XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Физико-химический анализ воды пруда «Школьный» в селе Сеченово

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сорокина Е.А. 1Вострецова Е.Н. 1

---

1МБОУ СЕЧЕНОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА

Шишканова В.К. 1

---

1МБОУ СЕЧЕНОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА

Работа в формате PDF

364.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность исследования.

Вода, в отличие от атмосферы, является средой, в которой возникла жизнь и в которой обитает большая часть видов живых организмов (в атмосфере лишь тонкий слой около 100 м наполнен жизнью). Поэтому при нормировании качества природных вод необходимо заботиться не только о воде как ресурсе, потребляемом человеком, но и беспокоиться о сохранении водных экосистем, как важнейших регуляторов условий жизни планеты. В своей работе мы изучили литературу по данной теме, была проведена попытка выяснить: является ли вода в пруду «Школьный» экологически чистой. В рамках научно-исследовательской работы о составе воды были проведены опыты, направленные на определение цвета, мутности, запаха, прозрачности, жесткости и рН в составе воды пруда «Школьный», а также опыты на определение наличия органических примесей, качественного состава и минерализации воды из пруда. Вода является важнейшим компонентом жизнедеятельности организма человека и всей окружающей среды, поэтому мы считаем данное исследование актуальным. Поверхностные воды суши служат человеку источником жизни и здоровья, поэтому важно обеспечивать их мониторинг состояния и качества.

Проблема проекта: пруд «Школьный» стал в последнее время местом активного отдыха, но экологический баланс пруда нарушается, в настоящее время купание в нем запрещено.

Цель нашего проекта: провести анализ воды из пруда «Школьный» с помощью лабораторных исследований.

Задачи проекта:

1. Изучить теоретический материал по вопросам экологии открытых водоемов.

2. Провести сравнительный анализ проб воды.

3. Сделать выводы и составить рекомендации по улучшению экологического состояния водоема.

Гипотеза исследования: предполагаем, что в черте села Сеченово экологическое состояние пруда «Школьный» характеризуется невысокой степенью загрязнения допустимой для водоемов, но вода из этих водоемов не пригодна для использования людьми.

Методы исследования:

• Работа с научной литературой.

• Метод химического анализа.

1. Литературный обзор

   1. Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах.

Действующие нормативы качества природных вод ориентированы главным образом на интересы здоровья человека и практически не обеспечивают экологическую безопасность водных экосистем. Требования потребителей к качеству воды зависят от целей использования. Выделяют три вида водопользования:

1. Хозяйственно-питьевое - использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;

2. Культурно-бытовое - использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха. К этому виду водопользования относятся и участки водных объектов, находящиеся в черте населенных мест, независимо от их использования;

3. Водоемы рыбо-хозяйственного назначения, которые, в свою очередь, делятся на три категории:

• высшая - места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных и ценных видов рыб, других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств для искусственного разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений;

• первая категория - водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;

• вторая категория - водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.

Под предельно-допустимой концентрацией (ПДК) природных вод подразумевается концентрация индивидуального вещества в воде, при превышении которой она непригодна для установленного вида водопользования. При концентрации вещества равной или меньше ПДК вода так же безвредна для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует данное вещество [1].

Остановимся на методологических принципах разработки санитарно-гигиенических ПДК для воды водоемов. Характер воздействия загрязняющих веществ на человека и водные экосистемы может быть разным. Во-первых, многие химические вещества могут тормозить естественные процессы самоочищения, в основном биохимическое окисление органических веществ, что часто приводит к ухудшению общего санитарного состояния водоема (дефициту кислорода, гниению, появлению сероводорода, метана и т. д.). В этом случае устанавливают ПДК по обще санитарному признаку вредности.

Во-вторых, промышленные стоки и содержащиеся в них вредные вещества могут изменять органолептические свойства воды (мутность, запах, привкус, температуру), что приводит к отказу потребителя от ее использования. В этом случае устанавливаются такие предельные концентрации, которые не воспринимаются органами чувств человека. Такой подход несколько субъективен, но, поскольку чувствительность физиологических акцепторов (лат. acceptor- приемщик) человека очень высока (часто выше, чем у самой точной аппаратуры), ПДК, установленные по органолептическому признаку вредности, часто являются более жесткими (более низкими), чем установленные по другим признакам вредности. В-третьих, вредные вещества могут оказывать токсическое действие при непосредственном контакте или попадании в организм. Поэтому для вредных веществ устанавливают ПДК и по токсикологическому признаку вредности.

Таким образом, для одного и того же вещества могут устанавливаться разные предельные концентрации по перечисленным признакам вредности. Например, ионы меди оказывают токсическое действие при концентрации 10 мг/л, нарушают процессы самоочищения в водоеме при концентрации 5 мг/л, а придают привкус воде при концентрациях 1,0 мг/л [5].

