Спортивный портал - Andrewsattic

Мутность – показатель качества воды, обусловленный присутствием в воде нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения. Причиной мутности поверхностных вод являются илы, кремниевая кислота, гидроокиси железа и алюминия, органические коллоиды, микроорганизмы и планктон. В грунтовых водах мутность вызвана преимущественно присутствием нерастворенных минеральных веществ, а при проникании в грунт сточных вод – также и присутствием органических веществ. В России мутность определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результат измерений выражают в мг/дм3 при использовании основной стандартной суспензии каолина или в ЕМ/дм3 (единицы мутности на дм3) при использовании основной стандартной суспензии формазина. Последнюю единицу измерения называют также Единица Мутности по Формазину (ЕМФ) или в западной терминологии FTU (Formazine Turbidity Unit). 1FTU=1ЕМФ=1ЕМ/ дм3. В последнее время в качестве основной во всем мире утвердилась фотометрическая методика измерения мутности по формазину, что нашло свое отражение в стандарте ISO 7027 (Water quality - Determination of turbidity). Согласно этому стандарту, единицей измерения мутности является FNU (Formazine Nephelometric Unit). Агентство по Охране Окружающей Среды США (U.S. EPA) и Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее: 1 FTU(ЕМФ)=1 FNU=1 NTU.

ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU (нефелометрическая единица мутности), а для целей обеззараживания – не более 1 NTU.

Мера прозрачности – высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах.

Характеристика вод по прозрачности (мутности)

Цветность

Цветность – показатель качества воды, обусловленный главным образом присутствием в воде гуминовых и фульфовых кислот, а также соединений железа (Fe3+). Количество этих веществ зависит от геологических условий в водоносных горизонтах и от количества и размеров торфяников в бассейне исследуемой реки. Так, наибольшую цветность имеют поверхностные воды рек и озер, расположенных в зонах торфяных болот и заболоченных лесов, наименьшую – в степях и степных зонах. Зимой содержание органических веществ в природных водах минимальное, в то время как весной в период половодья и паводков, а также летом в период массового развития водорослей – цветения воды - оно повышается. Подземные воды, как правило, имеют меньшую цветность, чем поверхностные. Таким образом, высокая цветность является тревожным признаком, свидетельствующим о неблагополучии воды. При этом очень важно выяснить причину цветности, так как методы удаления, например, железа и органических соединений отличаются. Наличие же органики не только ухудшает органолептические свойства воды, приводит к возникновению посторонних запахов, но и вызывает резкое снижение концентрации растворенного в воде кислорода, что может быть критично для ряда процессов водоочистки. Некоторые в принципе безвредные органические соединения, вступая в химические реакции (например, с хлором), способны образовывать очень вредные и опасные для здоровья человека соединения.

Цветность измеряется в градусах платино-кобальтовой шкалы и колеблется от единиц до тысяч градусов – Таблица 2.

Характеристика вод по цветности

Вкус и привкус

Вкус воды определяется растворенными в ней веществами органического и неорганического происхождения и различается по характеру и интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами (щелочной, металлический, вяжущий и т.п.). Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20 °С и оценивают по пятибалльной системе, согласно ГОСТ 3351-74*.

Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений – привкуса – выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький – сульфатом магния, кислый – избытком свободного диоксида углерода и т.д. Порог вкусового восприятия соленых растворов характеризуется такими концентрациями (в дистиллированной воде), мг/л: NaCl – 165; CaCl2 – 470; MgCl2 – 135; MnCl2 – 1,8; FeCl2 – 0,35; MgSO4 – 250; CaSO4 – 70; MnSO4 – 15,7; FeSO4 – 1,6; NaHCO3 – 450.

По силе воздействия на органы вкуса ионы некоторых металлов выстраиваются в следующие ряды:

O катионы: NH4+ > Na+ > K+; Fe2+ > Mn2+ > Mg2+ > Ca2+;

O анионы: ОН- > NO3- > Cl- > HCO3- > SO42- .

Характеристика вод по интенсивности вкуса

Интенсивность вкуса и привкуса	Характер появления вкуса и привкуса	Оценка интенсивности, балл
	Вкус и привкус не ощущаются
Очень слабая	Вкус и привкус не ощущаются потребителем, но обнаруживаются при лабораторном исследовании
	Вкус и привкус замечаются потребителем, если обратить на это его внимание
Заметная	Вкус и привкус легко замечаются и вызывают неодобрительные отзывы о воде
Отчетливая	Вкус и привкус обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья
Очень сильная	Вкус и привкус настолько сильные, что делают воду непригодной к употреблению

Запах

Запах – показатель качества воды, определяемый органолептическим методом с помощью обоняния на основании шкалы силы запаха. На запах воды оказывают влияние состав растворенных веществ, температура, значения рН и целый ряд прочих факторов. Интенсивность запаха воды определяют экспертным путем при 20 °С и 60 °С и измеряют в баллах, согласно требованиям.

Следует также указывать группу запаха по следующей классификации:

По характеру запахи делят на две группы:

• естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.)
• искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).

Запахи второй группы (искусственного происхождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т.д.

Запахи естественного происхождения

Обозначение запаха	Характер запаха	Примерный род запаха
	Ароматический	Огуречный, цветочный
	Болотный	Илистый, тинистый
	Гнилостный	Фекальный, сточный
	Древесный	Запах мокрой щепы, древесноый коры
	Землистый	Прелый, запах свежевспаханной земли, глинистый
	Плесневый	Затхлый, застойный
		Запах рыбьегожира, рыбный
	Сероводородный	Запах тухлых яиц
	Травянистый	Запах скошенной травы, сена
	Неопределенный	Запахи естественного происхождения, не попадающие под предыдущие определения

Интенсивность запаха по ГОСТ 3351-74* оценивают в шестибальной шкале – см. следующую страницу.

Характеристика вод по интенсивности запаха

Интенсивность запаха	Характер появления запаха	Оценка интенсивности, балл
	Запах не ощущаются
Очень слабая	Запах не ощущаются потребителем, но обнаруживаются при лабораторном исследовании
	Запах замечаются потребителем, если обратить на это его внимание
Заметная	Запах легко замечаются и вызывают неодобрительные отзывы о воде
Отчетливая	Запах обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья
Очень сильная	Запах настолько сильные, что делают воду непригодной к употреблению

Водородный показатель (рН)

Водородный показатель (рН) - характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде и выражает степень кислотности или щелочности воды (соотношение в воде ионов Н+ и ОН- образующихся при диссоциации воды) и количественно определяется концентрацией ионов водорода pH = - Ig

Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН-, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН<7)- кислую. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН.

Определение pH выполняется колориметрическим или электрометрическим методом. Вода с низкой реакцией рН отличается коррозионностью, вода же с высокой реакцией рН проявляет склонность к вспениванию.

В зависимости от уровня рН воды можно условно разделить на несколько групп:

Характеристика вод по рН

Контроль над уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его "уход" в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий. Оптимальная требуемая величина рН варьируется для различных систем водоочистки в соответствии с составом воды, характером материалов, применяемых в системе распределения, а также в зависимости от применяемых методов водообработки.

Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он непосредственно не влияет на потребительские качества воды. Так, в речных водах pH обычно находится в пределах 6.5-8.5, в атмосферных осадках 4.6-6.1, в болотах 5.5-6.0, в морских водах 7.9-8.3. Поэтому ВОЗ не предлагает какой-либо рекомендуемой по медицинским показателям величины для рН. Вместе с тем известно, что при низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Именно поэтому для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9.

Кислотность

Кислотностью называют содержание в воде веществ, способных вступать в реакцию с гидроксид-ионами (ОН-). Кислотность воды определяется эквивалентным количеством гидроксида, необходимого для реакции.

В обычных природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободного диоксида углерода. Естественную часть кислотности создают также гуминовые и другие слабые органические кислоты и катионы слабых оснований (ионы аммония, железа, алюминия, органических оснований). В этих случаях pH воды не бывает ниже 4.5.

В загрязненных водоемах может содержаться большое количество сильных кислот или их солей за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях pH может быть ниже 4.5. Часть общей кислотности, снижающей pH до величин < 4.5, называется свободной.

Жесткость

Общая (полная) жесткость – свойство, вызванное присутствием растворенных в воде веществ, в основном - солей кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других катионов, которые выступают в значительно меньших количествах, таких как ионы: железа, алюминия, марганца (Mn2+) и тяжелых металлов (стронций Sr2+, барий Ba2+).

Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.

В России жесткость воды выражают в мг-экв/дм3 или в моль/л.

Карбонатная жесткость (временная) – вызвана присутствием растворенных в воде бикарбонатов, карбонатов и углеводородов кальция и магния. Во время нагревания бикарбонаты кальция и магния частично оседают в растворе в результате обратимых реакций гидролиза.

Некарбонатная жесткость (постоянная) – вызывается присутствием растворенных в воде хлоридов, сульфатов и силикатов кальция (не растворяются и не оседают в растворе во время нагревания воды).

Характеристика вод по значению общей жесткости

Группа вод	Еденица измерения, ммоль/л
Очень мягкая
Средней жесткости
Очень жесткая

Щелочность

Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию при лабораторных исследованиях с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Различают следующие формы щелочности воды: бикарбонатная (гидрокарбонатная), карбонатная, гидратная, фосфатная, силикатная, гуматная – в зависимости от анионов слабых кислот, которыми обусловливается щелочность. Щелочность природных вод, рН которых обычно < 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов. Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды. Так как в природных водах почти всегда щелочность определяется бикарбонатами, то для таких вод общую щелочность принимают равной карбонатной жесткости.

