УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА "Исследование химического состава воды родников "

Секция естественных наук и экологического краеведения

УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Исследование химического состава воды родников д.Фроловское и Старое Кстово в сравнении с водопроводной водой п.Ждановский

Выполнил:

Резчиков Максим Олегович

ученик 10А класса

Кстовского района

Научный руководитель:

Лонскова Валентина Викторовна учитель биологии

МБОУ СОШ п. Ждановский

п. Ждановский – 2014

Оглавление

стр.

Введение………………………………………………………………..3

1. Методика исследовательской работы

1.1. Определение цветности ………………………………………..6

1.2. Определение водородного показателя (рН)…………………..….6

1.3. Определение общей жесткости…………………………………….7

1.4. Определение карбонатов, гидрокарбонатов ……………………..7

1.5. Определение аммония ………………………………………….....8

1.6. Определение фосфатов..........................................................9

1.7. Определение железа общего …………………..………………….9

1.8. Определение хлоридов……………………………………..……..10

2. Основная часть

2.1.Выполнение исследовательской работы………………………..…..11

2.2. Результаты исследовательской работы…………………………...12

Заключение…………………………………………………………….13

Литература…………………………………………………………… 14

Введение

Родник – не просто источник питьевой воды,
это – живая нить, которая связывает нас
не только с прошлым, но и с будущим.

Вода на нашей планете изменяется, как и вся окружающая среда, но вода – это источник жизни, и среда, в которой протекают все жизненные процессы, и растворитель, выносящий из организма вредные его отходы и вносящий нужные ему вещества.

Деятельность человеческого общества немыслима без воды. В прошлом, как правило, потребность в воде удовлетворялись за счет использования естественных источников, причем несбалансированное водоснабжение было одной из причин, приводящих к гибели целые цивилизации.

Иногда, казалось бы, довольно безобидные отходы, попадающие в море по халатности людей, вызывают вредные последствия. Десятки миллионов бутылок и пакетов из синтетических материалов используются для обитания различными рачками, моллюсками, водорослями. Течение переносит их на новые участки, приводя зачастую к неблагоприятным нарушениям уже сложившихся экологических систем, к нежелательному сдвигу природного равновесия.

Вода является непременной частью всего живого на земле. Важную роль вода играет и в жизни человека. Некоторые жители России лишены доступа к чистой питьевой воде. Особенно остро эта проблема наблюдается в деревнях, где чистую воду привозят по определенным дням. В такой ситуации важное значение приобретают небольшие родники, источающие из недр земли чистую природную воду. Родники - одни из источников водоснабжения населения. Нередко бывали случаи, что при аварии на водопроводе родники «поили» целый город.

«Водная» проблема, «Водный» голод, «Водный кризис» - этими и подобными тревожными заголовками полны в последние годы газеты и журналы мира. Как же не тревожиться, если появление все новых химических веществ в отходах производства, смытые дождями с полей удобрения и ядохимикаты, приводят к резкому увеличению количества стоков, содержащих вещества, опасные для всего живого. Как не тревожиться, если медики сигнализируют: от болезней, вызванных нехваткой чистой питьевой воды, на земном шаре страдает свыше 800 миллионов человек!

Вопросы экологического состояния вод естественных водоемов актуальны для любого жителя Нижегородской области, так как на территории области насчитывается 500 родников.

Нас, как и любого жителя интересует проблема: каково экологическое состояние родников. Поэтому было решено выполнить исследовательскую работу «Исследование химического состава воды родников д. Фроловское и Старое Кстово в сравнении с водопроводной водой п. Ждановский».

Из сказанного вытекает цель нашей исследовательской работы: провести исследование химического состава воды родников д. Фроловское и Старое Кстово, а также водопроводной воды п. Ждановский, используя разнообразные методы химического анализа.

Главные задачи, вытекающие из поставленной цели таковы:

• подобрать и изучить специальную литературу о методах химического анализа разнообразных химических соединений;

• провести исследование химического состава воды родников д. Фроловское и Старое Кстово, а также водопроводной воды п. Ждановский

• проанализировать химическое состояния воды родников и сравнить его с водопроводной;

• сделать вывод об экологическом состоянии воды родников, прилежащих к деревне Фроловское и города Кстово.

1. Методика исследований.

К общим показателям относят органолептические показатели (мутность, прозрачность, цветность, запах); рН (водородный показатель), общую жесткость (суммарную концентрацию катионов кальция и магния), щелочность и карбонатную жесткость (определяются при выполнении анализа на содержание карбонатов и гидрокарбонатов). К индивидуальным показателям относят содержание компонентов минерального состава (хлоридов, сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов), общего железа, биогенных элементов (нитратов, аммония, ортофосфатов)

1.1Определение цветности

Цветность – естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа.

