close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Сорокин Павел Сергеевич. Аналитический контроль природных вод Национального парка «Орловское полесье» на содержание тяжелых металлов

код для вставки
2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение..................................................................................................................4
Глава 1. Литературный обзор................................................................................6
1.1. Национальный парк Орловское полесье........................................................6
1.1.1. Общая характеристика.............................................................................6
1.1.2. Необходимость охраны............................................................................8
1.1.3. Подземные источники..............................................................................9
1.2. Особенности подземных вод.........................................................................10
1.2.1. Химический состав подземных вод в природных условиях.................10
1.2.2. Динамика состава подземных вод..........................................................17
1.2.3. Зональность состава подземных вод......................................................18
1.2.4.Требования
к
качеству
подземных
вод
как
источнику
водоснабжения..................................................................................................20
1.3. Антропогенное воздействие на гидросферу.................................................24
1.4. Значение химического состава воды для здоровья человека......................27
Глава 2. Методология исследований и техника эксперимента...........................34
2.1. Используемые реактивы................................................................................34
2.2. Измерительная аппаратура...........................................................................34
2.3. Отбор проб воды для анализа......................................................................35
2.4. Математическая обработка результатов измерений....................................38
2.4.1. Абсолютные и относительные методы анализа. Градуировка. Образцы
сравнения и стандартные образцы..................................................................38
2.4.2.
Погрешности
и
неопределенности
измерений.
Точность
и
составляющие....................................................................................................39
2.4.3. Специальные приемы проверки и повышения правильности…..........41
2.5. Органолептические свойства воды...............................................................42
2.6. Определение активной реакции рН..............................................................47
2.7. Определение сухого остатка.........................................................................50
2.8. Определение жесткости воды комплексонометрическим методом
с трилоном Б .......................................................................................................53
ее
3
2.9. Определение содержания хлоридов в воде по методу Мора.....................58
2.10. Определение содержания нитратов в воде фотоколориметрическим методом
с салицилатом натрия………...............................................................................61
2.11.
Определение
содержания
сульфатов
в
воде
весовым
методом.................................................................................................................65
2.12. Определение содержания общего железа в воде фотоколориметрическим
методом с сульфосалициловой кислотой.............................................................69
Заключение............................................................................................................74
Список литературы...............................................................................................75
Аннотация……………………………………………………………………………78
4
ВВЕДЕНИЕ
Вода является одним из самых ценных природных ресурсов нашей планеты,
без нее невозможно существование человечества.
Воду мыслители древности называли «великим маховиком жизни», она
содержится в связанном или свободном виде почти во всех веществах планеты,
играет ведущую роль в формировании наземных ландшафтов и аккумуляции
солнечной энергии, определяет глобальный климат и массовые перемещения
воздушных масс, участвует в образовании почв. Вода является необходимым
условием жизни организмов биосферы. Без кислорода жизнь возможна, без воды
– нет. Жизнь на Земле зародилась в воде. Она стала первичной средой для
эволюции органического мира и входит в состав всех живых существ [13].
Антропогенное загрязнение естественных водоемов началось много веков
назад, постоянно возрастало с развитием цивилизации и в настоящее время
достигло планетарных масштабов. В отчете ВВФ «Живая планета» отмечается,
что система пресной воды, в том числе и питьевой, претерпевает острый кризис.
Актуальна
эта
проблема
и
в
нашей
стране.
Всемирная
организация
здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой
воды.
Необходимость
воды
для
обеспечения
жизнедеятельности
человека
обусловлена ролью, которую она играет в круговороте природы, а также в
удовлетворении физиологических, гигиенических, рекреационных, эстетических
и других потребностей человека. При длительном токсическом воздействии
химических элементов и субстанций, находящихся в питьевой воде возможно
развитие различных заболеваний.
Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для
различных целей тесно связано с обеспечением ее необходимого качества.
Развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты
привели к значительному загрязнению гидросферы [6].
5
Объект исследования - природные воды Национального парка «Орловское
полесье».
Цель работы - исследование подземных вод источников, расположенных на
территории Национального парка «Орловское полесье», и оценка соответствия
установленным критериям качества.
Реализация поставленной цели предусматривает решение следующих задач:
1. Обобщить и систематизировать литературные данные об особенностях
химического состава подземных вод.
2. Обобщить и систематизировать литературные данные о методах
количественного определения анионов и ионов тяжелых металлов в природных
водах.
3. Обобщить и систематизировать литературные данные о влиянии ионов
тяжелых металлов на организм человека.
4. Применить специальные методики для определения органолептических
свойств подземных вод Национального парка «Орловское полесье».
5. Определить количественное содержание ряда анионов и тяжелых
металлов в природных водах Национального парка «Орловское полесье».
6. Установить соответствие содержания анионов и тяжелых металлов в
природных водах Национального парка «Орловское полесье» требованиям к
качеству подземных вод как источнику водоснабжения.
6
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Национальный парк «Орловское полесье»
Термин "Национальный парк" определяет собой охраняемую природную
территорию, на которой
сохранились природные комплексы, почти не
измененные деятельностью человека, а виды растений и животных и их места
обитания обладают особой научной и учебно-познавательной ценностью. Как
правило, национальные парки имеют большую площадь, располагаются в
живописной
местности,
в
них
проводятся
работы
по
восстановлению
ландшафтов, сохранению редких и исчезающих видов растений и животных.
Постановление о создании Национального парка "Орловское полесье" было
подписано 9 января 1994 года председателем правительства Российской
Федерации В. С. Черномырдиным. Цель создания парка – сохранение и
восстановление уникального природного комплекса Центральной России,
реабилитация исторического ландшафта, сохранение и возрождение культурного
наследия, организация регулярного туризма в естественных природных условиях
и экологическое воспитание населения. В настоящее время ведется интенсивная
работа
по
обустройству
национального
парка
"Орловское
полесье",
расположенного на территории Хотынецкого и Знаменского районов.
В состав национального парка вошли земли лесного фонда Тургеневского и
Знаменского лесхозов, а также лесного фонда и сельскохозяйственного
назначения,
изымаемые
в
установленном
порядке
у
коллективных
сельхозпредприятий. Проектом организации парка территория "Орловского
Полесья" разделена на восемь функциональных участков с различными режимами
охраны и использования. Общая площадь национального парка составляет 8420
гектаров. Из общей площади парка лесной фонд составляет 35,7 тыс. га (или
42,4% общей площади), остальные 48,5 тыс. га. земель (или 57,6 %) приходятся на
сельхозугодия, которые не изъяты из хозяйственного оборота [1].
Очаровательный среднерусский пейзаж создают береза, дуб, сосна,
пойменные и суходольные луга, лесные опушки, болотца и речушки.
7
Общая протяженность рек и ручьев на территории национального парка
составляет 356 километров. Абсолютное большинство их принадлежит бассейну
реки Оки. Главная река парка – Вытебеть с притоками Радовищи, Шковка,
Лисичка, Еленка, Мощенка, Ракитня, Песочня. В сторону реки Нугрь стекают
Орс, Цкань и Рыдань. На крайнем юго-западе находится исток реки Песочня,
принадлежащей Днепровскому бассейну.
Естественных озер в парке немного. Известно два небольших озера у
поселка Боритновский. Зато в границах парка находятся 82 рукотворных водоема.
Самые крупные возникли на месте торфоразработок Жудерского месторождения.
Особой известностью пользуются озера Трубечина, Центральное, Рясник, Обмеж.
Территория парка включает в себя уникальные редкие и репрезентативные
объекты живой природы во всем ее разнообразии, а также многочисленные
памятники истории и культуры разных эпох. Здесь, в частности, проходит южная
граница естественного ареала ели обыкновенной. Здесь сохранился древнейший
реликтовый вид мировой фауны – выхухоль, занесенный в Красную книгу
ценнейших видов планеты. При должном восстановлении ее численности
"Орловское полесье" станет единственным в мире местом, где можно в
естественных условиях увидеть это чудо мировой фауны, возраст которого
исчисляется 30 миллионами лет [2].
В парке, расположенном в бассейне реки Вытебеть, являющейся составной
частью бассейна рек Оки и Волги, имеется много редких и исчезающих видов
растений и животных, занесенных в Красную книгу. Здесь обитает самая крупная
в России популяция зубров. Фауна национального парка насчитывает примерно
200 видов позвоночных животных, из которых 69 – редкие. Уникальным является
то, что на этой территории наряду с типично таежными видами (глухарь, рябчик,
кедровка, мохнатый сыч), можно встретить представителей степной фауны
(крапчатый
суслик, степной хорь, серая
куропатка). Туристы, посетив
«Орловское полесье», могут увидеть в естественных условиях обитания таких
животных как лось, кабан, благородный олень, тетерев, редкий черный аист.
Своеобразным феноменом парка является также темная европейская пчела,
8
обитающая здесь в своем наиболее чистом генетическом виде.
Немаловажно, что "Орловское полесье" – это литературный и былинный
край. Оно неразрывно связано с именем замечательного русского писателя И. С.
Тургенева. Здесь жили персонажи его знаменитых "Записок охотника", именно
здесь в общении с русской природой он черпал свои творческие силы. Его
любимые места остаются родными для многих тысяч людей.
В юго-западной части территории парка расположено село Девять Дубов,
где, по преданиям, обитал Соловей-разбойник. Эти события нашли свое
отражение в русском фольклоре – былине об Илье Муромце и Соловьеразбойнике [3].
1.1.2. Необходимость охраны
Говоря
о
состоянии
природной
среды
Орловщины,
о
мерах,
предпринимаемых для ее охраны, нельзя обойти те изменения, которые
вызываются
сельскохозяйственной
увеличением
продовольственных
деятельностью
потребностей
человека
и
с
ростом
в
связи
с
населения.
Фактически это две стороны одной медали, определяющие довольно сложные
взаимосвязи и явления. Не случайно в нашу лексику вошло и закрепилось такое
понятие, как агробиоценозы, то есть искусственные сообщества, формирующиеся
в результате растениеводческой и животноводческой деятельности человека. Это
значит, что человек, вытесняя естественные биогеоценозы и закладывая
агробиогеоценозы, своими прямыми и косвенными воздействиями нарушает
устойчивость всей биосферы. Это проявляется также в применении все более
мощных машин, широком использовании минеральных удобрений и гербицидов
и в проведении других мероприятий, далеко не всегда лучшим образом
сказывающихся на состоянии окружающей нас среды [1].
Пострадали от бездумной хозяйственной деятельности и природные
ресурсы территории Национального парка «Орловское полесье». Особенно
отрицательно на состоянии лесных угодий сказалась хозяйственная деятельность
человека в 50-х годах, когда были осушены болота, интенсивно велась добыча
торфа для производственных нужд, а в сосновых насаждениях добывали живицу.
9
Через некогда глухие места, изобиловавшие непуганой дичью, была проложена
узкоколейка, русло реки Вытебеть спрямлено, пойма осушена. Не стало дичи,
заливных лугов, обнажились песчаные дюны и всхолмления. Уровень грунтовых
вод резко понизился [2].
В настоящее время защита водных источников от истощения и загрязнения,
их рациональное использование наряду с рациональным использованием и
охраной земель, осуществлением комплекса мероприятий по защите животных и
растений, охраной лесов является основным вопросом по охране природы. Эти
вопросы
должны
находиться
в
центре
внимания
специалистов
сельскохозяйственного производства особенно сейчас, в пору реорганизации
хозяйств и широкого освоения рыночных отношений [1].
1.1.3. Природные источники
Славится национальный парк «Орловское полесье» и своими родниками.
Вода в них необыкновенно вкусная и, говорят, целебная. О живительной силе
ключевой воды в народе издавна слагались пословицы и поговорки, легенды и
песни. Часто родники объявлялись святыми, чудодейственными [21].
В нескольких километрах от поселка Жудре бьет один из местных
родников. Это так называемый «Святой колодец» – исстари место паломничества
жителей Орловской, Брянской и Калужской областей. Особенно много
посетителей бывает здесь 21 июля, в престольный праздник – иконы Казанской
Божьей Матери. В этот день паломники собираются у недавно возведенной возле
«Святого колодца» часовни. Здесь проходят молебны и крестный ход. Народный
обряд завершается освящением воды, взятой из колодца. Воду эту паломники
пьют на месте, окропляют ею друг друга и набирают с собой.
По свидетельству очевидцев, вода местного источника обладает немалыми
целебными свойствами и способна не портиться годами. Более того, многие
набирали с собой исторгаемый вместе с водой из источника песок, который,
говорят, служит хорошим средством от радикулита и некоторых других болезней.
Сравнительно недалеко отсюда находится другой не менее известный
родник, вода которого, по свидетельству специалистов, насыщена ионами
10
серебра, что тоже определяет ее незаурядные свойства [2].
По территории парка проложен пешеходный (в зимнее время лыжный)
туристический маршрут "Родники Полесья", протяженность 19 км.
В конце 2000-го года в национальном парке пробурили скважину для
получения минеральной воды, не уступающей по своим целебным свойствам
многим всемирно известным источникам [3].
1.2. Особенности подземных вод
1.2.1. Химический состав подземных вод в природных условиях
Природная вода – многофазная гетерогенная система открытого типа,
обменивающаяся энергией и веществом с сопредельными средами и с
биологическими объектами.
Вода – универсальный растворитель, даже такие на первый взгляд
нерастворимые вещества, как металлы или силикатный песок, растворяются в той
или иной степени. В воде растворены различные газы: азот, кислород, углекислый
газ, сероводород и ряд других.
В гидрохимии компоненты химического состава природных вод делятся на
6 групп [12].
1. Главные (макрокомпоненты) составляют ионы К+, Na+, Mg2+, Ca2+, Сl-,
SO42-, НСО3- (СО32-). Суммарно ионная сила пресных вод не превышает 0,01.
Интересно отметить, что в открытом океане, независимо от абсолютной
концентрации, соотношения между главными компонентами остаются примерно
постоянными.
2. Растворенные газы (в виде газовых гидратов) весьма разнообразны (O2,
N2, H2S, CH4 и др.), их концентрация в воде определяется их парциальным
давлением и константой Генри.
3. Биогенные вещества представлены в основном соединениями азота и
фосфора в концентрациях до 10 мг/л, присутствуют также кремниевые кислоты и
соединения железа.
4. Микроэлементы, к которым относятся все металлы (кроме ионов
металлов из первой группы и железа), например Сu2+ и Mn2+ , a также анионы Br-,
11
F-, I-, растворены в воде в очень малых концентрациях.
5. Растворенные органические вещества являются органическими формами
биогенных элементов, их концентрации часто достигают значений от 105 до 0,1
мг/л. Эти вещества делятся на автохтонные – продукты метаболизма и распада и
аллохтонные – вещества, попадающие в воду из атмосферных осадков, с
поверхностными стоками, включая сточные воды.
6. Токсичные загрязняющие вещества, к которым относятся тяжелые
металлы,
нефтепродукты,
хлорсодержащие
органические
соединения,
поверхностно-активные вещества, фенолы и многие другие [11].
Наибольшим разнообразием по степени минерализации и соотношению
между отдельными составными частями отличаются подземные воды. Общая
минерализация этих вод колеблется в широких пределах, и наряду со слабо
минерализованными
пресными
водами
встречаются
подземные
воды
с
концентрацией солей гораздо более высокой, нежели в морской воде.
