АНАЛИЗ МОДЕЛЬНОЙ СМЕСИ СТОЧНЫХ ВОД

АНАЛИЗ МОДЕЛЬНОЙ СМЕСИ
СТОЧНЫХ ВОД
ПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА
Методические указания
к лабораторным работам по дисциплине
«Общая экология» для специальности 280202
«Инженерная защита окружающей среды»
Омск · 2007
Федеральное агентство по образованию
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
Кафедра инженерной экологии и химии
Кафедра общеобразовательных дисциплин (НВФ СибАДИ)
АНАЛИЗ МОДЕЛЬНОЙ СМЕСИ
СТОЧНЫХ ВОД
ПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА
Методические указания
к лабораторным работам по дисциплине
«Общая экология» для специальности 280202
«Инженерная защита окружающей среды»
Составители: И.В. Каткова,
Е.В. Шаповалова.
Омск
Издательство СибАДИ
2007
1
УДК 628.3
ББК 20.1 я 81
Рецензент канд. хим. наук, доцент А.М. Попов (ОмГУ)
Работа одобрена методической комиссией факультета АДМ СибАДИ в качестве
методических указаний к лабораторным работам по дисциплине «Общая экология» для
специальности 280202 «Инженерная защита окружающей среды».
Анализ модельной смеси сточных вод промышленного типа: Методические
указания к лабораторным работам по дисциплине «Общая экология» для специальности 280202 «Инженерная защита окружающей среды» / Сост.: И.В. Каткова,
Е.В. Шаповалова. − Омск: Изд-во СибАДИ, 2007.  28 с.
В методических указаниях дается понятие о моделировании в экологии,
приведены характеристики промышленных сточных вод. Лабораторные работы,
включенные в методические указания, направлены на формирование у студентов
навыков расчета состава и приготовления модельной смеси сточных вод
промышленного типа. Лабораторные работы также содержат методы экспресс-анализа
приготовленных смесей.
Работа предназначена в первую очередь для студентов, обучающихся по
специальности «Инженерная защита окружающей среды», а также для студентов
других специальностей, изучающих экологию.
Табл. 13. Библиогр.: 5 назв.
 Составители И.В. Каткова,
Е.В. Шаповалова, 2007
2
1. Моделирование – метод изучения экологических процессов
Модель – это имитация того или иного явления реального мира,
сохраняющая основные свойства реального объекта, позволяющая делать
прогнозы. Под моделированием в экологии понимается изучение
экологических процессов с помощью лабораторных, натурных или математических моделей. Стратегия моделирования заключается в попытке
путем упрощения получить модель, свойства и поведение которой можно
легко изучать. Модели подразделяются на реальные и знаковые. Наиболее
сложная проблема при работе с реальными лабораторными моделями –
установление адекватности модели оригиналу и, следовательно,
обоснование возможности применения результатов моделирования к
изучаемой природной системе. Идеальные знаковые модели богаче
возможностями, чем реальные, так как почти не связаны техническими
ограничениями их создания. Построение математических моделей −
сложный процесс, требующий творческого, неформального начала.
Начальным этапом разработки математической модели, вне
зависимости от области исследований, является определение цели
моделирования. Вопросы целеполагания являются важнейшими при
построении моделей. Модель, прошедшая проверку на адекватность,
может служить мощным инструментом в дальнейших исследованиях и
решении практических задач. Настоящая лабораторная работа – это расчет
состава, приготовление и анализ модельной смеси сточных вод
промышленного типа.
2. Характеристика промышленных сточных вод
Известно, что при технологических процессах имеются следующие
виды сточных вод:
 реакционная вода – загрязнена как исходными веществами, так и
продуктами реакции;
 промывная вода – вода после промывки сырья, продуктов реакции,
тары, оборудования, маточные водные растворы;
 водные экстрагенты и абсорбенты;
 охлаждающая вода, не соприкасающаяся
с технологическими
продуктами
и
использующаяся
в
системах
оборотного
водоснабжения;
 бытовая вода;
 атмосферные осадки, вода стекающая с территорий предприятий.
Сточные воды, содержащие органические вещества, содержат массу
биогенных элементов, в том числе азота и фосфора, что приводит к
массовому размножению сине-зеленых и бурых водорослей, а также к
3
интенсивному развитию высших водных растений. Названные организмы
являются аэробными, дышат кислородом, растворенным в воде и, создавая
дефицит кислорода, делают воду непригодной для жизни. Анаэробные
процессы – это вторичное загрязнение воды, ведущее к увеличению
процессов эфтрофикации – повышение биологической продуктивности
водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под
действием антропогенных или природных факторов. Вода может быть
трофной, т.е. содержащей биогенные вещества – продукты неполного
разложения водных организмов, которые служат
пищей для
гидробионтов.
Трофная вода классифицируется:
 дистрофная (малое содержание биогенных веществ, не обеспечивает
развитие гидробионтов);
 мезотрофная (среднее содержание биогенных веществ);
 эфтрофная (с большим содержанием биогенных веществ, не может
быть использована не только в качестве питьевой, но и в
промышленном водоснабжении).
Вода, содержащая органические вещества, называется сапробной и
подразделяется на:
 олигосапробную, т.е. с малым содержанием органических веществ
(перманганатной окисляемостью < 10 мг О2/л);
 мезосапробную, т.е. со средним содержанием органических веществ
(10-30 мг О2/л);
 полисапробную, т.е. с большим содержанием органических веществ
(>30 мг О2/л).
Контроль и управление качеством воды в настоящее время
рассматривается в качестве санитарной охраны водоемов вследствие
исключительной значимости воды как элемента окружающей среды. С
точки зрения экологии значение воды двояко: во-первых, она является
главной «образующей» средой для водных обитателей, а во-вторых, играет
решающую роль в жизни любых наземных биогеоценозов. Важнейшей
задачей в условиях промышленного развития и временной неизбежности
попадания отходов в водные биогеоценозы, является установление
допустимых нагрузок на водные объекты в результате водопотребления.
