файл с описанием (1.12 Мб)

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 1 г. Нулат,
Нурлатского района республики Татарстан
Определение жёсткости и
минерализации родников
Нурлатского и близлежащих к
нему районов.
Исследовательская работа по экологии.
Работу выполнил ученик 9А класса
Миронов Никита.
Научный руководитель:
Головенькина А.Н.
1
Оглавление
1. Введение…………………………………………………………………….3
2. Исследовательская работа…………………………………………………4
2.1 Проверка исследуемой воды на содержание нитрат-ионов NO3-….5
2.2 Проверка исследуемой воды на содержание сульфат-ионов SO42-..6
2.3 Проверка воды на содержание гидрокарбонатов HCO3-…………...7
2.4 Проверка исследуемой воды на общую жёсткость………………..8
2.5 Проверка исследуемой воды на содержание ионов кальция Ca2+...9
2.6 Вычисление содержания ионов магния Mg2+……………………….10
2.7 Проверка исследуемо воды на содержание ионов хлора Cl-………11
3. Выводы……………………………………………………………………12
4. Заключение………………………………………………………………14
5. Список использованной литературы…………………………………….15
6. Приложение №1…………………………………………………………16
7. Приложение №2………….………………………………………………17
2
Введение
Цели
1. Определение жёсткости и минерализации воды из родника «Урняк»
деревни Урняк Нурлатского района.
2. Сравнение полученных результатов с нормативами СанПиН.
3. Классификация родников Нурлатского и близлежащих районов по
степени жёсткости.
4. Создание карты родников Нурлатского и близлежащих районов.
Задачи
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Провести забор воды из родника «Урняк».
Познакомиться с научной литературой по данной теме.
Освоить основные навыки проведения химического анализа воды.
Сделать общий анализ на общую жесткость и минерализацию.
Дать оценку качеству воды исследуемого родника.
Найти сведения и провести сравнительный анализ жёсткости воды
родников Нурлатского и близлежащих районов.
Актуальность
Человек не может прожить без воды. Вода занимает 70% земной
поверхности и составляет приблизительно 70% массы человека. Вода нам
необходима как для жизнедеятельности, так и для производственных нужд.
Причём мы используем именно пресную воду, которая сосредоточена в
ледниках или вытекает из подземных источников. Родники – один из видов
таких источников. Родники очень уязвимы и легко разрушаются, вот почему
эти богатства так необходимо беречь, тем более что на всей Земле пресной
воды не так уж и много – около 2,5-3%...
В нашем районе основная проблема – повышенная жёсткость воды.
Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при
использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление
осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах, в чайниках и т. п.
Использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб.
Есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию
мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск
сердечнососудистых заболеваний. Вкус природной питьевой воды, например
воды родников, обусловлен именно присутствием солей жёсткости.
3
Исследовательская работа
Исследовательская работа проводилась в декабре 2011 года в городе
Нурлат, в химико-экологической лаборатории НГДУ «Нурлатнефть»
(Нефтегазодобывающем управлении) под руководством лаборанта
химического анализа ЛК и ОП (лаборатории коррозии и охраны природы)
Демьяновой Татьяны Фаритовны.
Родни́к, исто́чник, ключ — естественный выход подземных вод на
земную поверхность на суше или под водой (подводный источник). Родники
имеют большое значение в питании других поверхностных водоёмов,
поддержании водного баланса и сохранении стабильности окружающих их
биоценозов. Некоторые российские реки и водоёмы порождаются именно
такими подземными источниками. Их питание осуществляется за счёт более
глубоких водоносных слоёв (свыше 10–20 м), куда загрязняющие вещества с
поверхности практически не проникают. По гидрохимическим особенностям
воды родников можно судить о состоянии подземных вод в конкретном
регионе. Родниковая вода берётся в том самом месте, откуда она поступает
из-под земли.
Вода из источника может быть пресной или минерализованной. В первом
случае мы говорим о родниках и ключах, а во втором — об источнике
минеральных вод.
Взятую мной воду из родника «Урняк» деревни Урняк Нурлатского
района я проверял на такие важные показатели состава воды, как жёсткость
и минерализацию.
Жёсткость воды бывает общей, карбонатной и некарбонатной:
1. Общая жёсткость воды показывает концентрацию в ней катионов
двухвалентных щёлочноземельных металлов, прежде всего кальция и
магния.
2. Карбонатная жёсткость – это количество кальция и магния,
эквивалентное количеству карбонатов и гидрокарбонатов.
3. Некарбонатная жёсткость определяется как разность между общей
и карбонатной жесткостью и показывается количество катионов
щёлочноземельных металлов, соответствующее анионам
минеральных кислот: хлорид-, сульфат-, нитрат-ионам и др.