Железо, марганец

Железо, марганец - в натуральной воде выступают преимущественно в виде углеводородов, сульфатов, хлоридов, гумусовых соединений и иногда фосфатов. Присутствие ионов железа и марганца очень вредит большинству технологических процессов, особенно в целлюлозной и текстильной промышленности, а также ухудшает органолептические свойства воды.

Кроме того, содержание железа и марганца в воде может вызывать развитие марганцевых бактерий и железобактерий, колонии которых могут быть причиной зарастания водопроводных сетей.

Хлориды

Хлориды – присутствие хлоридов в воде может быть вызвано вымыванием залежей хлоридов или же они могут появиться в воде вследствие присутствия стоков. Чаще всего хлориды в поверхностных водах выступают в виде NaCl, CaCl2 и MgCl2, причем, всегда в виде растворенных соединений.

Соединения азота

Соединения азота (аммиак, нитриты, нитраты) – возникают, главным образом, из белковых соединений, которые попадают в воду вместе со сточными водами. Аммиак, присутствующий в воде, может быть органического или неорганического происхождения. В случае органического происхождения наблюдается повышенная окисляемость.

Нитриты возникают, главным образом, вследствие окисления аммиака в воде, могут также проникать в нее вместе с дождевой водой вследствие редукции нитратов в почве.

Нитраты - это продукт биохимического окисления аммиака и нитритов или же они могут быть выщелочены из почвы.

Сероводород

O при pH < 5 имеет вид H2S;

O при pH > 7 выступает в виде иона HS-;

O при pH = 5: 7 может быть в виде, как H2S, так и HS-.

Воде. Они поступают в воду вследствие вымывания осадочных горных пород, выщелачивания почвы и иногда вследствие окисления сульфидов и серы – продуктов расклада белка из сточных вод. Большое содержание сульфатов в воде может быть причиной болезней пищеварительного тракта, а также такая вода может вызывать коррозию бетона и железобетонных конструкций.

Двуокись углерода

Сероводород придает воде неприятный запах, приводит к развитию серобактерий и вызывает коррозию. Сероводород, преимущественно присутствующий в подземных водах, может быть минерального, органического или биологического происхождения, причем в виде растворенного газа или сульфидов. То, под каким видом проявляется сероводород, зависит от реакции pH:

• при pH < 5 имеет вид H2S;
• при pH > 7 выступает в виде иона HS-;
• при pH = 5: 7 может быть в виде, как H2S, так и HS-.

Сульфаты

Сульфаты (SO42-) – наряду с хлоридами являются наиболее распространенными видами загрязнения в воде. Они поступают в воду вследствие вымывания осадочных горных пород, выщелачивания почвы и иногда вследствие окисления сульфидов и серы – продуктов расклада белка из сточных вод. Большое содержание сульфатов в воде может быть причиной болезней пищеварительного тракта, а также такая вода может вызывать коррозию бетона и железобетонных конструкций.

Двуокись углерода

Двуокись углерода (CO2) – в зависимости от реакции pH воды может быть в следующих видах:

• pH < 4,0 – в основном, как газ CO2;
• pH = 8,4 – в основном в виде иона бикарбоната НСО3- ;
• pH > 10,5 – в основном в виде иона карбоната CO32-.

Агрессивная двуокись углерода – это часть свободной двуокиси углерода (CO2), которая необходима для удержания растворенных в воде углеводородов от разложения. Она очень активна и вызывает коррозию металлов. Кроме того, приводит к растворению карбоната кальция СаСО3 в строительных растворах или бетоне и поэтому ее необходимо удалять из воды, предназначенной для строительных целей. При оценке агрессивности воды, наряду с агрессивной концентрацией двуокиси углерода, следует также учитывать содержание солей в воде (солесодержание). Вода с одинаковым содержанием агрессивного CO2, тем более агрессивна, чем выше ее солесодержание.

Растворенный кислород

Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л. В артезианской воде кислород практически отсутствует.

Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания и называется степенью насыщения кислородом. Этот параметр зависит от температуры воды, атмосферного давления и уровня минерализации. Вычисляется по формуле: M = (ax0,1308x100)/NxP, где

М – степень насыщения воды кислородом, %;

А – концентрация кислорода, мг/дм3;

Р – атмосферное давление в данной местности, МПа.

N – нормальная концентрация кислорода при данной температуре и общем давлении 0,101308 МПа, приведенная в следующей таблице:

Растворимость кислорода в зависимости от температуры воды

Температура воды, °С

Окисляемость

Окисляемость – это показатель, характеризующий содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых сильным окислителем. Окисляемость выражается в мгO2 необходимого на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм3 исследованной воды.

Различают несколько видов окисляемости воды: перманганатную (1 мг KMnO4 соответствует 0,25 мг O2), бихроматную, иодатную, цериевую. Наиболее высокая степень окисления достигается бихроматным и иодатным методами. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах – как правило, бихроматную окисляемость (называемую также ХПК – химическое потребление кислорода). Окисляемость является очень удобным комплексным параметром, позволяющим оценить общее загрязнение воды органическими веществами. Органические вещества, находящиеся в воде весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам. Их состав формируется как под влиянием биохимических процессов протекающих в водоеме, так и за счет поступления поверхностных и подземных вод, атмосферных осадков, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Величина окисляемости природных вод может варьироваться в широких пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов О2 на литр воды.

Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость, а значит в них содержится высокие концентрации органических веществ по сравнению с подземными. Так, горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О2/дм3, реки равнинные – 5-12 мг О2/дм3, реки с болотным питанием – десятки миллиграммов на 1 дм3.

Подземные же воды имеют в среднем окисляемость на уровне от сотых до десятых долей миллиграмма О2/дм3 (исключения составляют воды в районах нефтегазовых месторождений, торфяников, в сильно заболоченных местностях, подземных вод северной части РФ).

Электропроводность

Электропроводность – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Благодаря этой зависимости, по величине электропроводности можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды. Такой принцип измерения используется, в частности, в довольно распространенных приборах оперативного измерения общего солесодержания (так называемых TDS-метрах).

Дело в том, что природные воды представляют собой растворы смесей сильных и слабых электролитов. Минеральную часть воды составляют преимущественно ионы натрия (Na+), калия (K+), кальция (Ca2+), хлора (Cl–), сульфата (SO42–), гидрокарбоната (HCO3–).

Этими ионами и обуславливается в основном электропроводность природных вод. Присутствие же других ионов, например трехвалентного и двухвалентного железа (Fe3+ и Fe2+), марганца (Mn2+), алюминия (Al3+), нитрата (NO3–), HPO4–, H2PO4– и т.п. не столь сильно влияет на электропроводность (конечно при условии, что эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах, как например, это может быть в производственных или хозяйственно-бытовых сточных водах). Погрешности же измерения возникают из-за неодинаковой удельной электропроводимости растворов различных солей, а также из-за повышения электропроводимости с увеличением температуры. Однако, современный уровень техники позволяет минимизировать эти погрешности, благодаря заранее рассчитанным и занесенным в память зависимостям.

Электропроводность не нормируется, но величина 2000 мкС/см примерно соответствует общей минерализации в 1000 мг/л.

Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал, Eh)

Окислительно-восстановительный потенциал (мера химической активности) Eh вместе с рН, температурой и содержанием солей в воде характеризует состояние стабильности воды. В частности этот потенциал необходимо учитывать при определении стабильности железа в воде. Eh в природных водах колеблется в основном от -0,5 до +0,7 В, но в некоторых глубоких зонах Земной коры может достигать значений минус 0,6 В (сероводородные горячие воды) и +1,2 В (перегретые воды современного вулканизма).

Подземные воды классифицируются:

• Eh > +(0,1–1,15) В – окислительная среда; в воде присутствует растворенный кислород, Fe3+, Cu2+, Pb2+, Mo2+ и др.
• Eh – 0,0 до +0,1 В – переходная окислительно-восстановительная среда, характеризуется неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием кислорода и cероводорода, а также слабым окислением и слабым восстановлением разных металлов;
• Eh < 0,0 – восстановительная среда; в воде присутствуют сероводород и металлы Fe2+, Mn2+, Mo2+ и др.

Зная значения рН и Eh, можно по диаграмме Пурбэ установить условия существования соединений и элементов Fe2+, Fe3+, Fe(ОН)2, Fe(ОН)3, FeСО3, FeS, (FeOH)2+.

Министерство образования и науки РФ

Волгоградский государственный архитектурно–строительный

университет

Кафедра «Водоснабжение и водоотведение»

Химия воды

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

«Химия воды »

Волгоград 2013

Введение

Лабораторный практикум составлен в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Химия воды».

Практикум составлен с учетом того, что студенты уже прослушали лекции по курсу «Химия», «Прикладная химия» и достаточно ознакомлены с работой в химической лаборатории и имеют определенные теоретические представления об основных физических и химических свойствах воды. Одновременно с выполнением лабораторного практикума читается курс лекций «Химия воды», где студенты знакомятся с основными характеристиками природных и сточных вод.

1. Цели и задачи практикума

Целью лабораторного практикума является практическое знакомство студентов с оборудованием и посудой, которые применяются для выполнения анализов воды в производственных и исследовательских лабораториях. Будущий инженер, выполняя исследовательские работы, приобретает практические навыки, необходимые для его дальнейшей деятельности.

