МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра безопасности жизнедеятельности

Мониторинг среды обитания

Контрольная работа № 2

Методические указания к контрольной работе по курсу

«Мониторинг среды обитания»

по направлению 280101 - «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»)

Новосибирск — 2007

1. Характеристика физических показателей качества воды

При оценке качества воды источника необходимо знать ее физические показатели (температуру, запах, вкус, мутность и цветность).

Температура воды. Температура природных вод зависит от их происхождения. Воды подземных источников отличаются постоянством температуры, причем с увеличением глубины залегания вод сезонные колебания температуры уменьшаются. Наоборот, температура вод открытых водоемов (рек, прудов, водохранилищ) претерпевает значительные изменения, связанные с нагреванием и остыванием водоемов. Так, температура воды Днепра(возле Киева) изменяется в течении года от 0,1(зимой) до28 С (летом). Помимо сезонных изменений на температуру воды в отдельных местах открытых водоемов влияет поступление в них подземных вод , а также тепловых выбросов промышленности. Оптимальная температура воды, используемой для питья, составляет 7-11 С.

Прозрачность или мутность воды. Природные воды, особенно поверхностные, почти никогда не бывают прозрачными из-за наличия в них взвешенных частиц глины, песка, ила, водорослей и других веществ минерального или органического происхождения.

Причиной мутности речных и озерных вод могут быть составные части почв и горных пород, вымываемыми реками из своего русла, а также талые воды и ливневый смыв, т.е. твердые осадки, смываемыми дождями с почвы лесов, полей, лугов и улиц населенных пунктов. Ливневый смыв в период сильных дождей повышает мутность воды в несколько раз. В больших водоемах помутнение воды происходит за счет взмучивания осадков со дна вследствие волнения в ветреную погоду, в результате массового развития одноклеточных водорослей и по другим причинам.

Мутность воды в реках в различные времена года значительно изменяется, причем обычно она резко возрастает весной в период половодья. Наименьшая мутность наблюдается в зимнее время, когда реки покрыты льдом. Например, Днестр характеризуется двумя повышениями мутности: в апреле-мае причиной является весеннее таяние снега, в июле - выпадение дождей.

Мутность некоторых рек весьма значительна. В СССР большой мутностью характеризуются реки среднеазиатских республик. Содержание взвешенных веществ в них во время половодий и паводков достигает несколько тысяч миллиграммов на 1 л. Реки средней и северной части СССР, как и многие реки Сибири, имеют значительно меньшую мутность. Иногда повышение мутности воды вызывается выделением твердых частиц различных веществ, например некоторых углекислых солей (за счет уменьшения содержания свободной угольной кислоты), гидроксида железа(3) (вследствие окисления кислородом воздуха солей железа (2) и др.).

Количественное определение взвешенных веществ в воде весовым способом занимает много времени, и в практике чаще применяются методы косвенной оценки: установление прозрачности или мутности воды. При содержании взвешенных веществ менее 3мг/л определяют не прозрачность, а мутность воды (понятие, обратное прозрачности), сравнивая испытуемую воду со стандартными суспензиями. Согласно ГОСТ 3351-74 мутность воды определяется фотометрическим способом и выражается в миллиграммах на 1 л.

Цветность воды. Чистая вода, взятая в малом объеме, бесцветна. В толстом слое она имеет голубовато-зеленый оттенок. Другие оттенки свидетельствуют о наличие в ней различных растворенных и взвешенных примесей. Для выяснения природы цветной воды необходимо в каждом конкретном случае установить причину, вызвавшую появление того или иного цвета.

Изменение цветности воды в основном обуславливают органические соединения, которые в природных водах весьма разнообразны. Некоторые из них входят в состав организмов, населяющих воду, а часть является продуктами их жизнедеятельности или распада. В природной воде установлено присутствие гумусовых и дубильных веществ, белково – и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и витаминов. Иногда источником окрашенных органических соединений в водоемах служат промышленные и бытовые сточные воды. Коллоидные железистые соединения придают воде оттенки от желтоватых до зеленых.

При цветении водоемов в зависимости от вида организмов вода приобретает светло-зеленую окраску (при массовом развитии водорослей из группы протококковых), зеленовато-бурую (при развитии перидиниевых) или изумрудно-зеленую ( при развитии сине-зеленых). При попадании в воду отходов различных производств цвет ее может значительно изменяться в зависимости от окраски загрязняющих веществ.