При нормировании качества воды водоемов ПДК устанавливается по лимитирующему признаку вредности - ЛПВ. ЛПВ - признак вредного действия вещества, который характеризуется наименьшей пороговой концентрацией. ЛПВ создает некоторый запас надежности по двум другим признакам вредности. Так, в приведенном примере в качестве ПДК меди для водоема принимается концентрация, равная 1,0 мг/л, выбранная по органолептическому ЛПВ. В перечне ПДК всегда указываются ЛПВ, а также класс опасности вещества: от чрезвычайно опасных (1-й класс) до малоопасных (4-й класс). ПДК для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования определяется по трем показателям вредности:

• органолептический;

• обще-санитарный;

• санитарно-токсикологический.

1. 2. Биологический анализ водоема

Под биологическим анализом понимают оценку качества воды по растительному и животному населению водоема. Биологический метод позволяет обнаружить воздействия, предшествующие времени анализа, тогда как физико-химический и бактериологический методы дают возможность судить о составе воды в момент отбора пробы и в том месте, где был сделан отбор. Если последние методы позволяют судить преимущественно об интенсивности и составе загрязнений, то биологический анализ дает возможность судить о степени и характере нарушенности водных экосистем, последствиях загрязнения. Состав сообществ свидетельствует о среднем за длительное время составе воды. Сапробность — комплекс физиолого-биохимических свойств организма, обусловливающий его способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ, то есть с той или иной степенью загрязнения. В 1902 году ботаником Р. Кольквицем и зоологом М. Марссоном была предложена система биологического анализа качества вод, впоследствии ставшая классической. Исследователи предложили дать двум основным группам показательных организмов-антагонистов название сапробионты (от греч. sapros — гнилой) для обитателей сточных вод и катаробионты (от греч. katharos — чистый) для организмов, населяющих исключительно чистые воды. Под сапробностью авторы понимали способность организмов развиваться при большем или меньшем содержании в воде органических загрязнений. В 1908—1909 гг. Кольквиц и Марссон опубликовали обширные списки показательных растительных и животных организмов, которые в дальнейшем многократно пополнялись и уточнялись.[2]

1. 3. Географическое положение пруда «Школьный» (Приложение 1)

Визуальное обследование водоема проводилось в апреле 2024 года. Пруд «Школьный» располагается недалеко от Сеченовской средней школы Сеченовского муниципального округа, село Сеченово. На берегах был обнаружен бытовой мусор (пластиковые бутылки, полиэтиленовые пакеты и др.). Водоем относится к ложбинному типу, характеризуется небольшой глубиной (2- 3 м), общей площадью примерно 2135 м². Протяженностью в самой длинной части – около 82 м, в самой широкой части– около 39 м. Берега высокие, крутизна умеренная. Грунт берегов - глинистый, на дне водоема – ил. Питание осуществляется в основном за счет талых и дождевых вод. Травянистый покров по берегам сплошной. Древесная растительность сплошная ивой. Визуально наблюдается загрязнение поверхностных вод: вода мутная, содержит бутылки и прочий мелкий мусор. Форма пруда – овальная.

2. Практическая часть. Физико-химический анализ воды пруда «Школьный» (Приложение 1)

2.1. Отбор пробы воды является важной частью ее анализа, необходимым условием правильности получаемых результатов и применимости их в практике. Независимо от источника взятия проб существует ряд общих правил отбора воды для анализов:

1) В качестве емкости для отбора воды следует использовать стандартные сосуды. Удобнее всего в наше время использовать для этих целей прозрачные 1-2 литровые пластиковые бутылки из-под минеральной воды. Предварительно их следует помыть без использования моющих средств и высушить.

2) Перед отбором пробы бутылку следует несколько раз сполоснуть отбираемой водой.

3) Воду в бутылку следует наливать под самое горлышко и закручивать пробку так, чтобы в бутылке не было пузырька воздуха.

4) Во всех источниках (кроме водопроводного крана) бутылку следует опускать в воду целиком, на 10 см ниже поверхности воды (чтобы в бутылку не попала поверхностная пленка воды).

5) В момент отбора пробы независимо от источника обязательно измеряется температура воды. Делать это можно обычным бытовым термометром, опуская его в воду на 1 минуту и считывая показатели, не вынимая его из воды.