Слабо минерализованные воды, залегающие обычно на небольшой глубине
от поверхности, очень часто мало отличаются по химическому составу от
среднего состава поверхностных вод, но все же минерализация их, как правило,
более высокая. В частности, они содержат обычно больше свободной
углекислоты и гидрокарбонатов, что связано с обогащением вод свободной
углекислотой в поверхностных слоях грунта при инфильтрации этих вод. В
воздухе, находящемся в верхних слоях грунта, особенно в почвенном слое,
концентрация свободной углекислоты (за счет жизнедеятельности организмов и
процессов разложения органических веществ) в десятки и сотни раз выше
концентрации углекислоты в атмосферном воздухе. Обогатившись свободной
углекислотой, вода при своем дальнейшем движении по грунту растворяет
карбонат кальция (магния) и минерализация ее повышается. В зависимости от
состава и свойств пород и других вод, с которыми данная вода приходит в
соприкосновение при своем движении, а также от других условий жизни воды
(температура, давление, количество и характер живых организмов в породах,
встреча газовых струй, идущих с глубины, и т. д.), формируется тот или иной
12
химический состав воды [7].
В
химическом
составе
пресных
подземных
вод
выделяют
макрокомпоненты, содержащиеся в количестве единиц, десятков и даже
нескольких сотен мг/л, и микрокомпоненты, встречающиеся в очень малых
количествах и редко достигающие содержания 1–5 мг/л.
К макрокомпонентам относятся хлориды, сульфаты, бикарбонаты, натрий,
магний,
кальций
и
калий;
их
относительное
содержание
определяет
принадлежность воды к тому или иному гидрохимическому типу вод. К
микрокомпонентам относятся бром, йод, фтор, бор, литий, стронций, медь, радий,
уран и многие другие элементы и их соединения.
Промежуточное положение между макро- и микрокомпонентами занимают
ионы Н+, NH4+, NO3-, NO2-, H3SiO4-, Fe2+ и Fe3+, органические вещества и
сульфиды, количество которых в подземных водах может быть заметным. Кроме
того, в подземных водах могут находиться газы и микроорганизмы.
На первом месте в составе макроанионов пресных подземных вод стоят
обычно гидрокарбонатные ионы – НСО3-, происхождение которых связано с
растворением карбонатов кальция и магния, входящих в состав известняков,
мергелей, доломитов и карбонатного цемента других осадочных пород; немалое
значение имеют также биогенные процессы, ведущие к накоплению в воде
углекислоты.
Количество
гидрокарбонат-ионов
связано
с
количеством
находящихся в воде других производных форм угольной кислоты: Н2СО3, СО32-,
СО2. В нейтральных и слабощелочных водах преобладают ионы НСО3- в кислых
водах (рН<5) преобладают Н2СО3, а ионы НСО3- практически отсутствуют; при
рН>8 появляются ионы CO32- .
В пресных водах НСО32- накапливается в количествах не более 200 – 250
мг/л в связи с тем, что с кальцием НСО3- образует слаборастворимую соль.
Сульфатные ионы занимают в составе пресных подземных вод второе
место. Появление этих ионов в воде связано с выщелачиванием осадочных пород,
содержащих легкорастворимые соли – гипс, ангидрит, мирабилит, а также с
окислением
сульфидов
(галенит,
пирит,
халькопирит).
Сульфаты
слабо
13
сорбируются, но их количество в подземных водах ограничивается присутствием
в воде кальция, с которым сульфаты образуют нерастворимые соединения.
Удаление сульфатов из воды происходит также в результате биогенных
процессов.
В
анаэробных
условиях,
т.
е.
без
кислорода
и
под
действием
сульфатредуцирующих бактерий в присутствии органических веществ, сульфаты
восстанавливаются до сероводорода; при этом в воде появляются Na2СО3, СО2.
Хлоридные ионы являются непременным элементом химического состава
подземных вод, поскольку в горных породах имеются многочисленные источники
этого элемента (галит и др.) и вместе с тем хлориды не образуют
труднорастворимых соединений, не удаляются из воды биогенным путем и плохо
адсорбируются коллоидными системами. В пресных водах хлориды по
количеству занимают третье место.
Среди макрокатионов, входящих в состав пресных подземных вод, на
первом месте – кальций и магний. Они поступают в подземные воды при
растворении известняков, доломитов, гипса, при выветривании и разложении
некоторых, силикатов. В пресных подземных водах содержание кальция и магния
измеряется десятками мг/л. С ростом минерализации воды количество кальция
уменьшается вследствие связывания его в малорастворимые сульфаты и
карбонаты; кроме того, кальций и магний могут переходить в поглощающий
комплекс дисперсной части пород.
В водоносных горизонтах, содержащихся в осадочных породах, количество
кальция обычно в 2–4 раза выше, чем магния; в водах изверженных пород это
соотношение может изменяться.
Ионы натрия после кальция и магния занимают третье место в числе
макрокатионов пресных подземных вод. Поскольку все соли натрия хорошо
растворимы, удаление натрия из воды возможно главным образом вследствие
обменных реакций с поглощающим комплексом пород. Поступает натрий в
подземные воды из соленосных пород, из продуктов выветривания изверженных,
пород, а также при вытеснении натрия из поглощенного комплекса пород ионами
14
кальция и магния.
Количество калия в природных водах обычно невелико, несмотря на то, что
источники калия в породах значительны и калий, подобно натрию, образует
легкорастворимые соединения. Являясь биологически активным элементом,
калий интенсивно извлекается из подземных и поверхностных вод животными и
растительными организмами.
Концентрация водородного иона, находящегося в пресной воде в виде
гидроксония Н3О+, колеблется от 6,5 до 8,5 рН и зависит от содержания
отдельных форм угольной кислоты, присутствия органических кислот, газов и
других факторов.
Соединения азота NH4+, NO2-, NO3- происхождение которых обычно связано
с бактериальным разложением органического вещества, встречаются в самых
верхних водоносных горизонтах. Ионы NH4+ в присутствии свободного кислорода
под влиянием нитрифицирующих бактерий переходят в NO2- и затем в NO3-. В
незагрязненных подземных водах NH4+ и NO2- содержатся в сотых, десятых долях
мг/л, а количество NO3 иногда достигает нескольких мг/л.
Концентрация кремневой кислоты обычно не превышает долей мг/л или
нескольких мг/л, но в сверхпресных водах – водах с общей минерализацией до
100 мг/л – ее относительное содержание увеличивается.
Сульфидные соединения H2S и HS- присутствуют обычно также в
незначительных количествах; их повышенное содержание может быть связано с
разложением органических веществ, с восстановлением сульфатов в анаэробных
условиях и пр.
Железо в подземные воды поступает как продукт выветривания горных
пород. В восстановительной среде железо может находиться в двухвалентном
виде Fe2+ и содержание его иногда достигает ~10–30 мг/л. В воде в присутствии
свободного кислорода двухвалентное железо переходит в трехвалентное; этому
процессу также способствуют железобактерии. Трехвалентное железо в воде
находится преимущественно в коллоидном состоянии — в виде Fe(OH)3.
Марганец в подземных водах встречается чаще всего, как и железо, в виде
15
бикарбоната Мn(НСО3)2. В грунтовых водах, тесно связанных с поверхностными,
марганец может входить в состав комплексных соединений с гуминовыми
кислотами [5, 8].
Органическое вещество поступает в грунтовые и подземные воды верхних
водоносных горизонтов вместе с инфильтрующимися поверхностными водами в
результате
выноса
из
почв
гумусовых
веществ
и
других
продуктов
жизнедеятельности и распада животных и растительных организмов (клетчатки,
углеводов, белков, жиров). Под влиянием микрофлоры подземных вод
происходит дальнейшее преобразование поступивших органических остатков,
сопровождающееся разнообразными биохимическими и физико-химическими
реакциями. В результате этого в подземных водах появляются различные
органические
кислоты,
углеводороды,
аммиак,
сероводород,
двуокись
углекислоты и др.
Такой переход органических продуктов суши в подземные воды характерен
для инфильтрационных этапов формирования подземных вод (современных и
древних). На седиментационных этапах обогащение подземных вод органическим
веществом происходило за счет продуктов морского происхождения. Вместе с
тем в подземные воды того и другого генезиса могут переходить органические
вещества из вмещающих воду горных пород, в которых они содержатся в
рассеянном виде (битумы, гуминовые кислоты и др.).
Высокое
содержание
органических
веществ
в
подземных
водах
(углеводороды, нефть, нафтеновые кислоты, фенолы и др.) отмечается в районах
нефтегазовых месторождений.
Присутствие микрокомпонентов в подземных водах связано главным
образом с выносом солей из осадочных пород и выщелачиванием продуктов
выветривания изверженных и метаморфических горных пород.
Микрокомпоненты могут находиться в подземных водах в коллоидном
виде, в форме комплексов с органическими веществами, в виде свободных ионов,
недиссоциированных
молекул
и
др.
Очень
малые
концентрации
микрокомпонентов в пресных подземных водах связаны с тем, что они образуют
16
малорастворимые соединения и, кроме того, хорошо адсорбируются и
извлекаются из воды глинистыми минералами и микроорганизмами.
Повышенные количества микрокомпонентов в пресных подземных водах
наблюдаются
вблизи
месторождений
полезных,
ископаемых,
выходов
термальных и минеральных источников, а также в районах региональных
тектонических нарушений, по которым поднимаются глубинные рассолы.
Микрокомпоненты обладают высокой биологической активностью и
поэтому, несмотря на их малое содержание, существенно влияют на качество
подземных вод.
Неблагоприятным для хозяйственно-питьевого использования подземных
вод являются также высокая концентрация отдельных макрокомпонентов –
хлоридов, сульфатов, кальция, магния – и в целом повышенное содержание солей.
Газы, встречающиеся в подземных водах, – СО2, N2, O2, CH4, H2S – могут
находиться в растворенном или свободном виде.
В отдельных районах повышенное содержание газов может быть связано с
проявлениями магматических и вулканогенных процессов. Вне таких районов
присутствие в подземных водах кислорода, азота, двуокиси углерода связывается
обычно с поступлением их из атмосферы. Двуокись углерода, кроме того,
поступает из почвенного воздуха, обогащенного этим газом в результате
микробиологических процессов.
Сероводород появляется в подземных водах как продукт распада белкового
вещества либо в результате биохимического восстановления сульфатов в
анаэробных условиях. В повышенных количествах он встречается в водах
нефтяных месторождений. Источником появления в подземных водах метана
служит
органическое
вещество, рассеянное
в остаточных
породах
или
сконцентрированное в угольных слоях. Биогенное происхождение может быть
свойственно и азоту, который в зоне затрудненного водообмена выделяется из
нитритов и нитратов при действии бактерий – денитрификаторов [12].
Микрофлора (микроорганизмы) в подземных водах наиболее богато
представлена в самых верхних водоносных горизонтах, связанных с почвами и
17
атмосферой. К микроорганизмам относятся бактерии простейшие,
водоросли,
грибы, вирусы и актиномицеты [14].
Такие показатели, характеризующие безвредность химического состава
воды как сухой остаток, общая жесткость, активная реакция (рН), щелочность,
содержание катионов и анионов: Са2+, Na+, НСО3-, Сl-, SO42-, Mg2+ характеризуют
природный состав воды. Содержание в воде Al, Be, Мn, Cu, полифосфатов Pb, Zn,
Ag, V, радия-226, стронция-90, As и др. – это показатель присутствия химических
веществ, поступающих в водоисточник со сточными водами. Железо содержится
в чистых природных водах, но поступает оно также в водоемы и со сточными
водами [5].
1.2.2. Динамика состава подземных вод
Состав воды беспрерывно изменяется во времени, в одних случаях быстро,
в других медленно, так как совершенно невозможно представить себе условия,
обеспечивающие полную изолированность воды от всей окружающей обстановки
и от влияния химических и физико-химических процессов, беспрерывно
протекающих в земной коре.
В связи с чрезвычайным разнообразием условий формирования, состав
подземных вод весьма разнообразен. В одном случае вода минерализована
преимущественно за счет хлористых солей, в другом главной составной частью
минерального состава являются сульфаты; в одной воде из катионов преобладает
натрий, в другой магний и т. д.
Иногда в подземных водах встречаются в значительных концентрациях
элементы, которые в поверхностных водах или совсем не встречаются, или
находятся в ничтожных концентрациях. В водах, связанных, например, с
сульфидными
рудами
или
с
породами,
содержащими
мышьяковистые
соединения, встречаются иногда в значительных концентрациях мышьяк, медь,
марганец, цинк и другие металлы. Эти воды содержат нередко свободную серную
кислоту и большие количества железа. С месторождениями нефти часто связаны
воды, содержащие значительные количества иода и брома [6].
Воды, обладающие высокой минерализацией или содержащие в заметных
18
количествах специфические элементы, оказывают активное физиологическое
действие на человеческий организм и используются часто с лечебными целями.
Такие воды называют минеральными. Не следует этот термин путать с термином
минерализованные (или соленые) воды, так как последний указывает только на
повышенную минерализацию воды. Минеральной водой может называться также
и пресная вода, если она содержит какие-либо составные части, оказывающие
активное действие на человеческий организм [7].
1.2.3. Зональность состава подземных вод
Химический состав подземных вод формируется под влиянием многих
природных факторов и в связи с этим отличается большим разнообразием. Тем не
менее, в распространении отдельных химических типов подземных вод выявлены
некоторые закономерности, наиболее общими из которых являются вертикальная
и горизонтальная (широтная) гидрохимические зональности.
Вертикальная
зональность
химического
состава
подземных
вод,
характерная для артезианских бассейнов, заключается в том, что по мере
углубления в недра Земли происходит последовательная смена основных типов
подземных
вод,
сопровождающаяся
существенными
изменениями
общей
минерализации и химического состава воды [7].
Для
водоснабжения
обычно
используются
пресные
(слабоминерализованные) подземные воды самой верхней зоны, в которой
химический состав воды тесно связан с составом поверхностных и атмосферных
вод и в целом испытывает влияние климатических факторов, рельефа и характера
гидрографической сети. Значительное влияние на химический состав подземных
вод оказывают состав и строение пород водоносного пласта, а также более
глубокие подземные воды, которые принимают участие в питании водоносных
горизонтов верхней зоны, перемещаясь по тектоническим разломам или путем
медленной фильтрации через слабопроницаемые породы. Роль и значение
отдельных
источников
питания
водоносных
пластов
в
формировании
химического состава воды различны и зависят от конкретных гидрогеологических
условий [5].
19
Изменение химического состава подземных вод наблюдается при их
движении по водоносному пласту из областей питания, близких к поверхности, в
направлении
погружения
пласта.
При
этом
происходит
увеличение
минерализации вследствие выноса веществ из вмещающих пород, а также из-за
смешения
с
более
минерализованными
глубокими
подземными
водами,
восходящие потоки которых под действием гидродинамического давления на
больших глубинах перетекают в нижележащие пласты.
Горизонтальная (широтная) гидрохимическая зональность присуща только
грунтовым водам, испытывающим наибольшее влияние климатических условий,
почвенного покрова и растительности. Изменение химического состава и
минерализации грунтовых вод происходит вместе со сменой широтных
географических ландшафтов и также зависит от расчлененности рельефа, густоты
и врезанности гидрографической сети.
В пределах территории с гумидным климатом, где осадки преобладают над
испарением (зоны тундры, хвойных и лиственных лесов, лесостепи), химический
состав и минерализация грунтовых вод закономерно изменяются по направлению
с севера на юг.
