Физико-химическое исследование р.Клязьма в районе "Карболит" г.о. Орехово-Зуево

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гуляева П.М. 1

---

1МОУ СОШ №12 с УИОП

Хромова И.Е. 1

---

1МОУ СОШ №12 с УИОП

Работа в формате PDF

558.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Наш край богат природными источниками и водными ресурсами. А мой родной город - Орехово-Зуево расположен на прекрасном и живописном берегу реки Клязьмы.

Клязьма является главной водной артерией нашего города. И от состояния воды в реке зависит нормальная жизнедеятельность растительных и животных организмов, обитающих в ней. Проводя анализ физико-химических показателей речной воды можно судить об ее качестве, а значит возможности использования в хозяйственных целях и жизни человека. Мы считаем, что охрана экологического состояния реки - это забота о нашем будущем и будущем животного и растительного мира нашего края.

Цель работы - изучить экологическое состояние реки Клязьмы, в районе «Карболит»

Исходя из этой цели мы поставили перед собой следующие задачи:

найти и проанализировать литературу по данной теме;

провести физико-химический анализ воды из р.Клязьма;

сделать вывод о состоянии загрязненности реки;

изучить растительность береговой зоны;

изучить причины загрязненности;

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

Историческая справка

Река Клязьма – является крупнейшим притоком Оки и одной из главных водных артерий Московской и Владимирской областей. На сегодня чаще всего длину реки определяют в 686 км. С точки зрения геологии возникновение данного водного объекта связано с четвертичным оледенением восточной Европы, а значит ей не менее 10 тыс. лет. На всем протяжении питается река преимущественно левыми притоками: Нерль, Лух, Теза, Уводь и др. Как и большинство равнинных рек европейской России, Клязьма является рекой смешанного питания, при котором снеговое существенно преобладает над дождевым.

История нашей реки, как важной водной дороги была тесно связана с объединением русских земель и последовательным возникновением двух политических и культурных центров – Владимира и Москвы. С давних времен река, как дорога, притягивала к себе ремесленников, на ней возникали центры промыслов. Все эти поселения впоследствии превратились в промышленные города.

На реке расположены такие крупные города, как Долгопрудный, Щёлково, Королёв, Лосино-Петровский, Ногинск, Павловский Посад, Орехово-Зуево, Собинка, Владимир, Ковров, Вязники, Гороховец. По берегам ее живёт около 1,3 миллиона человек. Река обеспечивает водой как многочисленные производства, так и жителей крупных поселений в среднем и нижнем течении. Стоками в реку являются очистные сооружения Щёлковской, Обуховской, Ногинской, Павлово-Посадской и Орехово-Зуевской водопроводно-канализационных систем.

От города Щёлково до притоков Владимирской области непригодны для употребления в пищу как вода, так и её обитатели, непригодна вода и для купания. Клязьма сильно загрязнена в своём верхнем течении, но всё же довольно богата рыбой (окунь, щука, плотва, ёрш). Сама река и ее водная растительность создают условия для жизни водных и околоводных растений и животных. [В.Н.Алексеев, Клязьма. От истока до устья.]

Экологическое состояние реки в настоящее время

Река Клязьма испытывает сильное отрицательное влияние человека, так как данная территория была заселена и освоена достаточно давно. Здесь располагается огромное число промышленных предприятий и населённых пунктов, оказывающих сильные антропогенные воздействия на поверхностные водоёмы. Это и различные сбросы промышленных и бытовых вод и нарушение структуры водоемов при механическом перемешивании слоёв воды, а также нарушение термического режима. Всё эти факторы приводят к изменениям в водной экосистеме, что отражается и на экологическом равновесии природного биоценоза. Именно поэтому состояние реки вызывает сильную озабоченность и большую тревогу.

[Г.В. Дуганов, Охрана окружающей природной среды.]

  В связи с такой ситуацией становится актуальным проводить мониторинг физико-химических показателей водных объектов, позволяющих оценивать их экологическое состояние. Так как все компоненты природы тесно и неразрывно взаимосвязаны между собой, то нарушения одного компонента вызывает изменение состояния всех остальных. Поэтому, оценивая состояния одного, можно предполагать и изменения других компонентов. Наиболее остро изменения окружающей природной среды отражаются на биотических компонентах, в том числе и на животном мире.

