Исследовательский проект «Природа губернии - моя забота»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №7 г. Каменки Пензенской области

Исследовательский экологический проект

Природа губернии - моя забота!

Авторы: Ускова Олеся, Таллер Виталий,

Панюшкин Александр, учащиеся 10-11 классов

Руководитель: Мухина Елена Алексеевна,

учитель биологии и химии.

г. Каменка

2014 г

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение……………………………………………………………………………3-5

2. Основная часть …………………………………………………………………... 6-13

Глава 1.Основные источники загрязнения питьевой воды................................... 6-7

Глава 2. Исследование качества проб питьевой воды, взятых из разных источников на определение:

2.1. Цвета (окраски)…………………………………………………………8-9

2.2. Запаха……………………………………………………………………9-10

2.3. Прозрачности………………………………………………………….. 11

2.4. Водородного показателя (рН) или кислотности воды………………. 11

2.5. Жесткости воды

2.5.1. Обнаружение хлорид - ионов…………………………………… 13

2.5.2 Обнаружение сульфат - ионов…………………………………… 14

2.6. Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов

2.6.1. Обнаружение катионов свинца………………………………….. 14

2.6.2. Обнаружение катионов железа…………………………………. 15

2.6.3. Обнаружение катионов меди……………………………………. 16

III. Подведем итоги……………………………………………………………… 17-18

IV. Список литературы………………………………………………………… 19

ВВЕДЕНИЕ

«Вода! У тебя нет ни вкуса, ни запаха, ни цвета.

Тебя не возможно описать!

Тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое…

Нельзя сказать, что ты не обходима для жизни,

ты - сама ЖИЗНЬ…»

Антуан де Сент-Экзюпери.

На долю воды приходиться примерно 70% поверхности земного шара, а мир страдает от жажды, потому что основная масса воды солёная. В ней столько соли, что можно покрыть всю сушу слоем 200м. Пресной же воды совсем не много. Общее количество воды, пригодной к употреблению, всего примерно 0,016% от общего объема.

Более четверти человечества страдает от недостатка пресной воды. Нам трудно себе это представить, но в целом ряде стран Европы и Америки вводят норму на питьевую воду, продают ее в бутылках в продовольственных магазинах.

Проблема чистой воды стала одной из важнейших в наше время.

Научный прогресс, значительно облегчив нашу жизнь, породил другую проблему - загрязнение окружающей среды. Попить воды просто из-под крана сегодня решится далеко не каждый, и правильно сделает.

Без преувеличения можно сказать: «Мы - это то, что мы пьем. От качественного состава воды, ее примесей и загрязнения во многом зависит наше здоровье».

Перед нами встал проблемный вопрос: что же за опасности подстерегают нас в воде из-под крана?

Объектом нашего исследования является вода нашего города, взятая из разных источников: из водопроводного крана обычной квартиры многоэтажного жилого дома, колодезная вода из колодца, который находится на участке жилого дома и родниковая вода, привезенная из села Кувака.

В качестве контрольной пробы была взята дистиллированная вода, не содержащая ионы (проба №1).

Предметом исследования выступает химический состав питьевой воды.

Выбранная нами тема является актуальной, ведь чистая вода - залог здоровья человека.

Обычному человеку не совсем ясно, как химический состав воды влияет на здоровье человека.

Поэтому, целью нашей работы стало:

• Выявление экологической обстановки по загрязнению воды, взятой из разных питьевых источников г. Каменки и Каменского района;

• Выяснение вопроса: насколько питьевая вода в нашем городе соответствует санитарным нормам.

Цель работы определила следующие задачи:

1. Познавательные:

   • Изучить литературу по данному вопросу.

   • Обработать результаты исследования (составление таблиц, графиков).

   • Сформулировать выводы, оформить работу.

2. Практические:

• Провести экспериментальные исследования воды из разных источников.

• Обработать и проанализировать полученные данные.

• Предложить пути решения проблемы и улучшения экологической обстановки.

• На основании проведенных исследований, сделать соответствующие выводы.

Используемые методы:

1. Сбор и анализ информации по теме с использованием различных литературных источников.