На севере, в зоне тундр и болот, минерализация грунтовых вод измеряется
десятками и первыми сотнями миллиграмма на литр, вместе с тем в них часто
содержатся
повышенные
количества
органического
вещества,
железа
и
кремнекислоты.
Южнее, в лесной и лесостепной зонах, возрастает минерализация воды (до
500—700 мг/л) и одновременно повышается общая ее жесткость.
Типовая гидрохимическая зональность подземных вод артезианских
бассейнов и грунтовых вод часто нарушается в водоносных пластах, сложенных
легкорастворимыми
минералами,
на
участках
тектонических
нарушений,
выводящих из глубин минерализованные воды и рассолы.
Все это обусловливает изменчивость химического состава подземных вод
по площади и по глубине даже для одного и того же водоносного пласта и
определяет необходимость детального изучения гидрогеохимических условий
20
при изысканиях и разведке подземных вод для водоснабжения. Такие
исследования необходимы также при изысканиях, выполняемых с целью охраны
подземных вод от загрязнения, так как появление в воде загрязняющих веществ
обнаруживается обычно в сопоставлении с естественным составом подземных
вод того или иного района [7].
1.2.4. Требования к качеству подземных вод как источнику
водоснабжения
В естественных условиях и тем более при воздействии техногенных
факторов пресные подземные воды имеют сложный, разнообразный состав,
который отличается изменчивостью на отдельных участках водоносного пласта,
испытывает колебания во времени и может оказаться неблагоприятным для
использования воды в тех или иных целях. В зависимости от характера
применения воды к качеству ее предъявляются определенные требования [13].
Пресные подземные воды в первую очередь должны использоваться для
удовлетворения питьевых и бытовых нужд населения. Качество хозяйственнопитьевых
вод
регламентируется
санитарно-гигиеническими
требованиями,
изложенными в государственном стандарте (ГОСТ Р 51232-98 "Вода питьевая.
Общие требования к организации и методам контроля качества"). В соответствии
с
этим
стандартом
безопасность
воды
в
эпидемическом
отношении
устанавливается обычно по косвенным показателям – по количеству бактерий
группы кишечной палочки (не более 3 в 1 л воды) и по общему количеству
бактерий (не более 100 бактерий в 1 мл воды). Однако при подозрении
бактериального
заражения
воды
определяют,
кроме
того,
содержание
болезнетворных бактерий, кишечных вирусов, яиц гельминтов.
Органолептические свойства воды оцениваются по запаху – не боле 2
баллов при температуре 20° С и при подогревании воды до 60° С; по привкусу –
при 20° С не более 2 баллов, по цветности – не более 20°; по мутности – не более
1,5 – 2 мг/л.
Безвредность воды по химическому составу устанавливается по четырем
группам показателей;
21
1) общее солесодержание; водородный показатель;
2) концентрации макрокомпонентов и микрокомпонентов, встречающихся в
природных подземных водах;
3) концентрации
веществ,
являющихся
промышленными
и
сельскохозяйственными загрязнениями;
4) концентрации веществ, которые могут попасть в воду при ее обработке на
очистных сооружениях.
Допустимое содержание в воде каждого из веществ определено в результате
специальных
санитарно-гигиенических
токсикологическим,
органолептическим
исследований
и
по
санитарно-
общесанитарным
показателям
вредности.
Общее солесодержание в питьевых водах, определяемое величиной сухого
остатка, не должно превышать 1000 мг/л. Лишь в отдельных случаях допускается
увеличение сухого остатка до 1500 мг/л, общая жесткость не должна превышать 7
– 10 мг/дм3 эквивалентов. Указанные повышения предельных величин сухого
остатка, общей жесткости и содержания железа остаточного алюминия в каждом
случае должны быть согласованы с санитарно-эпидемиологической службой
[5,16].
Среди
встречающихся
в
природных
водах
макрокомпонентов,
микрокомпонентов и компонентов, занимающих промежуточное положение,
многие нормируются, т. е. для них устанавливаются так называемые предельно
допустимые концентрации – ПДК (таблица 1) [10].
Содержание
веществ,
относящихся
к
промышленным
и
сельскохозяйственным загрязнениям, допускается в воде в количествах не более
ПДК, установленных Министерством здравоохранения.
При изысканиях и разведке подземных вод для хозяйственно-питьевого
водоснабжения
качество
воды
в
первую
очередь
характеризуется
по
бактериологическому составу, органолептическим свойствам и показателям
химического состава, относящимся к незагрязненным природным водам –
показатели 1-й и 2-й групп. Однако, если гидрогеологическая и хозяйственная
22
обстановка района не исключает возможности поступления в водоносный
горизонт промышленных или сельскохозяйственных загрязнений, определяются
также показатели из 3-й группы.
Таблица 1.
Предельно допустимые концентрации (ПДК)
Ингредиенты
Нормативный документ
Содержание
Единицы
измерения
Запах при 20° С
ГОСТ 3351-74
2,0
в баллах
Запах при 60° С
ГОСТ 3351-74
2,0
в баллах
Привкус при 20° С
ГОСТ 3351-74
2,0
в баллах
Цветность
ГОСТ 3351-74
20
в градусах
Мутность
ГОСТ 3351-74
1,5
мг/дм3
Железо (Fe0)
ГОСТ 4011-72
1
мг/дм3
ПНДФ 14.1:2.22-95
0,1
мг/дм3
М 01-072001
0,25
мг/дм3
ПНДФ 14.1:2:3:4 121-97
9
−
ПНДФ 14.1:2:4 36-95
0,5
мг/дм3
ПНДФ 14.1:2.22-95
1
мг/дм3
Молибден (Мо)
ГОСТ Р 51309-99
0,25
мг/дм3
Мышьяк (As)
ГОСТ Р 51309-99
0,05
мг/дм3
Цинк (Zn)
ПНДФ 14 1:2.22-95
5
мг/дм3
Свинец (Рb)
ПНДФ 141 2-456-96
0,03
мг/дм3
ПНДФ 14.1:2:4.157-99
45
мг/дм3
ГОСТ 4151-72
10
мг/дм3 экв.
5
мг/дм3
РД 33.5.3.17 96
0,003
мг/дм3
ПНДФ 14.1:2:4.157-99
500
мг/дм3
ГОСТ 18164-72
1500
мг/дм3
Марганец (Mn2+)
Фенольный индекс
Водородный показатель (рН)
Бор (В-)
Медь (Cu2+)
Нитраты (NO3-)
Общая жесткость
Окисляемость перманганатная
Сероводород и сульфиды
Сульфаты (SO42-)
Общая минерализация
ПНДФ 14.2:4.154-99
23
Продолжение таблицы 1
Ингредиенты
Нормативный документ
Содержание
Единицы
измерения
Углекислота свободная
Указ. к ГОСТ 2761-84
-
мг/дм3
Фтор (F-)
ПНДФ 14.1:2.4.157-99
1,5
мг/дм3
Хлориды (CI-)
ПНДФ 14.1.2:4.157-99
350
мг/дм3
РД-52.24 432-95
10
мг/дм3
ПНДФ 14.1:2.22-95
0,1
мг/дм3
Кальций (Са)
М 01-31-2002
280
мг/дм3
Магний (Mg)
М 01-31-2002
170
мг/дм3
Хром (Cr+3)
ПНДФ 14.1:2.52-96
0,5
мг/дм3
Хром (Сr+6)
ПНДФ 14.1:2.52-96
0,05
мг/дм3
М 01-31-2002
50
мг/дм3
ПНДФ 14.2.99-97
−
мг/дм3
М 01-31-2002
200
мг/дм3
Алюминий (Al)
ГОСТ 18165-81
0,5
мг/дм3
Полифосфаты (PO43-)
ГОСТ 18309-72
3,5
мг/дм3
ПНДФ 14.1:2:4.157-99
3
мг/дм3
ГОСТ 4192-82
2
мг/дм3
Кобальт (Со)
ПНДФ 14.1:2.22-95
0,1
мг/дм3
Кадмий (Cd)
ПНДФ 14.1:2.4 59-96
0,001
мг/дм3
М 01-31-2002
7
мг/дм3
Висмут (Bi)
ГОСТ Р 51309-99
0,1
мг/дм3
Барий (Ва)
М 01-31-2002
0,1
мг/дм3
Литий (Li)
ГОСТ Р 51309-99
0,03
мг/дм3
Селен (Se)
ПНДФ 14.1:2-4.39-95
0,01
мг/дм3
Активированная кремневая
кислота (Si)
Никель (Ni)
Калий
Гидрокарбонаты (НСО3-)
Натрий (Na)
Нитриты (NO2-)
Аммиак и ионы аммония (NH4)
Стронций (Sr)
Количество и перечень показателей, которые требуется в этом случае
определять,
зависят
от
вида
производства,
состава
применяемых
сельскохозяйственных ядохимикатов, удобрений и должны быть установлены при
изысканиях [11].
24
1.3. Антропогенное воздействие на гидросферу
Гидросфера
служит
естественным
аккумулятором
большинства
загрязняющих веществ, непосредственно поступающих в атмосферу и литосферу.
Это связано с наличием глобального гидрологического цикла, со способностью
воды к растворению различных газов и минеральных солей, а также с тем, что
любой водоем служит своего рода емкостью, куда вместе с потоками воды
смываются с суши всевозможные твердые частицы. Вода находится в
динамическом равновесном состоянии обмена веществами с водной биотой.
Присутствие загрязняющих веществ оказывает влияние не только на процессы
жизнедеятельности отдельных организмов, но и на функционирование всей
водной экосистемы.
Вмешательство человека происходит и в гидродинамический режим
водообмена и влагопереноса. Падение уровня грунтовых вод в результате
техногенеза
приводит
к
сокращению
объема
поверхностных
вод,
что
отрицательно влияет на флору и сопровождается просадкой грунтов; застройка
территорий может вызывать катастрофические паводки и т. п. [25].
Антропогенное
воздействие
на
гидросферу
представляет
большую
опасность, чем воздействие на другие части биосферы по ряду причин [16]:
1) естественные процессы в гидросфере оказались более чувствительны к
возмущающему воздействию;
2) процессы самоочищения протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в
воздушной;
3)источники загрязнения гидросферы более разнообразны.
Можно выделить несколько видов загрязнений гидросферы. Биологическое
загрязнение возникает в результате попадания в водоемы ряда органических
веществ, способных к брожению. Это могут быть сточные воды, содержащие
фекалии, пищевые отходы, сбросы целлюлозно-бумажных комбинатов, молочных
и
сахарных
заводов.
Биологическое
загрязнение
ведет
к
сильному
бактериологическому заражению воды и способствует распространению таких
болезней, как тиф, гепатит, дизентерия и другие кишечные инфекции. В
25
последнее время к биологическому типу загрязнений стали относить привнесение
в водные экосистемы новых видов организмов, ранее в них не встречавшихся.
Например, в результате повышения объема грузоперевозок в Балтийское море
был занесен каспийский рачок, оказавшийся более устойчивым к антропогенному
воздействию, чем местные виды. На сегодняшний день он практически вытеснил
«коренных» обитателей Балтики.
Под
химическим
загрязнением
понимают
изменение
естественных
химических свойств среды, в результате которого возрастает среднемноголетнее
колебание количества каких-либо веществ природных вод или в них поступают
вещества, обычно там отсутствующие. Химический состав загрязнителей
настолько разнообразен, что можно только перечислить наиболее опасные и
крупномасштабные: тяжелые металлы, особенно соли свинца, меди, цинка,
никеля, кадмия и т. д.; соли сульфаты, нитраты, персульфаты и пербораты;
поверхностно-активные вещества; пестициды и их производные; нефть и
нефтепродукты; механическая грязь.
Основной источник физического (теплового) загрязнения – производство
электроэнергии. Выработка 1 кВт/ч электроэнергии на тепловой электростанции
сопровождается выделением в окружающую среду 565 кДж тепла, а на
современной АЭС – 7900 кДж. Увеличение температуры воды уменьшает
содержание в ней растворенного кислорода, а также снижает содержание ионов
Са2+. Тепловое загрязнение сопровождается разрушением биоценозов, вызывает
тяжелые заболевания рыб, приводит к замене обычной флоры водорослей
токсичными сине-зелеными. Повышение температуры воды водоемов ускоряет
процессы
эвтрофикации,
способствует
усилению
токсичности
многих
загрязнителей и их трансформации.
Радиационное загрязнение оказывает комплексное действие на гидросферу.
В водоемах индуцируются радикальные процессы, меняется окислительновосстановительный потенциал. Результатом радиационного загрязнения может
явиться рост числа случаев раковых заболеваний при контакте с водой или
мутационные процессы [15, 30].
26
Основные источники загрязнения природных вод:
1.
Атмосферные
осадки,
вымывающие
из
воздуха
загрязнители
промышленного происхождения.
2.
стоки,
Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые
насыщенные
фекалиями,
поверхностно
активными
веществами,
патогенной флорой. Особенно опасны стоки с городских улиц и промышленных
площадок, несущие нефть, мусор, фенолы, кислоты и др.
3.
Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных
отраслях производства, черная металлургия поставляет 24% стоков, цветная
металлургия
–
17%,
химическая
нефтеперерабатывающая
–
13%,
промышленность
пищевая
–
–16%,
1,5%.
топливная
Сточные
и
воды
металлургических и металлообрабатывающих заводов содержат твердые взвеси,
растворы и эмульсии солей, кислот и щелочей, растворимые соединения тяжелых
металлов, цианиды и углеводороды. Сточные воды предприятий цветной
металлургии еще опаснее, так как содержат сульфиды, тиоцианаты, сероводород,
соединения мышьяка и пр., делающие воду порой непригодной даже для
технических нужд. Наряду с перечисленными соединениями сточные воды
химических
предприятий
бывают
насыщены
опасными
органическими
веществами. Огромный вред рекам и водоемам наносят стоки целлюлознобумажной промышленности: в сточных водах одного ЦБК средней мощности
содержится такое же количество органических веществ, как в коммунальнобытовых стоках города с населением в 2,5 млн. человек.
4. Сельскохозяйственные стоки, вносящие пестициды и избыток биогенных
элементов вследствие нерационального использования удобрений.
Сельское хозяйство потребляет 70% используемой человеком пресной
воды, промышленность и энергетика – 20%, на коммунальные нужды
расходуются остальные 10% [26, 29].
По оценке экспертов ООН, до 80 % химических соединений, поступающих
во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники. Ежегодно в
мире сбрасывается более 420 км3 сточных вод, которые делают непригодными
27
около 7 тыс. км3 воды [13].
Грунтовые воды требуют к себе очень внимательного отношения. Известны
случаи, когда сточные воды из больниц, предприятий, прачечных попадали в
водоносный слой и становились причиной вспышек болезней [21].
1.4. Значение химического состава воды для здоровья человека
Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном
контакте с окружающей средой. Жизнь требует постоянного обмена веществ в
организме. Поступлению в организм химических элементов способствуют
питание и потребляемая вода. В соответствии с рекомендацией диетологической
комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических
элементов с пищей должно находиться на определенном уровне [13,28].
Таблица 2.