Определение проводилось по шкале цветности в градусах, сравнивая окраску пробы с контрольной шкалой образцов окраски:

0º; 10º, 20º; 30º; 40º; 60º, 100º, 300º, 1000º – в случае модельных эталонных растворов хром-кобальтовой шкалы;

Определение выполняли с использованием тест-комплекта «Цветность».

1.2.Определение водородного показателя (рН)

Выполнялось с помощью тест-комплекта «рН».

Колориметрическую пробирку споласкивали несколько раз анализируемой водой. В пробирку наливали до метки пробу анализируемой воды (5 мл). Добавили пипеткой-капельницей 3–4 капли (около 0,10 мл) раствора универсального индикатора и

встряхнули пробирку. Окраску раствора сразу же сравнивали с контрольной шкалой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы. Окраску наблюдали сверху через открытое отверстие пробирки на белом фоне при достаточном освещении.

1.3 Определение общей жесткости

Выполняется с помощью тест-комплекта «Общая жесткость».

Мерную склянку ополоснули несколько раз анализируемой водой. В склянку налили до метки анализируемую воду (10,0 мл). Добавили в склянку разными пипетками 6–7 капель раствора буферного аммиачного и 4–5 капель раствора индикатора хром темно-синего. Герметично закрыли склянку пробкой и встряхнули для перемешивания. Постепенно титруя содержимое склянки раствором трилона Б с помощью пипетки и шприца до перехода окраски в точке эквивалентности из винно-красной в ярко-голубую, наблюдали окраску на белом фоне при достаточной освещенности. Определили объем раствора, израсходованный на титрование общей жесткости ( VОЖ, мл). Рассчитали величину общей жесткости (Сож) в моль / л экв., по формуле:

C ож = Vож × 5.

1.4 Определение карбонатов, гидрокарбонатов

Определение является титриметрическим и выполняется с помощью тест-комплекта «Карбонаты».

Выполнение анализа

Титрование карбонат-аниона

В склянку наливаем до метки (10 мл) анализируемую воду. Добавяем пипеткой 3–4 капли раствора фенолфталеина. Постепенно титруем пробу с помощью мерного шприца с наконечником либо мерной пипетки раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) до тех пор, пока окраска побледнеет до слабо-розовой (практически бесцветной), и определяем объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование по фенолфталеину (VФ, мл).

Раствор после титрования карбонат-аниона оставяем для дальнейшего определения в нем массовой концентрации гидрокарбонат-аниона.

Титрование гидрокарбонат-аниона

В склянку наливаем до метки (10 мл) анализируемую воду либо используем раствор после определения карбонат-аниона. Добавяем пипеткой 1 каплю раствора метилового оранжевого. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного шприца с наконечником раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) при перемешивании до перехода желтой окраски в оранжевую, определяя общий объем раствора, израсходованного на титрование по метилоранжу (VМО, мл). При использовании раствора после определения карбонат-аниона необходимо определить суммарный объем, израсходованный на титрование карбоната и гидрокарбоната.

Рассчитали массовую концентрацию карбонат-аниона (СК) в мг/л по формуле:

СК= VК×300.

Полученный результат округлили до целых чисел.

Рассчитали массовую концентрацию гидрокарбонат-аниона (СГК) в мг/л по формуле:

СГК = VГК×305.

Полученный результат округлили до целых чисел.

1.5 Определение аммония

Выполняется с использованием тест-комплекта «Аммоний».

Выполнение анализа

Налили анализируемую воду в колориметрическую пробирку до метки «5 мл». Добавили в воду шпателем 0,1 г сегнетовой соли (0,1 г сегнетовой соли заполняет шпатель на 1/4 глубины) и туда же пипеткой – 1 мл реактива Несслера. Содержимое пробирки перемешали встряхиванием. Оставили смесь на 1–2 мин. для завершения реакции. Провели визуальное колориметрирование пробы. Для этого пробирку с пробой поместили на белое поле контрольной шкалы и, освещая пробирку рассеянным белым светом достаточной интенсивности, определили ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации катиона аммония в мг/л.

1.6 Определение фосфатов

Выполняется с использованием тест-комплекта «Ортофосфаты»

либо комплекта-лаборатории «Фосфор».

Выполнение анализа

Отобрали в мерную склянку 20 мл анализируемой воды (пробы), предварительно ополоснув ее 2–3 раза анализируемой водой. Добавили к пробе пипеткой-капельницей 10 капель раствора для связывания нитритов и затем – другой пипеткой 1 мл раствора молибдата. Склянку закрыли пробкой и встряхнули для перемешивания раствора. Оставили пробу на 5 мин. для полного протекания реакции. Добавили к пробе пипеткой-капельницей 2–3 капли раствора восстановителя. Склянку закрыли пробкой и встряхнули для перемешивания раствора. При наличии в воде ортофосфатов раствор приобретает синюю окраску. Провели визуальное колориметрирование пробы. Для этого мерную склянку поместили на белое поле контрольной шкалы и, освещая склянку рассеянным белым светом достаточной интенсивности, определили ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации ортофосфатов в мг/л.