Цвет природных вод открытых водоемов чаще всего обусловлен гумусовыми веществами, окрашивающими воду в различные оттенки желтого и бурого цветов. Гумусовые соединения представляют собой высокомолекулярные вещества, содержащиеся в своей основе ядра в виде плоских сеток циклически полимеризованного углерода и боковые цепи линейнополимеризованного углерода с атомными (Н, О и др.) и функциональными (ОН, СООН) группами.

Гумусовые вещества образуются в результате разложения нестойких органических веществ до более простых химических соединений и последующего синтеза новых, стойких соединений. Известно несколько групп гумусовых веществ, отличающихся элементарным составом, растворимостью и т.д. В природных водах гумусовые соединения представлены фульто- и гуминовыми кислотами, а также их солями. Источники образования гумусовых веществ в природных водах различны.

В болотных водах основным источником органических веществ являются различные водные растения. В озерах и водохранилищах органические вещества образуются за счет растительных и животных организмов, взвешенных в толще воды; частично эти вещества поступают с речными, грунтовыми и болотными водами, а также с водами поверхностного стока.

Грунтовые воды обогащаются органическими веществами при прохождении через почву. Степень обогащения грунтовых вод гумусовыми веществами зависит от многих причин: гумус подзолистых почв обладает наибольшей относительной растворимостью, гумус черноземов – наименьшей, лесные почвы занимают промежуточное положение. Растворимость гумуса пахотных земель выше, чем целенных. Изменяется растворимость гумуса и по горизонтам почвы.

Количество органических веществ, образующихся в речных водах, очень незначительно. Однако, принимая и перемещая дождевые, талые, озерные, болотные и грунтовые воды, реки могут приобретать органические вещества различного происхождения в зависимости от относительного вклада каждого такого стока.

Главным источником окрашенных органических веществ в природных водах является почвы и торф. Присутствие органических веществ в воде обуславливает не только определенную цветность, но влияет также на ее прозрачность, запах и вкус, показатель преломления света, поверхностное натяжение, биохимическую потребность в кислороде (БПК) и его растворимость. Согласно данным, органические вещества могут быть косвенной причиной различных заболеваний, возникающих вследствие связывания этими соединениями редких и рассеянных элементов, необходимых для нормальной физиологической деятельности человеческого организма.

Иногда находящиеся в воде примеси состоящие из органических и неорганических веществ, химически или адсорбционно связаны между собой. Так, известны устойчивые соединения гумуса с глиной, комплексные органоминеральные соединения с алюминием, фосфором, кремнием, железом и т.д.

В настоящие время водный гумус привлекает внимание многих исследователей, которые изучают его фракционный состав, оптические свойства, устойчивость к воздействию окислителей и адсорбентов, биологическую активность и т.п. Результаты изучения водного гумуса Москвы-реки, Ушинского водохранилища, Волги, Дона, Днепра и др. показали, что соотношение отдельных групп гумусовых веществ (гуминовых и фульвокислот) не является постоянной величиной, как для различных водоисточников, так и для данного источника в разные времена года. Например, истинно растворенные фульвокислоты зимой в воде Москвы – реки составляли 32% общего содержания гумусовых веществ, летом – 47% гуминовые кислоты – соответственно 9 и 24%.

Содержание истинно растворенных фульвокислот в воде Учинского водохранилища зимой составляло 80, а летом – 46-49%, коллоидные фульвокислоты зимой отсутствовали, летом их количество достигало 39-44%.

При изучении динамики состава гумусовых веществ днепровской воды оказалось, что содержание гуминовых кислот в воде Днепра относительно постоянно и не превышает 8-10% общего содержания гумусовых веществ; 90-92% приходится на долю истинно- и коллоидно растворенных фульвокислот.

Соотношение различных групп фульвокислот на протяжении года меняется. В период высокого горизонта воды повещается относительное содержание коллоиднорастворенных фульвлокислот.

Устойчивость гумусовых веществ к действию окислителей и адсорбентов возрастает в ряду: гуминовые кислоты – коллоиднорастворенные фульвокислоты – истинно растворенные фульвокислоты. Поэтому при очистке воды коагулированием наряду с цветностью обязательно должен учитываться фракционный состав обуславливающих ее гумусовых веществ, так как возрастание в составе гумусовых веществ истинно растворенных фульвокислот может привести к ухудшению процессов коагулирования, несмотря на меньшую цветность воды. Цветность воды выражается в градусах и определяется фотометрически – путем сравнивания проб испытуемой жидкости с растворами, имитирующими цвет природной воды.