[ В.И. Зубов,Очерки экологии Подмосковья ]

Развитие промышленности и сельского хозяйства сопровождается не только забором большого количества воды, но и значительным увеличением объема образующихся сточных вод. Загрязненные сточные воды, сбрасываемые в водные объекты, наносят большой урон окружающей среде.

Вода является источником всего живого на Земле. Данной исследовательской работой мы хотим расширить свои знания о качественном и количественном составе воды реки Клязьмы, на берегах которой расположен город Орехово-Зуево ипривлечь внимание к экологической ситуации природных водоемов, что особенно актуально в перспективе дальнейшего ухудшения экологической обстановки в восточном Подмосковье.

Любой природный водоем связан с окружающей средой, из которой в воду поступают различные загрязнения. По типу веществ загрязнения можно классифицировать на следующие группы:

- механическое загрязнение  вызвано компонентами, оказывающими лишь механическое воздействие (взвеси мелких нерастворимых частиц, песка, и т. д.);

- химическое загрязнение  обуславливают химические вещества, входящие в состав ядохимикатов, моющих средств (мыло, стиральные порошки и т. д.);

- биологическое загрязнение  связано с появлением в водоеме большого количества микроорганизмов (сине-зеленых водорослей, других микроорганизмов);

- физическое загрязнение  изменение физических параметров водоема (температуры, освещенности и т. д.).

Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение мусором, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем. [http://ximicat.com]

К основным источникам загрязнения поверхностных вод относятся:

сброс в водоемы неочищенных сточных промышленных и коммунально-бытовых вод;

смыв ядохимикатов осадками;

газодымовые выбросы;

утечки нефти и нефтепродуктов;

Важная роль воды связана с ее способностью растворять различные вещества, встречающиеся в природе, и образовывать сложные растворы солей, газов и органических веществ с разными свойствами. При использовании воды для потребительских или промышленных целей обязательно проводят анализ воды для определения ее качественных показателей.

От состава воды зависят и ее физические свойства: температура замерзания, величина испарения, цвет, прозрачность и характер протекающих в ней химических процессов.

 Ю.В. Новиков, Экология, окружающая среда и человек

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Изучив теоретический материал по данной теме, мы решили провести собственные исследования и изучить экологическое состояние р.Клязьма и ее прибрежной зоны на территории района «Карболит». Отбор проб проводился приблизительно в трех километрах от жилых домов района «Карболит» в лесной зоне.

Пробоотбор и подготовка воды к анализу

Отбор проб осуществлялся в полиэтиленовые бутыли. Посуда была тщательно вымыта, ополоснута водопроводной, а непосредственно перед отбором воды посуду несколько раз ополаскивали исследуемой водой. Пробки использовались пластмассовые. Пробы отбирались в 5м от берега. Для получения достоверных результатов анализ проводился в тот же день, так как в воде постоянно происходят физико-химические, окислительно-восстановительные, биохимические процессы, вызванные деятельностью микроорганизмов. В связи с этим могут изменяться запах, цвет, рН и др. Некоторые вещества способны оседать на стенках сосудов (нефтепродукты, железо, и др).

Исследование №1

Определение температуры

Температура воды является показателем возможного теплового загрязнения водоема. Основные источники промышленных тепловых загрязнений – теплые воды электростанций и крупных промышленных предприятий. В результате теплового загрязнения значительно изменяются кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения водоема, изменяется интенсивность фотосинтеза и др. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий и выделению ядовитых газов- сероводорода, метана. Одновременно происходит загрязнение реки, т.е. «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны.

[http://chemport.ru]

Оборудование: термометр, колба.

Выполнение анализа:

Термометр опустить в воду не менее чем на одну треть шкалы и выдержите в погруженном состоянии не менее 1–2 минут. Не вынимая термометра из воды, произвести определение показаний.

Результаты эксперимента представлены в приложении в таблице.

(см. Приложение Таблица1.1)

Результат: температура воды соответствует сезонным значениям.