2. Сбор и анализ статистических данных.

3. Эксперимент.

Форма представления работы:

Реферат и мультимедийная презентация из 13 слайдов, включающая фотографии, иллюстрации, таблицы, химические формулы.

Сам процесс исследования мы разделили на несколько этапов.

Этапы исследования.

Первый этап - поисково-теоретический. Изучение и подбор необходимых источников информации.

Второй этап - исследовательский о химическом составе воды г. Каменки и Каменского района.

Третий этап - заключительно - обобщающий. Подведение итогов исследования.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

Глава 1. Основные источники загрязнения питьевой воды

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.

В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды, выбросы промышленных предприятий, утечки из канализационных систем.

По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) вода содержит 13 тысяч потенциально токсичных элементов.

Тяжелые металлы, находящиеся в воде (свинец, ртуть, кадмий, цинк, никель, хром) вызывают атеросклероз, полиневрит, гипертонию, поражение костного мозга, потерю остроты зрения.

Также в воду могут попадать фтор, хлор и его соединения, бром, хлороформ, вызывающие нефриты, гепатиты, токсикозы беременности и врожденные аномалии плода, мутагенные эффекты, ослабление иммунной системы, поражение детородных функций мужчин и женщин, онкологические заболевания внутренних органов.

Кроме того, в воду могут поступать ядовитые вещества при экологических катастрофах или залповых сбросах промышленных сточных вод.

По данным Всемирной Организации Здравоохранения:

• Причиной каждой третьей смерти ребёнка на Земле является загрязнение воды.

• 80% заболеваний передаётся водой;

• 25 млн. человек ежегодно умирает от загрязнения воды.

Глава 2. Анализ исследуемых вод, взятых из разных мест г. Каменки и Каменского района.

Для анализа были взяты пробы питьевой воды:

- проба №2, из водопроводного крана обычной квартиры жилого дома;

- проба №3, колодезная вода из колодца, который находится на участке жилого дома;

- проба № 4, вода, привезенная из села Кувака.

- проба №1, в качестве контрольной пробы взята дистиллированная вода, не содержащая ионы.

2.1. Цвет (окраска)

Чистые природные воды почти бесцветны, наличие окраски поверхностных вод обычно связано с присутствием гуминовых веществ и соединений железа. При загрязнении сточными водами можно наблюдать окраску, не свойственную природным водам. Цвет вод, содержащих большое количество взвешенных веществ, определяют после отстаивания или фильтрования. Определение проводят через 2 часа после отбора пробы.

Оборудование: Цилиндр из бесцветного стекла, градуированный в сантиметрах, с плоским дном.

Ход определения:

А. Пробу воды наливают в цилиндр до отметки 10 см. Рассматривают пробу в цилиндре сверху на белом фоне при рассеянном дневном освещении. Результат определения описывают словесно с указанием оттенка и интенсивности окрашивания (слабое или сильное).

Б. Пробу воды наливают в цилиндр до отметки 10 или 20 см. В качестве контроля используют цилиндр, заполненный на ту же высоту дистиллированной водой. Затем оба цилиндра рассматривают сверху на белом фоне при рассеянном дневном освещении. При повышенной окраске проводят разбавление пробы воды дистиллированной водой и затем снова сравнивают с контролем. Отмечают то разбавление, при котором цвет разбавленной пробы и дистиллированной воды станет одинаковым. Данное разбавление будет являться показателем того, во сколько раз исследуемая вода по цвету (окраске) превышает норму.

Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике воды высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового назначения - 10 см.

• Цвет колодезной воды - с сероватым оттенком,

• Цвет воды из с. Кувака, дистиллированной и водопроводной воды - бесцветный.

2.2. Запах

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем или со сточными водами. На запах подземных и поверхностных вод влияет присутствие в них органических веществ. Запах питьевой воды обусловлен свойствами используемой поверхностной воды, технологическим процессом и способом ее обработки. Например, вода, содержащая фенолы, после хлорирования приобретает неприятный запах хлорфенолов, обнаруживающихся органолептически при содержании 2,4-дихлорфенолов 0,002 мг/л.

