II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ВОДЫ И СНЕГА КАК ИНДИКАТОРОВ ЧИСТОТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ СЕЛА САМБУРГ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Федосова К.В. 1

---

1

Муравьёва А.М. 1

---

1

Работа в формате PDF

270.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Вода – одно из самых распространенных и в то же время одно из самых необыкновенных веществ на Земле. Это вещество, без которого немыслимо существование не только человека, но и всего живого. Около 71% поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) – 361,13 млн. км². На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % – ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). В воде могут присутствовать различные вещества: нефтепродукты, органические и биогенные вещества, тяжелые металлы, пестициды и др. Все эти вещества негативно влияют на здоровье человека.

Вода для нужд человека берется у природы взаймы, но возвращается к ней уже загрязненная.

Источником водоснабжения села Самбург служит река Пур. Основными потребителями воды являются жители села и все учреждения и организации.

Вода в нашем селе не очищается. Серьёзную озабоченность у жителей села вызывает и низкое качество воды в коммунальном водопроводе. Из-за нарушения герметичности водопроводной сети и её изношенности попадающая в дома вода вторично загрязняется микробами.

Высокое содержание железа в воде влияет в первую очередь на её органолептические свойства, а также, при достаточно высоких значениях (3-5 мг/дм³), может вызвать патологию желудочно-кишечного тракта, заболевания печени, аллергические реакции. Длительное употребление такой воды увеличивает риск инфарктов и негативно влияет на репродуктивную функцию. Кроме того, сухость и зуд кожи – тоже влияние избыточного железа. Негативно сказывается высокое содержание ионов железа и на водопроводные разводящие сети, приводя к коррозийным процессам, что влечёт к дополнительному ухудшению качества питьевой воды.

Содержание в воде катионов кальция и магния сообщает воде жёсткость.

Органические вещества отрицательно влияют на печень, почки, репродуктивную функцию, центральную нервную и иммунные системы человека.

Круговорот воды в природе осуществляется за счет её испарения и осаждения в виде атмосферных осадков: снега, дождя, града.

Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения почвы и воды. При образовании снежного покрова из-за процессов сухого и влажного выпадения примесей концентрация загрязняющих веществ в снегу оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения их содержания могут производиться более простыми методами с высокой степенью надёжности. Средняя продолжительность снежного покрова в селе Самбург составляет 7-8 месяцев. Он появляется преимущественно в начале октября, а начинает разрушаться в середине мая.

Исследование снежного покрова позволит выявить загрязнение местностиза зимний сезон и позволит оценить степень безопасности нашего села для проживания людей, произрастания растений, жизнедеятельности животных.

Мне было интересно определить, ионы каких химических веществ находятся в талой, водопроводной, чистой и грязной процеженной воде. В качестве объектов исследования я выбрала снег на разных участках села, водопроводную воду и процеженную воду.

Цель работы:

Исследование качества воды и степени загрязнения снежного покрова.

Задачи:

1. Изучить качество воды и состояние снежного покрова на территории села Самбург.

2. Провести органолептический анализ воды и снежного покрова на различных участках села.

3. Установить степень антропогенного воздействия населения, автотранспорта, электростанции и котельных на экологическую обстановку.

4. Определить возможные источники загрязнения воды и снега в нашем селе.

В зависимости от источника загрязнения и его удаленности изменяется и состав снегового покрова, поэтому нами были взяты пробы снега на анализ в различных местах. Собранный снег растаял, полученный раствор использовался для исследования.

В ходе работы исследованы водородный показатель(pH), нитраты, ионы железа (Fe³⁺), меди (Cu²⁺) и активного хлора снеговой, процеженной и водопроводных вод.

Перед выполнением работы я освоила навыки работы с мерной посудой, с методиками проведения анализов. Анализы выполнены самостоятельно на базе школьной лаборатории кабинета химии школы-интерната с. Самбург.

