122

УДК 577.4 ББК 40.35

Рецензент канд.техн.наук,доцентЕ.Л.Колбина(ОмГТУ)

Работа одобрена методической комиссией факультета АДМ в качестве методических указаний к лабораторным работам по экологии для специальностей 170900, 230100, 290300, 290600, 290500, 060811, 291100, 150200, 240400, 240100, 240103, 060813.

Анализ загрязненности природных вод. Изучение способов очистки сточных вод: Методические указания к лабораторным работам по экологии / Сост.: Ж.Д. Павлова, Л.Ф. Тихомирова.- Омск: Изд-во СибАДИ, 2003.- 20 с.

Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по экологии по теме «Загрязнение окружающей среды». Лабораторным работам предшествуют теоретические разделы, в которых рассмотрены загрязнение гидросферы и способы очистки сточных вод.

Табл. 12. Библиогр.: 7 назв.

Издательство СибАДИ, 2003

2

ВВЕДЕНИЕ

Вода является необходимым условием жизни на Земле. Она входит в состав всех тканей. Живая клетка на 60 90 % состоит из воды. Природные воды (морские, речные, дождевая и снеговая вода и др.) являются составляющими глобального круговорота воды в природе. Любой природный водоем связан с окружающей средой, из которой в воду поступают загрязнения.

Загрязняющим веществом считается избыточная примесь, которая нарушает нормативы качества воды. В воду загрязнения могут поступать с атмосферными осадками, поверхностными или подземными стоками, а также в виде непосредственных сбросов.

По типу загрязняющих веществ загрязнения можно классифицировать на следующие группы:

- механическое загрязнение вызвано компонентами,

оказывающими лишь механическое воздействие (взвеси мелких частиц, волокон, выбрасываемых целлюлозно-бумажной промышленностью и т.д.);

-химическое загрязнение обуславливают химические вещества, входящие в состав ядохимикатов, моющих средств (мыло, стиральные порошк 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.).

По характеру вносимых помех загрязнения подразделяются на:

-ингредиентные внесение в водоемы веществ, чуждых естественным биоценозам (бытовые и промышленные отходы);

-параметрические изменение параметров водной среды;

-биоценотические воздействие на состав и структуру популяций живых организмов, обитающих в водоеме;

-стациально-деструкционные изменение структуры экосистем в процессе использования водных объектов .

Основные источники загрязнения природных вод:

1. Промышленность. Основными источниками загрязнения гидросферы являются черная металлургия, пищевая, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленности. В сточных водах этих производств содержатся особотоксичные

3

соединения мышьяка, фтора, тяжелых металлов. Эти соединения могут поглощаться водными микроорганизмами фитопланктоном, а затем передаваться по трофической цепи и накапливаться в других морских организмах.

Среди органических загрязнителей опасны канцерогенные вещества вещества, способные вызывать канцерогенные, мутагенные изменения.

Кроме химических веществ загрязнителями являются выбросы пылевидных соединений, выброс волокон целлюлозно-бумажными комбинатами, которые забивают дыхательные пути организмов, обуславливая их гибель (механическое загрязнение).

Тепловые загрязнения возникают в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными предприятиями. При этом уменьшается растворимость кислорода, возрастает его потребление, изменяются естественные условия обитания организмов, водоем зацветает.

2.Сельское хозяйство. Сточные воды сельского хозяйства содержат удобрения , пестициды (в мире насчитывается более 1500 пестицидных препаратов), которые убивают рыбу, многие из них являются канцерогенными веществами.

Некоторые нетоксичные отходы сельского хозяйства (мертвая органика, навоз и т.п.) дают тяжелые последствия, так как содержат массу биогенных элементов (соединения азота, фосфора и т.д.) и способствуют размножению микроорганизмов, сине-зеленых и бурых водорослей, что приводит к снижению кислорода в воде и анаэробным процессам.

3.Городское коммунальное хозяйство. Бытовые стоки содержат органические вещества и детергенты. Детергенты (ПАВ) , входящие в состав моющих средств, очень опасны тем, что пенятся и препятствуют доступу кислорода в воду. Также они вызывают жаберные кровотечения и удушье у рыб. Некоторые из них обладают канцерогенными и мутагенными свойствами. Кроме того, в канализационных стоках содержатся болезнетворные микроорганизмы и вирусы (биологическое загрязнение).

Эти сточные воды подавляют жизнедеятельность в водоемах, при гниении образованных ими осадков расходуется кислород,

содержащийся в воде, и образуются вредные соединения и отравляющие вещества. Чем больше в водоеме органических остатков, тем меньше кислорода остается в воде. Иногда из-за

4

отсутствия кислорода гибнет все живое , вода становится биологически мертвой, в ней остаются только анаэробные бактерии, способные существовать без кислорода. Эти бактерии выделяют вредные газы: аммиак, сероводород, вода становится абсолютно непригодной для жизни.

4. Атмосферные воды с растворенными в них химическими веществами-загрязнителями.

В воздухе содержится большое количество газообразных

теплоэнергетики. Эти газы образуют с атмосферной водой кислые соединения (серную, угольную, азотную кислоты), вызывая кислотные туманы и осадки. Следствием этого является угнетение жизнедеятельности растений, возникновение многих заболевания у людей (бронхита, ларингита и др.). Кроме того, кислые осадки разъедают строительные материалы и некоторые ткани.

Кислотность осадков изменяется от рН=5,6 (дождь в химически чистой среде) до рН=1,8 2,2 (самые низкие значения рН, измеренные для дождевых осадков).

