294

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИИ

Омск • 2008

Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Кафедра инженерной экологии и химии

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИИ

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Практическая экология»

для студентов специальности 200503 «Стандартизация и сертификация»

Составители: Ж.Д. Павлова, Е.В. Шаповалова

Омск Издательство СибАДИ

2008

1

УДК 628.3 ББК 20.1 я 81

Рецензент канд. техн. наук, доц. Е.Л. Колбина (ОмГТУ)

Работа одобрена научно-методическим советом специальности 200503 «Стандартизация и сертификация» в качестве методических указаний к лабораторным работам по дисциплине «Практическая экология» для студентов специальности 200503 «Стандартизация и сертификация».

Лабораторные работы по практической экологии: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Практическая экология» для студентов специальности 200503 «Стандартизация и сертификация»/ Сост.: Ж.Д, Павлова, Е.В. Шаповалова. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. – 32 с.

В методических указаниях приведены сведения об основных источниках загрязнения природных и сточных вод, о методах определения компонентовзагрязнителей, содержатся сведения о наиболее распространенных методах очистки сточных вод. Лабораторные работы, включенные в методические указания, знакомят студентов с методами контроля и очистки природных и сточных вод.

Работа предназначена для студентов, обучающихся по специальности «Стандартизация и сертификация», а также для других специальностей, связанных с оценкой качества водных ресурсов.

Табл. 17. Библиогр.: 8 назв.

© Составители: Ж.Д. Павлова, Е.В. Шаповалова, 2008

2

ВВЕДЕНИЕ

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

-механическое загрязнение – вызвано компонентами,

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

-химическое загрязнение – обусловлено химическими веществами, входящими в состав ядохимикатов, моющих средств и т.д.;

-биологическое загрязнение – связано с появлением в водоёме большого количества микроорганизмов;

-физическое загрязнение – изменение физических параметров водоёма (температуры, освещенности и т.д.).

По характеру вносимых помех загрязнения подразделяются на: -ингредиентное – внесение в водоёмы веществ, чуждых

естественным биоценозам (бытовые и промышленные отходы); -параметрическое – изменение параметров водной среды; -биоценотическое – воздействие на состав и структуру

популяций живых организмов, обитающих в водоёме; -стационально-деструктивное – изменение структуры

экосистемы водоёма в процессе его использования.

3

1. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД

Промышленность. Основными источниками загрязнения гидросферы являются чёрная металлургия, пищевая, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленности. В сточных водах этих производств содержатся особо токсичные соединения мышьяка, фтора, тяжелых металлов. Эти соединения могут поглощаться водными микроорганизмами – фитопланктоном, а затем передаваться по трофической цепи и накапливаться в организмах других гидробионтов.

Среди органических загрязнителей особо опасны канцерогенные вещества, способные вызывать онкологические заболевания.

Механические загрязнения водоёмов вызывают заболевания дыхательных путей организмов, что приводит к их массовой гибели.

Тепловые загрязнения возникают в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными предприятиями. При этом уменьшается растворимость кислорода в воде, изменяются естественные условия обитания организмов, что вызывает эвтрофикацию водоёмов (водоём «зацветает»).

Сельское хозяйство. Сточные воды сельского хозяйства содержат удобрения и пестициды. В настоящее время в мире насчитывается более 1500 пестицидных препаратов. Эти химические соединения губительны для рыб, многие из них обладают канцерогенным и тератогенным (вызывающим уродства) эффектами.

Некоторые нетоксичные отходы сельского хозяйства (органические отходы, навоз) приводят к тяжелым последствиям, так как содержат много биогенных элементов (соединения азота, фосфора) и способствуют размножению микроорганизмов, синезеленых и бурых водорослей, что вызывает эвтрофикацию водоёма.