Суточное поступление химических элементов в организм человека
Химический элемент
Суточное поступление, мг
взрослые
дети
К
200– 5500
530
Na
1100– 3300
260
Са
800– 1200
420
Mg
300– 400
60
Zn
15
5
Feобщ
10– 15
7
Mn
2– 5
1,3
Cu
1,5– 3,0
1
Мо
0,075– 0,250
0,06
Crобщ
0,05– 0,2
0,04
Со
около
0,2
0,00
Сl-
3200
470
РО43-
800– 1200
210
SO42-
10
—
28
I-
0,15
0,07
Se
0,05– 0,07
—
F-
1,5– 4,0
0,6
По мере того как развиваются исследования в данном направлении,
выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов.
Микроэлементы, входя
в состав ферментов, гормонов, витаминов,
биологически активных веществ в качестве комплексообразователей или
активаторов, участвуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом
дыхании, обезвреживании токсических веществ. Микроэлементы активно влияют
на процессы кроветворения, окисления – восстановления, проницаемость сосудов
и тканей. Макро- и микроэлементы: кальций, фосфор, фтор, иод, алюминий,
кремний – определяют формирование костной и зубной тканей.
В поддерживании определенного содержания макро- и микроэлементов в
организме участвуют гормоны.
Имеются данные, что содержание некоторых элементов в организме
человека меняется с возрастом. Так, содержание кадмия в почках и молибдена в
печени к старости повышается. Максимальное содержание цинка наблюдается в
период полового созревания, затем оно понижается и в старости доходит до
минимума. Уменьшается с возрастом и содержание других микроэлементов,
например ванадия и хрома.
На изменение содержания химических элементов в организме влияют
различные заболевания. Так, при рахите происходит нарушение фосфорнокальциевого обмена, что приводит к снижению содержания кальция. При
нефрите из-за нарушения электролитного обмена уменьшается содержание
кальция, натрия, хлора и повышается содержание магния, калия в организме.
Выявлено немало заболеваний, связанных с недостатком или избыточным
накоплением различных микроэлементов. Дефицит фтора вызывает кариес зубов,
дефицит йода – эндемический зоб, избыток молибдена – эндемическую подагру.
Такого рода закономерности связаны с тем, что в организме человека
29
поддерживается баланс оптимальных концентраций биогенных элементов –
химический гомеостаз. Нарушение этого баланса вследствие недостатка или
избытка элемента может приводить к различным заболеваниям. Недостаток в
пищевом рационе таких элементов, как железо, медь, фтор, цинк, йод, кальций,
фосфор, магний и некоторых других, приводит к серьезным последствиям для
здоровья человека.
Для организма вреден не только недостаток, но и избыток биогенных
элементов, так как при этом нарушается химический гомеостаз. Например, при
поступлении избытка марганца с пищей в плазме повышается уровень меди
(синергизм Mn и Cu), а в почках он снижается (антагонизм). Повышение
содержания молибдена в продуктах питания приводит к увеличению количества
меди в печени. Избыток цинка в пище вызывает угнетение активности
железосодержащих ферментов (антагонизм Zn и Fe).
Минеральные компоненты, которые в ничтожно малых количествах
являются
жизненно
необходимыми,
при
более
высоких
концентрациях
становятся токсичными [21, 31].
По данным ВОЗ, около 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с
неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарногигиенических норм водоснабжения. В мире 2 млрд. человек имеют хронические
заболевания в связи с использованием загрязненной воды [6].
Серьезную опасность для здоровья населения представляет химический
состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого
соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно
несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение
которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных
пород.
В таблице 3 приведены наиболее часто проявляемые болезни, связанные с
загрязнением питьевой воды [13].
30
Таблица 3.
Заболевания, возникающие при токсическом воздействии химических
элементов и субстанций, находящихся в питьевой воде
Болезнь
Возбуждающий фактор
Анемия
Мышьяк, бор, фтор, медь, цианиды, трихлорэтилен
Апластическая анемия
Бензол
Бронхиальная астма
Фтор
Лейкемия
Хлорированные фенолы, бензол
Болезни сердца:
а) повреждение сердечной
мышцы
б) нарушения
функционирования сердца
в) сердечно-сосудистые
изменения
г) брадикардия
д) тахикардия
Дерматозы и экземы
Флюороз скелета
Бор, цинк, тетрахлорэтилен, фтор, медь, свинец, ртуть
Бензол, хлороформ, цианиды
Трихлорэтилен (TRI)
Галоформы,
тригалометаны,
производные
Динитрофенолы
альдрин
и
его
Мышьяк, альдрин и его производные, бор, бериллий,
хлор, хлорированные фенолы, хлор-нафталины, хром,
TRI, динитрофенолы, детергенты, фтор, кобальт, никель,
продукты дистилляции нефти (масла), пластмассы,
ртуть, циклические ароматические углеводороды (ЦАУ)
Фтор
Болезнь «Itai-itai»
Кадмий
Болезнь Кашина - Бека
Железо
Облысение
Бор, ртуть
Цирроз печени
Хлор, магний, бензол,
углерода, тяжелые металлы
хлороформ,
Метгемоглобинемия (цианоз)
Нитраты, нитриты, азиды, хлораты, перхлораты,
тетрахлорид углерода, динитрофенолы, фенол
Гипофункция щитовидной
железы
Кобальт
Несварение желудка и кишок
Фтор, детергенты, кремний, медь
Уремия
Медь, свинец, ртуть
тетрахлорид
31
Продолжение таблицы 3.
Болезнь
Злокачественные опухоли
мочевого пузыря
Злокачественные опухоли
легких
Злокачественные опухоли
кожи
Возбуждающий фактор
Мышьяк, хлор
Мышьяк, ЦАУ, бензопирен
Мышьяк, бензопирен, продукты дистилляции нефти
(масла), некоторые ЦАУ
Злокачественные опухоли
печени
Мышьяк, ДДТ, некоторые галоформы
Злокачественные опухоли
желудка
Меркуриализм
N-нитрозоамины, ЦАУ
Ртуть
В данной работе выясняется содержание в воде родников Национального
парка «Орловское полесье» содержание следующих ионов: Feобщее, Cl-, SO42-, NO3Железо в организме человека содержится в количестве 5 г. Большая часть
его сосредоточена в гемоглобине крови (около 70%). Железо входит также в
состав ферментов, например цитохромов, каталазы, и др. В связанной форме
железо находится в некоторых белках.
Одним из наиболее важных внутрикомплексных соединений, которые
создала природа, является гемоглобин. Это сложный по составу белок,
содержащий и небелковую (простетическую) группу – гем, на долю которой
приходится около 4 % массы гемоглобина.
Простетическая группа представляет собой бионеорганический комплекс
железа (II) с полициклическим органическим веществом – порфирином. Эта
группа и носит название гем (от греч. гема–кровь). Гем имеет плоскостное
строение. Физиологическая функция гемоглобина заключается в способности
обратимо связывать кислород и переносить его от легких к тканям. Если
гемоглобин
условно
обозначить
[Hb·Fe2+],
то
реакцию
обратимого
присоединения кислорода можно записать так:
[Hb·Fe2+]+O2 = [HbFe2+·O2].
Гемоглобин, присоединивший кислород, называется оксигемоглобином, а
32
без кислорода – дезоксигемоглобином.
Гемоглобин взаимодействует также с угарным газом (СО). При этом
образуется макроциклический комплекс с железом – карбоксигемоглобин:
[HbFe2+] + СО = [HbFe2+·CO]
Этот комплекс намного устойчивее, чем комплекс железа с кислородом.
Поэтому при вдыхании угарного газа большая часть гемоглобина переходит в
карбоксигемоглобин, что и нарушает перенос кислорода от легких к тканям и
вызывает отравление организма [29].
В недавнем прошлом загрязнение питьевой воды нитратами происходило
иногда в колодцах или иных источниках, расположенных в сельской местности.
Неудачно построенные источники питьевой воды могли загрязняться от близко
расположенных сточных ям или мест хранения удобрений, откуда в них попадали
нитраты при дождевании или разведении удобрительных смесей.
Вода, содержащая более 10 мг/дм3 нитратов, считается непригодной для
питья в основном потому, что она может быть токсичной для грудных детей.
Почему же такая вода влияет только на младенцев? По-видимому, у некоторых из
них в желудке не выделяется достаточное количество кислоты, чтобы
предотвратить
развитие
бактерий,
преобразующих
нитраты
(NO3-)
в
высокотоксичные нитриты (NO2-). У отравившихся младенцев возникает
метгемоглобинемия – болезнь, при которой эритроциты неспособны переносить
кислород. Бактерии, превращающие нитраты в нитриты, не могут развиваться в
желудке детей более старшего возраста и взрослых, поскольку их желудок уже
выделяет достаточное количество кислоты. Есть данные, что витамин С в составе
томатного или
апельсинового сока предотвращает отравление младенцев
нитратами, возможно, связывая их.
Недавно ученые пришли к выводу, что нитраты в питьевой воде могут
оказаться вредными также для подростков и взрослых людей, так как в желудке
из них могут образовываться нитрозосоединения. Пока неизвестно, происходит
ли это на самом деле; однако возрастающие концентрации нитратов в неглубоко
залегающих грунтовых водах (что связано в основном с применением удобрений
33
и загрязнением канализационными стоками) требуют повышенного внимания к
предупреждениям специалистов [26].
Возрастает беспокойство по поводу того, что и более глубокие грунтовые
воды окажутся в опасности.
Нитраты попадают в природные воды несколькими путями. Города и
откормочные хозяйства (где выращивают скот перед отправкой его на бойню или
на рынок) – два основных источника, поступления нитратов в природные воды.
Экскременты животных и человека примерно наполовину состоят из нитратов.
Удобрения, которые смываются с сельскохозяйственных угодий во время
сильных дождей, также содержат большое количество нитратов [26].
Помимо этого существует несколько природных источников нитратов. Во
время разрядов молний азот воздуха способен образовывать нитраты. Растения из
семейства бобовых, входящие в наземные экосистемы, могут «фиксировать»
атмосферный азот, превращая его в формы, усвояемые другими растениями;
некоторые сине-зеленые водоросли, обнаруженные в водных системах, также
могут преобразовывать азот воздуха в нитраты. Этот процесс называется
фиксацией азота или азотфиксацией [18].
34
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Используемые реактивы и растворы
Дистиллированная вода; бихромат калия; сульфат кобальта; серебро
азотнокислое; аммиак водный 25%-ный раствор; калий-натрий виннокислый;
медь сернокислая; натрия N, N-диэтилдитиокарбамат; кислота соляная, конц.;
кислота серная, конц.; кислота сульфосалициловая; аммоний надсернокислый;
трилон Б (комплексон III, двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной
кислоты); аммоний хлористый; гидроксиламин солянокислый; натрий сернистый;
натрий хлористый; калий азотнокислый; серебро сернокислое; спирт этиловый
ректификованный; цинк металлический гранулированный; магний сернокислый –
фиксанал; хромоген черный специальный ЕТ-00 (индикатор); хромтемно-синий
кислотный (индикатор); квасцы алюмокалиевые (алюминий-калий сернокислый);
квасцы
железо-аммонийные;
этиленгликоль;
хлороформ
барий
хлористый;
(трихлорметан);
метиловый
оранжевый;
дифенилкарбазид;
персульфат
аммония; трихлоруксусная кислота.
Все реактивы, используемые для анализа, должны быть квалификации
химически чистые (х.ч.) или чистые для анализа (ч. д. а.).
2.2. Измерительная аппаратура и оборудование
Фотоколориметр; кюветы с толщенной слоя 50 мм; цилиндр с плоским
дном; шрифт, высота букв которого составляет 2 мм, а толщина линий букв – 0,5
мм; линейка; цилиндры мерные на 10, 50,100 мл; мерные колбы на 250, 500, 1000
мл; колба с притертой пробкой; колбы конические на 200, 250 мл; пипетки
мерные на 1 мл с делениями 0,01 мл, на 5 мл с делениями 0,1 мл; пипетки мерные
на 10, 25, 50, 100 мл без делений; часовое стекло; термометр; электрическая
плитка; рН-метр; стаканы химические на 200, 250, 400, 600 мл; фильтровальная
бумага; сушильный шкаф; эксикатор; весы аналитические, 2 кл. точности;
фильтры беззольные «белая лента», «синяя лента»; чашка фарфоровая; воронка
для фильтрования; баня водяная; баня песчаная; бюретка 25 мл со стеклянным
краном;
капельница;
палочки
стеклянные;
тигли
лабораторные,
чашки
35
фарфоровые выпаривательные вместимостью 150 – 200 мл; бумага индикаторная,
универсальная.
2.3. Отбор, консервация и хранение проб воды для анализа
Отбор пробы
Химический анализ чаще всего начинают с отбора и подготовки пробы к
анализу. Следует отметить, что все стадии анализа связаны между собой. Так,
тщательно измеренный аналитический сигнал не дает правильной информации о
содержании определяемого компонента, если неправильно проведен отбор или
подготовка пробы к анализу. В большинстве случаев именно отбор и подготовка
пробы к химическому анализу лимитирует надежность и, в целом, качество
получаемых результатов, а также трудоемкость и длительность аналитического
цикла.
Погрешность при пробоподготовке и отборе пробы часто определяет
общую ошибку определения компонента и делает бессмысленным использование
высокоточных методов. В свою очередь отбор и подготовка пробы зависят не
только от природы анализируемого объекта, но и от способа измерения
аналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы и ее подготовки
настолько
важны
при
проведении
химического
анализа,
что
обычно
предписываются Государственным стандартом.
Для проведения анализа, как правило, берут так называемую среднюю
(представительную) пробу. Это небольшая часть анализируемого объекта,
средний состав и свойства которой должны быть идентичны во всех отношениях
среднему составу и свойствам исследуемого объекта.
Для анализируемой пробы проводят несколько определений компонента из
отдельных аликвот. Содержание определяемого компонента в пробе должно
отражать среднее его содержание во всем исследуемом объекте, – анализируемая
проба должна быть представительной.
Чем больше материала отобрано для пробы, тем она представительнее.
Однако с очень большой пробой трудно работать, это увеличивает время анализа
и расходы на него. Таким образом, отбирать пробу нужно так, чтобы она была
36
представительной и не очень большой.
Пробу гомогенной жидкости отбирают при помощи соответствующих
пипеток, бюреток и мерных колб. Смеси таких жидкостей, как правило,
гомогенны и хорошо перемешиваются.
Отбор
пробы
из
общей
емкости
проводят
после
тщательного
перемешивания. Это важно, так как в поверхностном слое жидкости могут
проходить различные химические реакции, меняющие состав образца. Если по
какой-либо причине жидкость нельзя хорошо перемешать, то отбор пробы
проводят на разной глубине и в разных местах емкости и, в зависимости от
задачи, пробы анализируют отдельно или перемешивают.
Отбор гомогенной жидкости из потока проводят через определенные
интервалы времени и в разных местах.
Отбор проб для анализов проводился в соответствии с требованиями
госстандарта и соответствующих методик.
Таблица 4.
Время отбора проб воды для анализа
№п/п
1
2
3
4
5
6
7
Дата
25. 09. 2016
15. 10.2016
25. 10. 2016
04.11.2016
25. 03. 2017
04. 04. 2017
14. 04. 2017
Хранение и консервация пробы. В процессе отбора и хранения пробы
возможны потери определяемого компонента, внесение загрязнений, изменение
химического состава. Все это приводит к увеличению общей погрешности
анализа.
Большими могут быть потери вследствие адсорбции определяемого
компонента на поверхностях емкостей для отбора и хранения пробы.
В процессе отбора и хранения пробы в массе образца могут проходить
37
химические реакции, меняющие состав анализируемого объекта. Обычно это
взаимодействие с компонентами атмосферы, окислительно-восстановительные
реакции и др.