Водопотребление – это использование воды, связанное с изъятием её из
мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием
и с возвращением в источники водозабора в загрязненном состоянии.
Обычно контролю подвергаются наиболее опасные вещества, способные
накапливаться в донных отложениях, передаваться по трофическим цепям,
в частности, тяжелых металлов, таких как железо, медь, никель, цинк, хром
и другие.
4
Железо постоянно присутствует в поверхностных и подземных
водах. Высокое содержание железа в поверхностных водах указывает на
загрязнение их промышленными сточными водами, особенно промстоками металлообрабатывающих производств.
Медь в поверхностных водах присутствует в результате загрязнения
сточными
водами
предприятий
химической,
металлургической
промышленности. Источником меди в воде может быть коррозия металлов
или медьсодержащих металлических частей, соприкасающихся с водой.
Никель может присутствовать в сточных водах металлообрабатывающих и химических предприятий.
Хром присутствует в сточных водах металлообрабатывающих и
химических производств, кожевенных заводов и загрязненных стоками
этих производств поверхностных водах.
Для каждого предприятия должен устанавливаться предельно
допустимый сброс (ПДС) вредных веществ.
Согласно ГОСТу ПДС вредного вещества – это его масса в сточных
водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в
данном пункте водного объекта в единицу времени. С целью обеспечения
норм качества воды в контрольном пункте ПДС устанавливается с учетом
предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ.
Контроль качества сточных вод предусматривает определение
органолептических показателей воды (цвет, запах), химического
потребления кислорода (ХПК), количества растворенного в воде
кислорода, а также его биохимического потребления (БПК), рН среды,
содержания взвешенных частиц и концентрации вредных веществ.
Химическим потреблением кислорода (ХПК) называется величина,
характеризующая общее содержание в воде веществ способных окисляться
(продукты распада органических соединений и легко окисляющиеся
неорганические соединения). Величина ХПК выражается количеством
миллиграммов кислорода, необходимого для окисления веществ,
содержащихся в 1 л воды. Обычно окисление пробы сточной воды
производится бихроматом калия в серной кислоте. Содержание
растворенного кислорода определяют в сточных водах, прошедших
химическую или биохимическую очистку, перед спуском в водоемы.
Содержание растворенного кислорода измеряют в мг/л и процентах по
отношению к равновесной концентрации кислорода при данной
температуре. Определение основано на реакции растворенного кислорода
с гидроксидом марганца и определении образовавшихся высших по
степени окисления соединений марганца. Используются также
колориметрические методы, основанные на изменении интенсивности
цвета соединений, которые образуются при реакции специальных
красителей и сточной воды. Под биохимическим потреблением кисло5
рода (БПК) понимается количество кислорода в мг/л, необходимое для
окисления органических примесей аэробными микроорганизмами.
Определение БПК выполняется на основе анализа изменения содержания
растворенного кислорода с течением времени. Величина рН является
мерой активной кислотности воды, создающейся в результате
взаимодействия растворенных электролитов и газов. Значение рН
определяется электрометрическим (с использованием приборов – рНметров) или колориметрическим методом. Колориметрический метод
основан на свойстве индикаторов менять свою окраску в зависимости от
концентрации водородных ионов.
Содержание взвешенных веществ (мг/л) в виде осадка определяется
путем фильтрования через бумажные или стеклянные фильтры или
выпариванием пробы исследуемой воды.
Лабораторная работа № 1
РАСЧЕТ СОСТАВА И ПРИГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЬНОЙ СМЕСИ
СТОЧНЫХ ВОД ПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА
Цель работы − рассчитать величину навесок компонентовзагрязнителей, необходимых для приготовления модельной смеси сточных
вод промышленных производств.
Материалы и оборудование: кристаллические вещества, хлорная
известь CaOCl2, шестиводный хлорид железа FeCl3∙6H2O, железный
купорос FeSO4∙7H2O, медный купорос CuSO4∙5H2O, шестиводный хлорид
никеля NiSO4∙6H2O, нитрат калия KNO3, сульфид натрия Na2S,
шестиводный хлорид хрома CrCl3∙6H2O, хромат калия K2CrO4, мерные
колбы емкостью 100 см3, часовые стекла, стеклянные воронки, весы
аналитические ВРЛК – 200.
Ход работы
Получите у преподавателя задание: тип промышленного
производства, сточные воды которого необходимо смоделировать.
Предлагается приготовить модельную смесь сточных вод гальванического
цеха, цеха по крашению тканей и дублению кож, а также цеха по
производству дезинфицирующих средств. Пользуясь табл. 1, определите,
какие загрязнители могут содержаться в стоках выбранного производства.
Выпишите из табл. 1 значения предельно допустимых концентраций
(ПДК) для выбранных компонентов-загрязнителей, а также из табл. 2
выберите вещества, необходимые для введения в модельную смесь
нужных компонентов-загрязнителей.
6
Таблица 1
Основные вещества-загрязнители водных объектов и
характерные источники загрязнений
Основные формы
Тип промышленного
ПДК в воде
Загрязнитель
загрязнителя
производства
водоемов, мг/л
Хлорирование
сточных
Активный
Cl2, ClO−
вод, производство дезин- Не допускается
хлор
фицирующих средств
Травильные цеха, краше2+
3+
Железо (ІІ, ІІІ)
Fe , Fe
ние тканей, производство
0,3
реактивов
Медь
Cu2+
Гальванические цеха
1,0
Никель
Ni2+
Гальванические цеха
0,1
Производство минеральных удобрений, азотной
Нитраты
NO3−
45
кислоты
Крашение сернистыми кра2−
−
Сульфиды
S , HS , H2S
сителями, разложение бел- Не допускается
ковых соединений
Гальванические и красиль0,05 для Сr6+,
Хром (ІІІ, VІ) Cr3+, CrO42−, Cr2O72−
ные цеха, дубление кож
0,5 для Сr3+
Вычислите молярную массу вещества, которое будет использовано
для приготовления модельной смеси. Рассчитайте, какое количество
реагента необходимо ввести в модельную смесь для достижения величины
ПДК по формуле
mÂ
M
 Â ,
(1)
ÏÄÊ
MÊ
где mВ – масса реагента, необходимая для приготовления 1 дм3 раствора с
ПДК=1; ПДК – табличное значение предельно-допустимой концентрации
компонента-загрязнителя (табл. 1); МВ – молярная масса реагента, которая
будет использована для приготовления модельной смеси; МК – молярная
масса компонента-загрязнителя.