Задачей лабораторного практикума является практическое усвоение курса ««Химия воды»», а также получение навыков самостоятельного проведения лабораторных работ исследовательского характера.

Лабораторный практикум охватывает работы по изучению различных свойств воды, изучение методик определения показателей качества воды включает 6 работ, которые предусматривают:

Работа №1. Определение физических показателей качества воды.

Работа №2. Определение кислотности воды.

Работа №3. Определение щелочности воды.

Работа №4. Определение жесткости воды. Определение концентрации ионов кальция и магния в воде.

Работа №5. Определение различных форм углекислоты.

Работа №6. Определение пермаганатной окисляемости воды.

Перед проведением любой лабораторной работы студенты должны ознакомиться с целью, методикой выполнения работы и необходимых расчетов, устройством прибора, уметь обращаться с химической посудой, реактивами, а также обязаны подробно ознакомиться с основными положениями «Инструкции по технике безопасности для работающих в химической лаборатории». По окончании работы студенты должны оформить отчет в лабораторном журнале, указав основные расчеты, проанализировать полученные данные, сделать выводы о качестве анализируемой воды.

2. Правила техники безопасности в лаборатории

Проведение лабораторных работ требует строжайшего соблюдения студентами правил безопасности работы. Все реактивы должны находиться в закрытой посуде с четкой надписью, указывающей название и концентрацию реактива. При пользовании растворами крепких кислот и щелочей необходимо исключать возможность попадания их на руки, одежду, лицо. Отбор концентрированных жидкостей производить мерными цилиндрами или пипетками с резиновыми баллончиками. Разлитые кислоты или щелочи необходимо сразу же засыпать песком, нейтрализовать, после чего провести уборку. При пользовании нагревательными приборами необходимо следить за исправностью проводки, степенью нагрева розеток, штепсельных вилок, не следует оставлять нагревательные приборы без присмотра. Нагретые предметы, посуду рекомендуется брать щипцами, колбодержателями, жгутом из полотенца.

Каждый студент должен соблюдать санитарные меры предосторожности при выполнении лабораторных работ. Необходимо:

– избегать непосредственного контакта с анализируемой водой и осадком;

– анализы проводить в резиновых перчатках;

– использованную лабораторную посуду необходимо обеззараживать дезинфицирующем раствором;

– по окончании анализов привести рабочее место в порядок и тщательно вымыть руки.

Лабораторная работа №1

Определение физических показателей качества воды.

Цель работы: изучение методик определения физических показателей качества воды (температура, цветность, запах, вкус, плотность).

Точность анализа воды во многом зависит от правильного отбора пробы. Так как многие физические и химические показатели воды изменяются во времени, то для отдельных определений в официальных изданиях указан предельной срок хранения пробы. Отбирают пробы в склянки с резиновыми или притертыми пробками, которые предварительно ополаскивают исследуемой водой. Помещая на хранение, пробу консервируют хлороформом (2 мл на I л воды). Перед анализом, в случае необходимости, проводят предварительную подготовку пробы: удаляют взвешенные вещества (фильтрованием, центрифугированием, отстаиванием), упаривают в фарфоровых чашках.

Оценивания качество воды, в первую очередь учитывают такие важные физические показатели, как температура, цветность, запах, вкус, прозрачность, мутность.

1.1. Определение температуры воды

В водопроводных и насосных установках температуру определяют, погружая термометр в струю стекающей воды. Отсчет производят, не вынимая термометр из воды. При отдельных определениях термометр помещают на 3 – 5 мин. в большой сосуд с водой. Оптимальные температурные пределы для питьевой воды 7 – 12 0 С.

1.2. Определение цветности воды

Цветность вод обусловлена наличием большого количества взвешенных частиц, ее определяют после отстаивания, фильтрования или центрифугирования. Оценивают цветность в градусах дихромат – кобальтовой шкалы.

Качественную оценку цветности производят, сравнивая ее с дистиллированной водой. Для этого в специальные пробирки из бесцветного стекла наливают отдельно исследуемую воду и дистиллированную. На фоне белого листа бумаги при дневном освещении воду рассматривают сверху и сбоку. На основании этого оценивают цветность, т.е. указывают наблюдаемый цвет (слабо­-белый, бурый и т.п.). При отсутствии окраски вода считается бесцветной. Количественно цветность определяют по дихромат – кобальтовой шкале.

Ход работы . Мутную воду предварительно отфильтровывают. Для определения применяют бесцветные цилиндры диаметром 30 мм и высотой 350 мм.

1.3. Определение запаха воды

Запах сточной воды определяют качественно при открывании пробы. Вначале дают качественную характеристику запаха по соответствующим признакам (болотный, землистый, гнилостный, рыбный, ароматический и т.п.). Интенсивность оценивают по пятибалльной шкале (табл. 1) при температуре 20 0 С и 60 0 С.

Ход работы. В колбу с притертой пробкой налить исследуемую воду (2/3 объема) и сильно встряхнуть в закрытом состоянии. Затем открыть и сразу же отметить характер и интенсивность запаха.

Таблица 1

Характер запахов и вкусов по степени их интенсивности

Запах (вкус)	Интенсивность	Оценка в баллах
Отсутствует	Не ощущается
Очень слабый	Обнаруживается только опытным исследователем
	Обнаруживается потребителем в том случае, если обратить его внимание
Заметный	Легко обнаруживается потребителем
Отчетливый	Вода непригодна для питья
Очень сильный	Вода непригодна для питья

1.4. Определение вкуса воды

Различный вкус воды может быть обусловлен присутствием химических соединений (хлористого натрия, солей железа, марганца, магния и др.), а также продуктами жизнедеятельности водных организмов. Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 различают четыре вида вкуса: горький, сладкий, кислый, соленый. Остальные вкусовые ощущения характеризуются как привкусы. Количественно интенсивность вкуса определяют по той же шкале, что и запах (см. табл.1).

Воду, безопасную в санитарном отношении, исследуют в сыром виде, в других случаях – после кипячения и последующего охлаждения до 18 – 20 0 С. Нельзя пробовать загрязненную воду. Для определения характера и интенсивности вкуса 10 – 15 см 3 исследуемой воды набирают в рот и держат 10 – 15 сек, не проглатывая. Интенсивность вкуса питьевой воды, согласно СанПиН 2.1.4.1074-01, не должна превышать 2 баллов (см. табл. 1).

1.5. Определение плотности воды

Плотность чистой воды зависит от температуры. При 15 0 С она равна 0,99913 г/см 3 , при 20 0 С – 0,99823 г/см 3 . Плотность сточных вод зависит и от растворенных соединений. Обычно плотность воды близка к единице.

Плотность воды с точностью до третьего десятичного знака можно определить ареометром. Исследуемую воду налить в цилиндр на 100 мл. Осторожно опустить в нее ареометр. Уровень воды должен оказываться в пределах шкалы ареометра. Если шкала ареометра будет выше или ниже уровня воды, то следует заменить ареометр. Показание шкалы ареометра на уровне поверхности воды соответствует ее плотности при данной температуре.

1.6. Определение мутности воды

Мутность воды обусловлена присутствием в природной воде нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения. Мутность воды характеризуется терминами: прозрачная, слабая муть, мутная и т.д.

Определить мутность воды можно весовым методом, визуальным, мутномером, фотоэлектронным тиндалеметром и фотоэлектрическим колориметром.

1.6.1 Гравиметрический метод

Ход работы. 500 – 1000 мл мутной воды профильтровать через плотный фильтр (диаметром 9 – 11 см), предварительно высушенный при 105 0 С в течение 1,5 – 2 часов и взвешенный в закрытом бюксе на аналитических весах. После фильтрования фильтр с осадком перенести в тот же бюкс, высушить при 105 – 110 0 С 1,5 – 2 часа, охладить в эксикаторе и взвесить на аналитических весах в закрытом бюксе. Содержание взвешенных веществ в исследуемой воде рассчитать по формуле:

q 1 – масса бюкса с просушенным фильтром после фильтрования воды, г,

q 2 – масса бюкса с просушенным фильтром до фильтрования, г,

V – объем профильтрованной воды, мл.

1.6.2 Визуальный метод

Прозрачность воды зависит от её мутности. Мерой прозрачности служит высота водяного столба, сквозь который ещё можно прочитать шрифт определенного типа.

Результаты указывают в сантиметрах. Определяют высоту водяного столба, сквозь который типографический шрифт становится плохо различим.

Ход работы. Цилиндр, под дно которого подложен хорошо освещенный шрифт, наполняют перемешанной пробой воды до такой высоты, чтобы буквы, рассматриваемые сверху, стали плохо различимы. Пробу просматривают при рассеянном дневном освещении. Определение повторяют несколько раз. Записывают высоту водяного столба в сантиметрах и вычисляют среднее значение. Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 прозрачность питьевой воды должна быть не менее 30 см.

Вопросы к отчету лабораторной работы №1

1) Назовите основные физические показатели качества воды. Причины, обуславливающие их наличие (кратко).

2) Температура. На какие процессы, происходящие в воде, она влияет. В каких единицах измеряется. Каким способом производят измерение температуры. Оптимальное значение.

3) Какие примеси природных вод обуславливают запах, вкус и привкус воды?

4) Методики определения вкуса и запаха. Оптимальные значения.

5) Что такое дезодорация? Методы устранения привкусов и запахов воды.

6) Прозрачность и мутность. Какие примеси природных вод обуславливают мутность. Способы определения. Оптимальные значения.

7) Какие вещества, присутствующие в водоемах, обуславливают цветность воды. Методы определения. Оптимальное значение.

