X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Вода – наиболее распространенное, доступное и дешевое вещество. Именно доступность и незаменимость воды обусловила ее широкое применение в быту, промышленности и сельском хозяйстве, медицине – во всех сферах человеческой деятельности.

Природные воды – сложные многокомпонентные системы. Так, вода существует не в виде химического соединения, состоящего из водорода и кислорода, а представляет собой сложное тело, в состав которого помимо молекул воды входят самые разнообразные вещества.

Общая минерализация - суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества как правило находятся именно в виде солей.

Высокий показатель минерализации влияет на живые организмы и является индикатором опасности.

Цель работы : определить степень общей минерализации и ее солевого состава в природных водоемах Курганской области.

Какие компоненты определяют общую минерализацию , если :

Провести теоретическое обоснование общей минерализации
Разработать методику изучения компонентов ,определяющих общую минерализацию
Провести опытно - экспериментальное исследование и сделать выводы.

Объектами моего исследования являются реки и карьеры Курганской области Белозерского и Кетовского районов для рекреационного и хоз-бытового водопользования.

Задачи :

Провести теоретическое обоснование общей минерализации
Разработать методику изучения компонентов ,определяющих общую минерализацию

Провести опытно - экспериментальное исследование и сделать выводы.

Методы исследования:

Сухого остатка гравиметрическим методом; титрометрическое определение гидрокарбонатов , титрометрические определения хлоридов, определение сульфат-ионов.

Значение работы:

Научная значимость состоит в том, что уровень солесодержания обусловлен качеством воды в природных источниках

Практическая значимость состоит в возможности использования полученных знаний в качестве природных водоемов для населения и разработке методов очистки .

Глава 1. Теоретическое обоснование общей минерализации.

1.  
   Общая минерализация

Природные воды – сложные многокомпонентные системы. Так, вода существует не в виде химического соединения, состоящего из водорода и кислорода, а представляет собой сложное тело, в состав которого помимо молекул воды входят самые разнообразные вещества.

Общая минерализация - суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества как правило находятся именно в виде солей

Уровень солесодержания в питьевой воде обусловлен качеством воды в природных источниках

В зависимости от минерализации (мг/л) природные воды можно разделить на следующие категории:

Ультрапресные < 0.2 Пресные 0.2 - 0.5 Воды с относительно повышенной минерализацией 0.5 - 1.0 Солоноватые 1.0 - 3.0 Соленые 3 - 10 Воды повышенной солености 10 - 35 Рассолы > 35

На минерализацию вод влияют как природные факторы, так и воздействие человека. Природная минерализация зависит от геологии района происхождения вод.Различный уровень растворимости минералов природной среды оказывает серьёзное влияние на итоговую минерализацию воды.

Главнейшие ионы, содержащиеся в природных водах:

• катионы: Na+, K+, Ca2+, Mg2+;

• анионы: HCO3-, SO42-, Cl-.

Суммарную концентрацию всех минеральных ионов, имеющихся в воде, обозначают как ее соленость. Наиболее часто соленость пресных вод выражается в миллиэквивалентах, а морских вод – в граммах на 1 кг, или в промилле (о/оо). Значение минеральных ионов в жизни гидробионтов очень многогранно. Одни из них, получивших название биогенов, необходимы растениям для обеспечения процессов биосинтеза. К таким биогенам, лимитирующим рост и развитие гидрофитов, в первую очередь относятся ионы, содержащие азот, фосфор, кремний и железо[8]

Минерализация воды сильно меняется по сезонам года, заметно снижаясь во время паводков. За счет разбавления меженных вод слабоминерализованными паводковыми может даже меняться принадлежность реки к тому или иному классу. Содержание биогенов в реках сильно варьирует в зависимости от их характера и сезона года [6]

Модель «черного» ящика

С

Минерализация

олевой состав

 

Общей минерализации

Концентрация

солевого состава

Модель «черного ящика» позволяет рассмотреть отдельно изучаемую систему и факторы окружающей среды.

Во внешней среде выделяют все разнообразие факторов и делят:

Главные(лимитирующие) – факторы, оказывающие влияние или могущие оказать влияние на жизнеспособность .

Фоновые(вторичные) – факторы, могущие оказать влияние на систему или отдельные компоненты .

На выходе указывается основной результат воздействия внешней среды.

1.2.Солевой состав общей минерализации

Концентрация хлоридов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям, коррелирующим с изменением общей минерализации воды. Содержание хлоридов в воде определяют в химической лаборатории при помощи титрования.