Исследование №2

Определение запаха

По характеру запахи делят на две группы: естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.) и искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйсвенных сточных вод).

Оборудование: коническая колба вместимостью 250 мл с пробкой. Выполнение анализа при 20 ^о С:

Для определения запаха заполняют коническую колбу (вместимостью 250 мл) водой на 1/3 объема при 20°С и закрывают пробкой. Несколько раз сильно взбалтывают, затем открывают и тотчас же определяют характер запаха и его интенсивность.

Результат: запах речной без особенностей.

Исследование №3

Определение прозрачности

Прозрачность природных вод характеризуется количеством примесей, обусловленных нерастворимыми неорганическими и органическими веществами различного происхождения. Определение прозрачности воды производили визуальным способом.

Оборудование: коническая колба на 250 мл; лист темной бумаги (в качестве фона).

Выполнение анализа:

Налить в колбу пробу воды. Мутность определяем, рассматривая воду на темном фоне при достаточном освещении.

Результат:Вода в пробе прозрачная.

Исследование №4

Определение цветности

Выполнение анализа:

Определение цветности воды производили визуальным способом.

Результат: проба воды с заметным желтоватым оттенком.

Исследование №5

Измерение Водородного показателя (рН)

Величина рН воды водоемов регламентируется в пределах 6,5 — 8,5. В большинстве природных вод водородный показатель входит в эти границы и зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода (СО₂) и гидрокарбонат-иона (НСО₃^-). Более низкие значения рН могут наблюдаться в кислых болотных водах за счет повышенного содержания гуминовых и фульвокислот. На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроксидов, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и др.

Оценивать величину рН можно разными способами:

1.Приближенное значение рН - с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой.

розово-оранжевая — рН около 5,

светло-желтая — 6,

светло-зеленая — 7,

зеленовато-голубая — 8,2.

2.Наиболее точно значение рН можно определить на рН-метре.

По величине рН воды подразделяют на семь групп:

[http://ximicat.com ]

Результаты эксперимента представлены в приложении в таблице.

(см. Приложение Таблица 1.2.)

Результат:

По индикаторной бумаге – полоска приобрела светло-зеленую окраску, что соответствует водородному показателю 7-8 ед.

Исследование №6

Определение жесткости воды

Общая жесткость воды обусловлена, главным образом, присутствием растворенных соединений кальция и магния в воде. Общая жесткость воды определяется по ГОСТ 4151-72. Метод основан на образовании прочного комплексного соединения трилона Б с ионами кальция и магния.

NаООС-H₂С CН₂-COONa

N-CH₂-CH₂-N + Ме²⁺ --------------

HOOC-CH₂ H₂C-COOH

---------- Na ООС-Н₂С CH_2-COONa

N-CH₂-CH₂-N + 2Н⁺

Ме²⁺OOC-H₂C CH₂-COOМе²⁺

Выполнение анализа:

К 100 мл пробы добавляем 5 мл аммиачной смеси для создания необходимого рН и титруем раствором Трилоном Б 0,1н до перехода цвета от винно-красного до фиолетового.

Расчет общей жесткости производят по формуле:

Ж (мг-экв/л)= V*N*1000/V, где

V – объем раствора трилона-Б, пошедшего на титрование,мл;

N – нормальность раствора трилона-Б;

V – объем исследуемого раствора, взятого на титрование;

При жесткости до 4 мг- экв/л вода считается мягкой;

4 — 8 мг- экв/л— средней жесткости;

8— 12 мг- экв/л — жесткой;

более 12 мг- экв/л — очень жесткой.

Норма для природной воды 3,5-4,5 мг-экв/дм³

[Я. Угай, Общая и неорганическая химия]

Результаты эксперимента представлены в приложении в таблице. (см. Приложение Таблица 1.3.)

Результат: жесткость воды находится в пределах 4-4,5мг-экв/дм³ - средняя жесткость.

Исследование №7

Щелочность

Карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компоненты, определяющие природную щелочность воды. Их количество зависит от содержания растворенного атмосферного углекислого газа и протекающими в воде жизненными процессами дыхания всех водных организмов.