Лабораторная работа №2

Определение кислотности воды.

Цель работы : изучить методики определения кислотности (свободной и общей) воды.

2.1 Определение кислотности воды

Кислотность воды может быть обусловлена наличием свободных кислот или солей, образованных слабыми основаниями и сильными кислотами (например, FeSO 4 , AlCl 3 , ZnSO 4 и др.). В поверхностных природных водах и в большинстве подземных кислотность воды обычно вызывается присутствием свободной угольной кислоты. В производственных сточных водах кислотность может быть вызвана наличием свободных сильных (HCl , H 2 SO 4 , HNO 3 ) и слабых кислот (НС N , H 2 S и др.), а также солей тяжелых металлов. При гидролизе солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием, происходит снижение величины pH до 4,5 и ниже.

Определяют кислотность воды методом нейтрализации, в основе которого лежит реакция взаимодействия кислоты с основанием. Общая кислотность воды характеризуется количеством сильного основания, например гидроксида натрия, необходимого для нейтрализации соединений, содержащихся в воде. Она определяется числом мг-экв/л сильного основания, необходимым для нейтрализации веществ, содержащихся в 1 л воды, рН которой равна 8,3. Если рН воды выше 8,3, то кислотность воды принимается равной нулю. В тех случаях, когда рН воды ниже 4,5, считается, что она обладает свободной кислотностью.

При отборе пробы воды для определения кислотности необходимо принимать меры для уменьшения контакта воды с углекислотой воздуха. С этой целью используют герметически закрывающиеся пробоотборники, а из крана воду отбирают при помощи резиновой трубки, которая опускается на дно склянки. Вода должна вытеснить воздух и несколько раз смениться в склянке. Для титрования используют колбы, закрытые резиновой пробкой с отверстием для подачи рабочего раствора.

Определение кислотности проводятся индикаторным и электрометрическим методами.

Проведению анализа мешают повышенная карбонатная жесткость воды (боле 4 – 5 мг-экв/л), присутствие солей тяжелых металлов, для индикаторного метода – цветность и мутность воды, свободный хлор. При значительной карбонатной жесткости воды в процессе титрования гидрокарбонаты кальция и магния переходят в труднорастворимые карбонаты, вызывая помутнение исследуемого раствора. Снять это отрицательное воздействие можно разбавлением пробы прокипяченной дистиллированной водой. При добавлении рабочего раствора щелочи, соли тяжелых металлов образуют труднорастворимые соединения, которые затрудняют определение. Уменьшить мешающие воздействие этих соединений можно добавлением небольшого количества (0,8 – 1,2 мл) раствора сегнетовой соли или кипячением пробы (при этом следует учитывать, что углекислота после кипячения практически удаляется из воды)

Электрометрический метод применим для анализа цветных и мутных вод.

2.1.1 Определение свободной кислотности

а) Индикаторный метод

Реактивы

1) 0,1н раствор NaOH ;

2) метилоранж (0,03%-ный водный раствор).

Ход работы. В коническую колбу отмерить 100 мл (или другой необходимый) объем воды, прибавить 2-3 капли метилоранжа. Если раствор приобретет розовую окраску, то он имеет свободную кислотность. Титровать пробу 0,1 н раствором гидроксида натрия до перехода розовой окраски в желто – розовую, и далее рассчитать свободную кислотность по формуле:

где х – свободная кислотность воды, мг-экв/л;

V N а OH – объем рабочего раствора N а OH , пошедший на титрование пробы воды, мл;

N NaOH – нормальность раствора NaOH , г-экв/л;

где х – общая кислотность воды, мг-экв/л;

V N а OH – объем рабочего раствора NaOH , пошедший на титрование пробы воды, мл;

N N а OH – нормальность рабочего раствора NaOH , г-экв/л;

где х – свободная щелочность воды, мг-экв/л

V HCl – объем рабочего раствора НСl, пошедший на титрование пробы, мл;

N HCl – нормальность рабочего раствора НСl, г-экв/л;

где х – общая щелочность воды, мг-экв/л;

V HCl – объем рабочего раствора НСl, пошедший на титрование пробы, мл;

N NC l – нормальность рабочего раствора НСl, г-экв/л;

где Ж о – общая жесткость воды, мг-экв/л;

V 1 – объем рабочего раствора трилона Б, пошедшего на титрование пробы воды, мл;

N – нормальность рабочего раствора трилона Б, мг-экв.л;

V 2 – объем пробы воды, мл.

4.3 Определение ионов кальция и магния

Реактивы:

1) 0,1 н раствор трилона Б;

2) 2 н раствор NaOH;

3) индикатор мурексид сухой;

4) 5% раствор Na 2 S;

5) 1% раствор гидроксиламина;

6) индикатор хром темно–синий;

7) аммонийно–буферный раствор.

4.3.1 Определение ионов кальция

Ход работы. К 100 мл исследуемой воды добавляют 5 мл раствора NaOH, несколько (6 – 8) капель Na 2 S и на кончике лопаточки сухого мурексида. Раствор приобретает темно–розовую окраску. Медленно титруют раствором трилона Б до изменения окраски в винно–красную. Содержание кальция (х) вычисляют по формуле:

где х – содержание кальция в анализируемой воде, мг/л;

a

где у – концентрация ионов магния в анализируемой пробе, мг/л;

b – количество раствора трилона Б, пошедшее на титрование пробы, мл;

Из уравнений следует, что концентрация свободной угольной кислоты находится в прямой зависимости от концентрации водородных ионов, а концентрация карбонат-ионов – в обратной. При рН < 4,2 в природных водах содержится только свободная угольная кислота. Появление в воде гидрокарбонат-ионов повышает рН от 4,2 до 8,3; в воде присутствует свободная угольная кислота и ионы НСО 3 - , причем с возрастанием рН увеличивается концентрация НСО 3 - – ионов и понижается концентрация свободной угольной кислоты. При рН = 8,4 в воде присутствуют практически только гидрокарбонаты (99,7%). При дальнейшем увеличении рН в воде наряду с гидрокарбонат-ионами появляются и карбонат-ионы, которые при рН > 10 становятся преобладающими.

Связанной считается угольная кислота в форме карбонатов, форме гидрокарбонатов она состоит из связанной и полусвязанной кослоты (поровну), так как при кипячении половина гидрокарбонатов переходит в свободную угольную кислоту.

2 НСО 3 - = СО 3 2- + СО 2 + Н 2 О.

Если в воде находится свободная угольная кислота и НСО 3 - - ионы, то количество связанной кислоты равно содержанию полусвязанной. При

рН > 8,4 количество связанной кислоты () будет больше полусвязанной ().

При одновременном присутствии в воде ионов HCO 3 - и СО 3 2- определение ведут в одной пробе, нейтрализуя рабочим раствором соляной кислоты щелочность, создаваемую этим ионами. Определение основано на изменении содержания различных форм углекислоты в зависимости от рН. В присутствии кислоты ионы CО 3 2- и НСО 3 - переходят в свободную угольную кислоту. Карбонаты с соляной кислотой взаимодействуют в две стадии. На первой стадии карбонаты переходят в гидрокарбонаты:

Проба, оттитрованная рабочим раствором кислоты в присутствии фенолфталеина, содержит гидрокарбонаты, ранее находившиеся в воде, и гидрокарбонаты, образовавшиеся из карбонатов. Гидрокарбонаты переводят в свободную угольную кислоту последующим титрованием пробы кислотой в присутствии метилового оранжевого.

При расчете содержания СО 3 2- -ионов объемов соляной кислоты израсходованной на титрование пробы воды с фенолфталеином, соответственно удваивается. А при расчете количества гидрокарбонатов из объема кислоты, израсходованного на титрование воды в присутствии метилоранжа, вычитается объем, пошедший на титрование с фенолфталеином.

Карбонат – ионы содержатся в щелочных водах. В этом случае, в воде определяют только гидрокарбонаты титрованием кислотой в присутствии метилоранжа.

5.1 Определение содержания свободной углекислоты

Реактивы:

1) 0,02 н раствор NaOH;

2) 0,1 % спиртовой раствор фенолфталеина.

Ход работы. В коническую колбу отмеряют 100 мл исследуемой воды, добавляют 2 – 3 капли фенолфталеина и титруют пробу 0,02 н раствором NaOH до появления розового окрашивания, не исчезающего в течение 3 мин. Определение повторить 3 раза и взять среднее значение. Содержание свободной углекислоты ведут по формуле:

– количество воды, взятое для определения, мл.– количество воды, взятое для определения, мл.

Вопросы к отчету лабораторной работы № 5

1) Назовите основные формы углекислоты?

2) От чего зависит содержание той или иной формы углекислоты?

3) В какой зависимости от рН находятся формы угольной кислоты?

4) Уравнения и константы диссоциации угольной кислоты.

Лабораторная работа №6

Определение перманганатной окисляемости воды

Цель работы : изучить методики определения перманганатной окисляемости воды.

Наличие в воде органических веществ и легко окисляющихся неорганических соединений (Fe 2+ , сульфитов, нитритов, H 2 S и др.) характеризует окисляемость воды. Окисляемость – один из показателей степени загрязнения воды органическими примесями.

Окисляемость органических веществ, растворенных в воде, характеризуется количеством кислорода, расходуемого на их окисление в определенных условиях.