Для того, чтобы рассчитать количество реагента, необходимое для
приготовления 100 см3 модельной смеси с значением ПДК=1, следует
массу вещества, рассчитанную по формуле (1), разделить на 10:
m100 
mВ

10
(2)
Далее следует выбрать, во сколько раз будет превышено значение
ПДК в модельной смеси для каждого компонента и умножить значение
7
массы вещества m100 на это число. Это и будет величина навески,
необходимая для приготовления модельной смеси.
Такой расчет производится по каждому компоненту, выбранному для
приготовления модельной смеси сточных вод. Результаты расчета
представить в виде таблицы (пример оформления  табл. 3).
Под руководством преподавателя взвесить необходимое количество
реагентов на часовом стекле на аналитических весах, с помощью воронки
количественно, то есть без потерь, перенести навеску в мерную колбу
объемом 100 см3, смывая вещество с часового стекла и воронки небольшими порциями дистиллированной воды. После того как вся навеска будет
перенесена в колбу, долить в колбу дистиллированную воду до метки.
Таблица 2
Вещества, необходимые для приготовления модельной смеси сточных вод
промышленного типа
Компоненты-загрязнители
Реактивы для приготовления модельной смеси
Cl2, HClO, ClOFe2+
CaOCl2
FeSO4∙7H2O
Fe3+
Cu2+
Ni2+
NO32S , HS-, H2S
Cr3+
CrO42-, Cr2O72-
FeCl3∙6H2O
CuSO4∙5H2O
NiSO4∙6H2O
KNO3
Na2S
CrCl3∙6H2O
K2CrO4
Таблица 3
Характеристика компонентов-загрязнителей
Компонентзагрязнитель
MК
ПДК
Формула
реагента
mВ
mВ в
1 дм3
m100
Превышение
ПДК
m
навески
Компонент 1
Компонент 2
Приготовленную модельную смесь сдать преподавателю с указанием
того, какие именно компоненты содержатся в ней.
Вопросы для самоконтроля
1. Что подразумевает понятие «моделирование»?
2. Назовите виды сточных вод.
8
3. Что представляет собой процесс эфтрофикации?
4. Перечислите опасные вещества, способные накапливаться в донных
отложениях и передаваться по трофическим цепям.
5. Дайте определение ПДС.
Лабораторная работа № 2
ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗ МОДЕЛЬНОЙ СМЕСИ СТОЧНЫХ ВОД
С ПОМОЩЬЮ УЧЕБНОГО КОМПЛЕКТА «ПЧЕЛКА – У»
Цель работы − определить с помощью экспресс-тестов и
колориметрической шкалы содержание ионов-загрязнителей в модельной
смеси.
Материалы и оборудование: экспресс-тесты для полуколичественного определения суммарного содержания 2- и 3- валентного
железа, активного хлора, хромат- и нитрат-ионов. Колориметрические
шкалы для полуколичественного определения содержания ионов меди,
никеля и трехвалентного железа; нитрат кадмия Cd(NO3)2, перекись
водорода Н2O2, гидроксид натрия NaOH, часовые стекла, пинцет, пробирки
объемом 10 см3.
Ход работы
Получите у преподавателя модельную смесь сточных вод
определенного типа промышленного предприятия с указанием
содержащихся в ней компонентов-загрязнителей.
1. Определение суммарного содержания железа с помощью
«феррум-теста».
От полоски индикаторной бумаги отрезать небольшой рабочий
участок размером не менее 5х5 мм. Не снимая полимерного покрытия,
опустить индикаторную полоску на 5-10 секунд в исследуемый раствор.
Через 5 минут сравнить окраску индикаторной бумаги с контрольной
шкалой, прилагаемой к тесту. За результат принимают значение
концентрации, соответствующее ближайшему по окраске образцу шкалы.
При промежуточной окраске за результат принимают соответствующий
интервал концентраций.
2. Определение содержания хромат-ионов с помощью «хроматтеста».
При значениях pH от 2 до 5 от полоски индикаторной бумаги
отрезают рабочий участок размером не менее 10х10 мм. На рабочий
участок наносят каплю анализируемого раствора до образования
9
равномерного смоченного пятна и через 3 минуты сравнивают окраску
индикаторной бумаги с контрольной шкалой.
3. Определение содержания нитрат-ионов с помощью «нитраттеста».
Отрезать от индикаторной полоски рабочий участок размером
5х5 мм. Не снимая полимерного покрытия, погрузить участок в
исследуемый раствор на 5-10 сек. Через 3 минуты сравнить окраску
рабочего участка с контрольной шкалой.
4. Определение хлора с помощью теста «активный хлор».
Отрезать от индикаторной полоски бумаги рабочий участок
10х10 мм, нанести каплю исследуемого раствора до образования
равномерно смоченного пятна. Сразу же сравнить окраску рабочего
участка с контрольной шкалой.
5. Определение содержания ионов меди.
Для определения содержания ионов меди используют колориметрическую шкалу, содержащую гексацианоферрат (+2) меди. 1 мл
исследуемого раствора помещают в пробирку, добавляют к нему 2 мл
дистиллированной воды и 1 каплю 0,5 молярного раствора гексацианоферрата (+2) калия K4[Fe(CN)6]. Раствор приобретает коричневую
окраску. Окраску раствора сравнивают с колориметрической шкалой,
принимая за результат содержание ионов меди в той пробирке, цвет
раствора в которой ближе всего к цвету исследуемого раствора.