Повышенные содержания хлоридов ухудшают вкусовые качества воды, делают ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивают применение для многих технических и хозяйственных целей, а также для орошения сельскохозяйственных угодий. Если в питьевой воде есть ионы натрия, то концентрация хлорида выше 250 мг/дм3 придает воде соленый вкус. Концентрации хлоридов и их колебания, в том числе суточные, могут служить одним из критериев загрязненности водоема хозяйственно-бытовыми стоками.

Нет данных о том, что высокие концентрации хлоридов оказывают вредное влияние на человека. ПДК составляет 350 мг/л

Сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах и являются одними из важнейших анионов.

Главным естественным источником сульфатов являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания живых организмов, окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения.

Концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением общей минерализации воды.

Сульфаты в присутствии кальция способны образовывать накипь, так что их содержание строго регламентируется и в технических водах. ПДК сульфатов согласно СанПиН» - 500 мг/л

Гидрокарбонаты в питьевой воде – это компоненты, определяющие ее щелочность. Их содержание в воде объясняется несколькими процессами:

растворением атмосферного углекислого газа;

взаимодействием воды с известняками, которые находятся в прилегающем грунте;

жизненными процессами дыхания организмов, жизнь которых протекает в воде.

Определяя, в какой концентрации находятся гидрокарбонаты в питьевой воде, мы в большинстве случаев устанавливаем величину общей щелочности воды

Гидрокарбонаты в воде природной – это прежде всего соли кальция и магния . При нагреве и кипячении растворенные гидрокарбонаты элементов жесткости перейдут в нерастворимые карбонаты, и вода станет мягче.

ПДК гидрокарбонатов – 1000мг/л

Глава 2. Характеристика объекта и методика исследования.

2.1 Объект исследования.

Объектом исследования являются водоемы Курганской области, Белозерского и Кетовского р-нов.

Пробы воды были взяты в 10 точках:

Р.Вятка(Левый берег) Белозерского р-на Курганской области

Р.Вятка (правый берег) Белозерского р-на Курганской области

Р.Тобол С. Корюкина (остатки отнаводнения) Белозерского р-на Курганской области

Р.Тобол (справа от платины) Экотропа С.Боровское Белозерского р-на Курганской области

Р.Ик (на выезде) пос.Старый просвет Кетовского р-на Курганской области

Водоем 1 Просветский дендрарий (ближе к посадкам), пос.Старый просвет Кетовского р-на Курганской области

Водоем 2 Курганский дендрарий,пос. Старый просвет Кетовского р-на Курганской области

Просветский карьер ,пос. Старый просвет Кетовского района Курганской области

Р.Тобол (за плотиной) пос. Старый Просвет Кетовского района Курганской области.

Рис.1.Карта отбора проб

Белозерский р-н Район расположен в северной части Курганской области и граничит с Тюменской областью, с Шатровским, Каргапольским, Варгашинским , Кетовским районами области.

В районе находится экотропа Белозерского государственного природного зоологического заказника. Этот заказник — старейший в регионе — был образован 23 декабря 1971 года. Основными объектами охраны являются лось, косуля сибирская, боровая дичь, а также редкие и исчезающие виды животного и растительного мира, включенные в Красные книги Российской Федерации и Курганской области. Его территория интересна своими ценными природными комплексами: природа отличается уникальной красотой и малой степенью антропогенного воздействия.

Памятник природы «Просветский дендрарий» расположен на территории Старопросветского сельского поселения. Он закреплён за Государственным казённым учреждением «Территориальный государственный экологический фонд Курганской области» (ГКУ «Экофонд»). Площадь дендрария около 1 км². Недалеко от автобусной остановки стоит памятник воинам землякам, погибшим в годы Великой Отечественной войны. Координаты памятника № 55°36.049' E 65°02.777'.

1 сентября 1893 г. в г. Кургане при уездном лесничестве была открыта Лесная школа.

17 сентября 2010 года в п. Старый Просвет был открыт Музей леса.

На левом берегу реки Ик расположен заболоченный сосново-березовый и мелколиственный лес с произрастанием лиственницы сибирской естественного происхождения. Возраст отдельных деревьев превышает 200 лет. Сложившееся здесь сообщество является очень редким для лесостепи.