4
Проверка исследуемой воды на содержание
нитрат-ионов NO3Нитраты встречаются почти во всех видах вод. В поверхностных и
родниковых водах количество их обычно незначительно. Однако в
некоторых родниковых водах концентрация нитратов высока.
Большое количество нитратов указывает иногда на загрязнение в
прошлом фекальными водами. Проходя через почвенные слои, вода
фильтруется и минерализуется, в ходе чего нитраты отфильтровываются.
Определение нитратов в грунтовых модах – это оценка таких процессов.
Описание проведения проверки воды на содержание нитрат-ионов NO3-:
Колориметрическое определение с салицелатом натрия
В фарфоровую чашку наливается 1 см3 пробы.
Добавляется 2 см3 свежеприготовленного раствора салицилата натрия
C7H5NaO3.
Добавляется 9 см3 дистиллированной воды.
Чашка ставится на водяную баню и выпаривается досуха.
После того как чашка остыла, в неё добавляется 2 см3 концентрированной
серной кислоты H2SO4.
Чашка оставляется на 10 мин, затем содержимое переливается в колбу.
После этого добавляем 10 см3 дистиллированной воды.
Колбы принудительно остужаются.
Затем добавляется 15 см3 раствора гидрооксида натрия NaOH и сегнетову
соль NaKC4H4O6·4H2O.
Формула для вычисления: Dопт·K·10, K=12,5,
где Dопт – показания спектрофотометра, K – коэффициент.
1) 0,068·12,5·10 = 8,5 мг/дм3
5
Проверка исследуемой воды на содержание
сульфат-ионов SO42Естественное содержание сульфатов в поверхностных грунтовых водах
обусловлено выветриванием пород и биохимическими процессами в
водоносных слоях почвы. Их содержание определяет отчасти некарбонатную
жёсткость воды. Содержание сульфатов может быть повышенным вследствие
сброса в них сточных вод с неорганическими и органическими соединениями
серы.
Описание проведения проверки воды на содержание сульфат-ионов SO42-:
Взять мерную колбу на 50см3.
Добавить в неё 20 см3 осадительной смеси (с содержанием ионов бария Ba+).
С пипетки каплями добавить пробу до появления белой мути, запомнить
объём ушедшей пробы воды.
До мерки на колбе доливать дистиллированной воды.
В течение 0,5 мин пробу взбалтывать.
Спустя 5 мин измерять на спектрофотометре.
Все предыдущие действия проделать с холостой пробой.
Использовались 2 пробы (для нахождения среднего показателя).
Формула для вычисления: Dопт(2,24:30)·1000,
где Dопт – показания спектрофотометра.
проба 1
проба 2
Dопт
содержание
сульфат-ионов
SO42-
0,037
0,040
2,76 мг/дм3
2,99 мг/дм3
общее
содержание
сульфат-ионов
SO422,87 мг/дм3
6
Проверка исследуемой воды на содержание
гидрокарбонатов HCO3-
Описание проведения проверки воды на содержание нитрат-ионов
HCO3-:
Взять плоскодонную колбу.
Мерной пипеткой отбирается проба – 50 см3.
Добавляются 2 капли метилового оранжевого.
Титрование соляной кислотой HCl (0,1N) с жёлтой окраски пробы до
слабо-розовой, запомнить объём израсходованной HCl.
Использовались 2 пробы (для нахождения среднего показателя).
Формула для вычисления: V·122,034,
где V – объём израсходованной HCl.
проба 1
проба 2
V
содержание
гидрокарбонатов
HCO3-
4,1 см3
4,3 см3
500,34 мг/дм3
524,75 мг/дм3
общее
содержание
гидрокарбонатов
HCO3512,34 мг/дм3
7
Проверка исследуемой воды на общую
жёсткость
Общая жёсткость воды показывает концентрацию в ней, прежде всего
ионов кальция Ca2+ и магния Mg2+. Эти элементы в природных условиях
попадают в воду вследствие воздействия двуокиси углерода CO2 на
карбонатные минералы или в результате биохимических процессов,
происходящих в увлажнённых слоях почвы. Жёсткость природных вод
может изменяться при обработке на водопроводных станциях или при сбросе
в них сточных вод.
Описание проведения проверки воды на общую жёсткость:
Комплексонометрическое определение
3
Берётся 25 см пробы.
Добавляется 5 см3 аммиачно-буферной смеси.
Добавляется индикатор хром тёмно-синий.
Титрование трилоном Б* (0,05N) до изменения окраски пробы с виннокрасного до синего, запомнить объём ушедшего трилона Б.
Формула для вычисления: V·2,
где V – объём израсходованного трилона Б.
1) 3,35 см2·2 = 6,7мг·экв/дм3.