6. Определение содержания ионов никеля.
Для определения содержания ионов никеля используют колориметрическую шкалу, содержащую различные количества диметилглиоксимата никеля. К 1 мл исследуемого раствора добавляют 2 капли 1%
спиртового раствора диметилглиоксима, затем 2 мл воды и 2 капли
концентрированного раствора аммиака. Образуется розовый осадок,
который при интенсивном перемешивании раствора окрашивает весь
раствор в розовый цвет. Путем сравнения с колориметрической шкалой
определяют содержание ионов никеля в исследуемом растворе.
7. Определение содержания ионов 3-валентного железа.
В пробирку помещают 1 мл исследуемого раствора, 2 мл дистиллированной воды и 1 каплю 0,5 молярного раствора роданида калия KCNS.
Раствор приобретает красную окраску. Сравниваем пробирку с
исследуемым раствором с колориметрической шкалой, приготовленной на
основе роданида железа Fe(CNS)3. За результат принимаем значение,
ближайшее по цвету к одной из пробирок колориметрической шкалы.
Содержание двухвалентного железа определяем по разности
суммарного содержания железа, определенного с помощью «феррумтеста», и содержания трехвалентного железа, определенного по
колориметрической шкале.
10
8. Обнаружение в растворе сульфид-ионов.
Нормативы не допускают содержания в воде сульфид-ионов, поэтому
наличие или отсутствие этих ионов обнаруживаем качественной реакцией
с нитратом кадмия. При наличии в растворе даже незначительного
количества сульфид-ионов раствор после добавления капли нитрата
кадмия приобретет желтоватую окраску или появится легкое помутнение.
Если в растворе высокая концентрация сульфид-ионов, то образуется
желтый осадок сульфида кадмия.
9. Определение содержания трехвалентного хрома.
После того, как произведено определение хромат- и бихромат-ионов,
приступают к определению ионов трехвалентного хрома. Для этого к 1 мл
исследуемого раствора добавляют по каплям 2 молярный раствор
гидроксида натрия до образования осадка гидроксида хрома, далее
добавляют избыток щелочи для полного растворения гидроксида и
образования гидроксокомплексов. Добавляют 1 каплю 30%-ного или 10
капель 3%-ного раствора перекиси водорода Н2О2 и нагревают. Образуется
желтый раствор хроматов. Далее определение проводят с помощью
«хромат-теста», как описано выше. За результат принимают разность
между определением суммарного содержания хромат-ионов (в том числе и
после перевода трехвалентного хрома в хроматы) и первоначальным
количеством хроматов, определенных в начале работы.
Результаты определения приводят в табл. 4.
Таблица 4
Результаты экспресс-анализа модельной смеси
сточных вод
КомпонентКоличество
ПДК
загрязнитель
компонента, мг/дм3
Компонент 1
Компонент 2
Вопросы для самоконтроля
1. Какой реактив используется для качественного определения ионов
меди?
2. Что собой представляет колориметрическая шкала?
3. Ионы какого металла можно определить с помощью роданида калия?
4. Допускается ли присутствие в питьевой воде сульфид-ионов?
5. Соединения 3- или 6-валентного хрома наиболее опасны?
11
Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
И ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В СТОЧНЫХ ВОДАХ
Цель работы − определение содержания нефтепродуктов и
взвешенных веществ в сточных водах.
Задание 1. Исследование содержания нефтепродуктов в сточных
водах.
Материалы и оборудование: прибор для определения содержания
нефтепродуктов, термометр, водяная баня, мерный цилиндр, пробы
исследуемой воды.
Ход работы
Для проведения анализа проб воды на содержание
нефтепродуктов используется прибор для определения
содержания нефтепродуктов (рис.1).
В колбу 2 налить 300-500 мл исследуемой воды, собрать
прибор (как показано на рис.1). Включить нагреватель 1
и пустить в холодильник 4 воду с температурой не выше
5оС. Довести содержимое колбы до кипения и нагревать
до тех пор, пока содержимое в ловушке не будет
оставаться постоянным в течение 15 минут. Затем колбу
охладить до комнатной температуры. Отделить ловушку,
Рис.1. Прибор для закрыть пробками оба ее конца и погрузить ловушку в
о
определения неф- водяную баню с температурой воды 15 С. После того,
тепродуктов: 1 - на- как содержимое ловушки примет температуру водяной
греватель; 2 - колба; бани, измерить объем нефтепродуктов с точностью до
3 - ловушка; 4 - хо- 0,02 мл. Содержимое летучих нефтепродуктов (мг/л) вылодильник
числяется по формуле
С
VH  d 6
10 ,
V ПР
(3)
где VН – объем нефтепродуктов в ловушке, мл; d – плотность
нефтепродуктов; если она неизвестна, принимается равной 0,8 г/см3; VПР –
объем пробы воды, мл.
Результаты исследований содержания нефтепродуктов в воде
представить в табл. 5.
12
Таблица 5
Содержание нефтепродуктов в сточных водах
Номер пробы
Концентрация,
мг/л
ПДК нефтепродуктов в водоеме
до сброса сточных вод, мг/л
1
2
Задание 2. Исследование содержания взвешенных веществ в сточной
воде.
Материалы и оборудование: сушильный шкаф, плотные фильтры
(диаметр 9-12 см), бюксы, эксикатор, аналитические весы, пробы воды.
Ход работы
Определение содержания взвешенных веществ производится
весовым методом. 50-100 мл исследуемой воды фильтруют через плотный
фильтр, который предварительно просушен при 105оС в течение 1,5-2
часов и взвешен в закрытом бюксе на аналитических весах. Фильтр с
осадком помещают в тот же бюкс, высушивают при 105оС 1,5-2 часа.
Затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах в
закрытом бюксе. Содержание взвешенных веществ (мг/л) в исследуемой
пробе рассчитывают по формуле
С
1000(а  в )
,
V
(4)
где а – масса бюкса с просушенным фильтром после фильтрования, мг; в –
то же до фильтрования, мг; V – объем профильтрованной воды, мл.
