265

Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

Кафедра «Инженерная экология и химия»

Мониторинг водной среды

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Составители: В.Г. Еремеева, О.В. Плешакова, С.А. Эмралиева

Омск

СибАДИ

2012

УДК 577.4

Рецензент: начальник центра по мониторингу загрязнения окружающей среды (ЦМС) города Омска О.В.Деманова

Работа одобрена методической комиссией факультета АДМ в качестве методических указаний к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг» для студентов по направлению 280700.62 «Техносферная безопасность».

Мониторингу водной среды: Методические указания к выполнению лабораторных работ / Составители: В.Г.Еремеева, О.В.Плешакова, С.А.Эмралиева. – Изд-е 2-е, перераб. и доп. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2012. – 34 с.

Работа предназначена для выполнения лабораторных работ по экологическому мониторингу, методам и приборам контроля студентами направления 280700.62. Лабораторный практикум является практическим приложением теоретического материала курса и включает 4 лабораторные работы. В практикуме предлагается описание ряда аналитических работ, которые проводятся как отдельные элементы мониторинга. Выполнение этих работ даст возможность студентам достаточно полно ознакомиться с программами и характером мониторинга окружающей среды.

Табл. 6. Библиогр.: 7 назв.

ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2012

2

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………... 4 1. Анализ воды……………………………………………………………. 6

Лабораторная работа 1. Определение органолептических показателей……………………………………... 6

Опыт 1. Определение осадка……………………………………….. 6 Опыт 2. Определение запаха……………………………………….. 7 Опыт 3. Определение температуры……………………………....... 8 Опыт 4. Определение прозрачности……………………………….. 8 Опыт 5. Определение цветности…………………………………… 9 Опыт 6. Определение вкусов и привкусов………………………… 11

Лабораторная работа 2. Определение химического состава.………....... 11 Опыт 1. Определение сухого остатка……………………………… 11 Опыт 2. Определение поверхностно-активных веществ (ПАВ)…. 13 Опыт 3. Определение содержания хлора………………………….. 15

Лабораторная работа 3. Определение показателей эпидемической безопасности…………………………………… 24

Опыт 1. Определение активной реакции (рН)…………………….. 24 Опыт 2. Определение растворенного кислорода…………………. 25

2. Анализ снега…………………………………………………………… 28

Лабораторная работа 4. Определение загрязненности талого снега...... 29 Опыт 1. Определение сухого остатка……………………………… 29 Опыт 2. Определение активной реакции (рН)…………………….. 30 Опыт 3. Определение ионного состава……………………………. 31

Контрольные вопросы…………………………………………………... 32

Библиографический список……………………………………………. 33

3

ВВЕДЕНИЕ

Гидросфера служит естественным аккумулятором большинства загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу или литосферу. Это связано с большой растворяющей способностью воды, с круговоротом воды в природе, а также с тем, что водоемы являются конечным пунктом на пути движения различных сточных вод.

Присутствие загрязняющих веществ в водной среде оказывает влияние на жизнедеятельность отдельных живых организмов и на функционирование всей водной системы.

Природная вода является неоднородной средой, в ней присутствуют взвешенные частицы и микропузырьки газа. Размер частиц различен. Оседающие частицы состоят из минерального ядра и органического слоя. Такие показатели, как сухой остаток, общая жесткость, активная реакция (рН), щелочность, содержание катионов и анионов: Ca2+, Na+, HCO3-, Cl-, SO42-, Mg2+ характеризуют природный состав воды. Содержание в воде Al, Be, Mn, Сu, полифосфатов Pb, Zn, Ag, V, радия-226, стронция-90, As и др. -

это показатель присутствия химических веществ, поступающих в водоисточник со сточными водами. Железо содержится в чистых природных водах, но поступает оно также в водоемы и со сточными водами. Толща воды, кроме того, наполнена множеством микроорганизмов; находящихся в равновесии с окружающей средой.

Воздействие загрязнителей на природные водоемы различно.

Тепловое загрязнение вызывает интенсификацию процессов жизнедеятельности водных организмов, что нарушает равновесие экосистемы. Минеральные соли опасны для одноклеточных организмов, обменивающихся с внешней средой путем осмоса. Взвешенные частицы уменьшают прозрачность воды, снижают фотосинтез водных растений и аэрацию водной среды, способствуют заилению дна в зонах с малой скоростью течения, оказывают неблагоприятное воздействие на жизнедеятельность водных организмов-фильтратов. На взвешенных частицах могут сорбироваться различные загрязняющие вещества; оседая на дно, они могут стать источником вторичного загрязнения воды.

Загрязнение вод тяжелыми металлами не только оказывает экологический вред, но и наносит значительный экономический ущерб.