Определение основано на органолептическом исследовании характера и интенсивности запаха воды при 20 и 60°С.

Оборудование: Конические колбы с широким горлом на 500 мл, цилиндр мерный на 250 мл, баня водяная, термометр лабораторный (от 0 до 60⁰).

Ход определения:

В коническую колбу наливают 250 мл исследуемой воды при 20°С, накрывают колбу часовым стеклом (или закрывают притертой пробкой), встряхивают вращательным движением, сдвигают в сторону часовое стекло (открывают пробку) и быстро определяют характер и интенсивность запаха. Затем колбу с пробой накрывают часовым стеклом, нагревают на водяной бане до 60°С, перемешивают содержимое встряхиванием, открывают колбу и тотчас органолептически устанавливают характер и интенсивность запаха.

Характер запаха описывают словесно. По характеру запахи делятся на две группы:

Запахи естественного происхождения (от живущих и отмерших в воде организмов, от влияния почв и т. п.). Различают землистый, гнилостный, тухлый, травянистый, плесневой, торфяной и т. п. запахи.

Запахи искусственного происхождения (от промышленных стоков, от обработки воды химическими реагентами и т. п.). Различают хлорфенольный, ацетоновый, спиртовой, уксусный, бензиновый, хлорный и т. п. запахи.

Интенсивность запаха оценивается при 20 и 60°С по 5-балльной системе согласно таблице.

Таблица 1

Балл

Характеристика

Интенсивности

Качественная характеристика.

Появление запаха.

0

Никакой

Отсутствие ощутимого запаха.

1

Очень слабая

Запах, неподдающийся обнаружению потребителем, но обнаруживающийся в лаборатории опытным исследователем.

2

Слабая

Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание.

3

Заметная

Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением.

4

Отчетливая

Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья.

5

Очень сильная

Запах настолько сильный, что вода становится непригодной для питья.

Пробы № 1,3,4 не имеют запаха, проба №2 (водопроводная вода) имеет слабый запах железа и хлора.

2.3. Прозрачность

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенныхчастиц ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических соединений.

Оборудование: Стеклянный цилиндр, градуированный по высоте в сантиметрах, высотой 30-50 см и с внутренним диаметром 2,5 см. Стандартный шрифт с высотой букв 3,5 мм.

Ход определения:

Определение проводят в хорошо освещенном помещении, но не на прямом свету, на расстоянии 1 м. от окна. Цилиндр наливают неподвижно над стандартным шрифтом. Цилиндр наполняют хорошо перемешанной пробой исследуемой воды до такой высоты, чтобы буквы, рассматриваемые сверху, стали плохо различимы.

Прозрачность по шрифту выражают в сантиметрах высоты водяного столба и определяют с точностью до 0,5 см. Измерение повторяют 3 раза и за окончательный результат принимают Среднее значение.

• Все пробы обладают высокой прозрачностью, кроме колодезной.

2.4. Водородный показатель (рН) или кислотность воды

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Значение рН воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5.

Оценивать значение рН можно разными способами.

1. Приближенное значение рН определяют следующим образом. В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0,1 мл универсального индикатора, перемешивают и по окраске раствора определяют рН:

• розово-оранжевая - рН около 5;

• светло-желтая - 6;

• зеленовато-голубая - 8.

2. Можно определить рН с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой.

• рН показатель колодезной воды - 4,0; водопроводной - 3,5; и родниковой из села Кувака - 6,7;дистиллированной - 7,0.

2.5. Жесткость воды

Различают общую, временную и постоянную жесткость воды. Общая жесткость обусловлена главным образом присутствием растворимых соединений кальция и магния в воде. Временная жесткость иначе называется устранимой или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная (некарбонатная) жесткость вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния.

Общая жесткость варьирует в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года. Значение общей жесткости в источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммольэкв./л, в отдельных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы - до 10 ммоль • экв./л.

При жесткости до 4 ммоль • экв./л вода считается мягкой, 4-8 ммоль • экв./л - средней жесткости, 8-12 ммоль • экв./л - жесткой, более 12 ммоль • экв./л - очень жесткой.

Определение карбонатной жесткости воды

Расчет концентраций карбонат- и гидрокарбонат-ионов.