Результаты исследования содержания взвешенных веществ
представить в табл. 6.
Таблица 6
Содержание взвешенных веществ в сточных водах
Содержание взвешенных
ПДК нефтепродуктов в водоеме до
Номер пробы
веществ, мг/л
сброса сточных вод, мг/л
1
2
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислить органолептические показатели сточных вод.
2. Что понимается под БПК?
13
3. В каких единицах измеряется содержание растворенного кислорода в
воде?
4. Что характеризует величина рН сточной воды?
5. Перечислить показатели состава сточных вод.
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
КАЧЕСТВА ВОДЫ
Цель работы − определение запаха, вкуса, цветности, прозрачности,
температуры и плотности воды.
Основные сведения
Нормирование качества воды заключается в установлении для воды
водного объекта совокупности допустимых значений показателей ее
состава и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье
населения, благоприятные условия водопользования и экологическое
благополучие водного объекта. Правилами охраны поверхностных вод,
введенных в действие с 1.03.91 г., предусмотрены общие требования к
составу и свойствам воды водоемов, предназначенной для хозяйственнопитьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного назначения. К
хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование
водных объектов в качестве источника хозяйственно-питьевого
водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой
промышленности. К коммунально-бытовому относится использование
объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. К
рыбохозяйственному водоиспользованию относится использование
водных объектов для обитания, размножения и миграции рыб и других
водных организмов.
Рыбохозяйственные водные объекты делятся на три категории:
высшая (места нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо
ценных и ценных видов рыб); первая (водные объекты для
воспроизводства ценных видов, обладающих высокой чувствительностью
к кислороду); вторая (водные объекты, используемые для других
рыбохозяйственных целей). Для всех видов водопользователей
регламентируются в первую очередь физические показатели качества
воды.
Под
физическими
свойствами
воды
понимают
ее
органолептические свойства (запах, вкус, цвет, прозрачность), а также
температуру, плотность, вязкость и т.п. Запах воды может быть как
естественного (травянистый, болотный, древесный и т.п.), так и
14
искусственного происхождения из-за загрязнения воды стоками
предприятий. При качественной оценке запаха определяется его характер.
Характер запаха оценивается словесно (травянистый, землистый,
древесный, гнилостный, затхлый, сернистый, хлорный, углеводородный и
т.д.). Количественная оценка интенсивности запаха дается в баллах по
пятибалльной шкале (табл. 7). Согласно существующим нормам интенсивность запаха воды при 20оС не должна превышать 2 баллов.
Таблица 7
Оценка интенсивности запаха и вкуса воды
Оценка
Характеристика запаха и вкуса
в баллах
0
Отсутствует
1
Очень слабый
2
Слабый
3
Заметный
4
Отчетливый
5
Очень сильный
Вкус воды обуславливается присутствием в ней веществ природного
происхождения или веществ, которые попадают со сточными водами, а
также продуктов жизнедеятельности организмов. При качественной оценке
вкуса воды используется четыре вида вкусовых ощущений: горький,
сладкий, кислый, соленый. Количественная интенсивность вкуса
оценивается по пятибалльной шкале (см. табл.7). Интенсивность вкуса
питьевой воды не должна превышать 2 балла. Цветность воды зависит от
наличия в ней растворенных и взвешенных примесей (коллоидных
соединений железа, гуминовых веществ, взвешенных и окрашенных
веществ, водорослей). В зависимости от количества гуминовых кислот и
их солей (гуматов) цвет колеблется от желтого до коричневого. Цветность
воды определяют качественно и количественно. Результаты качественного
исследования цветности воды описывают словесно (бесцветная, светложелтая, бурая и т.п.). Количественно цвет воды определяют путем
сравнения исследуемой воды со шкалой стандартных растворов и
выражают в условных градусах этой шкалы (табл.8). При отсутствии
окраски вода считается бесцветной.
Прозрачность воды обусловлена ее цветом и мутностью, т.е. зависит
от количества содержащихся в воде взвешенных веществ (частицы песка,
глины, почвы и т.п.). Определяют прозрачность воды непосредственно в
водоеме или в пробах для анализа. Результаты качественного определения
прозрачности воды путем сравнения с эталоном из дистиллированной
воды оценивают словесно (слабо мутная, очень мутная и др.).
15
Таблица 8
Номер
пробирки
1
2
3
4
5
6
Шкала стандартных растворов
Раствор, мл
Градус
цветности
№1
№2
0
50
0
0,5
49,5
5
1,0
49,0
10
1,5
48,5
15
2,0
48,0
20
Исследуемая вода
Количественная оценка прозрачности воды проводится по кресту или
шрифту. Прозрачность по кресту устанавливается в водоеме или при
контроле качества очистки воды на очистных сооружениях путем
нахождения предельной высоты столба воды, через которую просматривается черный крест на белом фоне. Питьевая вода должна иметь
прозрачность по кресту не менее 30 см. Определение прозрачности по
шрифту в лабораторных условиях основано на нахождении максимальной
высоты столба воды в бесцветном цилиндре, через который можно
прочитать стандартный шрифт. Прозрачность питьевой воды по шрифту
должна быть не менее 30 см. Плотность чистой воды зависит от ее
температуры и составляет, например, при 15оС – 0,99913 г/см3, при 20оС –
0,99823 г/см3. Плотность природных и сточных вод зависит также и от
растворенных соединений. Обычно плотность воды близка к единице.
Задание 1. Исследование запаха воды
Материалы и оборудование: колбы с притертой пробкой ёмкостью
200 мл, пробы воды.
Ход работы
В колбу с притертой пробкой емкостью 200 мл налить исследуемую
воду до 2/3 объема и сильно встряхнуть вращательным движением в
закрытом состоянии. Затем открыть и сразу же определить обонянием
характер и интенсивность запаха. Дать оценку характера и интенсивности
запаха по пятибалльной шкале (см. табл.7).