Окисляемость воды выражают числом миллиграммов кислорода, израсходованных на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. В качестве окислителей органических веществ, при определении окисляемости воды, обычно применяют перманганат калия (перманганатная окисляемость), дихромат (или иодид) калия (дихроматная (или иодатная) окисляемость или химическое потребление кислорода – ХПК). Во избежание ошибки, предварительно в исследуемой воде определяют неорганические восстановители.

В настоящем пособии рассматривается методика определения перманганатной окисляемости воды. Если концентрация хлоридов в исследуемой воде не превышает 100 мг/л, то органические вещества окисляют перманганатом калия в кислой среде (метод Кубеля). При более высоком содержании хлоридов используется реакция окисления перманганатом калия в щелочной среде (метод Шульца).

Органические вещества, содержащиеся в исследуемой воде, при кипячении в присутствии серной кислоты окисляются перманганатом калия. К пробе воды прибавляют заведомо избыточное количество раствора KMnO 4 определенной концентрации. В этих условиях окисляются не все органические вещества, поэтому окисляемость характеризует содержание только легкоокисляющихся примесей. Для получения более точных результатов используется обратное титрование: к прокипяченной пробе прибавляют избыток щавелевой кислоты, при этом часть ее окисляется оставшимся перманганатом калия, а остальное количество Н 2 С 2 О 4 оттитровывают перманганатом калия.

Предварительная обработка посуды перед анализом. Во избежание ошибки, связанной со случайным загрязнением колбы примесями, способными к окислению, перед определением окисляемости в колбу наливают 100 – 150 мл концентрированного раствора перманганата калия, подкисленного серной кислотой, и кипятят 3 – 5 мин. Затем выливают смесь, и образовавшийся на стенках колбы осадок растворяют в небольшом количестве концентрированной соляной кислоты. Колбы ополаскивают дистиллированной водой и вновь в нее наливают окислительную смесь. Кипячение повторяют 2 – 3 раза, после чего ополаскивают колбу дистиллированной водой.

6.1 Метод Кубеля

Реактивы:

1) 0,01н раствор KMnO 4 ;

3) 0,01н раствор H 2 С 2 О 4 ;

3) 4н раствор H 2 SO 4 .

Ход работы. В предварительно подготовленную коническую колбу на 250 мл отмерить 100 мл исследуемой воды, прилить 5 мл 4н раствора кислоты и прилить из бюретки точно 10 мл 0,01 раствора КМnО 4 . Колбу закрыть воронкой, смесь кипятить 10 мин. (считая с момента кипения). Затем снять с огня.

Щелочность воды – это общее содержание в воде веществ, обуславливающих при диссоциации или в результате гидролиза повышенную концентрацию ионов ОН - .

В исходной воде щелочность обычно связана с присутствием ионов . В умягченной и котловой воде, кроме перечисленных веществ, щелочность обусловливается также ионами В зависимости от того, какой анион присутствует в воде , щелочность называется соответственно бикарбонатной Щ б, карбонатной Щ к или гидратной Щ г.

Большая щелочность воды определяется количеством соляной кислоты, затраченной на титрование анализируемой пробы воды (100 мл пробы) в присутствии индикатора фенолфталеина (I этап) и метилоранжа (II этап) 0,1 н. Количество кислоты (мл), израсходованной при титровании, равно щелочности испытуемой воды при рН = 3...4 .

Малая щелочность воды определяется путем титрования 100 мл пробы в присутствии фенолфталеина (I этап) и метилрота или смешанного индикатора (II этап) 0,01 н. раствором серной или соляной кислоты. Величина щелочности при этом определяется по формуле:

где п – количество израсходованного 0,01 н. раствора кислоты, мл.

Анализы по определению отдельных форм щелочности основаны на том, что при титровании пробы воды сильной кислотой, реакции, протекающие между кислотой и различными анионами, обусловливающими форму щелочности, заканчиваются при различных значениях рН раствора. Титрование проводится в присутствии двух индикаторов, каждый из которых рассчитан на определенный диапазон значений рН. Одним индикатором является метилоранж, окраска которого изменяется на желтую в кислой среде при рН=3...4, вторым - фенолфталеин, окраска которого изменяется на розовую в щелочной среде при рН > 8,4. Следует особо отметить, что значение рН=8,4 имеют растворы чистых гидрокарбонатов (НСО3), постоянно присутствующих в водах. При анализе пробы воды на первом этапе используется фенолфталеин, а на втором - метилоранж.

Оценка отдельных форм щелочности производится в соответствии с полученными при титровании данными. При этом возможны следующие случаи:

1) фенолфталеин не дает розового окрашивания, т.е. Ф = 0, где Ф - расход соляной кислоты, пошедшей на титрование пробы, окрашенной фенолфталеином, мл. Метилоранж дает желтое окрашивание пробы, которая затем титруется соляной кислотой до изменения окраски. В этом случае в воде присутствуют только бикарбонаты (бикарбонатная щелочность) Щб, которая подсчитывается по формуле (1), где А = М, а М - расход кислоты на титрование пробы воды, окрашенной метилоранжем, мг-экв/л;

2) фенолфталеин дает розовое окрашивание, причем при титровании пробы оказалось, что 2Ф < М. В этом случае в воде присутствуют как бикарбонаты, так и карбонаты. Расчет Щб производится по формуле (1), где А = М - 2Ф, для расчета Щк следует принять А = 2Ф;

3) фенолфталеин дает розовое окрашивание, причем 2Ф = М. В этом случае в воде присутствуют только карбонаты; для расчета Щк в формулу (1) следует подставить А = 2Ф;

4) фенолфталеин дает розовое окрашивание, причем 2Ф>М. В этом случае в воде присутствуют карбонаты и гидраты. Для расчета Щк в формулу (1) следует подставить А=2(М-Ф), а для расчета Щг - А = (2Ф - М);

5) фенолфталеин дает розовое окрашивание, причем М = 0 (т.е. после обесцвечивания фенолфталеина дальнейшее увеличение объема метилоранжа сразу вызывает оранжевую окраску пробы воды). В этом случае присутствуют только гидраты; для расчета Щг в формулу (1) следует подставить А = Ф. При Кн = 0,1 мг-экв/л и V = 100 мл для определения формы и численного значения щелочности удобно пользоваться таблицей.

Определение жесткости. В колбу вместимостью 250 см 3 помещают первую часть пробы анализируемой воды объемом 100 см 3 , 5 см 3 буферного раствора, от 5 до 7 капель раствора индикатора хромового темно-синего или от 0,05 до 0,1 г сухой смеси индикатора и титруют раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке от винно-красной (красно-фиолетовой) до синей (сине-фиолетовой).

Вторую часть пробы объемом 100 см 3 помещают в колбу вместимостью 250 см 3 , добавляют 5 см 3 буферного раствора, от 5 до 7 капель раствора индикатора или от 0,05 до 0,1 г сухой смеси индикатора, добавляют раствор трилона Б, которого берут на 0,5 см 3 меньше, чем пошло на первое титрование, быстро и тщательно перемешивают и титруют (дотитровывают) до изменения окраски в эквивалентной точке от винно-красной (красно-фиолетовой) до синей (сине-фиолетовой).

Обработка результатов определения. Жесткость воды Ж, °Ж (жесткость общая) вычисляют по формуле:

Ж = M·F·K·V т p /V np , (7)

где: М - коэффициент пересчета трилона Б, равный 2 С тр, где С тр - концентрация раствора трилона Б, моль/м 3 (ммоль/дм 3), (как правило М = 50);

F - множитель разбавления исходной пробы воды при консервировании (как правило F = 1);

К - коэффициент поправки к концентрации раствора трилона Б, вычисленный по формуле (1);

V тр - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см 3 ;

V пр - объем пробы воды, взятой для анализа, см 3 .

За результат измерения принимают среднеарифметическое значение результатов двух определений. Приемлемость результатов определений оценивают исходя из условия:

|Ж 1 - Ж 2 | ≤ r , (8)

где r - предел повторяемости (таблица 3);

Ж 1 и Ж 2 - результаты определений, °Ж (общая жесткость).

Если расхождение между двумя результатами превышает установленное значение, то определение жесткости воды повторяют.

Определение щелочности. Налить 100 мл анализируемой пробыв коническую колбу емкостью 250 мл.

Добавить в колбу 1...2 капли раствора фенолфталеина и взболтать

Таблица 3

жидкость, если после добавления указанного индикатора жидкость окрасилась в красный цвет, следу­ет приступить к титрованию раствором соляной кислоты.

Зафиксировать уровень раствора кислоты в бюретке.

Титровать жидкость раствором кислоты до ее обесцвечи­вания. Титрование вести при интенсивном и частом пе­ремешивании жидкости и капельном добавлении раствора кислоты в колбу.

Определить количество раствора кислоты, израсходован­ного из бюретки для титрования пробы по фенолфталеину - Ф, мл.

Ввести в колбу 2 капли раствора метилоранжа и взбол­тать жидкость.

Титровать жидкость раствором кислоты до перехода ок­раски от желтой к оранжевой (но не красной), добавляя в колбу раствор кислоты по каплям и хорошо взбал­тывая жидкость.

Определить количество раствора кислоты, израсходован­ного из бюретки для титрования пробы по метилоранжу - М, мл.

Вычислить общую щелочность пробы воды: количество израсходованного на титрование пробы раствора кислоты в мл (Ф+М) соответствует значению общей щелочности Щ о (щелочность общая) воды в мг-экв/кг.

Вычислить значение бикарбонатной щелочности воды (Щ б) по формуле:

Мг-экв/кг (9)

Оборудование и материалы:

Термометр спиртовой (электронный), рН-метр, химические реактивы, химическая посуда, дистиллированная вода, шрифт Снеллена, штативы, баня водяная.