Источниками загрязнения воды тяжелыми металлами служат гальванические цехи, предприятия горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии. При загрязнении воды нефтепродуктами на поверхности образуется пленка, препятствующая газообмену воды с атмосферой. В ней, а также в эмульсии тяжелых фракций накапливаются другие загрязнители, кроме

4

того, нефтепродукты аккумулируются в водных организмах. Основными источниками загрязнения вод нефтепродуктами является водный транспорт и поверхностный сток с городских территорий. Загрязнение водной среды биогенными элементами ведет к эвтрофированию водоемов.

Органические вещества – красители, фенолы, ПАВ, диоксины,

пестициды и др. создают опасность возникновения токсикологической ситуации в водоеме. Особенно токсичными и устойчивыми в окружающей среде являются диоксины. Это две группы хлорсодержащих органических соединений относящихся к дибензодиоксинам и дибензофуранам. Один из них – 2, 3, 7, 8- тетрахлордибензодиоксин (2, 3, 7, 8 - ТХДД) является самым токсичным соединением, известным науке. Токсическое действие различных диоксинов проявляется одинаково, но отличается по интенсивности. Диоксины накапливаются в окружающей среде и концентрация их растет.

Изучение загрязнения воды имеет свои особенности. Как и при определении атмосферных загрязнений приходится определять малые количества веществ непостоянного состава в присутствии других загрязнителей. Отличие заключается в том что, в незагрязненной воде постоянно содержатся органические и неорганические вещества сложного строения, кроме того, в воде протекают химические и фотохимические процессы, приводящие к изменению состава химических веществ. В химических превращениях большое участие принимают биологические объекты животного и растительного происхождения. Поэтому содержание

кислорода является одним из важнейших показателей строения водной системы.

Особое значение для правильной оценки загрязнения воды (и в том числе для отбора проб) имеет распределение веществ, которое зависит от многих локальных условий: скорости и характера движения воды, осадков, физико-химических свойств загрязняющих веществ, их устойчивости в воде и т.д. Между ними обычно устанавливается динамическое равновесие. Если, условно, рассечь водную массу вертикальной плоскостью, можно выделить места различной реакционной способности: поверхностную пленку, основную водную массу и донный осадок. Донный осадок и поверхностная пленка являются зонами концентрирования загрязняющих веществ. На дно оседают нерастворимые в воде соединения,

аосадок является хорошим сорбентом для многих веществ.

Вводу могут попадать не разлагаемые загрязняющие вещества. Но они способны реагировать с другими химическими соединениями, образуя устойчивые конечные продукты, которые накапливаются в биологических объектах (планктоне, рыбах и т.д.) И через пищевую цепь попадают в организм человека.

5

При выборе места отбора пробы воды учитываются все обстоятельства, которые могут оказать влияние на состав взятой пробы.

Различают две основные пробы: разовую и среднюю. Разовую пробу получают путем отбора требуемого объема воды за один раз. Средняя проба получается смешением равных объемов проб, отобранных через равные промежутки времени. Средняя проба тем точнее, чем меньше интервалы между отдельно взятыми составляющими ее пробами.

Воду на анализ отбирают в чистую посуду, предварительно 2…3 раза сполоснув ее исследуемой водой. С открытых водоемов пробы отбирают в фарватере реки с глубины 50 см. Бутыль с грузом опускают на глубину, после чего пробку открывают с помощью прикрепленного к ней держателя. Лучше для этой цели использовать специальные приборы - батометры, которые позволяют применять посуду разной формы и емкости. Батометр состоит из зажима, плотно обхватывающего посуду, и приспособления для открывания пробки на нужной глубине.

При длительном стоянии пробы могут произойти существенные изменения в составе воды, поэтому, если нельзя начать анализ воды сразу после отбора или через 12 часов после отбора, ее консервируют для стабилизации химического состава. Универсального консервирующего средства не существует.

Выделяют 3 группы показателей, определяющих качество воды:

А – показатели, характеризующие органолептические свойства; Б – показатели, характеризующие химический состав воды;

В– показатели, характеризующие эпидемическую безопасность воды.

1.АНАЛИЗ ВОДЫ

Лабораторная работа 1. Определение органолептических показателей

Органолептические свойства (запах, привкус, цветность, прозрачность, мутность, температура, примеси) нормируются по интенсивности их восприятия человеком.

Опыт 1. Определение осадка

Оборудование – цилиндр с плоским дном. Материал – вода водоема.

Ход работы

Взболтанную в бутылке воду наливают в цилиндр слоем примерно

6

30 см и оставляют в покое 1 час, если вода отобрана из открытого водоема, или на сутки, если вода взята из подземных источников. Осадок оценивают по количеству (нет, незначительный, заметный, большой) и качеству (песчаный, глинистый, илистый, кристаллический, хлопьевидный). Отмечают также его цвет.