Глава I. Обзор источников информации по проблеме исследования

Интерес к контролю качества воды в настоящее время неуклонно растёт, что обусловлено рядом причин. В их числе – продолжающееся загрязнение окружающей среды и, в частности, водных объектов; рост интереса к контролю качества окружающей среды со стороны широких слоев общества – специалистов, законодателей, политиков, членов общественных объединений и др.; переход от декларативного учета требований охраны окружающей среды к практическим мониторинговым исследованиям.

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, химическое потребление кислорода ХПК, биохимическое потребление кислорода 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 является каждая четвёртая проба, в бактериальном – каждая пятая.

Среди нормативов качества воды устанавливаются лимитирующие показатели вредности – органолептические, санитарно-токсико-логические или обще-санитарные. Лимитирующий показатель вредности объединяет группу нормативов для веществ, вредное воздействие которых на организм человека и окружающую среду наиболее выражено именно в данном отношении. Так, к органолептическим лимитирующим показателям относятся нормативы для тех веществ, которые вызывают неудовлетворительную органолептическую оценку при концентрациях, находящихся в пределах допустимых значений. Лимитирующие обще-санитарные показатели устанавливаются в виде нормативов для относительно малотоксичных и нетоксичных соединений. Для остальных вредных веществ установлены лимитирующие санитарно-токсико-логические показатели вредности.

Огранолептические показатели.

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.

Цветность – естественное свойство воды, обусловленное присутствием гиминовых веществ и комплексных соединений железа.

Запах воды может быть связан с деятельностью водных организмов, как живых, так и отмирающих. Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая его субъективно по своим ощущениям:

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.

Для питьевой воды допускается запах не более 2 баллов, т.е. запах замечается, если обратить на это внимание (всего баллов 5).

Оценку вкуса воды проводят у природной воды при отсутствии подозрений на её загрязнённость. Различают 4 вкуса: солёный, кислый, горький, сладкий.

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

- наличие осадка, который может отсутствовать, быть незначительным, заметным, большим, очень большим, измеряясь в миллиметрах;

- взвешенные вещества, или грубодисперсные примеси, – определяются гравиметрически после фильтрования пробы, по привесу высушенного фильтра;

- прозрачность, измеряется как высота столба воды, при взгляде сквозь который можно различать узнаваемый знак. Прозрачность, или светопоглощение, воды обусловлена её цветом и мутностью.

Пенистостью считается способность воды сохранять искусственно созданную пену. Пенистость определяют, в основном, при анализе сточных вод и загрязнённых природных вод.

Глава II. Методика проведённых исследований

Материалы исследования

В зависимости от источника загрязнения и его удаленности изменяется состав снежного покрова, поэтому были взяты пробы снега на анализ с разных участков на территории села Самбург:

№ 1 – снег (мусорная свалка на горе);

№ 2 – снег (территория электростанции);

№ 3 – лёд с озера;

№ 4 – снег (мусорные баки в посёлке);

№ 5 – вода (водопровод);

№ 6 – вода (очищенная «бульбулятором» грязная);

№ 7 – вода (очищенная «бульбулятором» чистая).

Методика отбора проб снега

Отбор проб снега в данной работе не является основным, а используется лишь для сравнения органолептического и химического состава талой воды с другими источниками воды.

Процедура отбора снега для анализов имеет свои особенности.

Чтобы данные были достоверными, в одном месте отбирают три пробы. Все пробы складываются в чистый полиэтиленовый пакет. Следует иметь в виду, что объем собранного снега должен быть большим, учитывая, что когда снег растает, его объем уменьшится примерно в 10 раз. Поэтому, чтобы получить, например, 1 литр талой воды, надо собрать около 10 литров снега (примерно ведро).

Методика определения органолептических показателей талого снега (воды)

Для определения прозрачности проб талой воды в стеклянный цилиндр диаметром 3 см высотой 30 см наливается определенное количество воды, через которую просматривается шрифт (печатный текст). Сравнить каждую пробу с контрольным образцом – дистиллированной водой. Вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Перед замером воду необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения и определяется высотой столба воды в цилиндре, сквозь который начинают читаться буквы.