* комплексон III, трилон Б, ЭДТА, хелатон 3;
динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, этилендимаинтетраацетат натрия –
C10H14O8N2Na2·2H2O
8
Проверка исследуемой воды на содержание
ионов кальция Ca2+
Соли кальция постоянно входят в состав подземных и поверхностных
вод. Их содержание определяется геологическими условиями водоносных
слоёв почвы. Содержание растворимых солей кальция в воде и их изменение
концентрации зависят в естественных условиях от равновесия углекислых
солей (солей угольной кислоты, карбонатов и гидрокарбонатов) и двуокиси
углерода CO2.
Описание проведения проверки воды на содержание ионов кальция Ca2+:
Комплексонометрическое определение
Берётся 25 см пробы.
Добавляется 2 см3 8%-ого раствора гидрооксида натрия NaOH.
Добавляется индикатор мурексид.
Титрование трилоном Б (0,05N) до изменения окраски с розового до
лазурного, запомнить объём израсходованного трилона Б.
3
Формула для вычисления: V·40,08,
где V – объём ушедшего трилона Б.
1) 1,95 см3·40,08 = 78,16 мг/дм3.
9
Вычисление в исследуемой воде содержания
ионов магния Mg2+
Магниевые соли являются постоянной составной частью грунтовых и
поверхностных вод. Содержание их определяется геологическими условиями
в водоносных слоях. Концентрация магниевых солей обычно не превышает
концентрация кальциевых солей.
Для определения содержания магния в питьевых и поверхностных водах
достаточно просто рассчитать его по результатам определения общей
жёсткости и кальция.
Формула для вычисления: (Жобщ–n)·24,32,
где Жобщ – общая жёсткость, n – содержание ионов кальция Ca2+.
1) (3,35–1,95)·24,32 = 34,05 мг/дм3
10
Проверка исследуемой воды на содержание
ионов хлора ClХлориды – составная часть большинства природных вод. Большое
содержание хлоридов геологического происхождения в поверхностных водах
– явление редкое. Поэтому обнаружение большого количества хлоридов
является показателем загрязнения воды бытовыми или некоторыми
промышленными сточными водами. Постепенное повышение содержания
хлоридов в поверхностных водах может служить мерилом загрязнения
водоёмов сточными водами.
Описание проведения проверки воды на содержание ионов хлора Cl-:
Аргентометрическое определение по Мору
Берётся 100 см3 пробы.
Добавляется 1 см3 10%-ого хромата калия K2CrO4.
Титрование нитратом серебра AgNO3 (О,О2N) до изменения окраски с
жёлтого до оранжевого.
(Проверка: Если нитрата серебра AgNO3 достаточно, то окраска не
исчезнет в течение 1 мин)
Формула для вычисления: V·K·7,09, K =1,
где V – объём израсходованного нитрата серебра, K – коэффициент.
1) 0,7·1·7,09 = 4,96 мг/дм3
11
Выводы
1. В ходе проделанных мной исследований выяснилось, что вода родника
«Урняк» средней жёсткости, в ней содержится много
гидрокарбонатов и мало сульфатов. (таблица №1)
«Урняк»
нитраты
сульфаты
гидрокарбонаты
жёсткость общая
хлориды
8,5
2,87
512,34
6,7
4,96
по СанПиН 2.1.4.1074-01
(для централизованных
систем водоснабжения)
45
500
(не норм)
7,0 (10)
350
Таблица №1 «Показатели минерализация и жёсткости воды родника Урняк в сравнении с нормами
СанПиН 2.1.4.1074-01»
2. Концентрация средней жёсткости воды в роднике «Урняк» не
превышает 7 мг·экв/дм3, т.е. вода является питьевой. (таблица №1)
3. Также из химико-экологической лаборатории НГДУ по моей просьбе
мне был предоставлен список среднегодовой общей жёсткости
родников Нурлатского и близлежащих районов, благодаря чему я
сделал анализ родников по этому параметру: из 23 родников у 12
общая жёсткость воды не превышает концентрацию в 7 мг·экв/дм3, т.е.
вода в таких родниках является питьевой, родник с самой мягкой водой
– «Чувашская меньча»; у 7родников – концентрация общей жёсткости
выше нормы по СанПиНу, вода в них, к сожалению, не питьевая. У 4
родников с не питьевой водой концентрация общей жёсткости
превышает 10 мг·экв/дм3, т.е. вода в них очень жёсткая. (Гистограмма
№1, диаграмма №1, приложение №1 рис. №2).
4. Средний показатель общей жёсткости воды всех родников составил 8
мг·экв/дм3, что подтверждает гипотезу о том, что жесткость воды в
нашей местности выше нормы. Полученные данные говорят о
ценности и редкости родников с питьевой водой.