Форма отчёта:

Краткое описание проведенных исследований с указанием полученных результатов, результаты обработки полученных данных по расчетным формулам, выводы о качестве воды и области её применения в водопользовании.

Литература:

1. РД 52.24.496-2005 Температура, прозрачность и запах поверхностных вод суши. Методика выполнения измерений. [Текст]. – Введ. 2005-07-01. – М. : Изд-во стандартов, 2005 – 6 с.

2. ГОСТ Р 52769-2007 Вода. Методы определения цветности. [Текст]. – Введ. 2009-01-01. – М. : Стандартинформ, 2010 – 7 с.

3. ГОСТ Р 52407-2005 Вода питьевая. Методы определения жесткости. [Текст]. – Введ. 2007-01-01. – М. : Стандартинформ, 2010 – 13 с.

4. ГОСТ Р 52963-2008 Вода. Методы определения щелочности и массовой концентрации карбонатов и гидрокарбонатов. [Текст]. – Введ. 2008-09-29. – М. : Стандартинформ, 2009 – 30 с.

5. ГОСТ 3351-74 Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. [Текст]. – Введ. 1975-07-01. – М. : Изд-во стандартов, 2003 – 6 с.

6. ГОСТ 18164-72 Вода питьевая. Метод определения сухого остатка [Текст]. – Введ. 1974-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1974 – 3 с.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Из огромного количества физико-химических факторов, влияющих на окружающую природную среду, сравнительно немногие имеют ведущее экологическое значение. К таким факторам прежде всего относятся физико-химические свойства воды, растворенные и взвешенные в ней вещества, а также загрязнение водоемов, вызванное деятельностью человека.

Вода как физико-химическое тело оказывает непрерывное воздействие на жизнедеятельность живых организмов. Она не только удовлетворяет физиологические потребности организмов, но и обеспечивает комфортную окружающую среду.

Температура воды - важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоеме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. Значения температуры используют для вычисления степени насыщения воды кислородом, различных форм щелочности, состояния карбонатно-кальциевой системы, при многих гидрохимических, гидробиологических, особенно лимнологических исследованиях, при изучении тепловых загрязнений.

Для измерения температуры используются ртутные, спиртовые и контактные электронные термометры.

Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.

Воду в зависимости от степени прозрачности условно подразделяют на прозрачную, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в водоем белую пластину определенных размеров (диск Секи) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (как правило, шрифт средней жирности высотой 3,5 мм). Результаты выражаются в сантиметрах с указанием способа измерения.

Ослабление интенсивности света с глубиной в мутной воде приводит к большему поглощению солнечной энергии вблизи поверхности. Появление более теплой воды у поверхности уменьшает перенос кислорода из воздуха в воду, снижает плотность воды, стабилизирует стратификацию. Уменьшение потока света также снижает эффективность фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема.

Определение прозрачности воды – обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов. Увеличение количества грубодисперсных примесей и мутности характерно для загрязненных и эвтрофных водоемов.

Запах - свойство воды вызывать у человека и животных специфическое раздражение слизистой оболочки носовых ходов. Запах воды характеризуется интенсивностью, которую измеряют в баллах. Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде

компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.

На запах воды оказывают влияние состав содержащихся в ней веществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т.д.

Показателями запаха служат характер и его интенсивность которые определяются органолептически. Для определения запаха обычную пробирку наполняют исследуемой водой примерно на ¾ объёма, закрывают её корковой пробкой, несколько раз встряхивают, затем вынимают пробку и сразу определяют запах.

Вкус и привкус воды, их интенсивность и характер определяют органолептическим методом только для воды питьевого назначения при температурах около 20°.

Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами.

Характер вкуса или привкуса определяют ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и т. д.).

Испытуемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживают 3-5 с.

Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20 о С и оценивают по пятибалльной системе (нет, очень слабая, слабая, заметная, отчетливая, очень сильная).

Факторами формирования рН являются содержание ионов водорода (гидроксония – H 3 O+) в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов:

CO 2 + H 2 0 ⇔ H+HCO 3 - ⇔ 2H+CO 3 2 .

При диссоциации гидрокарбонатов Ca(HCO 3) 2 и Mg(HCO 3) 2 также образуются ионы НСО 3 -. Увеличение их концентрации ведет к увеличению рН вследствие гидролиза.

Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:

Для поверхностных вод, содержащих наибольшие количества двуокиси углерода, характерна слабо щелочная реакция. Изменения величины рН тесно связаны с процессами фотосинтеза (из-за потребления СО2 водной растительностью) и распада органических веществ.

Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в кислых почвах, перегное и болотных водах.

Величина концентрации ионов водорода (рН) в речных водах обычно колеблется в пределах 6,0-6,5, океане 7,9-8,3 рН. рН воды шахт и рудников достигает иногда единицы, а содовых озер и термальных источников десяти. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина рН для большинства речных вод составляет 6,8-7,4, летом 7,4-8,2.

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минеральных) и органических веществ, температура кипения которых превышает 105–110°С. Сухой остаток определяют гравиметрическим и расчетным методами. Перед определением сухого остатка

пробу необходимо фильтровать либо отстаивать для отделения от взвешенных веществ.

Основными ионами, определяющими сухой остаток, являются карбонаты, бикарбонаты, хлориды, сульфаты, нитраты, натрий, калий, кальций, магний. Данный показатель влияет на другие показатели качества питьевой воды, такие как привкус, жесткость, коррозирующие свойства и тенденция к накипеобразованию.

Воду с сухим остатком свыше 1000 мг/л называют минерализованной, до 1000 мг/л – пресной. Воду, содержащую до 50 – 100 мг/л, считают слабоминерализованной (дистиллированная),100 – 300 мг/л–удовлетворительно минерализованной, 300 – 500 мг/л – оптимальной минерализации и 500 – 1000 мг/л – повышенно минерализованной. Минерализованной водой является морская, минеральная, пресной – речная, дождевая, вода ледников.

Цветность питьевой воды обусловлена содержанием органических и неорганических веществ природного и техногенного происхождения (гуминовые и фульвокислоты, трехвалентное железо, марганец и др.).

Цветность воды определяют визуально или фотометрически, сравнивая окраску пробы с окраской условной 1000-градусной шкалы цветности воды, приготавливаемой из смеси бихромата калия K 2 Cr 2 O 7 и сульфата кобальта CоSO 4 . Для воды поверхностных водоемов этот показатель допускается не более 20 градусов по шкале цветности.

Если окраска воды не соответствует природному тону, а также при интенсивной естественной окраске, определяют высоту столба жидкости, при котором обнаруживается окраска, а также качественно характеризуют цвет воды. Соответствующая высота указанного столба воды не должна превышать: для воды водоемов хозяйственно-питьевого назначения – 20 см; культурно-бытового назначения – 10 см.

Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей – нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения.

Мутность - это количественная мера света, рассеянного и поглощенного водой из-за присутствия в ней частиц суспензии.

Существует опасность перепутать мутность и окрашенность. Мутность - это недостаток прозрачности воды. Вода может быть сильно окрашенной, она даже может быть темно-коричневой, но все-таки прозрачной и не содержать частиц суспензии.

В России мутность воды определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результат измерений выражают в мг/литр при использовании основной стандартной суспензии каолина или в ЕМ/литр (единицы мутности на литр) при использовании основной стандартной суспензии формазина. Последнюю единицу измерения называют также Единица Мутности по Формазину (ЕМФ) или в западной терминологии FTU (Formazine Turbidity Unit).

Жёсткость воды - совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»).

Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием - мягкой.

Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО 3) 2 ; Mg(НСО 3) 2 , и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO 4 , CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Щелочность воды (water alkalinity), мг-экв/л, определяется суммой содержа­щихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот - угольной, органических, а также бикарбонатных и карбонатных ионов.

Общая щелочность воды обычно определяется только анионами угольной кислоты (карбонатная щелочность). Анионы, гидролизуясь, образуют гидроксид-ионы:

CO 3 2- + H 2 O <=> HCO 3- + OH -

HCO 3- + H 2 O <=> H 2 CO 3 + OH -

Щелочность определяется количеством сильной (соляной, серной) кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм3 воды. Щелочность большинства природных вод определяется только гидрокарбонатами кальция и магния, pH этих вод не превышает 8,3.

Лабораторная работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БПК 5 СТОЧНЫХ ВОД

Время: 2-ч.

Цель работы: ознакомиться с методами определения биохимического потребления кислорода.

Перед выполнением работы необходимо изучить РД 52.24.420-2006 Биохимическое потребление кислорода в водах. Методика выполнения измерений скляночным методом, ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПК полн.) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах.

Порядок выполнения:

Метод определения биохимического потребления кислорода основан на способности микроорганизмов потреблять растворенный кислород при биохимическом окислении органических и неорганических веществ в воде.

Биохимическое потребление кислорода определяют количеством кислорода в мг/дм 3 , которое требуется для окисления находящихся в воде углеродосодержащих органических веществ, в аэробных условиях в результате биохимических процессов.

Определение БПК проводиться в некоторых стандартных условиях. В качестве таковых приняты следующие: продолжительность инкубации 5 сут., температура (20 +/- 1) °C, отсутствие доступа света и воздуха.

1. Определение начинают с заполнения и инкубации склянок. Если проба не содержит визуально заметного количества взвешенных веществ, 1,0 - 1,4 дм 3 , ее помещают в достаточно большую (2 дм 3) колбу.