Результаты исследований запаха воды представить в виде табл. 9.
16
Таблица 9
Результаты исследования запаха воды
Номер
пробы
Показатели оценки
Характер запаха
Интенсивность запаха
1
2
Задание 2. Исследование вкуса воды
Материалы и оборудование: колбы ёмкостью 200 мл, термометр,
электроплитка, пробы воды.
Ход работы
Исследование воды на вкус возможно только в отношении воды
заведомо безвредной. Воду, безопасную в санитарном отношении,
исследуют в сыром виде. Любую другую – после кипячения и
последующего охлаждения до 18-20оС. Нагретую воду надо также
остудить до 18-20оС. В колбу емкостью 150-200 мл налить исследуемую
воду до 2/3 объема. Определить температуру воды и соответственно
подогреть или охладить ее. Затем подготовленную воду набрать в рот
маленькой порцией (10-15 мл) и держать 10-15 с, не проглатывая. Оценку
привкуса воды дают по вкусовому ощущению, а также по пятибалльной
шкале интенсивности вкуса (см. табл.7). Результаты исследований
представить в виде табл. 10.
Задание 3. Исследование цветности воды
Материалы и оборудование: бесцветные цилиндры емкостью 200
мл, диаметром 30 мм, цилиндры емкостью 10 мл, плотные фильтры,
градуированная пипетка, мерный стакан, концентрированная серная
кислота, основной раствор № 1, вспомогательный раствор №2 или
компоненты для их приготовления (бихромат калия K2Cr2O7 и сульфат
кобальта CoSO4∙7H2O), дистиллированная вода, пробы воды.
Таблица 10
Результаты исследования вкуса воды
Номер
пробы
Показатели оценки
Вкусовое ощущение
1
2
17
Интенсивность вкуса
Ход работы
Для качественной оценки цветности воды отфильтровать через
бумажный фильтр не менее 40-50 мл исследуемой воды.
Профильтрованную воду налить в бесцветный цилиндр и сравнить с таким
же объемом дистиллированной воды в другом таком же цилиндре. Анализ
выполняется на фоне белого листа бумаги при дневном освещении. Воду
рассматривают сверху и сбоку и указывают наблюдаемый цвет
(бесцветная, светло-желтая, бурая и т.д.). Количественно цветность воды
определяется по хромато-кобальтовой шкале. Шкала цветности готовится
путем смешения раствора № 1 (основной) и № 2 (вспомогательный). Для
приготовления раствора № 1 необходимо в небольшом объеме
дистиллированной воды растворить в отдельной посуде 0,0875 г бихромата
калия (K2Cr2O7) и 2,0 г сульфата кобальта (CoSO4∙7H2O). Растворы солей
смешать, прибавить 1 мл концентрированной серной кислоты и довести
дистиллированной водой до 1 л. Раствор № 2 содержит 1 мл
концентрированной серной кислоты в 1 л дистиллированной воды (раствор
серной кислоты). Шкала цветности готовится в пяти цилиндрах по 50 мл
путем смешения растворов № 1 и № 2 в соотношении согласно табл. 8. Для
определения цветности в пробирку (цилиндр) № 6, однотипную с теми, в
которых приготовлена шкала, налить 50 мл исследуемой воды. Сравнить
окраску воды с окраской растворов в пяти цилиндрах на белом фоне,
отыскивая место в шкале, тождественное или максимально приближенное
по окраске. Цветность выражают в градусах цветности по данным табл. 8.
Результат исследования цветности воды представить в виде табл. 11.
Таблица 11
Результаты исследования цветности воды
Номер
пробы
Показатели оценки
Цвет воды
Градус цветности
1
2
Задание 4. Исследование прозрачности воды
Материалы и оборудование: бесцветные цилиндры с плоским дном
диаметром 30-50 мм, печатный шрифт Снеллена № 1, бесцветный цилиндр
высотой 60 см с градуировкой через 1 см, имеющий у основания тубус для
выпуска воды, дистиллированная вода, пробы воды.
18
Ход работы
При качественной оценке прозрачности воды необходимо хорошо
перемешанную нефильтрованную воду налить в бесцветный цилиндр с
плоским дном диаметром 30-50 мм и рассматривать на хорошо
освещенном листе белой бумаги. Для контроля в такой же сосуд налить
одинаковое количество дистиллированной воды, с которой производят
сравнение.
Результаты определения выражают следующими характеристиками
прозрачности: прозрачная вода, слабо опалесцирующая, опалесцирующая,
слабо мутная, очень мутная. Количественную оценку прозрачности воды
осуществляют по стандартному шрифту № 1. Исследуемую воду
необходимо взболтать и налить в бесцветный с плоским дном цилиндр.
Цилиндр должен иметь градуировку через 1 см и у основании – трубку для
выпуска воды с зажимом. Цилиндр поставить на стандартный шрифт.
Выпуская воду из цилиндра, определить предельную высоту столба воды в
сантиметрах, при которой можно прочитать шрифт. Высота столба равна
прозрачности воды в сантиметрах. Результаты исследования прозрачности
воды представить в виде табл. 12.
Таблица 12
Результаты исследования прозрачности воды
Номер
пробы
Показатели оценки
Характеристика
прозрачности
Прозрачность, см
1
2
Задание 5. Исследование температуры и плотности воды
Материалы и оборудование: цилиндры емкостью 200 мл, бутыли на
1000 мл, термометр, ареометр, пробы воды.
Ход работы
Температура воды определяется одновременно с отбором пробы.
Если непосредственно измерение в водоеме выполнить невозможно, то
температуру измеряют в сосуде. При выполнении определения
необходимо температуру сосуда емкостью не менее 1 л перед отбором
пробы привести к температуре воды путем погружения ее в исследуемую
воду. Затем исследуемой водой наполняют сосуд и погружают нижнюю
часть термометра в воду и через 5 минут снимают отсчет показаний.
