Практична робота №5 Дослідження якості вод у містах.

Мета роботи: ознайомитися та оволодіти методами дослідження якості поверхневих та підземних вод у містах, оцінки їх забруднення та методами їх очищення.

Форма виконання: самостійна робота за варіантами завдань, підготовка стислої доповіді-повідомлення (час доповіді – 3 хв.) з наступним обговоренням в аудиторії; письмове оформлення доповіді у вигляді звіту з практичної роботи.

Теоретичні пояснення

Вода – найпростіша стійка хімічна сполука водню і кисню, при нормальних умовах – безбарвна рідина без запаху. Вода є найбагатшим компонентом біосфери і водночас – найважливішим, оскількі служить основним середовищем для будь-яких метаболічних процесів. З точки зору екології вода використовується для вилучення і розчинення більшості природних і антропогенних відходів. Деякі фізичні властивості води мають безпосередній зв’язок з еволюцією навколишнього середовища та функціонування в ньому живих організмів.

Забруднення води – зміна фізичного або хімічного стану поверхневих чи підземних вод, що негативно впливає на живі організми. До основних забруднювачів води відносять біологічні, хімічні, механічні, радіоактивні та теплові. Водні ресурси можуть забруднюватися через каналізаційні або індустріальні викиди. Муніціпальні стічні води – складна суміш води (понад 99%) із органічних і неорганічних забруднювачів, розчинених або суспендованих у воді. Основними компонентами стічних вод є мікроорганізми, тверді речовини, неорганічні та органічні компоненти, синтетичні хімічні препарати. Евтрофікація водойм - процес підвищення рівня первинної продукції водойм (продукція зелених рослин) внаслідок збільшення в них концентрації біогенних речовин (азот, фосфор). Спочатку у воді накопичуються значні кількості мінеральних солей, ПАР, що сприяє інтенсивному росту водоростей, іде зміна популяцій водоростей з переважанням синьо-зелених і зелених водоростей, це спричиняє погіршення прозорості води. Далі відбувається відмирання значної кількості водоростей, що супроводжується зменшенням кисню в нижніх шарах водойми. Після повного зникнення кисню починається процес анаеробного (без участі повітря) бродіння. Тому необхідно застосовувати методи очистки стічних вод від фосфатів, миючих засобів, контроль за забруднення місцевості гнієм й агрохімікатами, видалення надлишкової маси водоростей та забезпечувати процес аерації.

Критерії якості води характеризують якість води, необхідну для збереження і захисту окремих видів водокористуання. Більшість критеріїв якості води встановлюють максимальний рівень концентрації речовини у воді, за якими не завдаються збитки в умовах безперервного водокористування для конкретного водоспоживача, наприклад, питне водопостачання, водопостачання с/г, рекреаційне водопостачання. Такі ж критерії встановлюються і щодо якості води, придатної для існування. Мешканці переважної більшості урбоекосистем України споживають як водопровідну, так і криничну воду. Тому екологічний аналіз повинен охоплювати водні об’єкти обох типів: гігієнічні вимоги для криничної води викладені в нормативному документі „Санитарные правила по устройству и содержанию колодцев и каптажей, родников, используемых для децентрализованного хозяйственно – питьевого водоснабжения” №1226-75 від 20.02.75; для водопровідної води слід керуватися нормативними документами „Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством” №2534 від 29.06.88 та „Державні санітарні правила щодо води централізованого водопостачання” №253. Відповідними документами керуються у своїй діяльності санепідемстанції всіх обласних центрів України. Забруднення водопровідної та криничної води міста визначають порівнюючи з ГДК для відповідних видів води, а також з фоновими значеннями.