Для определения запаха в чистую широкогорлую колбу объемом 100 мл наливается исследуемая вода на 2/3 объема, прикрывается стеклышком, осторожно взбалтывается. Затем, сдвинув с колбы стеклышко, определяется запах воды. Интенсивность запаха воды (при 20°С не должна превышать двух баллов) определяется по пятибалльной системе.

Содержание взвешенных частиц. Определяется фильтрованием воды через бумажный фильтр и последующим высушиванием осадка в сушильном шкафу до постоянной массы. Содержание взвешенных частиц (в мг/л) в испытуемой воде определяется по формуле: (M1-M2) х 1000 / V, где М1 – масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц (г), М2 – масса бумажного фильтра (г), V – объем воды для анализа (л).

Методика определения химических свойств талого снега

Определение кислотности

Для определения реакции водной среды талого снега необходим универсальный индикатор, полоску которого нужно смочить в пробе и сравнить цвет со стандартной шкалой pH. Снег может иметь как кислую, так и щелочную реакцию, в зависимости от преобладания тех или иных загрязняющих веществ. Если в снег попадают соединения различных кислот, он приобретает кислотную реакцию. Присутствие соединений металлов, ароматических углеводородов защелачивает снег.

Обнаружение органических веществ

Признаки наличия органических веществ:

• радужная плёнка на поверхности воды;

• масляное пятно на фильтровальной бумаге после высыхания;

• обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия.

В одну пробирку наливают 5 мл дистиллированной воды, в другую – исследуемую воду. В каждую пробирку прибавляют по капле 5% раствор перманганата калия КМnО₄. В пробирке с дистиллированной водой окраска сохранится. Исчезновение окраски в исследуемой воде указывает на присутствие в ней органических веществ (иногда неорганических восстановителей).

Определение ионов железа Fe³⁺

К 10 мл исследуемого талого снега прибавляют 1-2 капли соляной кислоты HCl, несколько капель пероксида водорода и 0,2 мл (4 капли) 50%-го раствора тиоцианата калия KSCN. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Метод чувствителен, можно определить до 0,02 мг/л. Качественная реакция протекает по ионному уравнению: Fe³⁺ + 3SCN^- = Fe(SCN)₃.

Определение ионов свинца Pb²⁺ (качественное)

Иодид калия (KI) дает в растворе с ионами свинца характерный осадок йодида свинца PbI₂. Исследования производятся следующим образом. К 5 мл испытуемого раствора прибавить немного KI, после чего, добавив уксусной кислоты CH₃COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего, мало характерного желтого осадка PbI₂. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI₂ выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов: Pb²⁺ + 2I^- = PbI₂

Определение ионов меди Cu²⁺(качественное)

В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемого талого снега, выпарить досуха, затем прибавить 1 каплю концентрированного раствора аммиака NH₃. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди: Cu²⁺ + 4NH₄ОН = [Cu(NH₃₎₄]²⁺ + 4H₂O

Определение ионов хлора Cl^- (качественное)

К 5 мл талого снега добавить 3 капли 10% раствора нитрата серебра AgNO₃, подкисленного азотной кислотой HNO₃. Образуется осадок или муть:

Ag⁺ + Cl^- = AgCl

• слабая муть – 1-10 мг/л,

• сильная муть – 10-50 мг/л,

• хлопья – 50-100 мг/л,

• белый творожистый осадок > 100 мг/л.

Определение сульфат ионов SO₄^2- (качественное)

К 5 мл талого снега добавить 4 капли 10% раствора соляной кислоты HCl и 4 капли 5% раствора хлорида бария BaCl₂. Образуется осадок или муть:

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄

• слабая муть – 1-10 мг/л,

• сильная муть – 10-50 мг/л,

• хлопья – 50-100 мг/л,

• белый творожистый осадок > 100 мг/л.