19
Температура воды приводится в градусах Цельсия с округлением до 0,1
или 0,5 градусов. Знак ставится только при температуре ниже 0оС.
Плотность воды с точностью до третьего десятичного знака определяют
ареометром. Исследуемую воду налить в цилиндр емкостью не менее 100
мл. Затем опустить в нее ареометр. Показание шкалы ареометра на уровне
поверхности воды соответствует ее плотности при данной температуре.
Результаты исследований представить в виде табл. 13.
Таблица 13
Результаты исследования температуры и плотности воды
Плотность воды,
Номер пробы Температура воды, 5оС
г/см3
1
2
Вопросы для самоконтроля
1. Наличие каких веществ влияет на цвет воды?
2. Какие показатели используются при качественной оценке характера
запаха?
3. Наличие каких веществ влияет на вкус воды?
4. Наличие каких веществ влияет на прозрачность воды?
5. В каких единицах измеряется прозрачность воды?
20
Приложение 1
Состав и свойства воды водотоков и водоемов в местах хозяйственнопитьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного
водопользования
Показатели
1
Взвешенные
вещества
Плавающие
примеси
Окраска
Запахи,
привкусы
Цели водопользования
ХозяйственноКультурноНужды рыбного хозяйства
питьевые нужды бытовые нужды высшая и первая
вторая
населения
категории
категория
2
3
4
5
При сбросе возвратных (сточных) вод конкретным водопользователем, производстве работ на водном объекте и в
прибрежной зоне содержание взвешенных веществ в контрольном
створе (пункте) не должно увеличиваться по сравнению с
естественными условиями более, чем на
0,25 мг/дм3
0,75 мг/дм3
0,25 мг/дм3
0,75 мг/дм3
3
Для водотоков, содержащих в межень более 30 мг/дм природных
взвешенных веществ, допускается увеличение их содержания в
пределах 5%. Возвратные (сточные) воды, содержащие взвешенные
вещества со скоростью осаждения более 0,2 мм/с, запрещается
сбрасывать в водоемы, а более 0,4 мм/с − в водотоки.
Примечание. Содержание в воде антропогенных взвешенных
веществ (хлопья гидроксидов металлов, образующихся при очистке
сточных вод, частички асбеста, стекловолокна, базальта, капрона,
лавсана и т.д.) нормируется в соответствии с п.2.2 настоящих
Правил по нормативам ПДК
На поверхности воды не должны обнаруживаться пленки
нефтепродуктов, масел, жиров и скопления других примесей
Не должна обнаруживаться в
Вода не должна приобретать
столбике
посторонней окраски
20 см
10 см
Вода не должна приобретать запахи
интенсивностью более 1 балла,
обнаруживаемые:
непосредственно непосредственно Вода не должна сообщать посторонних запахов и привкуили при послесов рыбе
дующем хлорировании, других
способах обработки
Водородный
Не должен выходить за пределы 6,5-8,5
показатель рН
Минерализация Не более 103 мг/ Нормируется по Нормируется согласно таксаводы
дм3, в том числе приведенному
циям рыбохозяйственных водхлоридов 3,5∙102 выше показате- ных объектов
мг/дм3, сульфа- лю “Привкусы”
тов не более 500
мг/дм3
21
1
Температура
2
3
Летняя температура воды в
результате сброса сточных
вод не должна повышаться
более чем на 3°С по
сравнению
со
среднемесячной
температурой
воды самого жаркого месяца года за последние 10
лет
Растворенный
кислород
Не должен быть менее 4
мг/дм3 в любой период года
Биохимическое
потребление
кислорода БПК
полн.
Химическое потребление кислорода (бихроматная окисляемость) ХПК
Лактозоположительные кишечные
палочки
(ЛКП), не более
Колифаги
(в
бляшкообразующих ед.), не
более
Не должно превышать при
температуре 20 °С
3 мг O2/дм3
Продолжение прил. 1
4
5
Температура воды не должна повышаться по сравнению с естественной температурой водного объекта более чем на 5°С с общим повышением температуры не более чем до
20°С летом и 5°С зимой для водных
объектов, где обитают холодноводные рыбы (лососевые и сиговые), и не
более чем до 28°С летом и 8°С зимой
в остальных случаях. В местах нерестилищ налима запрещается повышать
температуру воды зимой более чем до
2°С
В зимний (последний) период должен
быть не менее
6 мг/дм3
4 мг/дм3
Если в зимний период содержание
растворенного кислорода в водных
объектах высшей и первой категорий
снижается до 6 мг/дм3, а в водных
объектах второй категории до 4 мг/дм3,
то можно допустить сброс в них
только тех сточных вод, которые не
изменяют БПК воды.
В летний период (открытый) на всех
водных объектах должен быть не
менее 6 мг/дм3
3 мг O2/дм3
3 мг
O2/дм3
−
−
6 мг O2/дм3
Не должно превышать :
15 мг O2/дм
3
30 мг O2/дм
3
10000 в 1 дм3
5000 в 1 дм3
−
−
100 в 1 дм3
100 в 1 дм3
−
−
22
Окончание прил. 1
1
2
3
4
5
Сточная вода на выпуске в
водный объект не должна
оказывать острого токсического
действия
на тестТоксичность воды
−
−
объекты. Вода водного объекта в контрольном растворе не
должна оказывать хронического токсического действия на
тест-объекты
Примечание. Прочерк означает, что показатель не нормирован
Приложение 2
ОТЧЕТ
по лабораторной работе
1. Цель и задачи работы.
2. Краткое описание сущности методики исследований, принципов
измерения.
3. Таблицы с результатами исследований.
4. Расчеты.
5. Графики.
6. Выводы по работе.
Работу выполнил
студент группы
Ф.И.О.
Проверил
Ф.И.О.
Студенты, тщательно подготовившие задание, допускаются к
выполнению работы после проверки знаний в объеме контрольных
вопросов к работе.
В процессе выполнения работы студенты оформляют последующие
части отчета (заполнение протоколов, необходимые расчеты, выводы).