2. Устанавливают pH в пределах 6 - 8 по универсальной индикаторной бумаге добавлением раствора соляной кислоты или гидроксида натрия 1 моль/ дм 3 и доводят температуру пробы до (20 +/- 1) °C, нагревая (при помощи водяной бани) или охлаждая ее (под струей водопроводной воды).

3. Энергично взбалтывают пробу не менее 10 мин., чтобы насытить ее кислородом. Насыщение пробы кислородом можно также осуществить, пропуская через нее воздух с помощью аквариумного микрокомпрессора. После завершения процедуры насыщения пробу следует оставить на 3 - 5 мин. для удаления избытка воздуха (до отсутствия поднимающихся к поверхности мелких пузырьков).

4. Если проба содержит грубую взвесь, ее наливают в склянку (лучше цилиндр) вместимостью не менее 1 дм 3 и отстаивают 0,5 - 1 ч.

5. После отстаивания отбирают сифоном осветлившийся средний слой воды в колбу для насыщения кислородом. Если пробу отстаиванием в течение часа осветлить не удается, ее фильтруют через бумажный фильтр "белая лента". Всегда в результатах анализа следует указывать принятый способ предварительной обработки воды.

6. Подготовленную пробу наливают в 3 сухие кислородные склянки, заполняя их до края так, чтобы внутри склянки не образовывалось пузырьков. В одной из 3-х склянок сразу же фиксируют и определяют концентрацию растворенного кислорода. Время между аэрацией пробы и фиксированием кислорода при определении его концентрации не должно быть более 15 мин.
Две другие склянки закрывают, помещают пробками вниз в наполненную дистиллированной водой фотографическую кювету или кристаллизатор (гидрозатвор) и устанавливают в термостат. При использовании склянок БПК колпачок заполняется той же пробой. Склянки выдерживают при отсутствии доступа света в термостате при (20 +/- 1) °C в течение 5 сут. По истечении этого срока в инкубированных склянках определяют концентрацию неизрасходованного растворенного кислорода.

7. Сразу же после заполнения склянки (или после инкубации) фиксируют растворенный кислород, для чего в склянку с пробой воды вводят отдельными пипетками 1 см 3 (при вместимости склянки до 150 см 3) или 2 см 3 (при вместимости более 150 см 2) раствора хлорида (сульфата) марганца и 1 или 2 см 3

щелочного раствора йодида калия (при вместимости склянки до 150 см 3 и более 150 см 3 соответственно).

Пипетку погружают каждый раз до половины склянки и поднимают вверх по мере истечения реактива из нее. Затем быстро закрывают склянку стеклянной пробкой таким образом, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха, и содержимое тщательно перемешивают 15 – 20 - кратным переворачиванием склянки до равномерного распределения осадка в воде по всему объему склянки. Склянки с зафиксированным в них кислородом помещают в темное место для отстаивания (на время не менее 10 мин. и не более 24 ч).

8. После того, как опустившийся на дно осадок будет занимать менее половины высоты склянки, к пробе приливают 5 или 10 см 3 (в зависимости от вместимости склянки) раствора соляной кислоты, погружая при этом пипетку до дна склянки к осадку (не взмучивать) и медленно поднимая ее вверх по мере опорожнения. Вытеснение из склянки части прозрачной жидкости для анализа значения не имеет.

Склянку закрывают пробкой и содержимое тщательно перемешивают. После полного растворения бурого осадка пипеткой с одной отметкой отбирают 50 см 3 раствора, предварительно ополаскивая пипетку этим же раствором, переносят его в колбу для титрования и титруют раствором тиосульфата натрия из бюретки вместимостью 10 см 3 до тех пор, пока он не станет светло-желтым. Затем прибавляют 1 см 3 раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски.
В склянках после инкубации повторяют определение растворенного кислорода, отбирая аликвоту из второй (следующей) склянки.

9. Вычисление и оформление результатов измерений БПК 5 .

Массовую концентрацию растворенного в воде кислорода X , мг/ дм 3 , находят по формуле:

, (10)

где: C m - концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/дм 3 КВЭ;

V m - объем раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование, см 3 ;

V - вместимость кислородной склянки, куб. см;

V 1 - суммарный объем растворов хлорида марганца и йодида калия,

добавленных в склянку при фиксации растворенного кислорода, см 3 ;

М - молярная масса КВЭ кислорода, равная 8 мг/ммоль.

БПК 5 , мг/дм 3 , для неразбавленных проб (или потребление кислорода разбавляющей воды (БПК 5 р), мг/дм 3) находят по формуле:

или (11)
где: Х н - массовая концентрация растворенного кислорода в пробе анализируемой воды (или разбавляющей воды) до инкубации, мг/дм 3 ;

Х к - массовая концентрация растворенного кислорода в пробе анализируемой воды (или разбавляющей воды) после 5 сут. инкубации, мг/дм 3 .

Биохимическое потребление кислорода БПК 5 , мг/дм 3 , для подвергавшихся разбавлению проб находят по формуле:

(12)
где: Х н - концентрация растворенного кислорода в пробе анализируемой воды до инкубации, мг/дм 3 ;

Х к - концентрация растворенного кислорода в пробе анализируемой воды после 5 сут. инкубации, мг/дм 3 ;

БПК 5 - биохимическое потребление кислорода в пробах разбавляющей воды, мг/дм 3 ;

Р - степень разбавления пробы, равная 1000/V, где V – объем анализируемой воды в 1 дм 3 смеси после разбавления пробы.

За результат БПК 5 принимают среднее арифметическое измерения в двух склянках, подвергавшихся инкубации, если расхождение между ними не превышает величины предела повторяемости.

Оборудование и материалы:

Химические реактивы, химическая посуда, дистиллированная вода, водяная баня, рН-метр (универсальная индикаторная бумага).

Форма отчёта:

Краткое описание проведенных исследований с указанием полученных результатов, результаты обработки полученных данных по расчетным формулам, выводы о биохимической потребности кислорода.

Литература:

1. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПК полн.) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах.

2. РД 52.24.420-2006 Биохимическое потребление кислорода в водах. Методика выполнения измерений скляночным методом.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Биологическое потребление кислорода (БПК) - количество кислорода, израсходованное на аэробное биохимическое окисление под действием микроорганизмов и разложение нестойких органических соединений, содержащихся в исследуемой воде.

В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями, претерпевая аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. В водоемах с большим содержанием органических веществ большая часть растворенного кислорода потребляется на биохимическое окисление, лишая таким образом кислорода другие организмы. При этом увеличивается количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию растворенного кислорода, исчезают кислородолюбивые виды и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода. Таким образом, в процессе

биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации растворенного кислорода, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ.

Определение БПК основано на измерении концентрации растворенного кислорода в пробе воды непосредственно после отбора, а также после инкубации пробы. Инкубацию пробы проводят без доступа воздуха в кислородной склянке (т.е. в той же посуде, где определяется значение растворенного кислорода) в течение времени, необходимого для протекания реакции биохимического окисления. Так как скорость биохимической реакции зависит от температуры, инкубацию проводят в режиме постоянной температуры (20±1)°С, причем от точности поддержания значения температуры зависит точность выполнения анализа на БПК.

Погрешность в определении БПК может внести также освещение пробы, влияющее на жизнедеятельность микроорганизмов и способное в некоторых случаях вызывать фотохимическое окисление. Поэтому инкубацию пробы проводят без доступа света (в темном месте).

Динамика биохимического потребления кислорода при окислении органических веществ в воде приведена на рис. 1.

Рис.1 Динамика биохимического потребления кислорода:

а – легкоокисляющиеся («биологически мягкие») вещества – сахара, формальдегид, спирты, фенолы и т.п.;

в – нормально окисляющиеся вещества – нафтолы, крезолы, анионогенные ПАВ, сульфанол и т.п.;

с – тяжело окисляющиеся («биологически жесткие») вещества – неионогенные ПАВ, гидрохинон и т.п.

Таким образом, БПК – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов. Ориентировочно принимают, что БПК 5 составляет около 70% БПК полн, но может составлять от 10 до 90% в зависимости от окисляющегося вещества.

Лабораторная работа 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МЕТОДОМ БИОИНДИКАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ

Время: 2-ч.

Цель работы: интегральная экспресс-оценка качества среды обитания живых организмов по флуктуирующей асимметрии лис­товой пластины березы повислой (Betula pendula).

Перед выполнением работы студентам необходимо изучить общие принципы биоиндикации и особенности использования растений в качестве биоиндикаторов.

Порядок выполнения:

1. Сбор материала. Выборку листьев древесных ра­стений необходимо делать с нескольких близко растущих деревь­ев на площади 10 х 10 м или на аллее длиной 30- 40 м, в исключительных случаях с 2-3 растений. Выборка листьев травянистых растений делается с нескольких экземпляров на площади 1 м 2 . Используются только средневозрастные растения, исключая мо­лодые и старые. Всего надо собрать не менее 25 листьев среднего размера с одного вида растения. Листья собирать из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток, направленных условно на север, запад, восток и юг. У березы использовать листья только с укороченных побегов. На каждой площадке исследуют максимальное количество видов (но не менее одного древесного и одного травянистого), однако конкретный объем выборки должен определяться на основе ста­тистических методов.

2. Обработка материала. Весь собранный материал должен быть снабжен точ­ной информацией о месте сбора, наличии вблизи возможного загрязнения интенсивности движения транспорта, времени сбора и исполнителе. Хранить собранный материал можно не более неде­ли на нижней полке холодильника.