Большой осадок свидетельствует о загрязнении воды.

Опыт 2. Определение запаха

Свойство воды вызывать у человека и животных специфическое раздражение слизистой оболочки носовых ходов. Запах воды характеризуется интенсивностью, которую измеряют в баллах. Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.

На запах воды оказывают влияние состав содержащихся в ней веществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т.д. Запах оценивается в баллах (табл. 1). Качество воды, не имеющей запаха, не превышает 2 баллов.

Оборудование:

1)колба с притертой пробкой;

2)коническая колба на 200 см3;

3)часовое стекло;

4)электрическая плитка, термометр.

7

Материал – вода водоема.

Ход работы

Колбу с притертой пробкой наполняют на 2/3 объема исследуемой водой, сильно встряхивают, открывают пробку и вдыхают ее запах. Для усиления интенсивности запахов воду подогревают. Коническую колбу на 200 см3 наполняют на 1/2 ее объема исследуемой водой, закрывают часовым стеклом и нагревают до 60 °С. Затем колбу вращательным движением взбалтывают и, сдвинув стекло, быстро определяют запах.

Чистые природные воды запахов не имеют. Естественные запахи описывают, придерживаясь следующей терминологии (табл. 2).

Опыт 3. Определение температуры

Оборудование:

1)цилиндр с плоским дном;

2)термометр.

Материал – вода водоема.

Ход работы

Определяется сразу после отбора пробы или непосредственно в водоеме термометром с ценой деления 0,1°C. Термометр держат в воде не менее 5 мин.

Опыт 4. Определение прозрачности

Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Увеличение

8

количества грубодисперсных примесей и мутности характерно для загрязненных и эвтрофных водоемов.

Воду в зависимости от степени прозрачности условно подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в водоем белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (как правило, шрифт средней жирности высотой 3,5 мм). Результаты выражаются в сантиметрах с указанием способа измерения. Прозрачностью не менее 30 см должны обладать воды, подаваемые для питьевого водоснабжения без осветления. Речные воды, кроме горных, могут иметь прозрачность 25 см. Уменьшение прозрачности природных вод свидетельствует об их загрязнении.

Ослабление интенсивности света с глубиной в мутной воде приводит к большему поглощению солнечной энергии вблизи поверхности. Появление более теплой воды у поверхности уменьшает перенос кислорода из воздуха в воду, снижает плотность воды, стабилизирует стратификацию. Уменьшение потока света также снижает эффективность фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема.

Оборудование:

1)цилиндр с плоским дном;

2)линейка;

3)шрифт, высота букв которого составляет 2 мм, а толщина линий букв –

0,5 мм.

Материал – вода водоема.

Ход работы

Исследуемую воду наливают в цилиндр, под дно которого подкладывают на расстоянии 4 см шрифт. Сливают воду до тех пор, пока сверху через слой можно будет отчетливо прочесть этот шрифт. Высоту столба оставшейся воды измеряют линейкой. Определение производят при хорошем дневном рассеянном освещении на расстоянии 1 м от светонесущей стены.

Опыт 5. Определение цветности

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений; выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами.

Цветность природных вод обусловлена главным образом

9

присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т.п. Сточные воды некоторых предприятий также могут создавать довольно интенсивную окраску воды.

Цветность природных вод колеблется от единиц до тысяч градусов. Различают «истинный цвет», обусловленный только растворенными веществами, и «кажущийся» цвет, вызванный присутствием в воде коллоидных и взвешенных частиц, соотношения между которыми в

значительной мере определяются величиной pH.

Предельно допустимая величина цветности в водах, используемых для питьевых целей, составляет 35° по платиново-кобальтовой шкале. В соответствии с требованиями к качеству воды в зонах рекреации окраска воды не должна обнаруживаться визуально в столбике высотой 10 см.

Высокая цветность воды ухудшает ее органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ.

Это природное свойство воды, обусловленное наличием гуминовых веществ, которые придают ей окраску желтовато-коричневого цвета. Гуминовые вещества образуются при разрушении органических соединений в почве, вымываются из нее и поступают в открытые водоемы. Поэтому цветность свойственна воде открытых водоемов и резко увеличивается в паводковый период. Цветность воды определяется в градусах. Вода, имеющая цветность 20°, считается бесцветной. Вода, не подвергающаяся перед подачей потребителю обесцвечиванию, должна иметь цветность не выше 20°.

Оборудование:

1)Цилиндр;

2)шкала цветности. Материал: вода водоема.

Для приготовления шкалы цветности смешивают растворы № 1 и № 2 в цилиндрах в следующих соотношениях (табл. 3).

Таблица 3

Хромово-кобальтовая шкала цветности

10