Полностью оформленный отчет представляется преподавателю на
проверку и защиту выполненной работы.
При оформлении рабочих мест рекомендуется размещать на
специальных стендах необходимые для работы сведения: схемы установок,
приборов, расчетные формулы, графики, порядок выполнения работы и
т.п.
23
Приложение 3
Правила охраны труда при выполнении лабораторных работ
Правила предназначены для студентов, выполняющих лабораторные
работы.
Общие требования безопасности
Студенты допускаются к выполнению лабораторных работ только
после прохождения инструктажа по охране труда на рабочих местах
лаборатории.
Запись о проведении инструктажа производится в журнале с
обязательной подписью студентов и преподавателя, проводившего
инструктаж.
Студент должен знать о расположении в лаборатории средств
пожаротушения, распределительного электрощита, мест включения
(отключения) вентиляции и электрооборудования, медицинской аптечки и
средств индивидуальной защиты (очки, перчатки, фартук).
При выполнении анализов возможно проявление следующих
опасных и вредных производственных факторов: электрический ток,
токсичные газы, агрессивные жидкости (растворы), ядовитые вещества,
кислоты и щелочи, открытое пламя, острые кромки.
Студенты несут ответственность за нарушение правил охраны труда.
Требования безопасности до начала работы
К выполнению лабораторных работ допускаются студенты,
предварительно подготовленные к работе и ознакомленные с ее
содержанием.
До начала работы необходимо убрать с рабочего места посторонние
предметы и не используемые в данной работе приборы и реактивы.
Проверить свободу доступа к распределительному щиту, средствам
пожаротушения, наличие и исправность индивидуальных средств защиты.
Не загромождать рабочее место ненужными предметами (сумками,
папками и т.д.).
Требования безопасности во время работы
Выполнять следует только ту работу, которая предусмотрена
заданием преподавателя.
Во время выполнения работы необходимо соблюдать следующие
основные правила:
1. Любую работу в лаборатории следует выполнять точно, аккуратно, без
спешки.
24
2. Не оставлять без присмотра работающие установки, включенные
электронагревательные и электроизмерительные приборы.
3. Не пользоваться реактивами без этикеток или с неясными надписями
на них.
4. Набирать кислоты, щелочи и ядовитые жидкости только пипеткой с
грушей.
5. Перегонку и нагревание легколетучих соединений проводить в
круглодонных колбах на нагревательных приборах с закрытой
спиралью или через асбестовую сетку. Пробирку нагревать на огне.
6. Во избежание попадания брызг кипящих жидкостей нельзя
наклоняться над сосудом.
7. Растворы кислот, щелочей, ядовитых жидкостей сливать только в
специальную посуду, которая находится в вытяжном шкафу.
8. После употребления реактива банку или склянку немедленно закрыть
пробкой и поставить на место этикеткой наружу.
Требования безопасности в аварийных ситуациях
О любых неисправностях оборудования или отклонениях от
нормального хода анализа немедленно сообщить преподавателю.
При воспламенении летучих жидкостей необходимо засыпать их
песком.
При несчастном случае (любой травме) оказать пострадавшему
помощь и сообщить преподавателю.
Требования безопасности по окончании работы
1. Выключить электропитание всех приборов.
2. Навести порядок на рабочем месте.
3. Использованные растворы и другие вещества слить или разместить в
установленном месте (по указанию преподавателя).
4. Тщательно вымыть руки.
25
Библиографический список
1. Экология: Учебник для вузов и сред. учеб. заведений / Л.И. Цветкова, М.И.
Алексеев, Ф.В. Кармазинов и др.; Под ред. Л.И. Цветковой. – М.; СПб.: АСВ,
2001. – 550 с.
2. Популярный экологический словарь / Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова; Под ред. А.М.
Гилярова. – М.: Тайдес и Ко, 2003.  384 с.
3. Тимофеева С.С., Шешуков Ю.В. Экология: практикум.  Иркутск: Изд-во ИрГТУ,
1997. – 69 с.
4. Экология для инженера: Учебно-справочное пособие / В.Ф. Панин, А.И.Сечин и
др.; Под ред. В.Ф. Панина. – М.: Изд. дом. «Ноосфера», 2001. – 284 с.
5. Экология: Учеб.-метод. пособие / Г.В. Смирнов, А.Г. Карташев, Г.Г. Зиновьев,
В.В. Воскресенский. – Томск: Межвузовский центр дистанционного образования,
2000. – 163 с.
26
Содержание
1.
Моделирование - метод изучения экологических процессов……………………..
3
2. Характеристика промышленных сточных вод……………………………………...
3
Лабораторная работа №1. Расчет состава и приготовление модельной смеси
сточных вод промышленного типа………………………………………………….
6
Лабораторная работа №2. Экспресс-анализ модельной смеси сточных вод с
помощью учебного комплекта «Пчелка-У»………………………………………...
9
Лабораторная работа №3. Исследование содержания нефтепродуктов
и взвешенных веществ в сточных водах……………………………………………. 12
Лабораторная работа №4. Исследование физических показателей качества воды 14
Приложение 1………………………………………………………………………… 21
Приложение 2………………………………………………………………………… 23
Приложение 3………………………………………………………………………… 24
Библиографический список………………………………………………………….
27
26
Учебное издание
АНАЛИЗ МОДЕЛЬНОЙ СМЕСИ СТОЧНЫХ ВОД
ПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Общая экология» для специальности
280202 «Инженерная защита окружающей среды»
Составители:
Ирина Васильевна Каткова,
Елена Владимировна Шаповалова
Редактор Т.И. Калинина
Подписано к печати 16.01.07
Формат 6090 1/16. Бумага писчая
Оперативный способ печати
Гарнитура Таймс
Усл. п.л. 1,75, уч. - изд.л. 1,75
Тираж 50 экз. Заказ №___
Цена договорная
Издательство СибАДИ
644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10
______________________________________
Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ
644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10
28