12
17.6
18
16
13.4
14
11.2
10.6
12
10
8
6
6
5.4 5.6
7.8
7 7.2 7.2 7.4
6.6
6.6
6.4
6.4
6.4
6 6.2 6.2
8.6 8.6
9.2
4
2
родник "Изгәк Чишмә"
родник "Аккрель" д. Аккиреево
родник-колодец д. Андреевка
родник "Алачык Чишмасе"
родник "Иглай Бабай Чишмасе"
родник на холме д. Карамышево
родник д. Кутема
родник д. Нов. Узеево
родник д. Старое Мокшино
родник "Мерчен"
родник "Ивашкинский"
родник "Мәлике Чишмасе"
родник "Исток ручья 5-и родников"
родник пос. Ключи
родник "Таллы Чишмә"
родник "Кыр Чишмасе"
родник "Иске-Аул" д. Урняк
родник д. Сульче Баш
родник "Кызыл Чишме"
скважина д. Казанка
родник "Селенгуши"
родник "Изге Чишмасе"
родник "Чувашская меньча"
0
концентрация общей жёсткости в мг•экв/дм3
Гистограмма №1 «Сравнение концентрации общей жесткости по нормам СанПиН
2.1.4.1074-01 воды родника Урняк на основе проб взятых из родников Нурлатского и
близлежащих районов».
4
7
питьевая вода (средняя
жёсткость – менее 7
мг•экв/дм3)
12
не питьевая вода
(средняя жёсткость – 710 мг•экв/дм3)
не питьевая вода
(высокая жёсткость –
более 10 мг•экв/дм3)
Диаграмма№1 «Распределения родников с питьевой и не питьевой водой».
13
Заключение.
1. Количество родников с питьевой водой в Нурлатском и
близлежащих районах составляет чуть более 50 %. Поэтому
ценность каждого такого родника особенно велика. Изучение
качества воды родников, открытие новых, с последующей
паспортизацией и нанесением на карту Российской Федерации
позволит в дальнейшем отслеживать изменения состояния питьевой
воды, одного из самых важных природных ресурсов земли.
(приложение №1, рис.№2)
2. Выезжая к родникам, я не редко встречаю большое количество
мусора оставленного людьми и запустение, вода в таких родниках
быстро становится негодной к употреблению и опасной.
(приложение №1, рис.№1) В заключение я хотел добавить, что
важным фактором для сохранения родников является бережное
отношение каждого из нас к этим природным источникам.
Нужна просветительская работа среди населения и постоянная
охрана обнаруженных родников
14
Список использованной литературы
1. «Унифицированные методы анализа вод» под общей редакцией док.
хим. наук проф. Ю. Ю. Лурье
2. «Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши» под
редакцией д-ра хим. наук А. Д. Семёнова
3. Нормативы СанПиНа
4. «Экология и окружающая среда» словарь-справочник под редакцией
Вронского В.А.
5. «Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России» под
редакцией Протасова В.Ф.
15
Приложение №1
Рис.№1 «Заброшенный родник, деревня Аккиреево»
Рис.№2 «Карта родников Нурлатского и близлежащих районов»
16
Приложение №2
Глоссарий
СанПиН – Санитарные Нормы и Правила
Биоцено́з – совокупность популяций всех живых организмов, занимающих
определённый биотоп, условия окружающей среды.
Колориметри́я – метод химического анализа, основанный на определении
концентрации вещества по изменению и интенсивности окраски растворов.
Дистиллиро́ванная вода́ — очищенная вода, практически не содержащая
примесей и посторонних включений. Получают перегонкой в специальных
аппаратах — дистилляторах. Дистилляция — перегонка, испарение
жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров.
Мети́ловый ора́нжевый, метилора́нж – индикатор для определения
гидрокарбонатов. Становится из жёлтого слабо-розовым при их присутствии.
Титриметри́ческий ана́лиз (титрова́ние) — методы, основанные на том,
чтобы измерить объём израсходованного раствора реактива,
прореагировавшего и определённым веществом. Титрование применяется
для определения концентрации элементов воды (ионов, химических
элементов, соединений)
Трило́н Б – вещество, служащее для определения ионов металлов и
некоторых редких элементов.
Соли жёсткости – соли магния и кальция
Карбона́тные минера́лы — минералы, соли угольной кислоты H2CO3.
Мурекси́д – индикатор для комплексонометрического определения никеля,
меди, скандия, кальция, марганца, тория и других ионов.
Хром тёмно-си́ний – индикатор, при титровании выявляет кальций, магний
и цинк, становясь из красного сине-фиолетовым.
Аргентометри́ческий метод по Мору – метод титрования с нитратом
серебра на нахождение хлоридов.
17