№ пробирки

Оценка в баллах

Запах

1-Новосибирск

1

Естественный

2-Новокузнецк

1

Естественный

3-Калтан

1

Естественный

4-Калтан(школа)

3

Болотистый

Вывод: пробы воды имеют запах естественного происхождения, наличие химических соединений не обнаружено.

Пенистость

Ход работы. Колбу на 0,5 л с пробкой заполняют на 1/3 водой, встряхивают 0,5 мин. Проба считается положительной, если пена сохраняется более 1 мин. Величина рН при этой процедуре должна быть 6,5-8,5.

Вывод: после проведения опыта мы увидели, что ни в одной колбе пенистости не оказалось.

. Определение содержания ионов железа в пробах воды

Для определения соединений железа воспользовались тест - системой «Железо общее» При значении pH анализируемой пробы от 2 до 4.

Ход работы. От индикаторной полоски вырезать отрезок размером 5 на 5 мм. Отпустите отрезок на 5-10 с в анализируемую пробу. Определить содержание железа общего (Fe²⁺ Fe³⁺): через 1 мин, сравнив окраску отрезка индикаторной полоски с образцами на цветной контрольной шкале. Значение концентраций принимать по окраске ближайшего образца цветной контрольной шкалы в мг/л. Результат представлен в таблице 5.

Определение водородного показателя рН проб воды

Для определения показателя рН воды воспользовались «pH-тест».

Ход работы. Отрезать от индикаторной полоски отрезок размером 5 на 5 мм. Отпустить отрезок в анализируемую пробу на 5-10 с. Через 3 мин сравните окраску участка с образцами контрольной шкалы. За результат анализа принимать значение pH, соответствующее ближайшему по окраске образцу шкалы (при промежуточной окраске соответствующий интервал значений pH). Результат представлен в таблице 5.

Определение содержания ионов никеля в пробах воды

Для определения содержания никеля в пробах воды воспользовались «Тест – системой никель»

Ход работы. Извлеките индикаторную полоску из чёрного конверта. Отрежьте от индикаторной полоски отрезок размером около 1 на 1 см. Нанесите на отрезок каплю анализируемой пробы, до образования равномерно пятна. Определите концентрацию активного никеля, сразу же сравнить окраску в месте растекания капли, в зоне наиболее плотной окраски, образцами на цветной контрольной шкале. Значение концентрации принимайте по окраске ближайшего образца цветной контрольной шкалы, при промежуточной окраске- соответствующий интервал концентрации. Результат представлен в таблице 5.

Определение содержания активного хлора в пробах воды

Для определения содержания хлора в пробах воды воспользовались «тест – системой хлор»

Ход работы. Нанесите на отрезок каплю анализируемой пробы до образования равномерно пятна. Определите концентрацию активного хлора, сразу же сравнив окраску в месте растекания капли, в зоне наиболее плотной окраски, с образцами на цветной контрольной обложке. Значение концентрации принимайте по окраске ближайшего образца цветной шкалы, при промежуточной окраске – соответствующий интервал концентрации. ( Приложение 3). Результат представлен в таблице5.

Таблица 5. Содержание химических соединений в пробах воды.

Химические соединения

Проба 1-Новосибирск

Проба 2- Новокузнецк

Проба 3-Калтан

Проба 4-Калтан(школа)

Вывод

Fe

0мг/л

0мг/л

0мг/л

0мг/л

Не обнаружен

pH

6

7

6

7

Не превышает норму

Ni

0мг/л

0мг/л

0мг/л

0мг/л

Не обнаружен

Cl

1,2мг/л

0мг/л

1,2мг/л

1,2мг/л

Не превышает норму

Вывод: В данных пробах воды химические соединения присутствуют, но не превышают норму, либо, же химические соединения как железо и никель не обнаружены.

Определение содержания сульфатов в пробах воды

Ход работы:

Поместите в склянку 2,5 мл пробы воды и, используя мерную ложку, внесите примерно 0,2 г катиона.

Закройте склянку пробкой. Содержимое склянки встряхните в течение 3 мин.

Доведите рН пробы до универсальной индикаторной бумаге до рН 4 растворами гидроксида натрия либо соляной кислоты.

Добавьте в склянку с анализируемой водой раствор ортанилового К до метки «5 мл». Закройте склянку пробкой и перемешайте раствор.

С помощью шприца наберите в пипетку для титрования раствор хлорида бария. Постепенно титруйте содержимое склянки раствором хлоридом бария до появления голубой окраски.