Вкус и запах воды. Различают четыре вкуса природной воды:

• Соленый

• Горький

• Сладкий

• Кислый.

Природные воды, используемые для водоснабжения, могут обладать соленым или горьким вкусом, что связано с присутствием избытка растворенных солей. В частности избыток MgSO4 вызывает горький вкус, избыток NaCL –соленый. Кислый вкус имеют минеральные воды при избытке растворенной углекислоты. Придел вкусовых ощущений человека достаточно высок (например, хлорфенол обнаруживается на вкус при концентрации 0,000004 мг/л).

Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами. Так, соли железа (2) и марганца придают воде чернильный или железный привкус. CaSO4 – вяжущий. В некоторых случаях привкус является мнимым, кажущимся. Впечатление о нем создается под действием примесей на органы обоняния, а не вкуса. Интенсивность вкуса и привкуса определяется органолептические при 20 С и оценивается по пятибалльной системе. (Табл.1.1.)

Запахи воды бывают естественного и искусственного происхождения. Причиной запахов естественного происхождения могут быть химический состав примисей воды, живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки, специфические соединения, выделяемые некоторыми водорослями и микроорганизмами.

Таблица 1 - Определение интенсивности вкуса, привкуса и запаха воды

Интенсивность	Характер проявления	Оценка интенсивности балл
Нет	Не ощущается	0
Очень слабая	Не ощущается потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследовании	1
Слабая	Замечаются потребителем, если обратить на это внимание	2
Заметная	Легко замечаются и вызывают неодобрительный отзыв о воде	3
Отчетливая	Обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья	4
Очень сильная	Настолько сильны, что делают воду непригодной к употреблению	5

К этим запахам относятся следующие:

• Ароматический

• Болотный

• Гнилостный

• Древесный

• Землистый

• Запах плесени

• Рыбный

• Травянистый

• Неопределенный

А также, запах сероводорода, часто обуславливаемый присутствия последнего в воде.

Причиной часто наблюдающегося землистого запаха воды служат плесени и актиномицеты (род лучистых грибков). Последние широко распространены в почвах, откуда продукты их жизнедеятельности, обладающие запахом, и сами микроорганизмы вымываются в водоемы. Степень вымывания зависит от адсорбционной способности почвы. Песчаные грунты не поглощают пахнущие вещества, илистые задерживают их распространения.

Большие количества органических веществ в природных водах создают благоприятные условия для развития актиномицетов в воде и донных отложениях. Основная масса актиномицетов скопляется на дне водоемов. Загрязнению пахнущими веществами больших объемов воды способствует перемещение ее ветрами и паводками.

Наличие воде запахов естественного происхождения периодически наблюдается в реках и каналах. В водохранилищах запахи часто появляются в период массового развития водорослей, во время так называемого цветения воды. Наиболее распространены диатомовые, сине-зеленые и зеленые равножгутиковые водоросли. При цветении количество клеток в 1мл воды увеличивается до 200- 300млн, а в обычных условиях – до 150-200 тыс. Вся эта огромная масса клеток в процессе жизнедеятельности выделяет в воду специфические органические вещества, которые отмирают, осаждаются и гниют на дне водоема.

Вещества, обуславливающие запахи естественного происхождения, являются сложными смесями ароматических углеводородов и кислородосодержащих соединений (спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры). Они летучи, разрушаются сильными окислителями и хорошо поглощаются активированным углем. Запахи искусственного происхождения, вызываемые примесями промышленных сточных вод, называются по соответствующим веществам: фенольный, хлорфенольный, нефтяной и т.д.

Характер и интенсивность запаха воды определяются органолептические при 20 и 60 градусах С (при дегустировании холодной и подогретой воды запах усиливается) и оцениваются по пятибалльной системе. Для более объективной оценки дегустатором интенсивности привкуса и запаха воды применяется метод разбавления испытуемой воды дистиллированной с установлением кратности разбавления, необходимой для того, чтобы вкус или запах стал неощутимым.

В последние время делаются попытки не только создать объективные методы для определения привкуса и запаха, но и найти способ выделения продуцирующих их веществ. Одной из таких попыток является усиление слабых концентраций привкусов и запахов паровой дистилляцией. Для выделения больших количеств запахов и привкусообразующих веществ, применяется адсорбция их на активированном угле с помощью экстракцией хлороформом или эфиром и установлением характера этих веществ групповой сепарацией и специальными методами анализа.