В склянку наливают 10 мл анализируемой воды, добавляют 5-6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что карбонат-ионы в пробе отсутствуют. В случае возникновения розовой окраски пробу титруют 0,05 н. раствором соляной кислоты до обесцвечивания. Концентрацию карбонат-ионов рассчитывают по формуле:

Где C_к - концентрация карбонат-иона, мг/л; V(HC1) - объем соляной кислоты, израсходованной на титрование, мл.

Затем в той же пробе определяют концентрацию гидрокарбонат-ионов. К пробе добавить 1-2 капли метилового оранжевого. При этом проба приобретает желтую

окраску. Титруют пробу раствором 0,05 н. соляной кислоты до перехода желтой окраски в розовую. Концентрацию гидрокарбонат-ионов рассчитывают по формуле:

где С_кг - концентрация гидрокарбонат-иона, мг/л; V(HC1) - объем соляной кислоты, израсходованной на титрование, мл.

Карбонатную жесткость Жк рассчитывают, суммируя значения концентраций карбонат- и гидрокарбонат-ионов по формуле:

Жк = С_кг0,0333+ С_кг0,0164,

где 0,0333 и 0,0164 - коэффициенты, равные значениям, обратным эквивалентным массам этих анионов.

2.5.1. Обнаружение хлорид - ионов

Концентрация хлоридов в водоемах - источниках водоснабжения допускается до 350 мг/л.
Реагенты: нитрат серебра (5г AgNO₃ растворить в 95 мл воды); азотная кислота(1:4).
Условия проведения реакции: рН< 7,0; температура комнатная;
Выполнение анализа: К 10 мл пробы воды прибавляют 3-4 капли азотной кислоты и приливают 0,5 мл раствора нитрата серебра.
Белый осадок выпадает при концентрации хлорид-ионов более 100 мг\л:
Cl^-+Ag⁺=AgCl↓ белый
Помутнение раствора наблюдается, если концентрация хлорид-ионов более 10 мг\л, опалесценция-более 1 мг\л. При добавлении избытка аммиака раствор становится прозрачным.

• В водопроводной воде было обнаружено 20% хлоридов, в колодезной - 35% хлоридов. В родниковой воде из села Кувака хлориды не обнаружены.

2.5.2. Обнаружение сульфат - ионов

Реагент: хлорид бария ( 10 г BaCl₂*2H₂O растворить в 90 г воды); соляная кислота (16 мл кислоты(плотность равна 1,19) растворить в воде и довести объем до ста мл).
Условия проведения реакции: рН< 7,0; температура комнатная; осадок нерастворим в азотной и соляной кислотах.
Выполнение анализа: К 10 мл пробы воды прибавляют 2-3 капли соляной кислоты и приливают 0,5 мл раствора хлорида бария.
При концентрации сульфат-ионов более 10 мг\л выпадает осадок:
SO^2-₄+Ba²⁺ =BaSO_{4 ↓ белый}
если наблюдается опалесценция, то концентрация сульфат-ионов более 1 мг\л.
В водопроводной воде было обнаружено 30% сульфатов . В колодезной и родниковой воде сульфаты не были обнаружены.

• Вывод: Колодезная вода более жесткая, чем водопроводная. Самая мягкая родниковая вода из с. Кувака.

2.6. Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов

2.6.1.Обнаружение катионов свинца

Реагент: хромат калия (10г К₂CrO₄ растворить в 90 мл Н₂О).
Условия проведения реакции: рН=7,0; температура комнатная; осадок нерастворим в воде, уксусной кислоте и аммиаке.
Выполнение анализа: В пробирку помещают 10 мл пробы воды, прибавляют 1 мл раствора реагента. Если выпадает желтый осадок, то содержание катионов свинца более 100 мг\л:
Pb²⁺+CrO²-₄=PbCrO₄
Если наблюдают помутнение раствора, то концентрация катионов свинца более 20 мл\л, а при опалесценции- 0,1 мг\л.

• Свинец не был обнаружен ни в одной из исследуемых проб питьевой воды.