1.7 Определение железа общего

Выполняется с помощью тест-комплекта «Железо общее».

Выполнение анализа

Отбираем в склянку анализируемую воду до метки «10 мл», предварительно ополоснув ее 2–3 раза той же водой. Используя универсальную индикаторную бумагу и пипетку-капельницу, а также, в зависимости от рН среды, растворы гидроксида натрия либо соляной кислоты, довели рН пробы до pH 4–5. В склянку пипеткой-капельницей добавили 4–5 капель раствора солянокислого гидроксиламина (около 0,2 мл). Склянку закрываем пробкой и встряхиваем для перемешивания раствора. Далее пипетками поочередно добавили 1,0 мл ацетатного

буферного раствора и 0,5 мл раствора орто-фенантролина. После каждого прибавления склянку закрываем пробкой и встряхиваем для перемешивания раствора. Раствор в склянке оставили на 15–20 мин. Для полного развития окраски. Затем проводим визуальное колориметрирование пробы. Для этого склянку с пробой поместим на белое поле контрольной шкалы и, освещая склянку рассеянным белым светом достаточной интенсивности, определим ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации железа общего в мг/л.

1.8 Определение хлоридов

Выполняется с помощью тест-комплекта «Хлориды».

Выполнение анализа

В склянку наливаем до метки «10 мл» анализируемую воду. Добавили в склянку пипеткой-капельницей 3 капли раствора хромата калия. Герметично закрыли склянку пробкой и встряхнули, чтобы перемешать содержимое. Постепенно титруем содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления неисчезающей бурой окраски. Определяем объем раствора, израсходованный на титрование (Vхл, мл).

Рассчитаем массовую концентрацию хлорид-аниона (Схл, мг/л) по формуле:

Схл= Vхл×Снс×35,5×1000 ,

где: Снс – молярная концентрация раствора нитрата серебра (0,05 моль/л);

35,5 – эквивалентная масса хлорид-аниона;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерений из г/л в мг/л;

Vа — объем пробы, взятый на анализ (10 мл).

1. Основная часть

2.1.Выполнение исследовательской работы.

Исследование проводилось в середине февраля 2012 года. Для исследования химического состава воды брались пробы воды родников д. Фроловское и Старое Кстово, а также водопроводной воды п. Ждановский. Родник д. Фроловское расположен в центре поселения. Сегодня вокруг него построены коттеджи, но несмотря на это жители деревни заботятся о роднике. Поставлен сруб, окружающая территория поддерживается в чистоте. За водой к роднику приезжают даже из Н.Новгорода. В проруби окружающего родник водоема верующие купаются на Крещение.

Сначала мы решили сравнить состав воды из родников д. Фроловское и Старое Кстово, а затем проанализировать как сильно она отличается от водопроводной воды п. Ждановский.

Вода забиралась в чистые пластиковые бутыли емкостью 1.5 л. При проведении анализа ставили из каждой пробы 1 пробирку контроль и 3 пробирки на исследование.

Для проведения анализов использовались методики из « Практического руководства по оценке экологического состояния малых рек» под ред. д.б.н. В.В. Скворцова. Затем находили среднее значение. Результаты заносили в таблицу.

Сравнительная таблица данных анализа воды: Табл.1

2.2. Результаты исследовательской работы.

2.2.1 Результаты исследования образцов воды показали, что наиболее высокая цветность 20º у водопроводной воды. Вероятно это обусловлено присутствием комплексных соединений железа, что подтверждается показателями на железо общее (см. табл.1).

2.2.2 По показателю рН вода и источников и водопроводная является нейтральной, что свидетельствует об отсутствии там гуминовых веществ.

2.2.3 Самая «мягкая» вода водопроводная. Наиболее жесткая в роднике Старого Кстова.

2.2.4 Исследования карбонатной жесткости воды в озерах позволили сделать вывод о том, что самый высокий уровень карбонат - анионов в источнике д. Фроловское. Видимо этот родник имеет самый высокий уровень подпитки грунтовыми водами.

Заключение

Результаты исследовательской работы позволили:

1. Познакомиться с новыми методами химического анализа и отработать эти методики при исследовании водных объектов.

2. Провести сравнительный анализ трех разных объектов и сделать следующие выводы:

   • Вода всех исследуемых объектов пригодна для использования в качестве питьевой воды;

   • Наилучшими органолептическими и химическими показателями обладает вода источника в д. Фроловское.

Литература

1. Практическое руководство по оценке экологического состояния

малых рек: Учебное пособие для сети общественного экологического

мониторинга / Под ред. д.б.н. В.В. Скворцова. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – СПб.:«Крисмас+», 2006. – 176 с.

14