Определите объём раствора хлорида бария, израсходованного на титрование.

Рассчитайте концентрацию сульфатов в анализируемой воде по формуле: С=384*V. (Приложение 4)

Результат представлен в таблице 6.

Таблица 6. Концентрация SO₄²⁻ в пробах воды

№ проба воды

ПДК

Концентрация SO₄²⁻

Вывод

1-Новосибирск

500 мг/л

180 мг/л

Не превышает норму

2- Новокузнецк

500 мг/л

288 мг/л

Не превышает норму

3- Калтан

500 мг/л

266 мг/л

Не превышает норму

4Калтан(школа)

500 мг/л

170 мг/л

Не превышает норму

Определение содержания аммония в пробах воды

Ход работы.

Налейте в пробирку воды до отметки «5 мл».

Добавьте в воду мерной ложкой 0,01 г сегнетовой соли и туда же пипеткой-0,25 мл реактива Несслера. Содержимое пробирки перемешайте встряхиванием.

Оставьте смесь на 2 мин для завершения реакции.

Выполните колориметрирование пробы. Пробирку поместите над белым полем контрольной шкалы на расстоянии 0,5-1 см. освещая пробирку рассеянным белым светом достаточной интенсивности, наблюдайте окраску раствора сверху вниз. Определите ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации иона аммония в мг/л. (Приложение 4)

Результаты представлены в таблице7.

Таблица 7. Содержание аммония в пробах.

№ пробирки

ПДК

Содержание аммония

Вывод

1-Новосибирск

2,6 мг/л

0 мг/л

Не присутствует

2-Новокузнецк

2,6 мг/л

0 мг/л

Не присутствует

3-Калтан

2,6 мг/л

0 мг/л

Не присутствует

4-Калтан(школа)

2,6 мг/л

0 мг/л

Не присутствует

Вывод: в сточные воды не попадают минеральные удобрения и фекальные стоки.

Заключение

Вода является важнейшим ресурсом, необходимым для жизни человека. Наблюдается тенденция снижения качество воды, основная причина – недостаточная вторичная очистка. Значительное количество хозяйственно бытовых стоков производят жилые объекты частного сектора, без использования централизованных канализационных систем. Соответственно вода может быть загрязнена самыми различными химическими соединениями, которые при попадании в окружающую среду, наносят огромный ущерб.

Для выполнения наших задач были взяты пробы из двух мест: город Новосибирск и Новокузнецк. При проведении опытов было выявлено, что в пробах содержались только активный хлор и небольшая концентрация сульфатов.

Проанализировав все данные, можно сделать вывод, что вода в этих двух районов имеет невысокий уровень загрязнения, и лишь имеет загрязнения естественного происхождения. А также загрязнена мусором сточных вод от населения.

Мне очень хотелось бы, чтобы жители всей планеты старались сохранять чистоту нашей воды. Для этого я могу дать несколько рекомендаций для жителей нашего города:

Не выбрасывай мусор в водоёмы.

Экономь воду.

Не сбрасывай мусор в сточные воды.

Использовать современные методы очистки сточных вод и централизованные канализационные системы.

Литература

Муравьев А.Г., Пугал Н.А., Лаврова В.Н Экологический практикум [Текст] : учебное пособие с комплектом карт-инструкций/под редакцией к.х.н. А.Г.Муравьёва. Издание 7-е, перераб.-СПб: «Крисмас+»,2020-176с.:ил.

Руководство по анализу воды. Питьевая и природная вода, почвенные вытяжки[Текст] :/ Под ред. к.х.н. А.Г.Муравьёва. – Изд.4-е,перераб. и дополн. – СПб: «Крисмас+»,2018-360с.,илл.

Состав бытовых сточных вод и методы их очистки.[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.enrost.ru/sostav-stochnyx-vod-i-ix-ochistka/

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Определение мутности (прозрачности)

 

Новосибирск

 

Новокузнецк

 

Калтан

Приложение 3

Наличие химических частиц в пробах

 

Калтан

Приложение 4

Определение содержание сульфатов в пробах воды

 

Новосибирск

 

Новокузнецк

 

Калтан

Определение содержание аммония в пробах воды

 

Проба №1-Новосибирск

 

Новосибирск

 

Проба №2- Новокузнецк

Новокузнецк

 

Калтан

 

Проба №2

Проба №1

 

Проба №1

Проба №2

Просмотров работы: 51