3. Обработка заключается в измерении длин жилок на листьях справа и слева. На рис. 2 цифрами обозначены листья следую­щих деревьев: 1 - березы, измеряется первая жилка от основа­ния листа; 2 - тополя, первая жилка от основания листа; 3 - остролистного клена, средняя жилка боковых пластин справа и слева; 4 - мать-и-мачехи, вторая жилка от основания черешка; 5 - клена американского, первая жилка от основания черешка; 6 - сныти, первая жилка от основания черешка; 7 - клевера ползучего, первая жилка от основания черешка.

Жилки измеряются курвиметром или линейкой с точностью до 1 мм. Интерес представляют не размеры жилок, а разница их длины справа и слева.

С одного листа снимают показатели по пяти параметрам (рис. 3). Отдельно фиксируют «загнутость» макушки листа (рис. 4). Данные измерений заносят в табл. 3 Величину флуктуирую­щей асимметрии оценивают с помощью интегрального показате­ля - величины среднего относительного различия по

признакам (среднее арифметическое отношение разности к сумме промеров листа справа и слева, отнесенное к числу признаков).

Рис. 3. Параметры промеров листьев для детального расчета:

1 - ширина половинки листа (лист складывают пополам, потом разгибают и по образовавшейся складке проводят измерений); 2 - длина второй жилки от осно­вания листа; 3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок; 4 - расстояние между концами этих жилок; 5 - угол между главной и второй от основания жилками

Рис. 4. Примеры «загнутости» макушки листа:

1 - не загнута; 2 - загнута влево; 3 - загнута вправо; 4 - «ласточкин хвост»

Коэффициент флуктуирующей асимметрии определяют по формуле, предложенной В. М. Захаровым:

, (13)

где – среднее различие между сторонами;

– различие значений признаков между левой (l) и правой (r) сторонами;

n – число выборок.

Качественные признаки считают по проценту ассиметричных листьев:

где – число ассимитричных особей;

– число симметричных листьев.

Показатель асимметрии указывает на наличие в среде обита­ния живых организмов негативного фактора. Это может быть хи­мическое загрязнение, изменение температуры, обитание биоло­гического объекта на краю ареала и др. Показатель откликается повышением на изменение фактора и стабилен при адаптации к имеющимся условиям. Таким образом, на основании периодиче­ского вычисления показателя можно проследить изменения усло­вий обитания объекта.

При балльной оценке используют таблицу соответствия баллов качества среды значениям коэффициентов асимметрии (см. табл. 4).

Таблица 4

4. Занести данные по всем листьям в табл. 5. Провести статистическую обработку данных.

5. Провести экспресс-оценку загрязнения окружающей среды по результатам всех измерений. Сделать вывод о качестве среды обитания живых организмов в соответствии с табл. 4.

Таблица 5

6. Провести экспресс-оценку загрязнения окружающей среды по результатам всех измерений. Сделать вывод о качестве среды обитания живых организмов в соответствии с табл. 4.

Баллы соответствуют следующим характеристикам среды оби­тания живых организмов: 1 - чисто; 2 - относительно чисто («нор­ма»); 3 - загрязнено («тревога»); 4 - грязно («опасно»); 5 - очень грязно («вредно»).

Оборудование и материалы:

курвиметр (линейка), транспортир, гербарий листьев березы повислой.

Форма отчёта:

Краткое описание проведенных исследований с указанием полученных результатов, результаты обработки полученных данных по расчетным формулам, выводы о качестве окружающей среды.

Литература:

1. Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье среды / под ред. В. М. Захарова, Е. Ю. Крысанова. - М.: Моек. отд. Международного фон­да «Биотест», 1996.

2. Стрельцов А. Б. Региональная система биологического мониторинга. - Калуга: Изд-во Калужского ЦНТИ, 2003.

3. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб, пособие для студ. высш. учеб, заведений / О. П. Мелехова, Е. И. Егорова, Т. И. Евсеева и др.; под ред. О. П. Мелеховой и Е. И. Егоровой. - М.: Издатель­ский центр «Академия», 2007. - 288 с.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

С помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оцен­ке механического и кислотного состава почв, их плодородия, ув­лажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержа­ние в почве свинца указывают виды овсяницы (Festuca ovina и др.), полевицы (Agrostis tenuis и др.); цинка - виды фиалки (Viola tricolor и др.), ярутки (Tlaspi alpestre и др.); меди и кобальта - смолевки (Silene vulgaris и др.), многие злаки и мхи.

Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфоло­гическими реакциями - изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая или бронзовая окраска), различной фор­мы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изме­нение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны.

Некоторые естественные факторы могут вызывать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Так, например, хлороз листьев может быть вызван недостатком железа в почве или ран­ним заморозком. Поэтому при определении морфологических из­менений у растений необходимо учитывать возможность действия других повреждающих факторов.

Когда заходит речь о качестве питьевой воды, мы, прежде всего, обращаем внимание на отсутствие вредных примесей, цвет, запах и т.п. А вот о важности такого показателя как щёлочность воды знают далеко не все. В этой статье мы попробуем разобраться, почему норма щёлочности воды так важна для нашего с вами здоровья, как она определяется и как достичь оптимальных показателей щёлочности воды.

Определение щёлочности: немного теории

Для начала попробуем разобраться, что же собственно такое «щёлочность воды». Справочная литература предлагает такое определение щёлочности: это общее число содержащихся в воде гидроксильных ионов, а также анионов слабых кислот. Щёлочность воды может быть гидратная, карбонатная, бикарбонатная, в зависимости от наличия в ней определённых веществ. Также следует разграничить понятие «щёлочность воды» и её водородный показатель (pH). Он показывает концентрацию в воде свободных ионов водорода. Если pH низкий (< 7), то мы говорим о кислой среде, если высокий (>7) – о щелочной. Взаимосвязь pH и щёлочности прямопропорциональна: чем больше щёлочность воды, тем выше показатель pH. Щёлочность измеряется в ммоль/дм3, а рН – просто число единиц.

Согласно Государственным санитарным нормам, оптимальный показатель pH для питьевой воды от 6,5 до 8,5 единиц. Это совпадает с требованиями, применяющимися для контроля качества питьевой воды в США. Нормативы ЕС в этом вопросе отличаются несущественно (от 6,5 до 9,5). Показатель дистиллированной воды – 7 единиц. Это условно нейтральная вода. Показатели pH питьевой воды строго контролируются во всех странах.

А вот нормы щёлочности воды украинскими Государственными санитарными нормами не регулируются. Хотя и учитываются на предприятиях водоснабжения для правильного расчета реагентов, которые используют для обработки воды.

Относительно расчёта щёлочности воды стоит отметить, что оптимальные нормы немного отличаются в зависимости от того, для каких нужд используется вода.

Значение нормы щёлочности воды

Давайте попробуем разобраться, почему такое большое значение придаётся нормам щёлочности воды? Оказывается, от щёлочности воды напрямую зависит состояние нашего организма. Оптимальная норма щёлочности воды поможет наладить такие функции организма:

• обменные процессы
• восстановление микрофлоры кишечника
• активизация мозговой деятельности за счёт обогащения мозга кислородом
• укрепление иммунитета

Это неудивительно, поскольку в самом организме человека преобладают нейтральные или слабощелочные жидкости. Интересно, что pH человеческой крови составляет 7,43 (т.е. практически нейтрален).

Поэтому очень важным является определение щёлочности питьевой воды и контроль этих показателей.

Японские учёные установили, что если человек постоянно употребляет воду щёлочностью 6,5 – 7, то продолжительность жизни увеличивается на 20 – 30%. Дело в том, что кислая среда (низкая щёлочность воды) создаёт идеальные условия для развития различных болезней.

Для поддержания нормального кислотно-щелочного баланса и хорошего самочувствия важно «не закислять» организм. Но проблема в том, что большинство продуктов имеют кислую среду. А значит, для поддержания баланса важно пить воду, именно она способствует тому, что кровь может переносить больше кислорода. Но полезна не всякая вода. В первую очередь нужно обращать внимание на её щёлочность. Лучше, если она близка к нейтральной. Государственные санитарные нормы регламентируют щёлочность питьевой бутилированной воды и воды из бюветов на уровне 6,5 ммоль/дм3. Норма щёлочности воды, поступающей в централизованные водопроводные системы, регулируется ещё на этапе водоподготовки. Повышенная кислотность может наблюдаться в сильно загрязнённых природных водах (например, после сброса отходов промышленных предприятий, когда в воду попадает большое количество сильных кислот и их солей).

Кстати, вода повышенной щёлочности также не слишком полезна. Так, после водных процедур в такой воде может появляться:

• зуд на коже
• высыпания
• раздражения на слизистых

Расчёт щёлочности воды и регулирование уровня рН

В разных регионах уровень pH водопроводной воды колеблется от 5,5 до 10 единиц. При необходимости этот показатель можно и нужно регулировать. Для измерения рН в домашних условиях можно использовать специальные тестеры. А вот для определения щёлочности воды понадобиться сдать образцы на в специализированную лабораторию. После того, как вы получите результаты исследования, специалисты «УкрХимАнализ» дадут необходимые рекомендации. Если вода имеет повышенную щёлочность, то эффективным способом её снижения может стать фильтр. Хорошо справляются с данной проблемой, в частности, системы обратного осмоса. Они помогают не только снизить щёлочность воды, но и нормализовать её состав в целом, уменьшить минерализацию и жёсткость.