462

быть показателями загрязнения воды загрязненными сточными водами или свидетельствуют о наличии биологически активных веществ, выделяемых сине-зелеными водорослями.

Лабораторная работа № 2. Определение активной реакции (рН)

Водородный показатель выражают величиной рН, представляющей собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком; рН определяют в интервале от 1 до 14. В большинстве природных вод рН находится в пределах от 6,5 до 8,5 и зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода и бикарбонатиона. Более низкие значения могут наблюдаться в кислых болотных водах. Летом при интенсивном фотосинтезе рН может повышаться до 9,0. На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроокисей, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и т. п. Данный показатель является индикатором загрязнения открытых водоемов при выпуске в них кислых или щелочных сточных вод.

В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро изменяться, и этот показатель следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на месте отбора.

Для определения рН воды применяются специальные реактивы - индикаторы, а также приборы рН метры со стеклянными электродами. С помощью универсальной индикаторной бумаги можно определить рН с точностью до 0,2 0,3 единиц рН. Измерение рН цветных растворов и суспензий индикаторным способом невозможно.

Оборудование:

1)цилиндр с плоским дном;

2)индикаторная бумага;

3)шкала бумажного универсального индикатора.

Материал вода водоема.

Ход работы

Полоску индикаторной бумаги опустить в исследуемую воду и сравнить со шкалой бумажного универсального индикатора.

14

Лабораторная работа № 3. Определение сухого остатка

Сухой остаток это количество растворенных солей в миллиграммах, содержащееся в 1 л воды. Масса органических веществ в сухом остатке не превышает 10 15 %. Сухой остаток дает представление о степени

минерализации воды. Минеральный состав воды на 85 % и более обусловлен катионами Ca2+, Mg2+, Na+ и анионами HCO3-, С1 , SO42 .

Остальная часть минерального состава представлена макроэлементами Na+, K+, РО43 и др. и микроэлементами Fe2+, Fe3+, I , Cu2+, Mo и др.

Воду с сухим остатком до 1000 мг/л называют пресной, свыше 1000 мг/л минерализованной. Вода, содержащая избыточное количество минеральных солей, непригодна для питья, т.к. имеет соленый или горькосоленый вкус, а ее употребление (в зависимости от состава солей) приводит к различным неблагополучным физиологическим отклонениям в организме. С другой стороны, слабо минерализованная вода с сухим остатком ниже 50-100 мг/л неприятна на вкус, длительное употребление может привести к некоторым неблагоприятным физиологическим сдвигам в организме (уменьшение содержания хлоридов в тканях и др.). Такая вода, как правило, содержит мало фтора и других микроэлементов. Воду, содержащую 20…100 мг/л солей, считают слабо минерализованной, 100…300 мг/л удовлетворительно минерализованной, 300…500 мг/л повышенно минерализованной.

Оборудование:

1)сушильный шкаф;

2)эксикатор;

3)весы;

4)беззольный фильтр;

5)колба коническая на 250 мл;

6)чашка фарфоровая;

7)воронка для фильтрования;

8)водяная баня.

Материал вода водоема.

Ход работы

Фарфоровую чашку 2 часа выдерживают в сушильном шкафу при температуре 110°C, затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают на весах. Из общего объема профильтрованной через беззольный фильтр исследуемой воды 250 мл отливают небольшими порциями в фарфоровую чашку и выпаривают на водяной бане. После выпаривания чашку выдерживают в сушильном шкафу при температуре 110°C до постоянной массы, охлаждают и взвешивают.

15

Расчет производится по формуле

х (a a1) 1000 , v

где х масса сухого остатка в исследуемом объеме воды (мг/л); а масса чашки с сухим остатком, мг; а1 масса пустой чашки, мг;

v объем воды, взятый для определения, мл.

Лабораторная работа № 4. Определение растворенного кислорода по Винклеру

Количество кислорода, растворенного в воде, имеет большое значение для оценки состояния водоема. Его снижение указывает на резкое изменение биологических процессов в водоемах, а также на загрязнение водоемов веществами, интенсивно окисляющимися.

Концентрация растворенного кислорода в воде зависит, кроме того, от природных факторов атмосферного давления, температуры воды, содержания растворенных солей. Концентрация кислорода в воде для питьевого и бытового использования должна быть не менее 4 мг/л в любой период года. Принцип метода определения основан на использовании растворенного кислорода, содержащегося в определенном объеме воды, для окисления гидроксида марганца (II) в гидроксид марганца (III):

MnSO4 + 2NaOH = Mn(OH)2 + Na2SO4 ;

4 Mn(OH)2 + O2 + H2O = 4Mn(OH)3 .

Гидроксид марганца (III), в свою очередь, окисляет в кислой среде Kl с образованием свободного иода в количестве, эквивалентном кислороду.