В процессе отбора и хранения пробы возможно изменение ее состава из-за
загрязнения компонентами, поступающими из материала пробоотборников,
емкостей для хранения пробы, воздуха лабораторных помещений и т. д.
Погрешности, обусловленные внешними загрязнениями, особенно велики при
определении следовых количеств компонентов.
Таким образом, учитывая источники возможных потерь и загрязнений при
отборе пробы, следует строго регламентировать методику пробоотбора:
температурный режим, время контакта с атмосферой, материал пробоотборников
и т. д.
Особо
рассматривают
вопрос
о
хранении
и
консервации
пробы.
Допустимый промежуток времени между отбором и анализом зависит от состава
пробы, природы определяемых компонентов и условий хранения пробы. Чем
больше вероятность изменения содержания определяемых компонентов, тем
скорее должен быть проведен анализ; если невозможно провести анализ сразу
после отбора, то пробу консервируют. Некоторые определяемые вещества
устойчивы длительное время и не требуют особых условий консервации (резкое
охлаждение, изменение рН среды, добавление стабилизирующих веществ). В
отдельных случаях для сохранения определяемого компонента его экстрагируют
органическими растворителями или сорбируют на различных твердых веществах.
Для получения достоверных результатов пробы природной воды, например,
анализируют обычно в течение 1 – 2 ч после отбора. Пробы можно
стабилизировать на несколько часов охлаждением до О °С и на несколько
месяцев резким охлаждением до – 20 °С. Для консервирования определяемых
компонентов добавляют разные консерванты, чаще всего это кислоты и вещества,
образующие комплексные соединения.
Хранят пробы в условиях, гарантирующих постоянство ее состава в
отношении тех компонентов, которые предполагается определить, при этом
38
учитывают комплекс условий (температура, освещенность, материал посуды и т.
д.) [19].
Консервация и хранение проб проводились в соответствии с применяемой
методикой. Анализ проб воды осуществлялся не позднее установленного
методикой срока. Эксперименты проводились на базе лабораторий МУПП
«Орелводоканал» и ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С.Тургенева».
2.4. Математическая обработка результатов измерений
2.4.1. Абсолютные и относительные методы анализа. Градуировка. Образцы
сравнения и стандартные образцы
Для осуществления химического анализа необходимо знание точного вида
градуировочной функции.
Для некоторых методов анализа точный вид градуировочной функции
известен из теории. Гораздо более распространен случай, когда из теории
известен в лучшем случае общий (и при этом зачастую приближенный) вид
градуировочной функции, а ее параметры (применительно к данным конкретным
условиям анализа) либо заранее неизвестны вообще, либо известны лишь
ориентировочно, с точностью, не удовлетворяющей возможностям метода и
требованиям к результатам анализа. В таких случаях необходимо устанавливать
градуировочную
функцию
экспериментально,
эмпирически
как
правило,
непосредственно перед проведением анализа, поскольку она может сильно
зависеть от его условий. Такие методы называются относительными, а процедура
опытного построения градуировочной функции – градуировкой [20, 23].
Для осуществления градуировки необходим, прежде всего, набор образцов
с надежно установленным содержанием определяемого компонента. В общем
случае такие образцы называются образцами сравнения (ОС). Среди ОС следует
особо выделить класс, называемый стандартными образцами (СО). Стандартные
образцы – это специально приготовленный материал, состав которого надежно
установлен и юридически удостоверен. Последнее означает, что каждый СО
имеет официальный документ (паспорт, аттестат), выданный уполномоченным
органом (системы Госстандарта, отраслевой метрологической службой и т.д.), в
39
котором содержатся данные о его составе (как правило – содержания всех
макрокомпонентов и важнейших микрокомпонентов). Во многих определенных
законодательством случаях (прежде всего – при официальной аттестации новой
методики) применение СО является обязательным [31].
2.4.2. Погрешности и неопределенности измерений. Точность и ее
составляющие
Любой измерительный процесс подвержен действию множества факторов,
искажающих результаты измерения. Отличие результата измерения от истинного
значения измеряемой величины называется погрешностью. Ввиду того, что
любой результат измерения, вообще говоря, содержит погрешность, точное
значение измеряемой величины никогда не может быть установлено. Однако
возможно указать некоторый диапазон значений, в пределах которого может, с
той или иной степенью достоверности, находиться истинное значение. Этот
диапазон
называется
неопределенностью
результата
измерения.
Оценка
неопределенности результатов химического анализа является важнейшей задачей
химической метрологии [42].
Случайная погрешность: численные характеристики воспроизводимости.
Поскольку воспроизводимость характеризует степень рассеяния данных
относительно среднего значения, для оценки воспроизводимости необходимо
предварительно
вычислить
среднее
из
серии
результатов
повторных
(параллельных) измерений x1 x2…xn
В качестве меры разброса данных относительно среднего чаще всего
используют дисперсию:
и производные от нее величины – (абсолютное) стандартное отклонение:
40
и относительное стандартное отклонение:
По смыслу дисперсия есть усредненная величина квадрата отклонения
результата измерения от своего среднего значения.
Случайная
погрешность:
интервальная
оценка.
Вклад
случайной
погрешности в общую неопределенность результата измерения можно оценить с
помощью методов теории вероятностей и математической статистики. Ввиду
наличия случайной погрешности одна и та же величина х при каждом
последующем измерении приобретает новое, непрогнозируемое значение. Такие
величины называются случайными. Случайными величинами являются не только
отдельные результаты измерений, но и средние (а также дисперсии s2(x) и все
производные от них величины). Поэтому среднее может служить лишь
приближенной оценкой результата измерения. В то же время, используя среднее и
s (x), возможно оценить диапазон значений, в котором с заданной вероятностью Р
может находиться результат. Эта вероятность Р называется доверительной
вероятностью, а соответствующий ей интервал значений - доверительным
интервалом.
Строгий расчет границ доверительного интервала случайной величины
возможен лишь в предположении, что эта величина подчиняется некоторому
известному закону распределения. Закон распределения случайной величины одно из фундаментальных понятий теории вероятностей. Он характеризует
относительную долю (частоту, вероятность появления) тех или иных значений
случайной величины при ее многократном воспроизведении. Математическим
выражением закона распределения случайной величины служит ее функция
распределения (функция плотности вероятности) р (х).
Систематическая погрешность: общие подходы к оценке. Оценка
41
правильности результатов анализа – проблема значительно более трудная, чем
оценка воспроизводимости. Как видно из предыдущих разделов, для оценки
воспроизводимости нам не надо иметь ничего, кроме серии параллельных
результатов измерения. Для оценки же правильности необходимо сравнение
результата измерения с истинным значением. Строго говоря, такое значение
никогда не может быть известно. Однако для практических целей можно вместо
истинного использовать любое значение, систематическая погрешность которого
пренебрежимо
мала.
Если
при
этом
и
случайная
погрешность
также
пренебрежимо мала, то такое значение можно считать точной величиной
(константой) и постулировать в качестве истинного [24, 31].
2.4.3. Специальные приемы проверки и повышения правильности
Помимо общего подхода к проверке правильности результатов анализа,
основанного на их сравнении с независимыми данными при помощи
статистических
позволяют
тестов,
выявить,
существует
а
во
ряд
многих
специальных
случаях
и
приемов,
которые
существенно
снизить
систематическую погрешность [10].
Одним из таких приемов служит способ варьирования размера пробы. В
этом случае для анализа используют серию проб различного размера и исследуют
зависимость найденного содержания от размера пробы. Предположим, что
методика анализа содержит систематическую погрешность А, которая постоянна
и не зависит от размера пробы. Погрешность такого типа называется аддитивной.
Ее влияние состоит в том, что она увеличивает или уменьшает измеряемое
значение аналитического сигнала на одну постоянную величину. Пусть истинное
значение концентрации определяемого компонента составляет Со. Тогда для
аликвоты объемом V По = VCo. Измеренное значение количества определяемого
компонента равно пизм = По + А = VC0 + А, а измеренное значение его
концентрации – Сизм = пизм / V = Со + А / V. Таким образом, при наличии
аддитивной систематической погрешности с увеличением объема аликвоты
наблюдается закономерное изменение результата анализа – убывание либо
возрастание в зависимости от знака А [42].
42
2.5. Органолептические свойства воды
Органолептические
восприятия
человеком.
свойства
Это
нормируются
температура,
по
интенсивности
запах,
привкус,
после
отбора
их
цветность,
прозрачность, мутность, примеси [27, 30].
Температура.
Определяется
сразу
пробы
или
непосредственно в водоеме термометром с ценой деления 0,1°С. Термометр
держат в воде не менее 5 мин.
Измерения проводились в сентябре 2016 года при температуре воздуха 11
°С (таблица 5).
Таблица 5.
Результаты измерений органолептических свойств воды
Название источника
Органолептические
показатели
Температура
воды, °С
Прозрачность,
см
Характеристика осадка
Характеристика запаха,
баллы
Характеристика вкуса и
привкуса,
баллы
«Святой
колодец»
Родник
Родник
«Журавлик» «Сова»
Родник
«Гремячий»
8,6
8,3
8,4
8,4
<30
<30
<30
<30
Родник
у
поселка
Жудре
8,5
<30
Незначи- Не обнаружен НезначиНезначительНе
тельный,
тельный,
ный, темно- обнаружен
серый,
темнокоричневый,
хлопьевидкоричневый, хлопьевидный
ный
хлопьевидный
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
н/о
43
Прозрачность.
Степень
прозрачности
выражается
высотой
столба
жидкости в сантиметрах, через который отчетливо виден специальный шрифт.
Прозрачностью не менее 30 см должны обладать воды, подаваемые для
питьевого водоснабжения без осветления. Речные воды, кроме горных, могут
иметь прозрачность 25 см. Уменьшение прозрачности природных вод
свидетельствует об их загрязнении.
Исследуемую воду наливают в цилиндр, под дно которого подкладывают
на расстоянии 4 см шрифт. Сливают воду до тех пор, пока сверху через слой
можно будет отчетливо прочесть этот шрифт. Высоту столба оставшейся воды
измеряют линейкой. Определение производят при хорошем дневном рассеянном
освещении на расстоянии 1 м от светонесущей стены.
Осадок. Взболтанную в бутылке воду наливают в цилиндр слоем примерно
30 см и оставляют в покое на 1 час, если вода отобрана из открытого водоема,
или на сутки, если вода взята из подземных источников. Осадок оценивают
количественно (нет, незначительный, заметный, большой) и качественно
(песчаный, глинистый, илистый, кристаллический, хлопьевидный). Отмечают
также цвет осадка.
Большой осадок свидетельствует о загрязнении воды.
Цветность. Это природное свойство воды, обусловленное наличием
гуминовых веществ, которые придают ей окраску от желтоватого до коричневого
цвета.
Гуминовые
вещества
образуются
при
разрушении
органических
соединений в почве, вымываются из нее и поступают в открытые водоемы.
Поэтому цветность свойственна воде открытых водоемов и резко увеличивается в
паводковый период. Цветность воды определяется в градусах. Вода, имеющая
цветность 20°С, считается бесцветной. Вода, не подвергающаяся перед подачей
потребителю обесцвечиванию, должна иметь цветность не выше 20°С.
Цветность можно определять визуально. Для этого в колориметрический
цилиндр наливают 100 мл профильтрованной исследуемой воды и, просматривая
окраску контрольных растворов сверху вниз, находят цилиндр, окраска жидкости
в котором совпадает с окраской воды в цилиндре с исследуемой водой.
44
Цветность можно более точно определить на фотоколориметре.
Приготовление растворов:
Стандартный раствор №1: 0,0875 г бихромата калия, 2 г сульфата
кобальта и 1 мл серной кислоты с плотностью 1,84 г/мл растворяют в
дистиллированной воде и доводят объем до 1 л. Раствор соответствует цветности
500°С.
Раствор №2: 1 мл конц. H2SO4 доводят дистиллированной водой до 1 л.
Построение градуировочного графика
Градуировочный график строят по хромово-кобальтовой шкале цветности.
Для приготовления шкалы цветности смешивают растворы № 1 и № 2 в
цилиндрах в следующих соотношениях (таблица 6).
Таблица 6.
Хромово-кобальтовая шкала цветности
№ раствора
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Р-р №1, мл
0
1
2
3
4
5
6
8
10
12
16
98
97
96
95
94
92
90
88
84
10
15
20
25
30
40
50
60
70
Р-р №2, мл
Градусы
цветности
100 99
0
5
Таблица 7.
Оптическая плотность растворов (А)
№
раствора
1
Градусы
цветности
0
А
0,004
2
5
0,009
3
10
0,016
4
15
0,023
5
20
0,031
6
25
0,037
7
30
0,043
8
40
0,056
45
9
50
0,069
10
60
0,082
11
70
0,095
Рис. 1. Построение градуировочного графика.
Таблица 8.
Результаты измерений градуса цветности
Название источника
1 проба
Градусы цветности
2 проба
3 проба
Среднее
«Святой колодец»
3,5
3,5
4,0
3,67
Родник «Журавлик»
4,5
5,0
4,5
4,67
Родник «Сова»
5,5
5,0
4,5
5,0
Родник «Гремячий»
4,5
4,5
5,5
4,83
Родник у поселка Жудре
5,0
5,5
5,5
5,33
46
Таблица 9.
Статистическая обработка
Название источника
«Святой колодец»
Родник «Журавлик»
Родник «Сова»
Родник «Гремячий»
Родник у поселка Жудре
X
V(x)
s(x)
sr(x)
3,67
0,0799
0,2828
0,0770
4,67
0,0834
0,2887
0,0618
5,00
0,1667
0,4082
0,0816
4,83
0,3334
0,5774
0,1195
5,33
0,0834
0,2887
0,4193
Ход определения. Образцы природной воды фотометрируют в кювете на 5
см в синей части спектра относительно профильтрованной дистиллированной
воды. При цветности выше 35°С водопотребление ограничивают.
Запах оценивается в баллах. Водой, не имеющей запаха, считается такая,
запах которой не превышает 2 балла.
Таблица 10.
Определение запаха
Символ
Характер запаха
А
Ароматный
Б
Болотный
Г
Гнилостный
д
Древесный
3
Землистый
П
Плесневый
Р
Рыбный
С
Сероводородный
т
Травянистый
н
Неопределенный
Колбу с притертой пробкой наполняют на 2/3 объема исследуемой водой,
47
сильно встряхивают, открывают пробку и вдыхают ее запах. Для усиления
интенсивности запахов воду подогревают. Коническую колбу на 200 мл
наполняют на 1/2 ее объема исследуемой водой, закрывают часовым стеклом и
нагревают до 60°С. Затем колбу вращательным движением взбалтывают и,
сдвинув стекло, быстро определяют запах.
Интенсивность запаха определяют по 5-бальной шкале: 0 – не ощущается; 1
– обнаруживается только опытным исследователем; 2 –слабый, обнаруживается
потребителем только в том случае, если указать на него; 3 – заметный,
обнаруживается потребителем и вызывает его неодобрение; 4 – отчетливый,
обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья; 5 –
очень сильный, делающей воду совершенно непригодной [18] (таблица 9, 5).
Чистые природные воды запахов не имеют.