При стекании по склонам атмосферные воды дополнительно увлекают загрязняющие вещества. Особенно опасны стоки с городских улиц, промышленных площадей. Так в воду попадают кислоты (с дождями), соединения ртути (из атмосферы попадают в водоемы, где легко накапливаются в виде метилртути в организме рыб и представляют опасность для человека, использующего рыбу в пищу).

5. Аварийные выбросы. Особенно опасны нефтяные выбросы, образующие на поверхности воды пленку, непропускающую солнечные лучи и замедляющую образование кислорода в воде, что приводит к гибели многих организмов и подавлению жизнедеятельности других, в результате чего нарушается биологическое равновесие в океане. Гибнут личинки многих морских организмов, которые не могут сделать первый глоток воздуха из-за нефтяной пленки, гибнут морские птицы, опускающиеся на воду (нефть пропитывает их перья, они не могут взлететь и погибают). Часть нефтепродуктов опускается на дно, часть остается в толще воды в виде эмульсии, поэтому все виды водных организмов чувствуют последствия загрязнений. Большая часть нефти остается в тонком приповерхностном слое, выполняющем роль "детского сада"

5

для многих популяций. При этом нарушается газообмен между водой

иатмосферой.

6.Морское захоронение отходов (дампинг). Дампинг сейчас вынужденная мера. Наиболее опасно загрязнение радиоактивными веществами, особенно стронцием-90 (один из продуктов расщепления урана при испытаниях ядерного оружия), участвующем в биологическом цикле (вместо кальция). Многие морские организмы концентрируют изотопы.

Последствиями загрязнения водных объектов являются:

- заражение людей, а также сельскохозяйственных растений и животных;

- разрушение водных экосистем;

- увеличение коррозии водного транспорта, повышение затрат на очистку и т.д.

Требования потребителей к качеству воды зависят от целей использования. Выделяют три основных вида водопользования:

-хозяйственно-питьевое использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого снабжения,

атакже для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;

-культурно-бытовое использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха;

-рыбохозяйственное.

Существуют и другие виды водопользования промышленное водоснабжение, орошение, судоходство, гидроэнергетика и т.д.

Использование воды, связанное с ее частичным или полным изъятием, называется водопотреблением.

Правила охраны поверхностных вод от загрязнения (Москва, 1991г.) устанавливают общие требования к составу и свойствам воды.

Основное нормативное требование к качеству воды соблюдение установленных предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ.

Под ПДК какого-либо загрязняющего вещества в природных водах подразумевается такая концентрация этого вещества, при превышении которой вода становится непригодной для установленного виды водопользования.

6

Лабораторная работа № 1

АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД

Цель работы − исследование загрязненности вод природных водоемов и атмосферных осадков, определение степени загрязнения, класса качества, индекса загрязнения и возможных способов использования природных вод.

1. Исследование физико-химических показателей качества воды

Основными загрязнителями природных вод являются органические вещества (содержатся в бытовых стоках), а также неорганические примеси. Неорганические вещества состоят из отрицательно заряженных ионов анионов (хлорид-ион, сульфат-ион, нитрат-ион, фосфат-ион и др.) и положительно заряженных ионов катионов (катионы свинца, железа, кальция и т.д.).

К опасным загрязнителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон показателя кислотности (рН) промышленных стоков (от 1,0 до 11,0). Эти вещества способны изменять рН водной среды до значений менее 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН от 5,0 до

8,5.

Вданной работе исследуется запах и кислотность воды, а также определяется содержание в природной воде сульфатов, нитратов, хлоридов, фосфатов, соединений железа и свинца.

Вкаждом опыте параллельно анализируют две пробы воды: I - проба воды из водоема; II - проба атмосферной воды (дождевой или снеговой).

Все результаты, полученные в ходе исследования, должны быть занесены в табл. 1.

7

1.1. Определение запаха воды

Пробу исследуемой воды поместить в бюкс с притертой пробкой (примерно 2/3 объема). Бюкс закрыть и встряхнуть несколько раз. После этого пробку быстро вынуть и сразу определить интенсивность запаха. При помощи данных табл. 2 оценить запах в баллах. Результат занести в табл. 1.

1.2.Определение показателя кислотности природных вод

Висследуемую пробу воды опустить полоску индикаторной бумаги и быстро сравнить полученный цвет бумаги со стандартной шкалой универсального индикатора. Результат занести в табл. 1.

8

1.3. Определение содержания сульфатов

Предварительно провести качественное определение сульфатов. В пробирку налить 10 мл испытуемой воды, добавить 0,5 мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария. Пробирку закрыть пробкой и осторожно встряхнуть. Появление белой мути указывает на содержание в воде сульфат-иона. Чтобы убедиться, что наблюдаемый осадок образован именно сульфатами, а не фосфатами или карбонатами, часть полученного раствора отлить в отдельную пробирку и добавить несколько капель соляной кислоты. Нерастворяющийся в соляной кислоте осадок указывает на сульфатионы.

Для полуколичественного определения сульфат-ионов сравнить исследуемый раствор со стандартной шкалой ( табл. 3).

Таблица 3

Стандартная шкала для определения содержания сульфатов в воде

Результат определения занести в табл.1.

1.4.Определение содержания хлоридов

Впробирку налить 5 мл воды (примерно 1/3 объема пробирки) и добавить 3-4 капли 10%-ного раствора нитрата серебра. Появление осадка или мути указывает на присутствие в воде хлоридов.

По табл. 4 провести полуколичественное определение хлоридов. Для того чтобы убедиться, что осадок образовался за счет хлорид-ионов, в пробирку добавить несколько капель азотной

Результаты определения занести в табл. 1.

9