2Mn(OH)3 + 3H2SO4 + 2KI = 2MnSO4 + K2SO4 + I2 + 6H2O ;

I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6 .

Предел обнаружения растворенного кислорода по этому методу составляет 0,05 мг/л.

Оборудование, реактивы:

1)склянки с притертой пробкой на 120 мл;

2)пипетки на 1 мл, 2 мл;

3)конические колбы на 250 мл;

4)бюретка для титрования;

5)сульфат или хлорид марганца (II) раствор. Для приготовления раствора

200 г MnSO4 2H2O (или 240 г MnSO4 4H2O, или 182 г MnSO4 H2O, или

16

212,5 г MnCI2 4H2O) растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 0,5 л. Фильтруют через бумажный фильтр. В кислой среде при добавлении Kl разбавленный раствор не должен выделять свободного йода;

6)щелочной раствор Kl: а) 75 г Kl растворяют в 50 мл дистиллированной воды. При подкислении разбавленный раствор не должен выделять йод; б) 250 г NaOH или 350 г KOH растворяют в 250 мл дистиллированной прокипяченной воды (для удаления CO2). Оба раствора смешивают и доводят объем до 0,5 л;

7)серная кислота (пл. 1,84 г/мл), разбавленный раствор 1:1;

8)тиосульфат натрия Na2S2O3 5H2O, 0,02 н;

9)крахмал, 1 %-ный раствор.

Материал вода водоема.

Ход работы

Пробы воды отбирают в прокалиброванные стеклянные емкости с притертой пробкой вместимостью 120 мл. Склянки опускают на глубину 0,5 м, вынимают и сразу закрывают пробкой, чтобы под пробкой не образовались пузырьки воздуха. После этого сразу же на месте отбора фиксируют кислород, для чего в склянки при помощи пипетки на 1 мл, погружая ее до дна, вносят 1 мл раствора MnSO4 или MnCI2. Другой такой пипеткой в верхнюю часть склянки вносят 1 мл щелочного раствора Kl. Излишек жидкости из склянки стекает через край на подставленную чашку Петри. Склянку осторожно закрывают пробкой, слегка наклонив ее, при этом из склянки выливают 2 мл исследуемой воды, т. е. столько, сколько налили реактивов. В склянке не должно оставаться пузырьков воздуха. Склянка не должна оставаться открытой. Затем жидкость перемешивают перевертыванием.

Перед титрованием (осадок должен хорошо осесть) приливают 2 мл H2SO4 (1:1). Раствор H2SO4 вносят пипеткой в нижнюю часть склянки, при этом часть жидкости переливается через край. Закрывают склянку пробкой по тем же правилам и перемешивают до растворения осадка Mn(OH)3.

После этого всю пробу переливают в коническую колбу для титрования вместимостью 250 мл и титруют 0,02 н раствором тиосульфата натрия при непрерывном помешивании до слабо-желтого цвета, после чего прибавляют 1 мл раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски.

Расчет содержания растворенного кислорода в воде X (мг/л) производится по формуле

X A H 8 1000 ,

V1 V2

17

где А объем тиосульфата натрия, пошедшего на титрование, мл; H нормальность Na2S2O3 с учетом поправки;

V1 объем пробы в склянке, мл (120 мл);

V2 объем реактивов, добавленный до образования Mn(OH)2 (2 мл); 1000 пересчет на 1 л; 8 эквивалентная масса кислорода, соответствующая 1 мл 1 н

раствора Na2S2O3.

X A 0,16 K 1000, 120 2

где К поправочный коэффициент.

Все данные, полученные в работах № 1 4, занести в табл. 3.

2. АНАЛИЗ СНЕГА

Для экологической характеристики местности, имеющей снеговой покров, необходимо изучение основных показателей загрязнения снега. Оценку загрязнения снега можно сделать после проведения несложных анализов: определение количества твердых загрязняющих частиц,

величины рН, качественное обнаружение ионов Сl , CrO42 , SO42 , CO32 , HCO3; Ca2+.

Загрязнение снега твердыми частицами происходит преимущественно за счет техногенного фактора через осаждение пыли, золы, сажи (агломераты углеродных частиц), дыма.

При сжигании угля и нефти в атмосферу поступает огромное количество летучей тонкой золы, аэрозолей, рН которых колеблется от 2,8 3 до 9 12. Попадание таких компонентов в снег, а затем в почву вызывает подкисление или подщелачивание среды.

В твердых загрязняющих веществах могут содержаться наиболее токсичные для живых организмов свинец, ртуть, кадмий, цинк (тяжелые металлы), силикатная пыль, сажа. Поэтому в лабораториях мониторинга природной среды проводят анализы твердых загрязняющих веществ снега на наличие тяжелых металлов.