2.2.Описание методики

Метод отбора проб

Установление стабильных характеристик воды определяется визуально, время установления указанных характеристик может быть индивидуальным. Отобранная проба выдерживается в герметичной (во избежание контакта пробы с воздухом) емкости в течение времени, необходимого для осаждения мелкодисперсных частиц (не менее 2 - 3 часов), которые могут попасть в пробу. Каждая отобранная проба снабжается этикеткой, наклеенной на емкость с пробой и актом отбора.

В акте отбора проб должна быть указана дата и время отбора пробы и содержаться вся информация, необходимая для идентификации источника водоснабжения.

Определение сухого остатка

Сухим остатком называют остаток , полученный после выпаривания отфильтрованной пробы воды и высушенной до постоянной массы при температуре 110-120 ˚ С

Перед определением пробу фильтруют. В предварительно взвешенную фарфоровую чашку(т_1, в граммах) помещают 100мл подготовленного фильтрата. Содержимое чашки сначала выпаривается, а затем, с образовавшимся сухим остатком выдерживается в термостате при температуре +105˚ С до постоянной массы (т₂,в граммах). Окончательный расчет переводится по формуле:

М=((т₂-т₁)×1000)/V,(г/л).

Титрометрическое Определение гидрокарбонатов.

В коническую колбу объемом 100 мл. помещают 25 мл. исследуемой воды, после чего прибавляют 2-4 капли раствора метилоранжа. Пробу титруют 0,1 Н раствором соляной кислоты HCl, постоянно перемешивая, до перехода желтой окраски раствора в слабо-розовую. Для этого чтобы заметить момент перехода, титрование проводят на белом фоне или в присутствии контроля. Концентрацию гидрокарбонатов рассчитывают по формуле:

[HCO₃^-]=_, (моль/л),

где V1 – объем пробы(мл);

V2 – объем раствора HCl, пошедший на титрование(мл);

N – нормальность раствора HCl.[7]

Определение сульфат ионов в воде водоёмов.

В химические стаканы объёмом 200мл помещают 50мл предварительно профильтрованной пробы, добавляют 3-4 капли метилоранжа(0,1% спиртовой раствор) и несколько капель концентрированной соляной кислоты HCl до появления устойчивого розового окрашивания. Смесь упаривают. При исчезновении розовой окраски снова добавляют кислоту. После упаривания до 1/3 объёма добавляют 5-10 мл 5 % раствора BaCl₂. Образовавшийся осадок количественно переносим на предварительно взвешенный фильтр, несколько раз промывая горячей дистиллированной водой. Фильтр высушивают и взвешивают. Содержание сульфатов в пробе определяется по формуле:_= _,(мг/л)

т₂ –вес фильтра с осадком(мг)

0,4115- коэффициент пересчёта на_;

т₁- постоянный вес сухого фильтра(мг)

1000- пересчёт объема на 1 литр;

V- объем исследуемой воды(мл)

Глава 3. Результаты исследования.

Общая минерализация.

Рис.2 Общая минерализация рек КО

Рис.3 Общая минерализация карьеров КО

Уровень солесодержания обусловлен качеством воды в природных источниках (которые существенно варьируются в разных геологических регионах вследствие различной растворимости минералов). Российские нормативы допускают минерализацию 1000-1500 мг/л. Следовательно, все пробы воды отвечают требованиям.

При изучении минерализация в реке Вятка выяснилось, что она изменчива. Правый берег содержит больше солей ,чем левый. Так же наблюдается большой спад минерализации вниз по течению в с.Боровском.

В р.Вятка уровень солесодержания выше ,чем в р.Тобол и р.Ик.

В Курганском дендрарии водоем №1 превышает остальные карьеры по содержанию солей.

Содержание гидрокарбонатов

Рис.4. Содержание гидрокарбонатов в реках КО.

Рис.5 Содержание гидрокарбонатов в карьерах КО.

ПДК гидрокарбонатов – 1000мг/л . Все водоемы входят в норму Сан Пин

Содержание гидрокарбонатов в реке Вятка повышается вниз по течению. В пробе левого берега содержится меньше гидрокарбонатов, чем в пробе правого.

В р.Ик гидрокарбонатов больше ,чем в р.Тобол остатки от наводнения, и примерно на одном уровне в пробах отобранных в р.Вятке.

Содержание хлоридов(мг/л)

Рис.6 Содержание хлоридов в реках КО.

Рис.7 Содержание хлоридов карьерах КО.