При визначенні рівня перевищень фонового вмісту забруднень (зокрема важких металів) у воді, необхідно спочатку розрахувати коефіцієнти концентрацій по кожному з них як відношення вмісту елементу в досліджуваній точкі до його фонового вмісту:

К_с=С/С_ф , (5.1)

Фоновий вміст забруднень для криничної води необхідно визначати в одній із еталонних (екологічно чистих) зон міста, а фоновий вміст у водопровідній воді – на виході з очисної станції. Сумарний показник забруднень як лоя криничної, так і для водопровідної води Z_с розраховують за формулою:

, (5.2)

де n – кількість досліджуваних елементів. Рівень забруднення визначають за таблицею 5.1.

Таблиця 5.1 - Визначення рівня забруднення води важкими металами за сумарним показником забруднення

Значення сумарного показника забруднення	Рівень забруднення
<10	Слабкий
10 - 30	Середній
31 - 100	Високий
>100	Дуже високий

Для визначення якості поверхневих вод відбирають пробу, досліджують по видам забруднень та порівнюють із ГДК забруднюючих речовин у поверхневих водоймах в залежності від їх призначення по відповідним нормативним документам.

5.1 Методи вимірювання параметрів води. Сучасні методи вимірювання параметрів води та стічних вод діляться на спектроскопічні, електрохімічні, хроматографічні, радіохімічні. В основі методів оптичної спектроскопії лежить аналіз оптичного випромінювання, що взаємодіє з об’єктом дослідження, на основі поглинання, пропускання, відбивання, розсіювання, перевипромінювання з подальшим аналізом тих змін, які набуває оптичне випромінювання. Розрізняють такі методи: емісійна спектроскопія (вивчення спектрів випромінювання атомів та молекул), атомно-адсорбційний аналіз (випаровування речовини й пропускання через пар речовини оптичного випромінюваня), оптико – акустична спектроскопія (перетворення залишку енергії збуджених молекул в тиск, що реєструється), інфрачервона спектроскопія (вивчення спектрів поглинання в інфрачервоній області спектра), флуоресцентна спектроскопія ( збудження та реєстрація випромінювання флуоресценції).

Спектрофотометричний метод грунтується на спроможності забарвлених розчинів поглинати світло від ультрафіолетового до інфрачервоного діапазону. Поглинання залежить від властивості речовини та її концентрації. При цьому аналізу компонент, що досліджується, переводиться в сполучення, яке поглинає світло, а потім вимірюється кількість цього продукту по світловому потоку, який пройшов через розчин.

Спектрофотометричні вимірювання виконують за допомогою спектрофотометрів та фотоелектроколориметрів: КФК (калориметр фотоелектричної компенсації), ЛМФ (ламповий монохроматичний фотометр), СФ (спектрофотометр). Дія цих приладів грунтується на зміні інтенсивності світового потоку при проходженні через розчин в залежності від товщини шару, міри пофарбування та концентрації. Мірою концентрації є оптична щільність D або коефіцієнт світлопропускання розчину τ

τ=Ф/Ф₀ (5.3)

Ф₀ – повний світовий потік; Ф – пропущений через середовище світловий потік.

Для визначення концентрації речовини на фотоколориметрі порівнюють оптичні щільності розчину, що досліджується, та розчин стандартного ряду. З цією метою з початку за допомогою приладу визначають оптичні щільності серії розчинів, що мають різний заданий вміст речовини, що визначається. Будують на міліметровому папері залежність оптичної щільності від концентрації речовини у розчині, тобто градуйований графік приладу. Вимірюють оптичну щільність D досліджеємого розчину і по градуйованому графіку знаходять вміст речовини в розчині, С.

Електрохімічні методи грунтуються на аналізі процесів, що відбуваються на електродах і міжелектродному просторі з подальшою реєстрацією залежності потенціалу (потенціометрія), струму (вольтамперометрія або полярографія), заряду (кулонометрія) або електропровідності (кондуктометрія). Хроматографічні методи передбачають розділення, знаходження й визначення речовин завдяки неоднаковості їх повідінки в системі двох фаз, що не перемішуються (як і при вивченні забрудників атмосфери). Радіохімічні методи використовують реєстрацію випромінювання під час радіоактивного розпаду.