XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Химический анализ природной воды с использованием тест-систем
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
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 вещества – это 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