Общая щелочность воды обычно определяется анионами угольной кислоты (карбонатная щелочность). Анионы гидролизуясь образуют гидроксид-ионы. CO₃^2- + H₂O <=> HCO₃^- + OH^-

HCO₃^- + H₂O <=> H₂CO₃ + OH^-

Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм³ воды.

[И.Г. Хомченко, Общая химия]

Выполнение анализа:

100 мл исследуемой воды помещаем в коническую колбу, и титруем 0,1 н раствором соляной кислоты до рН= 4,5.

Общую щелочность определяют по формуле:

Щ_о=V_мо*k*0.1*1000/V,

где V_мо и V_ф - объем 0,1н. раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование ,мл;

k - поправочный коэффициент для приведения концентрации соляной кислоты точно к 0,1 н.;

V - объем пробы, взятой на титрование, мл.

Результаты эксперимента представлены в приложении в таблице.

(см. Приложение Таблица 1.4.)

Результат: щелочность воды находится в пределах 3-3,5мг-экв/дм³.

Показания по щелочности отличаются на одну единицу от жесткости, что является показателем правильного соотношения ионов в природной воде.

Исследование №8

Хлориды

Хлориды являются составной частью большинства природных вод. Обнаружение большого количества хлоридов является показателем загрязнения природных вод бытовыми и промышленными сточными водами.

Выполнение анализа:

Обнаружили хлорид-ионы. Для этого к 10мл пробы воды прибавили 3-4 капли азотной кислоты(1:4) и прилили 0,5мл раствора нитрата серебра(0,5г AgNO₃ растворили в 9,5мл воды).

Ag⁺ + Cl^- = AgCl↓_белый

Шкала определения хлоридов.

Результаты эксперимента представлены в приложении в таблице.

(см. Приложение Таблица 1.5.)

Результат: находИтся в пределах 30-35 мг/дм³, что не превышает нормативных значений.

Исследование №9

Сульфаты

Содержание сульфатов в природных водах обусловлено биохимическими процессами. Повышенная концентрация сульфатов может быть связана со сбросом сточных вод, содержащих органические и неорганические соединения серы.

Ва²⁺ + SO₄^2- ­­­­ BaSO₄

Выполнение анализа:

К 10мл пробы воды прибавили 2-3 капли соляной кислоты и прилили 0,5мл раствора хлорида бария.

Норма до 500 мг/дм³

Результат: содержание сульфатов находится в пределах до 100мг/дм³, что не превышает нормативных значений.

Результаты эксперимента представлены в приложении в таблице.

(см. Приложение Таблица 1.6.)

Исследование №10

Нефтепродукты

Нефтепродукты определяются по наличию тонкой пленки в виде масленых пятен и разводов. Содержание их в природной воде обусловлено работой автомоек, сбросом в воду продуктов нефтепереработки, плохой работой очистных сооружений.

Выполнение анализа:

В пробе воды обнаружены следы радужной окраски пленки.

Результаты эксперимента представлены в приложении в таблице.

(см. Приложение Таблица 1.7.)

Исследование №11

Исследование прибрежной территории

В сентябре этого года наш класс участвовал в акциях «Помоги природе». Совместно с учителями ребята обследовали береговую территорию Р.Клязьма в районе «Желтая гора». Мы изучили видовой состав деревьев, определили их экологическое состояние, а также собрали бытовой мусор на данной территории.

На исследованной площадке нами было определено два биотопа:

Первый биотоп представлен  деревьями - береза, ольха, клен американский, дуб черешчатый, вяз; кустарниками- рябина, акация, шиповник и окнами открытой воды. Травяная растительность представлена в основном рогозом, осокой, крапивой.

Второй биотоп был представлен смешанным сосново-березовым лесом с примесью ели.

Раньше Клязьма была судоходной рекой. Сейчас обмелела. Что на это повлияло?