6) Для каждой взятой пробы сразу же на месте отбора на бутылке делается надпись, а в полевом дневнике запись о деталях отбора пробы. На бутылке достаточно несмываемым маркером (лучше заранее, пока бутылка сухая) надписать название источника и номер пробы. В полевом дневнике указывается более детальная информация: номер пробы, дата, время и авторы отбора пробы, географическое и местное положение точки отбора (область, район, населенный пункт, название водоема, расположение точки относительно явных ориентиров т.д.). Указывается также способ отбора пробы (с берега, с лодки, с моста, из бочки, из колодезного ведра, из-под крана и т.п.), а также температура воды в момент отбора пробы.

7) После отбора пробы следует соблюдать основные правила ее хранения: желательно провести основные анализы в течение часа с момента отбора (особенно прозрачность, запах, содержание кислорода). Остальные показатели можно определять в течение суток после отбора. В случае, когда нет возможности провести определение сразу - проба подвергается консервированию или хранится в холодильнике при температуре 3-4 градуса не более 3-5 суток.

Виды отбора проб. В практике экологического мониторинга применяются два типа отбора проб: разовый или серийный. При разовом отборе пробу берут один раз в определенном месте. Ввиду того, что качество воды в большинстве случаев изменяется как в разных местах одного объекта, так и в различные периоды времени, однократного взятия пробы воды для полноценных выводов о состоянии водоема недостаточно. В таком случае используют серийный отбор, который предполагает взятие многократных проб. Мы в своей работе применяли разовый отбор пробы воды.

Изучение внешнего вида образца воды: цвет, запах, прозрачность, наличие твердых частичек или пятен, содержание ионов и органических веществ.

2. 2. Опыт №1. Определение цвета воды.

Цель. Научиться правильно определять цвет воды из природных источников.

Оборудование: 2 стакана из бесцветного стекла, дистиллированная вода, белый лист.

Ход работы: Цвет воды определяли при сравнении дистиллированной и исследуемой воды в двух стаканах. Их рассматривали при дневном освещении на фоне белого листа сначала сбоку потом сверху. Цветность выражается в градусах по таблице:

Определение цветности

Наша вода сбоку имеем цветность более заметное бледно-желтоватое, сверху - слабо желтое. Цветность в градусах равна 50⁰. Вывод. Цвет более заметное бледно-желтоватое. Градус цветности равен - 50

2. 2. Опыт №2. Определение прозрачности воды

Оборудование: Высокий мерный цилиндр с плоским прозрачным дном, лист с текстом.

Ход работы: Под дно цилиндра поместили лист белой бумаги. В цилиндр постепенно наливаем исследуемую воду. При этом следим, чтобы текст на листе читался сквозь воду. Как только текст перестал быть различимым, воду больше не приливали. Далее замерила уровень столба жидкости. Этот уровень равен 17 см. Это и есть прозрачность воды в сантиметрах. Для определения мутности воды заполняла пробирку водой до высоты 10-12 см. Определяли мутность воды, рассматривая пробирку сверху на темном фоне при достаточном боковом освещении. Степень мутности определяли по таблице:

Степень мутности

Мутность не заметна (отсутствует)

Слабо опалесцирующая

Опалесцирующая

Слабо мутная

Мутная

Очень мутная

Вывод. Мутная– степень мутности нашей воды.

2. 2. Опыт №3. Определение запаха.

Цель. Определить чистоту воды органолептическим методом.

Для определения запаха:

1. Заполнили колбу водой на 1/3 объема и закрыли пробкой.

2. Взболтали содержимое колбы.

3. Открыли колбу и осторожно, неглубоко вдыхая воздух, сразу же определили характер и интенсивность запаха.

4. Если запах сразу не ощущался или запах неотчетливый, то можно нагреть воду в колбе до температуры 60° С (подержав колбу в горячей воде). Оценку выставила в баллах в соответствии с таблицей 3.

Характер и интенсивность запаха

Интенсивность запаха - отчетливая. Оценка интенсивности запаха в баллах – 4.

Вывод. Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья.

2. 2. Опыт № 4. Определение рН.

Цель. Определить рН воды химическим методом.

Оборудование. Стакан. Цифровая лаборатория. Датчик рН. Универсальная индикаторная бумага.

Объект исследования. Пробы воды.

Проведение исследования. Определите рН при помощи универсального индикатора, шкала рН = 1-10. Водородный показатель природных вод должен находиться в интервале 6,5- 8,5. Реакция среды зависит от величины гидролиза растворимых солей, входящих в состав природных вод. В пробирку наливаем немного исследуемой воды. Сухими чистыми руками возьмем одну полоску индикаторной бумаги и сравним с цветом шкалы. Запишем цифру, помещенную под наиболее подходящую к нашему образцу по цвету полоской. Это и есть полученное нами значение рН. Так же измерим рН воды с помощью датчика цифровой лаборатории.

Вывод: рН воды равен 5, т.е. среда среднекислотная.

2. 2. Опыт №5. Определение наличия органических примесей.