Хлориды присутствуют практически во всех водах. Повышенное содержание хлоридов в совокупности с присутствием в воде аммиака, нитритов и нитратов может свидетельствовать о загрязнённости бытовыми сточными водами.

ПДК хлоридов в воде для хоз.бытового и рекреационного использования качества - 350 мг/л.

Р.Вятка правый берег, С.Корюкино остатки от наводнения, Экотропа С.Боровое за плотиной превышают норму Сан. Пин.

Из данных проб наибольшее содержание хлоридов наблюдается в р.Вятка Экотропа с.Боровское права от плотины, а наименьшее в р.Вятка правый берег.

Содержание сульфат - ионов.

Рис.8.Содержание сульфат – ионов в реках КО.

Рис.9 Содержание сульфат – ионов в карьерах КО.

Минимальное содержание сульфат-ионов в пробе р.Вятка Экотропа с.Боровское справа от плотины. Так же в 3 пробах содержится одинаковое количество сульфат-ионов р.Вятка левый берег, р.Ик и р. Тобол с.Корюкино остатки от наводнения.

Все пробы воды входят в норму Сан-Пин , которая равна 500мг/л

Заключение

В процессе исследования были решены поставленные задачи :

Проведено теоретическое обоснование общей минерализации
Разработана методика изучения компонентов ,определяющих общую минерализацию

Проведено опытно - экспериментальное исследование

Так же достигнута цель определить степень общей минерализации и ее солевого состава в природных водоемах Курганской области.

Основные анионы составляющие общую минерализацию природных вод это сульфаты, хлориды и гидрокарбонаты.

В результате проведенной работы можно сделать вывод о том, что воды рек и карьеров имеют небольшую минерализацию.

Р.Вятка левый берег, С. Корюкино остатки от наводнения ,Экотропа С. Боровское справа от плотины превышаю содержание по хлоридам. Повышенное содержание хлоридов уменьшает срок эксплуатации бытовых приборов, приводит к коррозии

Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат- ионы - горький, гидрокарбонат- ионы безвкусны.

Порог ощущений для сульфатов находится на уровне 500 мг/л, а для хлоридов – на уровне 350 мг/л

По уровню сульфатов и гидрокарбонатов все образцы входят в норму.

Для технической жидкости по ряду отраслей промышленности возникает необходимость обеспечить более строгие нормы солесодержания. Так предотвращение отложений солевого осадка в пароводяных трактах ТЭЦ или ТЭС может быть обеспечено присутствием солей в минимальном количестве

Список литературы:

Алпатьев А.М. Развитие, преобразование и охрана природной среды.

Л.: Наука, 1983 с.173

Бухтояров О.И., Несговорова Н.П. ,Савельев В.Г ,Богданова Е.П. Методы экологического мониторинга качества сред жизни и оценки их экологической безопасности : учебное пособие – Курган : Изд-во Курганского гос.ун-та,2015,с.18,19

Качество воды / URL: http://milkon-nt.ru/kachestvo_vody (дата обращения 15.05.17)

Гигиенические требования к охране поверхностных вод: Санитарные правила и нормы. – М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000. – 24 с.

Дерпгольц В.Ф. Мир воды. Л.: Недра, 1979 с .75

Козлов О.В. ,Козлова С.В. , Методы исследования экосистем водоемов: учебное пособие по экологическому практикуму – Курган : ИПКРО,2000. с.13-14

Константинов А.С. Общая гидробиология. М.: Высшая школа, 1986. с.127

Несговорова Н.П. Почвоведение. Методические указания к выполнению лабораторных работ, Определение содержания в почве нитратного азота. – Курган, 2009. – 64 с.

Оуэн О.С. Охрана природных ресурсов. М.: Колос, 1977.

Петин А.Н. Анализ и оценка качества поверхностных вод: учеб. пособие/ А.Н. Петин, М.Г. Лебедева, О.В. Крымская. – Белгород: БелГУ, 2006. – 252 с.

Таубе П.Р., Баранова А.Г. Практикум по химии воды. М.: Высшая

школа, 1971. с.96

ПДК вредных веществ в воде / URL : http://www.yaklass.ru (дата обращения 24.05.17)

Показатели определения качества воды / URL : http://teplosten-aqua.ru (дата обращения 26.05.16)

Химический состав воды/ URL: http://all-about-water.ru/chemical-composition.php (дата обращения 25,05.2017)

Код для цитирования: Скопировать