Вкусы и привкусы определяются в баллах. Без привкусов называется такая
вода, привкусы которой не превышают 2 баллов. Определение ведется с заведомо
безопасной водой при 20°С. Воду набирают в рот малыми порциями, не
проглатывая. Отмечают наличие вкуса (соленый, горький, кислый, сладкий) или
привкуса (щелочной, железистый, металлический, вяжущий и т.д.) и их
интенсивность в баллах по шкале, аналогично определению интенсивности
запаха.
При интенсивности запахов и привкусов выше 2 баллов ограничивается
водопотребление, т.к. сильные запахи и привкусы могут быть показателями
загрязнения воды загрязненными сточными водами или свидетельствуют о
наличии
биологически
активных
веществ,
выделяемых
сине-зелеными
водорослями (таблица 10, 5).
2.6. Определение активной реакции (рН)
Водородный
показатель
(рН)
позволяет
оценить
соотношение
концентраций протонов Н+ и гидроксильных ионов ОН– в воде. Выделение
углекислого газа СО2 в процессах дыхания и разложения с его последующим
растворением вызывает понижение рН (среда закисляется) вследствие
образования слабой угольной кислоты:
48
Н2О + СО2 → Н2СО3 +H+ + НСО3-.
С другой стороны, СО2 поглощается в процессе фотосинтеза, что приводит
к увеличению рН (среда защелачивается). Следовательно, величина водородного
показателя рН контролируется равновесными процессами, отвечающими за
взаимодействие
карбонатной
системы
природных
вод
с
атмосферой
и
литосферой.
Повышение содержания СО2 увеличивает концентрацию угольной кислоты,
что приводит к растворению карбоната кальция СаСО3 из донных отложений, а
уменьшение содержания углекислого газа вызывает осаждение карбоната
кальция. Таким образом, вода, содержащая растворенный углекислый газ и
гидрокарбонатные ионы, обладает буферными свойствами, то есть, способна
поддерживать постоянное значение водородного показателя при поступлении
достаточно большого количества протонов или гидроксильных ионов. Данные по
водородному показателю позволяют оценить подвижность некоторых элементов
в гидросфере и концентрационные изменения.
В большинстве природных вод рН находится в пределах от 6,5 до 8,5 и
зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода и
бикарбонат-иона. Более низкие значения рН 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 [12,14].
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
49
индикаторным
способом
невозможно.
Электрометрический
(потенциометрический) метод определения рН воды отличается большой
точностью (до 0,02), позволяет проводить исследование практически в любой
воде независимо от ее окраски, мутности, солевого состава [22].
Метод основан на измерении разности потенциалов, возникающих на
границах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электрода и
исследуемым раствором, с одной стороны, и внутренней поверхностью мембраны
и стандартным раствором – с другой. Внутренний стандартный раствор
стеклянного электрода имеет постоянную концентрацию ионов водорода,
поэтому потенциал на внутренней поверхности мембраны не меняется.
Измеряемая разность потенциалов определяется потенциалом, возникающим на
границе внешней поверхности электрода и исследуемого раствора. Изменение
значения рН на единицу вызывает изменение потенциала электрода на 58,1 мВ
при 20°С. Пределы линейной зависимости потенциала электрода от рН
обусловлены свойствами стеклянного электрода. Результат определения не
зависит
от
окраски,
мутности,
взвеси,
присутствия
свободного
хлора,
окислителей или восстановителей, повышенного содержания солей. Влияние
температуры компенсируется специальным устройством, вмонтированным в
прибор.
Для измерения рН можно пользоваться потенциометрами (рН-метрами)
различных марок. Стеклянные электроды этих приборов калибруются по
буферным растворам.
Ход определения. Пробы воды помещают в химические стаканчики
вместимостью 200 см3.
Перед началом работы необходимо ознакомиться с инструкцией на прибор.
Определять рН грунтовой воды в соответствии с инструкцией.
После каждого измерения рН каждой пробы стеклянные электроды
ионометра
подсушивают
дистиллированную воду.
фильтровальной
бумагой
и
помещают
в
50
Таблица 11.
Результаты измерений
Название
Значение рН
источника
1
2
Среднее
значение рН
3
проба
5,89
проба
5,88
проба
5,88
5,88
Родник
7,05
7,06
7,05
7,05
«Журавлик»
Родник «Сова»
7,02
7,04
7,03
7,03
Родник «Гремячий»
7,07
7,08
7,08
7,08
Родник у поселка
6,23
6,23
6,25
6,24
«Святой колодец»
Жудре
Таблица 12.
Статистическая обработка
X
Название источника
V(x)
s(x)
sr(x)
«Святой колодец»
5,88
0,00005
0,0070
0,0012
Родник «Журавлик»
7,05
0,00005
0,0070
0,0010
Родник «Сова»
7,03
0,00007
0,0082
0,0012
Родник «Гремячий»
Родник у поселка Жудре
7,08
6,23
0,00005
0,00010
0,0070
0,0100
0,0010
0,0016
2.7. Определение сухого остатка
Сухой остаток – это количество растворенных солей в миллиграммах,
содержащееся в 1 л воды. Т.к. 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 Са2+, Mg2+,
Na+ и анионами НСО3-, Сl-, SO42-. Остальная часть минерального состава
представлена макроэлементами Na+, K+, PO43- и др. и микроэлементами Fe2+, Fe3+,
I-, Cu2+, Mo2+ и др.
51
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 горько-соленый вкус, а ее
употребление (в зависимости от состава солей) приводит к различным
неблагополучным физиологическим отклонениям в организме. С другой стороны,
слабоминерализованная вода с сухим остатком ниже 50-100 мг/л неприятна на
вкус, длительное ее употребление может привести также 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 до 20-100 мг/л солей считают слабо минерализованной,
100-300 мг/л – удовлетворительно минерализованной, 300-500 мг/л – повышенно
минерализованной [14, 25].
Ход определения. Фарфоровую чашку выдерживают в сушильном шкафу
при температуре 110°С 2 часа, затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают на
аналитических 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°С до постоянной массы, охлаждают и
взвешивают.
Массу сухого остатка солей вычисляют по разности массы фарфоровой
чашки до и после выпаривания.
Расчет производится по формуле:
X 
a  a1   1000
V
, где:
X - масса сухого остатка в исследуемом объеме воды (мг/дм3);
a - масса чашки с сухим остатком, мг;
a1 - масса пустой чашки, мг;
V- объем воды, взятый для определения, мл.
Результаты измерений:
52
Таблица 13.
Масса фарфоровой чашки после высушивания до постоянной массы
Название
«Святой
источника колодец»
Масса
фарфоровой
чашки, г
25,0234
Родник
Родник
«Журавлик» «Сова»
25,6562
Родник
Родник
у
«Гремячий» поселка
23,7855
27,1492
Жудре
24,8206
Таблица 14.
Масса сухого остатка солей в исследуемых пробах воды
Сухой остаток солей, г/дм3
Название источника
1 проба
2 проба
3 проба
«Святой колодец»
1,5543
1,5225
1,5036
Родник «Журавлик»
1,3676
1,3768
1,4160
1,3384
1,3181
1,3752
Родник «Гремячий»
1,3517
1,3836
1,3748
Родник у поселка
1,2256
1,2412
1,2732
Родник «Сова»
Жудре
Таблица 15.
Статистическая обработка
Название источника
X
V(x)
s(x)
sr(x)
«Святой колодец»
1,5268
0,0007
0,0259
0,0173
Родник «Журавлик»
1,3868
0,0008
0,0260
0,0188
Родник «Сова»
1,3704
0,0003
0,0158
0,0115
Родник «Гремячий»
1,3439
0,0160
0,1266
0,0942
Родник у поселка
1,2300
0,0010
0,0314
0,0255
Жудре
53
2. 8. Определение жесткости воды комплексонометрическим
методом с трилоном Б
Жесткость воды является важной характеристикой природных вод. Как
известно, различают жесткость карбонатную (временную) и некарбонатную
(постоянную). Первая обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов
кальция и магния Са(НСО3)2 и Mg(HCO3)2, которые при кипячении выпадают в
осадок в виде нерастворимых карбонатов. Вторая связана с содержанием других
солей кальция и магния (сульфатов, хлоридов, нитратов, фосфатов и силикатов).
Карбонатная
жесткость
может
быть
устранена
кипячением
или
добавлением к воде Са(ОН)2:
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О.
Постоянная жесткость устраняется сложнее, одним из способов является
добавление к воде соды.
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4.
Сумма временной и постоянной жесткости воды составляет общую
жесткость, выраженную в миллимолях ионов Са2+ и Mg2+ на литр воды.
Жесткость воды колеблется в широких пределах: от 0,1-0,2 ммоль/л в реках и
озерах, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80–100 ммоль/л в подземных
водах, морях и океанах. Для открытых водоемов она часто зависит от времени
года и погоды.
Вода с жесткостью менее 2 ммоль/л называется мягкой, от 2 до 10 ммоль/л –
средней, а более 10 ммоль/л – жесткой. Наиболее «мягкой» природной водой
является атмосферная вода, почти не содержащая растворенных солей [11, 25].
Метод определение жесткости воды комплексонометрическим методом с
трилоном Б основан на образовании прочного комплексного соединения трилона
Б с ионами кальция и магния [23].
Определение проводят титрованием пробы трилоном Б при рН 10 в
присутствии индикатора.
Объем пробы воды для определения общей жесткости должен быть не
менее 250 мл.
54
Если определение жесткости не может быть проведено в день отбора
пробы, то отмеренный объем воды, разбавленный дистиллированной водой 1:1,
допускается оставлять для определения до следующего дня. Пробы воды,
предназначенные для определения общей жесткости, не консервируют.
Подготовка к анализу:
Приготовление 0,05 н раствора трилона Б:
1)
9,31 г трилона Б растворяют в дистиллированной воде и доводят до 1 л.
Если раствор мутный, то его фильтруют. Раствор устойчив в течение нескольких
месяцев.
Приготовление буферного раствора:
2)
10 г хлорида аммония (NH4Cl) растворяют в дистиллированной воде,
добавляют 50 мл 25%-ного раствора аммиака и доводят до 500 мл
дистиллированной водой. Во избежание потери аммиака раствор следует хранить
в плотно закрытой склянке.
Приготовление индикаторов:
2)
0,5 индикатора растворяют в 20 мл буферного раствора и доводят до 100 мя
этиловым спиртом. Раствор индикатора хромтемно-синего может сохраняться
длительное время без изменения. Раствор индикатора хромоген-черного устойчив
в течение 10 суток. Допускается пользоваться сухим индикатором. Для этого 0,25
г индикатора смешивают с 50 г сухого хлористого натрия, предварительно
тщательно растертого в ступке.
Приготовление раствора сульфида натрия:
4)
5 г сернистого натрия Na2S·H2O или 3,7 г Na2S··5H2O растворяют в 100 мл
дистиллированной воды. Раствор хранят в склянке с резиновой пробкой.
Приготовление раствора солянокислого гидроксиламина:
5)
1
г
солянокислого
гидроксиламина
NH2OH·HCI
растворяют
в
дистиллированной воде и доводят до 100 см3.
6)
Приготовление 0,1 н раствора хлорида цинка:
Точную навеску гранулированного цинка 3,269 г растворяют в 30 мл
соляной кислоты, разбавленной 1:1. Затем доводят объем в мерной колбе
55
дистиллированной водой до 1 л. Получают точный 0,1 н раствор. Разведением
этого раствора вдвое получают 0,05 н раствор. Если навеска неточная (больше
или меньше, чем 3,269), то рассчитывают количество миллилитров исходного
раствора цинка для приготовления точного 0,05 н раствора, который должен
содержать 1,6345 г цинка в 1 л.
7)
Приготовление 0,05 н раствора сульфата магния:
Раствор готовят из фиксанала, прилагаемого к набору реактивов для
определения жесткости воды и рассчитанного на приготовление 1 л 0,01 н
раствора. Для получения 0,05 н. раствора содержимое ампулы растворяют в
дистиллированной воде и доводят объем раствора в мерной колбе до 200 см3.
8)
Установка поправочного коэффициента к нормальности раствора
трилона Б:
В коническую колбу вносят 10 мл 0,05 н раствора хлорида цинка или 10 мл
0,05 н раствора сульфата магния и разбавляют дистиллированной водой до 100
см3. Прибавляют 5 мл буферного раствора, 5–7 капель индикатора и титруют при
сильном взбалтывании раствором трилона Б до изменения окраски. Титрование
следует проводить на фоне контрольной пробы, (слегка перетитрованная проба).
Поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б вычисляют
по формуле:
K = 10/V ,
где V – количество раствора трилона Б, израсходованное на титрование, см3.
Ход определения. Определению общей жесткости воды мешают медь, цинк,
марганец и высокое содержание углекислых и двууглекислых солей. Влияние
мешающих веществ устраняется в ходе анализа. Точность определения при
титровании 100 мл пробы составляет 0,05 мг/л эквивалентов.
В коническую колбу вносят 100 мл отфильтрованной испытуемой воды или
меньший объем, разбавленный до 100 мл дистиллированной водой. При этом
суммарное содержание ионов кальция и магния во взятом объеме воды не должно
превышать 0,5 мг/л. Затем прибавляют 5 мл буферного раствора, 5–7 капель
индикатора или приблизительно 0,1 г сухой смеси индикатора хромоген-черного
56
с сухим хлоридом натрия и сразу же титруют при сильном взбалтывании 0,05 н
раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке.
Если на титрование было израсходовано больше 10 мл 0,05 н раствора
трилона Б, то это указывает, что в отмеренном объеме воды суммарное
содержание ионов кальция и магния больше 0,5 мг/л. В таких случаях следует
определение повторить, взяв меньший объем воды.
Нечеткое изменение окраски в эквивалентной точке указывает на
присутствие меди и цинка. Для устранения влияния мешающих веществ к
отмеренной для титрования пробе воды прибавляют 1–2 мл раствора сульфида
натрия, после чего проводят испытание, как указано выше.
Если после прибавления к отмеренному объему воды буферного раствора и
индикатора титруемый раствор постепенно обесцвечивается, приобретая серый
цвет, что указывает на присутствие марганца, то в этом случае к пробе,
отобранной для титрования, до внесения реактивов следует прибавить пять
капель 1%-ного раствора сульфата магния.
Если титрование приобретает крайне затяжной характер с неустойчивой и
нечеткой окраской в эквивалентной точке, что наблюдается при высокой
щелочности воды, ее влияние устраняется прибавлением к пробе, отобранной для
титрования, до внесения реактивов, 0,1 н раствора соляной кислоты в количестве,
необходимом для нейтрализации щелочности воды, с последующим кипячением
или продуванием раствора воздухом в течение 5 мин. После этого прибавляют
буферный раствор, индикатор и далее определяют жесткость.
Таблица 16.
Установление поправочного коэффициента
Номер пробы
Количество израсходованного раствора трилона Б, см3
1 проба
12,3
2 проба
12,3
3 проба
12,0
Среднее значение
12,2
Поправочный коэффициент - 0,82.
57
Общую жесткость воды (X) в мг/л эквивалентов вычисляют по формуле:
где v – количество раствора трилона Б, израсходованное на титрование, мл;
К – поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б;
V – объем воды, взятый для определения, мл.
Таблица 17.
Общая жесткость воды в исследованных пробах
Название источника
Общая жесткость воды,
мг/л
экв.
3 проба
1 проба
2 проба
«Святой колодец»
14,39
14,26
14,56
Родник «Журавлик»
10,55
11,04
10,33
Родник «Сова»
9,47
9,43
9,61
Родник «Гремячий»
9,66
9,89
9,31
Родник у поселка
12,07
11,75
12,24
Жудре
Таблица 18.