Газопылевые техногенные выбросы часть тяжелых металлов и токсичных элементов содержат в газообразной форме (сурьма, мышьяк. кадмий, цинк), а часть в пылеватой фракции (сульфиды, сульфаты, оксиды, арсениты металлов) При оседании их на снеговой покров и в дальнейшем при таянии снега происходит образование растворимых форм некоторых металлов и миграция их в верхние слои почвы. В верхних гумусовых горизонтах почв удерживается основная масса поступивших из снега загрязняющих тяжелых металлов и неметаллов. Здесь же происходит их первичная трансформация. Степень и направление трансформации

18

соединений в почвах зависят от свойств почв и вида загрязняющих веществ. Почва не загрязняется, если химические превращения загрязняющих веществ в ней приводят к ликвидации их токсичности вследствие перехода в неподвижное или малоподвижное состояние или нетоксичные формы.

Для лабораторных занятий студенты приносят пробы снега, взятые в районе местожительства. Существуют правила отбора проб снега. Для достоверности отбирают 3 пробы в одном месте. Исследуемая площадка должна иметь форму треугольника со сторонами не менее 10 м. В вершинах треугольника размечают по квадрату размером 1 1 м, в которых берут пробы снега методом "конверта", т.е. по углам квадрата (4 пробы) и в центре его всего 5 проб. Потом эти пробы объединяют в одну и используют для анализа. С трех квадратов одного треугольника в конечном счете будет отобрано 3 пробы снега. Для учебных целей допускается объединение их в одну пробу.

Рекомендуется на анализ отбирать снег на всю глубину (при небольшой толщине слоя) или максимально возможную, чтобы суммировать загрязнения, накопившиеся за зимние месяцы. Пробы можно отбирать цилиндром, совком, ложкой или лопатой в чистые полиэтиленовые пакеты, стеклянные банки. Взятые пробы помещают в другие пакеты, куда вкладывают этикетки с указанием места, даты отбора, фамилии исследователя. Хранить пакеты можно на балконе, за окном, в холодильнике.

Перед анализом визуально определяют степень загрязнения снега по его цвету (белый, серый, грязно-белый и др.). Затем снег перекладывают в химический стакан и при комнатной температуре оставляют до полного таяния. Полученную воду используют для анализа

Лабораторная работа № 5. Определение количества твердых загрязняющих частиц

Оборудование, реактивы:

1)весы;

2)фильтры;

3)стеклянные воронки;

4)колбы;

5)мерные цилиндры;

6)стеклянные палочки;

7)сушильный шкаф.

Материал талый снег.

19

Ход работы

Подученную воду после измерения объема фильтруют по стеклянной палочке через складчатый бумажный фильтр в колбу или мерный цилиндр. При окончании фильтрования для анализа оставляют 150–200 мл фильтрата, остальной сохранить до конца исследования.

Фильтры после стекания воды аккуратно снимают с воронок, складывают и помещают в сушильный шкаф для полного высушивания при t° не выше 100°C. Одновременно высушивают такой же чистый фильтр-контроль. Высушенные фильтры взвешивают на аналитических весах и вычисляют количество твердых загрязняющих частиц (г/л) по формуле

X (a b) 1000 ,

V

где а – масса сухого фильтра с осадком, г; b – масса сухого чистого фильтра, г;

V – общий объем фильтра талого снега, мл; 1000 – коэффициент пересчета на 1 л фильтрата.

Лабораторная работа № 6. Определение рН

Величина рН снега обусловлена попаданием из атмосферы не только твердых частиц, как было отмечено выше, но и газообразных загрязняющих веществ: сернистый газ SO2, оксид углерода СО, диоксид углерода CO2, оксиды азота N2O, NO, NO2. Этот показатель очень важен, так как может сильно повлиять на реакцию среды почвы после таяния снега (подкислить или подщелочить).

Для определения величины рН фильтрата используют колориметрический или потенциометрический методы.

Более быстро измерить рН можно с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Чистый снег, как и чистая дождевая вода, имеет рН = 5,6, что связано с наличием в воздухе CO2, образующего угольную кислоту. Если в воздухе много оксидов азота, сернистого газа, диоксида серы и других кислотных оснований, то снег или дождевая вода будут иметь величину рН<5,6 (снег кислый). Если снег имеет значение рН выше 5,6, то он имеет щелочную реакцию и загрязнен оксидами металлов, автомобильными выхлопами.

Оборудование:

1)цилиндр с плоским дном;

2)индикаторная бумага;

20

3) шкала бумажного универсального индикатора. Материал – талый снег.