2.6.2. Обнаружение катионов железа

Предельно допустимая концентрация (ПДК) общего железа в воде водоемов и питьевой воде составляет 0,3 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Обнаружение общего железа. В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком - красное.

Колориметрический экспресс-метод:

1. Обнаружение железа(III). К 5 мл исследуемой воды прибавляют 3 капли роданида аммония (или калия), перемешивают и сравнивают окраску пробы со шкалой.

2. Обнаружение общего железа. К 5 мл исследуемой воды прибавляют 1 каплю бромного раствора и 3 капли раствора соляной кислоты. Через 5 мин прибавляют 3 капли раствора роданида аммония (калия), перемешивают и сравнивают со шкалой.

3. Обнаружение железа(II). Определяют расчетным путем - по разности между содержанием общего железа и железа(II).

• В колодезной воде было обнаружено 5мг/л железа(II) и 6,7мг/л железа(III). В водопроводной воде общее содержание железа несколько меньше: 4мг/л, в родниковой воде железо не обнаружено.

2.6.3. Обнаружение ионов меди

ПДК меди в воде составляет 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Качественное обнаружение меди:

В фарфоровую чашку помещают 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпаривают досуха и наносят на периферийную часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов Си²⁺:

Си²⁺ + 4NH₄OH -- [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4Н₂О.

Ни одна из проб не дала соответствующей окраски. Следовательно, в них нет ионов меди.

III. Подведем итоги

Итак, какую воду мы пьем?

Проведенные эксперименты показывают, что по содержанию ионов железа водопроводная вода не соответствует ПДК; вода из водопровода пахнет железом, запах слабый, особо ощущается при нагревании; иногда имеет запах хлора. К тому же, эта вода более жесткая, что небезопасно для здоровья человека и требует большего затрата моющих средств. Следовательно, чтобы пить такую воду, необходимо установить дополнительные фильтры для удаления ионов железа, кипятить воду перед ее употреблением.

Что касается колодезной воды, то в ней значительно меньше железа и хлора, но по содержанию некоторых других веществ (ионов кальция, магния, сульфат-ионов) она значительно превосходит питьевую воду из-под крана. Кроме того, эта вода может содержать нежелательные микроорганизмы, способные вызвать у человека заболевания.

Мы пришли в выводу, что, конечно же, водопроводная вода лучше колодезной, не будем забывать, что она проходит соответствующую обработку перед подачей потребителям. Но, чтобы сохранить свое здоровье, перед употреблением водопроводную воду все-таки надо кипятить, очищать от небезвредных ионов с помощью фильтров.

Что же касается родниковой воды села Кувака, то о ней с уверенностью можно сказать, что она не только превосходна в физическом отношении, но безупречна в химическом, санитарном и во всех других отношениях, являясь водой кристально - прозрачной, абсолютно бесцветной, без малейшего запаха, с приятным освежающим вкусом, лишённой каких-либо бактерий и с лучшим минеральным составом.

Вывод напрашивается сам: пейте родниковую воду села Кувака и будете здоровы!

Что пить, мы выяснили. А вот как решить проблему нехватки питьевой воды?

Мы думаем, что каждый житель планеты должен принимать активное участие в сохранении и рациональном использовании водных ресурсов.

Каждый человек должен сделать все возможное для сохранения и улучшения качества пресной воды, увеличения ее количества для будущих поколений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• Журнал "Экология и жизнь"

• Русанов В.П. «Капля чистой воды» Знание, 1983

• Юсорин Ю.С. «Промышленность и окружающая среда», М. 2000

• 7. Вилле Г.Г. Чудесный мир воды: Ленинград. Детская литература, 1963г.

• Вода - это жизнь. // Детская энциклопедия. - 2006г. - № 10.

• Вторая жизнь воды. // Детская энциклопедия. - 2006г. - № 2.

• Максимов Н.А. За страницами учебника географии: Кн. Для чтения учащихся 5 кл. сред. шк. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Просвещение, 1988. - 190с.

• Потапова Т.В. Чистая вода: миф или реальность? // Первое сентября. Биология. - 2007. - № 23.

• Реки России. // Детская энциклопедия. - 2007г. - № 6.