Глава III. Результаты и их обсуждение

Водородный показатель (pH)

Водородный показатель (pH) – это отрицательный логарифм от концентрации ионов водорода. Величина pH является одним из важнейших показателей качества воды.

Для определения водородного показателя можно использовать прибор pH-метр или индикаторную бумагу. В своей я работе я использовала универсальную индикаторную бумагу. Этот способ определения не дает точного результата, но более доступен. Показания, которые получились в исследовании, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Информативным является показатель величины рН снеговых вод. Все значения находятся ниже 6, что свидетельствует о слабокислотной среде. Самый большой показатель рН имеет снег рядом с мусорным баком, как в первый год исследования, так и во второй.

Нитраты. Нитрат-тест

В незагрязнённых поверхностных водах концентрация нитрат-ионов не превышает величины порядка десятков микрограмм в литре. Содержание нитрат-ионов в питьевой воде не должно превышать 45 мг/л. В данной работе я использовала универсальный индикатор нитрат-тест. Показания, которые получились в исследовании, представлены в таблице 2.

Таблица 2

Таким образом, наибольшее показание значения нитрат-теста мы получили в образце снега со свалки, как в первый год исследования, так и во второй.

Содержание тяжёлых металлов

Естественное содержание металлов в поверхностных и грунтовых водах обусловлено выветриванием пород и биохимическими процессами в водоносных слоях. Загрязнение атмосферы металлами хорошо регистрируется методами лихе индикации. Метод основан на высокой чувствительности эпифитных (произрастающих на стволах деревьев) лишайников к качеству атмосферного воздуха. На загрязнение воздуха лишайниковое сообщество отвечает изменением видового разнообразия лишайников, снижением биомассы, повышением содержания в ней не только металлов, но и других видов поллютантов (серы, ПАУ и др.).

Обнаружение ионов железа (III)

Для обнаружения катионов железа я использовала «Универсальную тест-систему на определение железа общего». К каждой пробе я присыпала немного винной кислоты и с помощью тест-полосок определяла катионы железа.

Таблица 3

Как показывает таблица 3, наибольшее содержание катионов железа в водопроводной и в очищенной «бульбулятором» воде (грязной), как в первый год исследования, так и во второй.

Также можно провести органолептическую оценку воды. Она приносит много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена быстро и без каких-либо приборов.

Таблица 4. 2015 г.

Таблица 4. 2016 г.

Как видно из таблицы 4, вода имеет различные органолептические показатели.

Для того, чтобы проверить, какая вода чище и пригоднее для жизни растений, я провела небольшой опыт. Я взяла семена огурцов и проращивала их в чашках Петри с образцами воды и снега. В таблице 5 даны результаты данного опыта.

Таблица 5

По результатам опыта видно, что семена огурца проросли лучше в образце воды № 2 (чистая вода, растопленный снег).

Вывод: Чтобы семена проросли лучше и быстрее, нужна чистая вода или растопленный чистый снег.

Выводы по работе

В данной работе я исследовала качество воды и степень загрязнения снежного покрова села Самбург. По результатам исследования проведена оценка состояния снега и льда в зимний период и качество будущих талых вод.

Результаты исследований показывают, что самый чистый снег оказался в образцах, взятых возле почты и на озере. Снег белый, талая вода без запаха, бесцветна, в ней нет никаких посторонних примесей. Самым грязным оказался снег в образцах, взятых возле мусорных баков и на свалке. Цвет снега серый, обусловлен пылью и сажей, ощущается запах, цвет талой воды – тёмный, при отстаивании образуется осадок.

На качество снега в селе большое влияние оказывают котельная, электростанция, автомобильный транспорт и мусорные свалки.