При исследовании берегов я обратила внимание на растительность. Местами большие заросли камыша, много трав и кустарников, деревьев. Берега на исследуемом участке реки пологие, только в одном месте недалеко от частного сектора в месте изгиба реки берег крутой. Есть места, где растительность вдоль берега частично уничтожена. Это приводит к смыву почвы, песка, глины в русло реки. Понаблюдав за рекой, я заметил, что в воде очень много водорослей. На некоторых участках из-за большого количества водных растений не видно даже воды. Водная растительность представлена ряской, кувшинкой, кубышкой, роголистником, различными видами рдеста.

Из литературы я узнала, что в загрязненной воде получают массовое развитие роголистник, рдест и ряска. Значит, в июле и в августе месяце вода реки была более грязной, то есть в ней содержалось большое количество минеральных и органических веществ, которые являлись питательной средой для микроорганизмов. Наличие большого количества водных растений и небольшая глубина приводит к постепенному заиливанию реки.

Вывод:

На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:

Экологическое состояние р.Клязьма в районе «Карболит» можно признать удовлетворительным.

Но большое количество водных растений, и наличие плавающих островков, и небольшая глубина говорят о том, что происходит заиливание реки.

Во время осмотра поверхности воды и берегов реки я обнаружила следующие загрязняющие вещества: бытовой мусор на берегу, металлический лом, пятна масла и пену.

Рекомендации

Для того чтобы улучшить экологическое состояние реки, мы разработали проведение ряда мероприятий:

Продолжить мониторинговые исследования качества воды в реке Клязьма.

Освоить метод биоиндекации, для более полного анализа ситуации в природном водоеме.

Создать в школе экологический отряд «Зеленый патруль» и вместе продолжить работу по исследованию реки.

Очистить берега реки от мусора.

Чтобы река не мелела, следует сохранить на ее берегах деревья, кустарники.

Благоустроить места для отдыха горожан, разместить урны и контейнеры для мусора.

Привлечь внимание общественности и средств массовой информации к проблеме экологического состояния реки.

Заключение

Река Клязьма является крупной водной артерией восточного Подмосковья. Ее история корнями уходит в далекое прошлое. От экологического состояния реки зависит разнообразие и численность растительных и животных организмов, населяющих ее водное пространство.

Только комплексный подход к решению проблем загрязнения реки сможет дать максимальный эффект по экологизации мировоззрения населения городов, расположенных на ее берегах. В основе всех мероприятий лежит контроль за содержанием вредных веществ.

Экологическая ситуация водных объектов является актуальной в современном обществе. Река – это уникальный организм, который способен к самоочищению и всеми силами борется за своё существование. Этому способствует деятельность населяющих её организмов: бактерий, водорослей, высших водных растений и различных беспозвоночных животных.

В целом мы довольны результатами работы, но нам есть к чему стремиться. Основной задачей в будущем мы видим в продолжение исследования данного природного организма и в привлечении молодежи к сохранению водных ресурсов нашего региона.

Наша основная цель сделать так, чтобы для каждого жителя нашего города бережное отношение к окружающей среде стало нормой поведения, а желание сохранить и приумножить это богатство — осознанной необходимостью. Только так, все вместе, мы сможем сохранить нашу реку.

Библиография

В.Н.Алексеев, Клязьма. От истока до устья. - Петушки, 2015г

И.Г. Хомченко, Общая химия. - Москва, Новая Волна 2012г

В.И. Зубов,Очерки экологии Подмосковья (учебное пособие). - Москва, 1998г

Ю.В. Новиков, Экология, окружающая среда и человек.- Москва 2011 г.

Г.В. Дуганов, Охрана окружающей природной среды. - К.: Высшая школа, 2014 г.

Я. Угай, Общая и неорганическая химияю.- Высшая школа, 1998 г.

Т.Хаханина, Н.Никитина, В.Гребенькова, Неорганическая химия.- Учебное пособие, Юрайт, 2012 г.

Информационные ресурсы:

http://ximicat.com

http://ecoportal.su

http://chemport.ru

http://Edunews.ru

Приложение 1

Результаты исследований

Приложение 2

Видовой состав растительности исследуемого участка

Фотоотчет

Отбор пробы:

Измерение температуры Определение рН

Определение прозрачности Определение щелочности

Определение жесткости

Определение хлоридов Определение сульфатов

Акция «Помоги природе»