Цель: Определить наличие органических примесей.

Оборудование: пробирка, раствор перманганата калия, спиртовка.

Объект исследования: пробы воды из пруда «Школьный».

Проведение исследования.

Налили ½ пробирки исследуемой пробы воды. Добавили 2-3 капли перманганата калия, до розового цвета. Нагрели содержимое до кипения. О наличии органических примесей в воде говорят буро-коричневые хлопья оксида марганца, а цвет раствора должен измениться в желтовато-коричневый. Вывод. Органических веществ не обнаружено. Раствор перманганата калия окраску не изменил.

2. 2. Опыт №6. Определение жёсткости воды

Для этого к 100 мл пробы, постепенно добавляли по каплям концентрированный раствор карбоната натрия (соды) или хозяйственного мыла. Визуально отметили количество выпавшего осадка. Сделали вывод о жесткости воды: много осадка- жесткая, мало- умеренно-жесткая, практически нет осадка- мягкая.

Вывод – при добавлении концентрированного раствора карбоната натрия выпало много осадка. Значит вода жесткая. В воде присутствуют ионы кальция и магния.

2. 2. Опыт № 7. Определение качественного состава растворённых в воде веществ.

Качественный анализ воды можно провести при помощи следующих реакций

Таблица 2. Качественные реакции

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков, участвуя тем самым в круговороте азота. По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водах. Формы железа в природных водах неустойчивы. Постоянно происходит окисление Fe²⁺ до Fe³⁺. Сульфаты - распространенные компоненты природных вод. Их присутствие в воде обусловлено растворением некоторых минералов - природных сульфатов (гипс), а также переносом с дождями содержащихся в воздухе сульфатов. Последние образуются при реакциях окисления в атмосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной кислоты и ее нейтрализации (полной или частичной).

Вывод. Незначительное помутнение растворов явилось следствием низкого содержания сульфат-ионов, ионов железа, свинца, меди.

2. 2. Опыт №8. Определение минерализации воды.

Для определения величины общей минерализации выпарили 10 мл воды в фарфоровой чашке. После выпаривания окраска остатка была темно-серая, что свидетельствует о присутствии в пробе взвешенных частиц.

Выводы: Результаты исследования органолептических показателей воды в пруду показали, что вода непригодна для питья, т.к. имеет взвешенные частицы, небольшой запах и слабую мутность. Но в качестве среды обитания животных и растений она вполне благоприятна.

2. 2. Результаты исследований. Физико- химический анализ

Органолептические характеристики воды свидетельствуют об отсутствии гнилостных процессов.

Химическое исследование воды

По типу минерализации: вода пруда- сульфатно- кальциевая. Пруд необходимо содержать в чистоте.

2. Заключение

Таким образом, проведенные исследования показывают, что поверхностные воды пруда «Школьный» находятся в удовлетворительном состоянии, наблюдается умеренное загрязнение водоема. Это может быть связано со смывом биогенных отходов, наличием свалок бытового мусора по берегам пруда. Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что воду из пруда для питья и купания без специальных мер очистки использовать нельзя, а можно лишь применять в бытовых и хозяйственных нуждах (на полив садов и огородов, разведения домашней водоплавающей птицы). В настоящий период времени вода в пруду прозрачная. Содержание каких-либо веществ в воде самое минимальное. Цель работы достигнута, гипотеза подтвердилась: вода в пруду «Школьный», расположенного в черте села Сеченово, характеризуется невысокой степенью загрязнения допустимой для водоемов, но вода из этих водоемов не пригодна для использования людьми.

2. Рекомендации по улучшению экологического состояния водоема

Для улучшения экологического состояния пруда «Школьный» предлагаем провести следующие мероприятия:

• очистить пруд с прилежащей территорией от бытового мусора;

• прочистить зеленые насаждения по берегам пруда и удалить сушняк;

• периодически осуществлять экологическое просвещение населения;

• создать на берегу пруда места отдыха со скамейками, столиками;

• периодически отражать информацию о состоянии водоема в районной газете «Борьба».

5. Источники

1. ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 28 января 2021 года N 3 «Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 2.1.3684-21 "Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий» (с изменениями на 14 февраля 2022 года)

2. Гагарина О.В. Оценка и нормирование качества природных вод: критерии, методы, существующие проблемы: учебно-методическое пособие [текст] / сост. О.В. Гагарина. – Ижевск : изд. «Удмуртский университет», 2012 г. – 199 с.

3. Дерпгольц В.Ф. Мир воды – Ленинград: Недра, 1979

4. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьева А.Г., Гущина Э.В. “Практикум по экологии”, М., АО МДС, 1996г.

5. http://www.etch.ru/norma.php?art=4 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

Приложение 1.