Статистическая обработка
Название
X
V(x)
s ( x)
sr (x)
источника
«Святой колодец»
14,40
0,0226
0,1503
0,0104
Родник
10,64
0,1321
0,3635
0,0342
Родник «Сова»
9,50
0,0090
0,0946
0,0099
Родник
9,62
0,0853
0,2920
0,0304
«Гремячий»
Родник у поселка
12,02
0,0619
0,2488
0,0207
«Журавлик»
Жудре
58
2. 9. Определение хлоридов в воде по методу Мора
Высокая растворимость хлоридов объясняет широкое распространение их
во всех природных водах. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно
невелико
(20-30
мг/л).
Незагрязненные
грунтовые
воды
в
местах
с
несолончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлорид-иона. В водах,
фильтрующихся через солончаковую почву, в 1 л могут содержаться сотни и даже
тысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации
более 350 мг/л, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 5001000 мг/л неблагоприятно влияет на желудочную секрецию [12]. Содержание
хлоридов является показателем загрязнения подземных и поверхностных
водоисточников и сточных вод. Определение хлоридов ведется по методу Мора
[45].
Принцип метода Мора основан на осаждении хлоридов азотнокислым
серебром в присутствии хромата калия К2СrO4. При наличии в растворе хлоридов
AgNO3 связывается с ними, а затем образует хромат серебра оранжево-красного
цвета.
NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3
2AgNO3 + К2CrO4 → Ag2CrO4↓ + 2KNO3
Ход определения:
Вначале устанавливают титр AgNO3. Для этого в коническую колбу на 200
мл вносят 10 мл раствора NaCl и 90 мл дистиллированной воды, прибавляют 5
капель К2CrO4. Содержимое колбы титруют раствором AgNO3 до перехода
лимонно-желтой окраски мутного раствора в оранжево-красную, не исчезающую
в течение 15-20 сек.
Поправочный коэффициент к титру AgNO3 рассчитывают по результатам
трех титрований.
где:
К - поправочный коэффициент;
59
П1, П2, П3 – объем в мл AgNO3, использованный на каждое из трех
титрований.
При содержании хлоридов менее 250 мг/л берут 100 мл фильтрованной
испытуемой воды. При большем содержании хлоридов берут 10–50 мл.
Испытуемую воду наливают в две конические колбы, доводят до 100 мл
дистиллированной водой, прибавляют 5 капель раствора К2CrO4. Раствор в одной
колбе титруют AgNO3, а вторая колба используется для контроля.
Содержание хлорид-иона в воде рассчитывается по формуле:
где:
Х- содержание хлор-иона в мг/л;
П - количество раствора AgNO5, истраченное на титрование, мл;
К - поправочный коэффициент к титру;
0,355 - эквивалентное количество хлора, соответствующее 1 мл 0,01 н
раствору AgNO3, мг;
V - объем исследуемой пробы, мл.
Результаты анализа:
Таблица 19.
Установление поправочного коэффициента
№
пробы
Кол-во раствора AgNO3,
пошедшего на титрование, см3
1
3,6
2
3,6
3
3,5
Поправочный коэффициент - 2,8
60
Таблица 20.
Содержание Cl- в пробах воды
Название источника
1 проба
Содержание Сl- , мг/дм3
2 проба
3 проба
«Святой колодец»
169,5
171,4
170,7
Родник «Журавлик»
144,8
146,9
145,3
Родник «Сова»
151,4
150,5
150,2
Родник «Гремячий»
156,0
153,6
154,7
Родник у поселка
171,6
173,3
170,4
Жудре
Таблица 21.
Статистическая обработка:
Название
X
V(x)
s(x)
sr(x)
источника
«Святой
170,50
0,9250
0,9618
0,0056
145,67
1,2034
1,0970
0,0075
150,70
0,3900
0,6245
0,0041
154,77
1,4434
1,2014
0,0078
171,77
2,0299
1,4247
0,0008
колодец»
Родник
«Журавлик»
Родник
«Сова»
Родник
«Гремячий»
Родник у
поселка Жудре
61
2.10. Определение содержания нитратов в воде фотоколориметрическим
методом с салицилатом натрия
Объем проб воды для определения содержания нитратов не должен быть
менее 200 мл.
Пробу отбирают в день проведения определения или ее консервируют,
добавляя на 1 л исследуемой воды 2—4 мл хлороформа. Хранят в холодильнике
не более 72 часов после отбора.
Метод
основан
на
реакции
нитратов
с
салицилатом
натрия
(NaO3S(OH)C6H3—СООН) в присутствии серной кислоты с образованием соли
нитросалициловой кислоты, окрашенной в желтый цвет.
Чувствительность метода 0,1 мг/л нитратного азота.
Подготовка к анализу:
1) Приготовление основного стандартного раствора нитрата калия:
0,7218 г нитрата калия KNO3, х. ч., высушенного при 105±2°С, растворяют
в дистиллированной воде, добавляют 1 мл хлороформа и доводят объем до 1 л.
1 мл раствора содержит 0,1 мг нитратного азота.
2) Приготовление рабочего стандартного раствора азотнокислого калия:
10 мл основного раствора разбавляют в мерной колбе дистиллированной
водой до 100 мл.
1 мл этого раствора содержит 0,01 мг нитратного азота.
Применяют свежеприготовленный раствор.
3) Приготовление раствора виннокислого калия-натрия:
30 г калия-натрия виннокислого растворяют в 70 мл дистиллированной
воды.
4) Приготовление 0,5%-ного раствора салициловокислого натрия:
0,5 г салициловокислого натрия растворяют в 100 мл дистиллированной
воды.
Применяют свежеприготовленный раствор.
5) Приготовление 10н. раствора гидроксида натрия:
400 г гидроксида натрия растворяют в дистиллированной воде и после
62
охлаждения доводят объем до 1 л.
6) Приготовление раствора сульфата серебра:
4,40 г сульфата серебра Ag2SO4 растворяют в дистиллированной воде и
доводят в мерной колбе дистиллированной водой до 1 л.
1 мл раствора приблизительно эквивалентен 1 мг Сl- . Раствор хранят в
склянке из темного стекла с притертой пробкой.
Проведение анализа:
Качественное определение.
В колориметрическую пробирку наливают 5 мл воды и добавляют три
капли 10%-ного раствора нитрата серебра. Примерное содержание хлоридов
определяют по осадку или мути в соответствии с требованиями таблицы 26.
Таблица 22.
Качественное определение хлор-иона
Характеристика осадка или мути
Содержание Сl-, мг/л
Опалесценция или слабая муть
Сильная муть
1—10
10—50
Образуются хлопья, осаждаются
не сразу
50—100
Белый объемный осадок
Более 100
Количественное определение.
Определению мешают цветность воды, влияние которой устраняется,
хлориды в концентрации, превышающей 200 мг/л, удаляют добавлением раствора
сернокислого серебра к 100 мл исследуемой воды в количестве, эквивалентном
содержанию хлор-иона. Осадок хлорида серебра отфильтровывают или отделяют
центрифугированием;
нитриты
в
концентрации
1—2
мг/л
и
железо
в
концентрации более 0,5 мг/л. Влияние железа может быть устранено добавлением
8—10 капель раствора калия-натрия виннокислого перед выпариванием воды в
фарфоровой чашке.
10 мл исследуемой воды помещают в фарфоровую чашку. Прибавляют 1
мл раствора салициловокислого натрия и выпаривают на водяной бане досуха.
63
После охлаждения сухой остаток увлажняют 1 мл концентрированной серной
кислоты, тщательно растирают его стеклянной палочкой и оставляют на 10 мин.
Затем добавляют 5—10 мл дистиллированной воды и количественно переносят в
мерную колбу вместимостью 50 мл. Прибавляют 7 мл 10 н раствора едкого
натра, доводят объем дистиллированной водой до метки и перемешивают. В
течение 10 мин после прибавления едкого натра окраска не изменяется.
Сравнение
интенсивности
фотометрическим
методом,
окраски
измеряя
исследуемой
оптическую
пробы
плотность
производят
раствора
с
фиолетовым светофильтром в кюветах с толщиной рабочего слоя 1—5 см. Из
найденных величин оптической плотности вычитают оптическую плотность
нулевой пробы и по калибровочному графику находят содержание нитратов.
Построение калибровочного графика:
Для приготовления стандартных растворов в колориметрические пробирки
с отметкой на 10 мл отбирают 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0 и 10 мл рабочего
стандартного раствора азотнокислого калия (1 мл — 0,01 мг N) и доводят
дистиллированной водой до отметки. Содержание нитратного азота в растворах
соответственно будет равно 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0 и 10 мг/л. Затем растворы
переносят в фарфоровые чашки, прибавляют по 1 мл раствора салициловокислого
натрия и выпаривают на водяной бане досуха. Сухой остаток обрабатывают так
же, как описано при анализе пробы исследуемой воды. Оптическую плотность
окрашенных
растворов
измеряют
при
помощи
электрофотоколориметра,
используя фиолетовый светофильтр и кюветы с толщиной рабочего слоя 1—5 см.
Из полученных величин вычитают оптическую плотность нулевой пробы и
результаты наносят на график.
Обработка результатов:
Содержание нитратов (X) в мг/л вычисляют по формуле в пересчете на
нитратный азот:
Х = С,
где С — содержание нитратов, найденное по графику, мг/л.
64
Таблица 23.
Оптическая плотность стандартных растворов
№ раствора
Объем рабочего
Содержание
А
1
раствора, см3
0,5
нитратного азота, мг/л
0,5
0,006
2
1,0
1,0
0,011
3
2,0
2,0
0,019
4
3,0
3,0
0,027
5
4,0
4,0
0,036
6
6,0
6,0
0,053
7
10,0
10,0
0,086
Содержание нитратного азота
Рис. 2. Вид градуировочной функции.
65
Таблица 24.
Результаты анализа
Содержание нитратов, мг/дм3
Название
источника
1 проба
2 проба
3 проба
«Святой колодец»
3,4
3,3
3,5
Родник «Журавлик»
Родник «Сова»
3,9
3,8
3,8
3,7
3,9
3,6
Родник «Гремячий»
Родник у поселка Жудре
3,6
4,0
3,4
4,2
3,4
3,9
Таблица 25.
Статистическая обработка:
Название
X
V(x)
s(x)
sr(x)
3,40
0,0100
0,1000
0,0294
3,87
0,0034
0,0579
0,0149
3,70
0,0100
0,1000
0,0270
3,50
0,0150
0,1225
0,0350
4,07
0,0234
0,1528
0,0375
источника
«Святой
колодец»
Родник
«Журавлик»
Родник
«Сова»
Родник
«Гремячий»
Родник у
поселка
Жудре
2.11. Определение содержания сульфатов в воде весовым методом
Объем пробы воды для определения содержания сульфатов не должен быть
менее 500 мл.
Пробы, предназначенные для определения содержания сульфатов, не
консервируют.
66
Определение содержания сульфатов основано на осаждении в кислой среде
ионов SO4 хлористым барием в виде сернокислого бария. Точность определения
±2 мг/л SO42-.
Подготовка к анализу:
1) Приготовление основного стандартного раствора сульфата калия:
0,9071 г K2SO4 растворяют в мерной колбе вместимостью 1 л в
дистиллированной воде и доводят объем раствора дистиллированной водой до
метки. 1 мл раствора содержит 0,5 мг сульфат-иона (SO42-).
2) Приготовление рабочего стандартного раствора сульфата калия:
Основной раствор разбавляют 1:10 дистиллированной водой. 1 мл раствора
содержит 0,05 мг сульфат-иона.
3)Приготовление 5%-ного раствора хлорида бария:
5 г BaCl2·2H2O растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до
100 мл. Раствор фильтруют через беззольный фильтр «синяя лента».
4)Приготовление 1,7%-ного раствора нитрата серебра:
8,5 г AgNO3 растворяют в 500 мл дистиллированной воды и подкисляют 0,5
мл концентрированной азотной кислоты.
Проведение анализа:
Качественная проба.
В колориметрическую пробирку диаметром 14 – 15 мм наливают 10 мл
исследуемой воды, добавляют 0,5 мл соляной кислоты (1:5).
Одновременно готовят стандартную шкалу. Для этого в такие же пробирки
наливают 2, 4, 8 мл рабочего раствора сернокислого калия и 1,6; 3,2, 6,4 мл
основного раствора K2SO4 и доводят дистиллированной водой до 10 мл, получая,
таким образом, стандартную шкалу с содержанием: 10, 20, 40, 80, 160, 320 мг/л
сульфат-иона. Прибавляют в каждую пробирку по 0,5 мл соляной кислоты (1:5),
затем в исследуемую воду и образцовые растворы по 2 мл 5%-ного раствора
хлорида
бария,
закрывают
пробками,
перемешивают
и
сравнивают
со
стандартной шкалой.
Качественная проба на сульфат-ионы показала, что их содержание в
67
исследуемых пробах близко к 320 мг/дм3.
Количественное определение.
В зависимости от предполагаемого содержания сульфат-иона (качественная
проба) отмеривают 100 – 500 мл воды с таким расчетом, чтобы концентрация
SO42- не превышала 25 – 30 мг в 100 мл пробы. В случае необходимости воду
разбавляют. К отмеренному объему профильтрованной исследуемой воды в
стакан добавляют 2 – 3 капли раствора метилового оранжевого и соляную
кислоту (1:1) до розовой окраски раствора. Смесь нагревают до кипения и
выпаривают до 50 мл. Дают отстояться раствору, при наличии мути или хлопьев
фильтруют, через беззольный фильтр «синяя лента». Фильтр промывают
дистиллированной водой, подкисленной соляной кислотой, фильтрат вместе с
промывными водами выпаривают в стакане до 50 мл. В кипящий раствор при
помешивании приливают 10 мл горячего раствора хлористого бария. Раствор с
осадком нагревают на горячей водяной бане. Когда раствор осветлился,
проверяют полноту осаждения, прибавляя к прозрачному раствору 1 – 2 капли
хлорида бария. Отсутствие мути указывает на полноту осаждения. Стакан
накрывают часовым стеклом и нагревают 1 – 2 ч на горячей водяной или
песчаной бане и оставляют до следующего дня при комнатной температуре. На
следующий день раствор фильтруют через плотный беззольный фильтр «синяя
лента»,
который
рекомендуется
предварительно
промыть
горячей
дистиллированной водой.
Осадок BaSO4 несколько раз декантируют дистиллированной водой,
отфильтровывая воду через беззольный фильтр «синяя лента», затем осадок
количественно переносят на тот же фильтр стеклянной палочкой с резиновым
наконечником. Осадок на фильтре промывают горячей дистиллированной водой
до отрицательной реакции на хлор-ион. К пробе фильтрата в пробирке
прибавляют несколько капель раствора азотнокислого серебра.
Фильтр с осадком помещают в предварительно прокаленный и взвешенный
тигель, просушивают, обугливают на электроплитке не допуская воспламенения,
и затем прокаливают в муфеле при температуре, не превышающей 800° С, и
68
доступе воздуха до получения осадка белого цвета. Охлаждают в эксикаторе,
взвешивают и вновь прокаливают до постоянной массы.
Содержание сульфатов (X), мг/л, вычисляют по формуле:
где:
(а - б) – масса осадка, мг;
0,4115 – коэффициент для пересчета BaSO4 на SO42-;
V – объем воды, взятый для определения, мл.