Городское коммунальное хозяйство. Бытовые стоки содержат органические вещества и детергенты. Детергенты – поверхностноактивные вещества (ПАВ), входящие в состав моющих средств, образуют устойчивую пену, что препятствует доступу кислорода в воду. Они вызывают жаберные кровотечения и удушье у рыб. Некоторые из ПАВ обладают канцерогенным и мутагенным действием. Кроме ПАВ, в бытовых стоках в большом количестве содержатся болезнетворные микроорганизмы и вирусы.

4

Попадание в воду органических остатков и микроорганизмов приводит к загниванию воды, к преобладанию анаэробных процессов. Уменьшается содержание кислорода в воде, гибнет всё живое – вода становится биологически мёртвой, в ней остаются только анаэробные бактерии, которые используют химически связанный кислород, а выделяют токсичные газы – аммиак, сероводород.

Транспорт. Основным источником загрязнения является водный транспорт. В процессе эксплуатации судов в воду попадают остатки топлива, масел, других нефтепродуктов. Железнодорожный и автомобильный транспорт представляет опасность для водоёмов в случае попадания в них сточных вод после мойки подвижного состава, а также вымывания из атмосферы вместе с осадками вредных компонентов выхлопных газов.

Атмосферные воды. В воздухе содержится большое количество газообразных оксидов серы, углерода, азота, образующихся при работе транспорта, предприятий теплоэнергетики, других промышленных предприятий. Эти газы растворяются в атмосферной воде с образованием кислот (серной, сернистой, угольной, азотной). Вместе с осадками кислоты попадают в гидросферу. Следствием этого является угнетение жизнедеятельности организмов и растений, различные заболевания. Кислота, попавшая в гидросферу, разрушает строительные конструкции, материалы, ткани. Кислые осадки, попадая на поверхность почвы и в литосферу, переводят в растворимое соединение токсичные тяжелые металлы (ртуть, свинец и др.). Эти металлы накапливаются в организмах, передаются по цепям питания и могут привести к экологической катастрофе.

Аварийные выбросы. При авариях на водном транспорте, на трубопроводах, проложенных по дну водоёмов, в гидросферу одновременно поступает огромное количество загрязняющих токсичных веществ. Особенно опасны нефтепродукты. Они образуют на поверхности воды пленку, не пропускающую солнечные лучи и кислород. Это приводит к массовой гибели многих организмов и подавлению жизнедеятельности других, в результате чего нарушается биологическое равновесие в гидросфере. Гибнут личинки многих морских организмов, морские птицы (нефть пропитывает их перья, они не могут взлететь и погибают). Часть нефтепродуктов оседает на дно, часть образует эмульсию в толще воды. На восстановление водной экосистемы после нефтяного загрязнения требуются многие

5

десятки лет.

Морское захоронение отходов (дампинг). Некоторые государства, не имея возможности размещения на своей территории мест захоронения опасных отходов, используют для этих целей Мировой океан. Дампинг – это вынужденная мера. Захоронение на дне Мирового океана особо опасных отходов может привести через десятки лет к глобальной катастрофе, так как морская вода – это коррозионно-агрессивная среда, она постепенно разрушает контейнеры с отходами. Наиболее опасно загрязнение радиоактивными веществами, особенно стронцием-90 (один из продуктов расщепления урана), участвующим в биологическом цикле вместо кальция.

Последствиями загрязнения водных объектов являются: -заражения людей, сельскохозяйственных растений и животных; -разрушение водных экосистем; -увеличение коррозии водного транспорта, повышение затрат на

очистку.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Цель работы – определение органолептических и санитарнотоксикологических показателей качества воды.

Основные сведения

Нормирование качества воды заключается в установлении для воды водного объекта совокупности допустимых значений показателей ее состава и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населения, благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта. Правилами охраны поверхностных вод, введенных в действие с 1.03.91 г., предусмотрены общие требования к составу и свойствам воды водоемов, предназначенной для хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного назначения. К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование

6

водных объектов в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. К коммунально-бытовому относится использование объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. К рыбохозяйственному водопользованию относится использование водных объектов для обитания, размножения и миграции рыб и других водных организмов.

Рыбохозяйственные водные объекты делятся на три категории: высшая (места нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных и ценных видов рыб); первая (водные объекты для воспроизводства ценных видов, обладающих высокой чувствительностью к кислороду); вторая (водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей). Для всех видов водопользователей регламентируются в первую очередь физические показатели качества воды. Под физическими свойствами воды понимают ее органолептические свойства (запах, вкус, цвет,

прозрачность), а также температуру, плотность, вязкость и т.п. Запах воды может быть как естественного (травянистый, болотный, древесный и т.п.), так и искусственного происхождения из-за загрязнения воды стоками предприятий. При качественной оценке запаха определяется его характер. Характер запаха оценивается словесно (травянистый, землистый, древесный, гнилостный, затхлый, сернистый, хлорный, углеводородный и т.д.). Количественная оценка интенсивности запаха дается в баллах по пятибалльной шкале (табл. 1). Согласно существующим нормам интенсивность запаха воды при 20 0С не должна превышать 2 баллов.

Таблица 1

Оценка интенсивности запаха и вкуса воды

Вкус воды обуславливается присутствием в ней веществ

7

природного происхождения или веществ, которые попадают со сточными водами, а также продуктов жизнедеятельности организмов. При качественной оценке вкуса воды используются четыре вида вкусовых ощущений: горький, сладкий, кислый, соленый. Количественная интенсивность вкуса оценивается по пятибалльной шкале (см. табл. 1). Интенсивность вкуса питьевой воды не должна превышать 2 балла. Цветность воды зависит от наличия в ней растворенных и взвешенных примесей (коллоидных соединений железа, гуминовых веществ, взвешенных и окрашенных веществ, водорослей). В зависимости от количества гуминовых кислот и их солей (гуматов) цвет колеблется от желтого до коричневого. Цветность воды определяют качественно и количественно. Результаты качественного исследования цветности воды описывают словесно (бесцветная, светло-желтая, бурая и т.п.). Количественно цвет воды определяют путем сравнения исследуемой воды со шкалой стандартных растворов и выражают в условных градусах этой шкалы (табл. 2). При отсутствии окраски вода считается бесцветной.

Прозрачность воды обусловлена ее цветом и мутностью, т.е. зависит от количества содержащихся в воде взвешенных веществ (частицы песка, глины, почвы и т.п.). Определяют прозрачность воды непосредственно в водоеме или в пробах для анализа. Результаты качественного определения прозрачности воды путем сравнения с эталоном из дистиллированной воды оценивают словесно (слабо мутная, очень мутная и др.). Количественная оценка прозрачности воды проводится по кресту или шрифту. Прозрачность по кресту устанавливается в водоеме или при контроле качества очистки воды на очистных сооружениях путем нахождения предельной высоты

8

столба воды, через которую просматривается черный крест на белом фоне. Питьевая вода должна иметь прозрачность по кресту не менее 30 см. Определение прозрачности по шрифту в лабораторных условиях основано на нахождении максимальной высоты столба воды в бесцветном цилиндре, через который можно прочитать стандартный шрифт. Прозрачность питьевой воды по шрифту должна быть не менее 30 см. Температура и плотность – общеизвестные параметры воды. Плотность чистой воды зависит от ее температуры и составляет при 15 оС 0,99913 г/см3, при 20 оС – 0,99823 г/см3. Плотность природных и сточных вод зависит также и от растворенных соединений. Обычно плотность воды близка к единице.

В этой работе необходимо определить основные физикохимические показатели качества исследуемой воды. Все результаты опытов должны быть занесены в табл. 3. После выполнения всех исследований сравнить полученные показатели с установленными нормативами (предельно допустимыми концентрациями) и сделать вывод о качестве исследуемой воды.

Опыт 1. Исследование запаха воды.

Материалы и оборудование: колбы с притертой пробкой ёмкостью 200 см3, пробы воды.

Ход работы

В колбу с притертой пробкой емкостью 200 см3 налить исследуемую воду до 2/3 объема и сильно встряхнуть вращательным дви-

9