Ход работы

Полоску индикаторной бумаги опустить в исследуемую воду и сравнить со шкалой бумажного универсального индикатора.

Лабораторная работа № 7. Определение ионного состава

В фильтрате талой воды определяют наличие ионов Сl , CrO42 тестированием.

Оборудование:

1)цилиндр с плоским дном;

2)индикаторная бумага – хромат-тест,

3)тест на активный хлор;

4)контрольные шкалы.

Материал – талый снег.

Ход работы

Извлечь из пакета индикаторную полоску. Отрезать от нее рабочий участок размером не менее 1 см2 (оставшуюся полоску поместить обратно). Полоску бумаги опустить в исследуемую воду, через 3 мин сравнить с образцами на контрольной шкале.

Результаты анализа воды и снега занести в табл. 3.

Сточные воды

Осадок

Запах

Температура

Прозрачность

Цветность

Вкусы и привкусы

Реакция (рН)

Количество кислорода

21

Фильтрат воды

Осадок

Запах

Температура

Прозрачность

Цветность

Вкусы и привкусы

Реакция (рН)

Сухой остаток

Количество кислорода

Талый снег

Твердые частицы

Реакция (рН)

Наличие ионов Сl

наличие ионов CrO42

В выводе отразить соответствие исследуемой воды и снега нормативам.

3. АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ

Лабораторная работа № 8. Определение поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Под ПАВ подразумевают вещества, которые входят в состав моющих средств. Это одна или несколько групп поверхностно-активных агентов и несколько связывающих компонентов. Первые уменьшают поверхностное натяжение жидкости, в которой они растворяются и образуют стабильную эмульсию или суспензию с частицами удаляемых загрязнений. Связывающие компоненты снижают жесткость воды за счет образования с водой щелочного раствора, в котором моющие свойства поверхностно-активных групп особенно эффективны. Поверхностноактивные агенты могут быть анионоактивными, катионоактивными и неионогенными.

Гидрофильные волокна (хлопок, шерсть, шелк) очищаются анионоактивными агентами. Полиамидные и полиэфирные волокна гидрофобны, они лучше очищаются в присутствии неионогенных веществ. Анионоактивные ПАВ начали применяться раньше других и до сих пор

22

они являются основными ПАВ. В качестве связывающих компонентов наиболее часто применяют смеси полифосфатов с триполифосфатом натрия (Na5P3O10). Активный связывающий агент ион (P3O105 ) взаимодействует с ионами Ca2+ и Mg2+ в воде и в твердых загрязнениях.

Поверхностно-активные и связывающие агенты, попадая в водоем, загрязняют воду, причем скорость их разложения в воде низкая. Поэтому снижается эффективность работы биологических фильтров и отстойников из-за стабилизации коллоидных суспензий. Сточные воды с ПАВ образуют пену, в которой концентрируются микробы, в том числе и болезнетворные. Полифосфатные связывающие агенты в воде гидролизуются, образуя монофосфаты, т.е. поставляют биогенный элемент фосфор в водоем, вызывая тем самым разрастание водных растений с последующим отмиранием, сопутствуя эвтрофикации водоема. Предельно допустимая концентрация большинства анионоактивных веществ в воде водоемов 0,5 мг/л.

Метод определения основан на взаимодействии анионоактивных веществ с метиленовым синим с последующим образованием растворимого в хлороформе окрашенного соединения. Это соединение экстрагируют в щелочной среде, промывают кислым раствором метиленового синего, чем устраняется мешающее влияние хлоридов, нитратов, роданидов и белков. Влияние катионоактивных ПАВ, сульфидов (восстанавливающих метиленовый синий) устраняется добавлением к пробе пероксида водорода. Чувствительность экспресс-метода 0,1 мг/л. Этот метод позволяет проводить определение в полевых условиях.

Оборудование, реактивы:

1)фотоколориметр;

2)пробирки на 20 мл;

3)пипетки на 1 мл, 10 мл с делениями;

4)мерные колбы на 100 мл, 1000 мл;

5)дистиллированная вода;

6)пероксид водорода (H2O2), 3 %-ный раствор. Применяется свежеприготовленным;

7)фосфатный буферный раствор рН 10. Один грамм гидроортофосфата натрия (Na2HPO4) (безводного) растворяют в дистиллированной воде, добавлением раствора гидрооксида натрия (NaOH) доводят рН до 10, разбавляют до 100 мл дистиллированной водой и перемешивают;

8)нейтральный раствор метиленового синего. 175 мг метиленового синего растворяют в дистиллированной воде и разбавляют водой до 1000 мл;

9)серная кислота, 0,3 %-ный раствор. 3 мл концентрированной H2SO4 разбавляют дистиллированной водой до 1000 мл;

10)хлороформ;

23