Степень загрязненности снежного покрова напрямую зависит от состояния атмосферного воздуха. Большинство выбросов химических веществ концентрируется в атмосфере, а затем в верхних слоях почвы. Значит, чистота выпавшего снега – это здоровье всех живых организмов и человека. Именно качество снежного покрова ярко демонстрирует влияние различных источников загрязнения атмосферного воздуха на поверхности земли. Поэтому необходимо озеленение территории села.

В дальнейшем я планирую продолжить исследования по этой теме. Также я хочу проследить сезонные изменения химического состава всех видов вод, а также проанализировать состав воды ещё нескольких водных объектов: дождевая вода, вода из истоков и из реки Пур в различные времена года.

Затем на основании полученных результатов можно будет составить паспорт экологической безопасности села Самбург.

Список использованных источников информации

1. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. — Л.: "Химия", 1990.-732 с.

2. Волынова Л.Г., Сейдалиева Л.К., Кузнецова Н.П., Мейснер Е.В. Химия. Предметная неделя в школе: планы конспекты мероприятий. Волгоград: Учитель, 2007.

3. Габриелян О.С.. Химия 11 класс: Учебн. для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2002.

4. Охрана природы. Пособие для учащихся. А.В. Михеев, К.В. Пашканг, Н.Н. Родзевич, М.П. Соловьева. М.: Просвещение, 1983.

5. Простейшие методы статистической обработки результатов экологических исследований /Сост. А.С. Боголюбов - М.: Экосистема, 2001.-17 с.

6. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/Под ред. Т. Я. Ашихминой. - М.: АГАР,2000.-385 c.

7. Чернова, Н. М. Лабораторный практикум по экологии: учеб. пособие для студентов пед. институтов по биол. спец. - М.: Просвещение, 1986.

8. Я иду на урок биологии: Экология: Книга для учителя. М.: Издательство «Первое сентября», 2002.

Приложения

Приложение 1

Прежде чем проводить исследование, я попыталась понять, считают ли люди, что окружающая среда нашего села загрязнена? Чтобы определить это, я провела анкетирование жителей села Самбург.

Анкета для жителей села Самбург

Пол: □Муж. □Жен.

Возрастная группа: □ 7-12 лет; □13-17 лет; □ 18-25 лет; □ 26-35 лет; □ 36-50 лет; □ старше 50 лет.

Социальная категория: □ учащийся; □ рабочий; □ безработный; □ пенсионер.

Ответьте, пожалуйста, «Да», «Нет» или «Затрудняюсь ответить» на приведённые ниже вопросы:

1. Считаете ли вы, что наше село замусорено.

2. Влияет ли замусоривание на красоту нашего села.

3. Как, по-вашему, дорого ли обходится очистка села от мусора.

4. Приходилось ли вам обращаться в какие-либо инстанции с жалобой на замусоривание.

5. Принимаете ли вы участие в улучшении санитарного состояния своего дома, двора, улицы, села?

Следующие вопросы предполагают от одного до нескольких вариантов ответов (поставить галочку)

1. Как вы считаете, какие места нашего села больше всего замусорены:

• Улицы

• Дворы

• Школьная территория

• Иные места

1. Как вы считаете, кто больше всех мусорит:

• Дошкольники и ученики младших классов

• Подростки

• Молодёжь

• Взрослые

1. Что бы вы бросили, не задумываясь, в общественном месте:

• Коробочку

• Пустую банку или бутылку

• Обёртку от жевательной резинки

• Газету, бумагу, шкурку от банана или апельсина

• Что-то другое

• Ничего

1. В чём, по-вашему, главная причина замусоривания нашего села:

• Недостаточное количество урн и контейнеров для мусора

• Плохая работа коммунальной службы

• Отсутствие чёткой системы сбора и утилизации мусора

• Низкий уровень культуры жителей села

• Иные причины

Результаты опроса жителей села Самбург показали, что более 98% опрошенных считают, что поселение наше загрязнено, а загрязнение села прямо влияет на состояние воды и снега.

18