Таблица 26.
Масса тигля после высушивания до постоянной массы
Название
«Святой
источника
колодец»
Родник
Родник
Родник
Родник у
«Журавлик»
«Сова»
«Гремячий»
поселка
Жудре
Масса
тигля, мг
11,4552
12,4769
11,9456
11,6138
12,2757
Таблица 27.
Содержание сульфатов в исследуемых пробах
Название источника
Содержание сульфатов, мг/дм3
1 проба
2 проба
3 проба
«Святой колодец»
493,97
489,27
490,92
Родник «Журавлик»
512,84
511,08
509,85
Родник «Сова»
504,45
501,87
506,56
Родник «Гремячий»
525,78
528,37
527,95
Родник у поселка Жудре
474,05
476,75
472,69
69
Таблица 28.
Статистическая обработка
Название
X
V(x)
s(x)
sr(x)
Источника
«Святой
491,39
5,6859
2,3845
0,0049
511,26
2,3881
1,5453
0,0030
504,29
5,5175
2,3489
0,0047
527,37
1,9323
1,3901
0,0026
474,50
4,2706
2,0665
0,0044
колодец»
Родник
«Журавлик»
Родник
«Сова»
Родник
«Гремячий»
Родник у
поселка
Жудре
2.12. Определение содержания общего железа фотоколориметрическим
методом с сульфосалициловой кислотой
Метод основан на взаимодействии ионов железа в щелочной среде с
сульфосалициловой кислотой с образованием окрашенного в желтый цвет
комплексного соединения [44].
Рис. 3. Сулъфосалициловая кислота.
Интенсивность окраски, пропорциональную массовой концентрации
железа, измеряют при длине волны 400—430 нм. Диапазон измерения массовой
концентрации общего железа без разбавления пробы 0,10—2,00 мг/дм3. В этом
интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью Р = 0,95
находится в пределах 0,01—0,03 мг/дм .
70
Подготовка к анализу:
1) Приготовление основного стандартного раствора железо-аммонийных
квасцов:
0,8636 г железо-аммонийных квасцов FeNH4(SO4)2- • 12Н2О взвешивают с
точностью, не превышающей 0,0002 г по шкале весов, растворяют в мерной колбе
вместимостью 1 дм3 в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют
2,00 см3 соляной кислоты плотностью 1,19 г/см3 и доводят до метки
дистиллированной водой 1 см3 раствора содержит 0,1 мг железа.
2) Приготовление рабочего стандартного раствора железо-аммонийных
квасцов:
Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавлением
основного раствора в 20 раз 1 см3 раствора содержит 0,005 мг железа.
3) Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты:
20 г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью
100 см3 в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до
метки.
4)
Приготовление раствора хлорида аммония молярной концентрации 2
моль/дм3:
107 г NH4Cl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в небольшом
количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.
5) Приготовление раствора аммиака (1:1):
100
см3
25
%-ного
раствора
аммиака
приливают
к
100
см3
дистиллированной воды и перемешивают.
Проведение анализа:
При массовой концентрации общего железа не более 2,00 мг/дм3 отбирают
50 см3 исследуемой воды (при большей массовой концентрации железа пробу
разбавляют дистиллированной водой) и помещают в коническую колбу
вместимостью 100 см3. Если проба при отборе не консервировалась кислотой, то к
50 см3 добавляют 0,20 см3 соляной кислоты плотностью 1,19 г/см3. Пробу воды
нагревают до кипения и упаривают до объема 35 – 40 см3. Раствор охлаждают до
71
комнатной температуры, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см 3,
ополаскивают 2 – 3 раза по 1 см3 дистиллированной водой, сливая эти порции в ту
же мерную колбу. Затем к полученному раствору прибавляют 1,00 см 3 хлористого
аммония, 1,00 см3 сульфосалициловой кислоты, 1,00 см3 раствора аммиака (1:1),
тщательно перемешивая после добавления каждого реактива. По индикаторной
бумаге определяют величину рН раствора, которая должна быть больше 9. Если
рН менее 9, то прибавляют еще 1 – 2 капли раствора аммиака (1:1) до рН>9.
Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой,
оставляют стоять 5 мин для развития окраски. Измеряют оптическую плотность
окрашенных растворов, используя фиолетовый светофильтр (λ = 400 – 430 нм) и
кюветы с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см, по отношению к 50 см 3
дистиллированной воды, в которую добавлены те же реактивы. Массовую
концентрацию общего железа находят по градуировочному графику.
Обработка результатов:
Массовую концентрацию железа (X) в анализируемой пробе в мг/дм3 с
учетом разбавления вычисляют по формуле:
где с – концентрация железа, найденная по градуировочному графику,
мг/дм3;
V – объем воды, взятый для анализа, см3;
50 – объем, до которого разбавлена проба, см3.
За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое
результатов двух параллельных измерений, допустимое расхождение между
которыми не должно превышать 25 % при массовой концентрации железа на
уровне предельно допустимой. Результат округляют до двух значащих цифр.
Построение градуировочного графика:
Для построения градуировочного графика в ряд мерных колб вместимостью
50 см3 наливают 0,05; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 см3 рабочего стандартного
раствора, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и
72
анализируют,
как
исследуемую
воду.
Получают
шкалу
растворов,
соответствующих массовым концентрациям железа 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0
мг/дм3.
Таблица 29.
Оптическая плотность стандартных растворов
№ раствора
Объем рабочего
Концентрация
А
1
раствора, см3
0,5
железа, мг/дм3
0,05
0,015
2
1,0
0,1
0,017
3
2,0
0,2
0,023
4
5,0
0,5
0,035
5
10,0
1,0
0,053
6
15,0
1,5
0,074
7
20,0
2,0
0,096
Содержание железа.
Рис 4. Вид градуировочной функции.
73
Таблица 30.
Концентрация железа в пробе
Концентрация железа, мг/дм3
Название источника
1 проба
2 проба
3 проба
«Святой колодец»
0,24
0,20
0,20
Родник «Журавлик»
0,22
0,21
0,23
Родник «Сова»
0,14
0,16
0,17
Родник «Гремячий»
Родник у поселка Жудре
0,20
0,11
0,22
0,13
0,19
0,14
Таблица 31.
Статистическая обработка
Название источника
X
V(x)
s(x)
sr(x)
«Святой колодец»
0,21
0,00055
0,0235
0,1117
Родник «Журавлик»
0,22
0,00010
0,0100
0,0455
Родник «Сова»
0,16
0,00025
0,0158
0,0791
Родник «Гремячий»
0,13
0,00025
0,0158
0,0791
Родник у поселка Жудре
0,13
0,00025
0,0158
0,1216
74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Обобщены и систематизированы литературные данные об особенностях
химического состава подземных вод в природных условиях, о требованиях к
качеству подземных вод как источнику водоснабжения, методах качественного и
количественного определения анионов и ионов тяжелых металлов в природных
водах и их влиянии на организм человека, а также об антропогенном воздействии
на гидросферу.
2. Подробно описаны следующие методики: определение содержания
хлоридов в воде по методу Мора, определение содержания нитратов
фотоколориметрическим методом с салициловокислым натрием, определение
содержания сульфатов весовым методом, определение содержания общего
железа фотоколориметрическим методом с сульфосалициловой кислотой,
определения активной реакции рН, сухого остатка солей, жесткости воды, а
также определения органолептических свойств воды и методики отбора,
консервации и хранения проб воды для анализа.
3. Проведено
исследование
проб
подземных
вод
источников,
расположенных на территории национального парка «Орловское полесье».
Определены названные выше параметры качества воды и содержание указанных
ионов.
4. Произведена оценка соответствия подземных вод национального парка
«Орловское полесье» критериям качества, установленным для источников
водоснабжения.
Незначительные
превышения
ПДК
для
питьевой
воды
наблюдаются по жесткости воды и содержанию сульфат- ионов. По другим
параметрам, определение которых производилось в рамках данной работы,
установлено их соответствие нормам ПДК.
75
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Природные богатства Орловского края. // Пирогов В. А., Дулин И. В. Орел:
«Орелиздат», 2007. – 352 стр.
2.
Национальный парк «Орловское полесье». Орел: Орловский вестник, 2015.
3.
Вода
–
источник
красоты
и
молодости
[Электронный
ресурс].
http://voda.molodostivivat.ru/nacionalnyj-park/nacionalnyj-park-orlovskoepolese.html
4.
Защита подземных вод от загрязнения / Бочевер Ф. М., Лапшин Н. Н.,
Орадовская А. Е. - М.: «Недра», 1979. – 254 с.
5.
Анализ загрязненной воды / Ю.С. Другов, Родин А.А. – М.: Бином, 2012. – 680
с.
6.
Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Физико-химические методы анализа /
В.П.Васильев. – М.: Дрофа, 2009. – 384 с.
7.
Основы аналитической химии. В 2-х кн. Кн. 2. Методы химического анализа:
Учеб. для вузов / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева и др. Под ред.
Ю.А. Золотова. – М.: Академия., 2014. – 400 с.
8.
Основы аналитической химии. Практическое руководство. Под редакцией
Ю.А. Золотова. – Москва: Высшая школа, 2001. – 463 с.
9.
Аналитическая
химия.
Количественный
анализ.
/
Ю.Я.
Харитонов,
Д.Н. Джабаров, В.Ю. Григорьева. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. – 368 с.
10. Современные методы аналитической химии / М. Отто. – М.: Техносфера, 2008.
– 553 с.
11. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по
международным стандартам / Энциклопедический справочник, 3-е изд.,
перераб. и доп.// Г.С. Фомин. – М.: Протектор, 2000. – 848 с.
12. Экологическая химия / В.В. Егоров. – С.-Пб.: Изд-во Лань, 2016. - 184 с.
13. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России / В.Ф.Протасов. –
М.: Финансы и статистика, 2001. – 688 с.
76
14. Общая химия / А.В. Жолнин – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. – 400 с.
15. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I – IV
группы. Справ. изд./ А. Л. Бандман, Г. А. Гудзонский, Л. С. Дубейковская и др.;
Под ред. В. А. Филова и др. – Л.: Химия, 1988. – 512 с.
16. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / Под ред. Зигель Х., Зигель
А. – М.: Мир, 1993. – 368 с.
17. Макро- и микроэлементы в организме человека: функции, дефицит / профицит
// Справочник специалиста. – № 20 (262). – 2008.
18. Загрязнение микроэлементами // Химия окружающей среды (под ред. Бокриса
Дж.) – М.: Мир, 1982. – 672 с.
19. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов / Майстренко В. Н.,
Хамитов Р. З., Будников Г. К.. – М.: Химия, 1996. – 320 с.
20. . Основы медико-экологической безопасности / Викторов А.А., Гладких В.Д.,
Ксенофонтов А.И., Смирнов В.В.- М.; НИЯУ МИФИ, 2011. – 192 с.
21. Введение в химическую экотоксикологию. Учебное пособие / В.А.Исидоров. –
Санкт-Петербург, Химиздат, 1999. – 72 с.
22. Токсикологическая химия: учебник для мед. вузов / Т. В. Плетнева, Е. М.
Саломатин, А. В. Сыроешкин, Р. М. Бархударов [и др.]. – 3-е изд., испр. и доп. –
М.: Эксмо, 2008. – 557, [1] с.: ил. – (Медицинское образование)
23. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и
врачей. Том 3. Неорганические и элементорганические соединения (под ред.
Лазарева Н.В. и Гадаскиной И.Д.) – http: //:geolcom/ifolder.ru/27992174
24. Техника
приготовления
растворов
для
химико-аналитических
работ
/
П.П.Коростелев. – М.: Наука, 1964. – 202 с.
25. Статистика в аналитической химии / К. Дерффель. – М: Мир. – 1994. – 268 с.
26. Метрологические основы химического анализа / В.Г.Катанаева. – Тюмень:
ТюмГУ. 1995. 44 с.
27. Методы математической статистики в аналитической химии / О.М.Смагунова,
О.М. Карпукова. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2012. – 346 с.
77
28. Методы пробоотбора и пробоподготовки / Ю.А.Карпов, А.П.Савостин. – М.:
Бином, 2003. – 243с.
29. ГОСТ Р 51232-98.Вода питьевая. Общие требования к организации и методам
контроля качества. М. Госстандарт России. – 21 с.
30. Общие вопросы спектроскопии / М.А.Ельяшевич. – М.: Либроком, 2014.
– 246 с.
31. Спектроскопия / Ю.Беккер. – М.: Техносфера, 2009. – 528 с.
78
АННОТАЦИЯ
Выпускная квалификационная работа изложена на 79 страницах печатного
текста, состоит из 2 глав, содержит 4 рисунка, 31 таблицу и список цитируемой
литературы из 31 наименования.
Ключевые
слова:
ПРИРОДНЫЕ
ВОДЫ,
ХИМИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ,
«ОРЛОВСКОЕ ПОЛЕСЬЕ».
Краткая характеристика работы
Необходимость
воды
для
обеспечения
жизнедеятельности
человека
обусловлена ролью, которую она играет в круговороте природы, а также в
удовлетворении физиологических, гигиенических, рекреационных, эстетических и
других
потребностей
человека.
При
длительном токсическом
воздействии
химических элементов и субстанций, находящихся в питьевой воде возможно
развитие различных заболеваний.
Антропогенное загрязнение естественных водоемов началось много веков
назад, постоянно возрастало с развитием цивилизации и в настоящее время
достигло планетарных масштабов. В отчете ВВФ «Живая планета» отмечается, что
система пресной воды, в том числе и питьевой, претерпевает острый кризис.
Актуальна эта проблема и в нашей стране. Всемирная организация здравоохранения
(ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.
Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для
различных целей тесно связано с обеспечением ее необходимого качества. Развитие
промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к
значительному загрязнению гидросферы.
Объект исследования - природные воды Национального парка «Орловское
полесье».
Цель работы - исследование подземных вод источников, расположенных на
территории Национального парка «Орловское полесье», и оценка соответствия
установленным критериям качества.
Реализация поставленной цели предусматривает решение следующих задач:
79
1. Обобщить
и
систематизировать
литературные
данные
об
особенностях
химического состава подземных вод.
2. Обобщить
и
систематизировать
литературные
данные
о
методах
количественного определения анионов и ионов тяжелых металлов в природных
водах.
3. Обобщить и систематизировать литературные данные о влиянии ионов тяжелых
металлов на организм человека.
4. Применить специальные методики для определения органолептических свойств
подземных вод Национального парка «Орловское полесье».
5. Определить количественное содержание ряда анионов и тяжелых металлов в
природных водах Национального парка «Орловское полесье».
6. Установить соответствие содержания анионов и тяжелых металлов в природных
водах Национального парка «Орловское полесье» требованиям к качеству
подземных вод как источнику водоснабжения.
Методы исследования: колориметрические.
Новизна результатов: Обобщены и систематизированы литературные данные
о методах количественного определения анионов и ионов тяжелых металлов в
природных водах, их влиянии на организм человека.
Определено количественное содержание ряда анионов и тяжелых металлов в
природных водах Национального парка «Орловское полесье».
Установлено соответствие содержания анионов и тяжелых металлов в природных
водах Национального парка «Орловское полесье» требованиям к качеству
подземных вод как источнику водоснабжения.
Область применения и возможность практической реализации. Результаты
проведенных исследований могут быть использованы в лабораториях предприятий
города Орла.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа