Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ель работы:
Определить видовой состав беспозвоночных животных. Определить качество воды в реке Яузе по макрозообентосу. Исследовать флору и фауну пресноводной экосистемы
Методы:
Используя сачок, мы выловили представителей некоторых видов обитателей реки Яуза в различных местах. Затем определили виды пойманных животных по определительной таблице. Среди них преобладали личинки ручейника, личинки поденки и клещи. По методике Вудивисса мы определили качество воды. Эта методика позволяет определить качество воды в текущих водоемах по наличию различных групп (семейств, отрядов и классов) донных животных. Эти группы называются индикаторами, так как могут обитать в воде определенной чистоты. Качество воды выражается биотическим индексом, который измеряется по 10-ти бальной шкале(0-грязная,10-чистая). В результате подсчета индикаторных групп получается биотический индекс.
Результаты:
Результатом нашей работы является список видов, встреченных нами в реке Яуза:
|
1.Черви: |
олигохета (1 вид). |
|
2.Пиявки: |
улитковая; малая ложноконская; рыбья. |
|
3.Двустворчатые моллюски: |
физа; |
|
малый прудовик; |
|
|
ушковый прудовик; |
|
|
роговая катушка; |
|
|
килевая катушка. |
|
|
4. Ракообразные: |
водяной ослик; |
|
дафнии; |
|
|
циклоп. |
|
|
5.Паукообразные: |
водяные клещи (2 вида). |
|
6.Насекомые: |
личинки ручейников (З вида); |
|
личинки поденок (2 вида); |
|
|
личинки стрекоз: |
|
|
коромысло; |
|
|
красотка |
|
|
стрелка |
|
|
личинка комара; |
|
|
личинка жука; |
|
|
личинка водяного скорпиона; |
|
|
водяной жук (1 вид); |
|
|
водомерка прудовая. |
Среди встреченных нами видов мы обнаружили 12 индикаторных групп. К ним относятся: пиявка большая ложно - конская, пиявка малая ложно - конская, личинка ручейника, улитка катушка, водяной скорпион, личинка поденки, личинка вислокрылая, водяной ослик.
По шкале для определения биотического индекса, по наличию групп Вудивисса мы определили, что чистота воды по 10-ти бальной шкале составляет 8 баллов.
Особенности пресноводной экосистемы р. Яуза.
Р. Яуза - особый мир. Если для наземных организмов основная проблема- добыча пищи и воды, то в водоёмах главным дефицитом становится кислород, растворенный в воде. Общая схема строения водной экосистемы такая же, как и других экосистем.
Продуценты.
Среди продуцентов различают 2 большие группы растений - макрофиты и микрофиты (микрос - маленький). Макрофиты - растения, которые видны невооруженным глазом. Большинство из них - цветковые растения, а не водоросли. Макрофиты входят в несколько экологических групп. Плавающие растения, не имеющие корней, удерживающих их на одном месте. На поверхности воды р. Яузы был найден многокоренник.
Прикрепленные водные растения, прибрежных озер и рек - кувшинка белая, плавающая на поверхности воды. Прикрепленные полуводные растения, обитающие в прибрежных мелководьях - волеснерия, ряска. Микрофиты свободно плавают в воде, перемещаясь в вечернее время суток ближе к поверхности, где больше света, и равномерно рассредоточиваясь по всей толще воды в дневные часы. Иногда эти растения обрастают подводные предметы, в том числе макрофитов. Микрофиты представлены зелеными и диатомовыми водорослями и цианобакетриями.
Консументы и редуценты.
Планктон - свободно плавающие ("парящие") организмы. В состав планктона вместе с продуцентами-водорослями входит множество микроскопических животных, питающихся этими водорослями. Животные планктона более подвижны, чем водоросли, и активнее перемещаются из одной части водоема в другую. Основные ортритофаги в планктоне - фильтраторы. Они пропускают пищу (водорослей-бактерий). Большинство этих фильтратов - ракообразные (например, дафния и др. веслоногие, например циклопы.). Также поедают водоросли инфузории, одноклеточные жгутиконосцы, крохотные черви, а также бактерии. Большинство планктонных зоофагов, поедающих животных - ортритофагов (например, циклопы), также относятся к ракообразным. Представители планктона служат пищей рыбам. Рыбы входят в группу животных, населяющих толщу воды и относятся к нектону. В составе планктона есть и бактерии-редуценты. В состав бентоса входят животные, живущие на дне (сапротрофы-редуценты). В рассматриваемой экосистеме обитают промысловые звери: выдра. Земноводные животные: тритоны, лягушки. Пресмыкающиеся: водяной уж.
Вывод:
В р. Яузе обнаружено около 30 видов водных беспозвоночных животных. По методике Вудивисса установлено, что качество воды по 10-бально
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ
ИНДЕКСА ВУДИВИССА
Наумова Н. Н.
Биотический индекс Вудивисса используется во всем мире для определения качества воды в водотоках по структурным характеристикам зообентоса (донных организмов). Индекс учитывает общее разнообразие населяющих водоем донных беспозвоночных и наличие в нем организмов, принадлежащих к индикаторным группам.
Оборудование
Дночерпатель ( рамка, скребок, сачок гидробиологический и т.п.), промывалка, кюветы белые фотографические, емкости для сбора животных, пинцет большой, пинцет глазной, пипетка глазная, иглы для препарирования, определительные таблицы.
Методика определения
Если водоем от
0 до 8 баллов - сильное загрязнение,
3 - 5 - средняя степень,
6 - 7 - незначительное загрязнение,
8 - 10 - чистый водоем.
Таблица 1
Определительная таблица расчета индекса Вудивисса
|
Индикаторные группы |
> 1 Вида |
Общее количество групп |
|||||||||
|
0-1 |
2-5 |
6-10 |
11-15 |
16-20 |
21-25 |
26-30 |
31-35 |
36-40 |
>40 |
||
|
Plecopterg |
> 1 Вида |
- |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
Efimeroptera |
> 1 Вида |
- |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
Trechoptera |
- |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
|
Gammarus |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
Isopoda |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
Только трубочник |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Все данные группы |
0 |
1 |
2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
* кроме вида Baetis rhodani
Мини-определитель данных беспозвоночных для оценки качества воды методом Вудивисса.
|
9-10 Молюсково-двустворчатые |
16 Личинки жуков. Жуки Corixidae |
|
11-12б Моллюски легочные |
17 Личинки мошек Similiidae |
|
11-12в Пиявки Hirudinea |
18 Личинки стрекоз Odonate |
|
14 Водяные клещи |
19 Водяной клоп Hemiptera |
|
15 Личинки сергатокрылые Sialidal |
|
D - показатель загрязнения,
N1 - количество олигохет,
N2 - общая численность бентических организмов,
Таблица 2
|
Класс качества воды |
I |
II |
III IV |
V |
VI |
|
Зоны |
Ксеноса- |
Бета- Альфа- |
Бета- Альфа- |
полисапробная |
|
|
Значение индекса α |
0 |
1-20 21-35 |
36-50 51-65 |
66-85 |
>85 |
Примечание:
Класс качества и характеристика воды
очень чистая
чистая
умеренно загрязненная
загрязненная
грязная
очень грязная
чрезвычайно грязная
M - показатель загрязнения,
N1 - численность двустворчатых моллюсков,
N2 - численность легочных моллюсков,
Ход анализа :
в литорали водоема выбирают площадку известной площади,
просчитывают всех легочных и двустворчатых моллюсков,
находят соотношение М,
определяют степень загрязнения.
В водоемах с умеренным органическим загрязнением М>1 или =1, со значительным <1 в водоеме. При сильных загрязнениях в водоеме будут присутствовать только легочные моллюски .
Для оценки качества воды рек индекс:
Ip - индекс загрязнения реки,
N1 - Cladocera - количество видов ветвистоусых раков (см. определение),
N2 - Cyclopoida - число видов циклопов.
Если трудно определить количество видов , можно использовать общую численность группы cladocera и группы cyclgoida.
Ход анализа:
Индекс >1 - в чистых водоемах.
Для оценки качества вод озер предлагается индекс:
Io - индекс загрязнения,
N1 - Clfdaera - общая численность ветвистоусых раков в пробе,
N2 - Calanoida - общая численность каланид (из разряда вилоногих) в пробе.
Метод основывается на таком показателе, как величина осадка в пробе. Чем выше органическое и минеральное загрязнение водоема - водотока, тем больше взвешенных частиц различной породы (планктон, органо-минеральные взвеси) содержится в толще воды, тем больше в пробах количества осадка.
Ход анализа:
- в лаборатории каждая проба выливается в свой мерный цилиндр (50-100 мл),
- добавляется формалин (~ 2% раствор),
- пробы отстаиваются 4-6 суток,
- количество осадка измеряется, определяется его цвет, консистенция, характер частиц,
- эти данные сравниваются с результатами химического анализа этих проб,
- определяются зависимости между величиной и структурой осадка и загрязнением водоема, в дальнейшем при оценке качества водоема можно основываться только на анализе степени осаждения осадка.
При оценке качества воды необходимо помнить, что проведение соответствующих измерений требует соблюдения определенных принципов.
При первых визитах к реке или другому водоему мы, как правило, задаем описательные вопросы: что, каким образом и где. Функциональные вопросы (почему?) возникают позднее. Эти вопросы гораздо труднее, для ответа на них уже требуется не только измерительная работа, но и работа с литературой и мыслительные усилия.
Из опыта предыдущих полевых работ известно, что многие учащиеся пытаются выполнить все измерения с помощью техники, имеющейся у них с собой. Возвратясь в лабораторию, они испытывают большие трудности, так как реально не представляют, какую информацию они получили. Оказывается, что большинство результатов измерений трудно интерпретировать. Лучше на первых стадиях исследования прочитать об определенных методах исследования, чтобы представлять, на какие вопросы можно получить ответы, как аккуратно провести измерения. Предварительная подготовка и планирование сохранит вам больше времени, чем слепое использование всех методов измерений.
При интерпретации результатов измерений качества воды надо иметь в виду, что результаты измерений верны только по отношению к определенному времени. Днем позднее или ранее результаты измерений могут существенно отличаться. Например, вы можете отметить очень низкую концентрацию нитратов в ручейке или речке в один из дней. Однако, придя на другой день, вы можете отметить чрезвычайно высокое содержание нитратов, так как находящееся неподалеку сельскохозяйственное предприятие вывалило навоз в реку. Таким образом, физико-химические измерения позволяют оценить качество воды только на данный момент.
Присутствие индикаторных видов растений или животных позволяет более глубоко судить о качестве воды в водоеме.
Оценка качества воды водоемов и водотоков может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема.
Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.
Планктон - совокупность живых обитателей водоема, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.
Фитопланктон - совокупность растительных организмов водоема, не способных активно передвигаться, - важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.
Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений.
Таким образом, видовой состав живых организмов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.
В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.
При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета ("цветение" воды). "Цветение" воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы, выделяется сероводород или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемые чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов.
Каждая группа организмов в качестве биологического индикатора имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации.
Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования (заболачивания) водоема.
Зоопланктон также достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Кроме этого, среди зоопланктона встречаются и представители патогенной фауны, ограничивающей использование водного объекта в целях водоснабжения.
Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов.
Зообентос - совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Наиболее достоверными индикаторами среди них служат легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.
Значение макрофитов (высшая водная растительность) наиболее существенно при предварительном гидробиологическом осмотре водных объектов. При загрязнении водоемов изменяется видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена доминантных видов, обусловливающих особенности ценоза. Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.
Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.
Для изучения рек и ручьев большое значение имеют перифитонные организмы (т.е. обрастатели), те, которые дают картину общего состояния воды за достаточно длительный промежуток времени, предшествующий исследованию. Быстрые колебания степени загрязнения воды плохо уловимы с помощью перифитона и для их наблюдения лучше подходят гидрохимические и бактериологические методы.
Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких водоемах.
Это обстоятельство заставляет при исследовании рек обращать внимание на быстрые места их течения - перекаты, плотины и т. д. Если мы хотим получить представление об общем состоянии реки, то станции необходимо выбирать именно здесь. Если же нас интересуют разовые или местные загрязнения необходимо исследовать обитателей дна в местах со слабым течением - в заводях, бочагах и т.п. После впадения в реку тех или иных загрязненных стоков последние сносятся течением вниз по реке и откладываются в более глубоких местах реки с замедленным течением.
Биологическое исследование стоячих водоемов, как правило, интерпретируется более легко. Здесь, прежде всего, необходимо проведение комплексных исследований с тем, чтобы иметь более полное представление о состоянии водоема. Чем крупнее исследуемый водоем, тем большее количество разнообразных станций надо выбирать по его периметру.
Почти любое использование воды влияет на ее качество. Использованная вода обычно возвращается в реки или отстойники для восстановления. Это может оказать нежелательное влияние на жизнь, если использованная вода будет сильно отличаться от естественной.
|
ПРИМЕСЬ |
КАК ОНА ПОПАЛА В ВОДУ |
ВРЕДНОЕ ДЕЙСТВИЕ |
|
Свинец, Pb2+ |
Из свинцовых труб, иногда из промышленных стоков |
Поражает мозг и нервную систему, вызывает анемию |
|
Медь, Cu2+ |
Из медных труб, иногда из промышленных стоков |
Вызывает рвоту |
|
Алюминий Al3+ |
Через обработку воды и алюминиевую посуду |
Может вызвать болезнь Альцгеймера (потеря памяти |
|
Ртуть, Hg (органические соединения) |
Сточные воды |
Поражает нервную систему |
|
Нитраты, NO3 |
Из удобрений |
Вызывают "синдром синюшного младенца" (редкое за6оле-вание крови у младенцев, может вызвать рак |
|
Фосфаты, РО43- |
Из удобрений и моющих средств |
Способствуют росту водорослей в водоемах |
|
Пестициды |
Следствие борьбы с вредителями сельского хозяйства |
Могут вызвать рак |
|
Кишечные бактерии |
Из канализации |
Вызывают расстройство желудка |
Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с "живыми приборами", реагирующими на те или иные изменения, отражающие воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов.
Бурное развитие сине-зеленых водорослей - хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениями.
Лучший индикатор опасных загрязнений - прибрежное обрастание, располагающиеся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышения общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой очистке фекально-бытовых сточных вод обрастания бывают белыми или сероватыми. Как правило, они состоят из прикрепленных инфузорий (сувойки, кархезиум и др.) Стоки с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий-теотриксов.
Биоиндикация - способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ.
Биотестирование - использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) беспозвоночных. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию, либо отсутствию тех или иных таксонов.
|
Индикаторные таксоны |
Эколого-биологическая полноценность, класс качества воды, использование |
|
Личинки веснянок, плоские личинки поденок, ручейник - риакофилла |
Очень чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное. |
|
Крупные двустворчатые моллюски (перловица), плавающие и ползающие ручейник-нейреклипсис, вилохвостки, водяной клоп |
Чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное, орошение, техническое. |
|
Моллюски-затворки, горошинки, роющие личинки поденок, ручейники при отсутствии реакофиллы и нейреклипсис, личинки стрекоз плосконожки и красотки, мошки |
Удовлетворительно чистая. Полноценная. Питьевое с очисткой, рекреационное рыбоводство, орошение техническое. |
|
Шаровки, дрейсена, плоские пиявки, личинки стрекоз при отсутствии плосконожки и красотки, водяной ослик |
Загрязненные. Неблагополучные. Ограниченное рыбоводство, ограниченное орошение |
|
Масса трубочника, мотыля, червеобразные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецов |
Грязные. Неблагополучные. Техническое. |
|
Макробеспозвоночных нет |
Очень грязные. Неблагополучные. Техническое с очисткой |
<< Сапробиологический анализ
Методы исследования (оглавление)
Методы биоиндикации >>
Сокращенный анализ воды
Полный химический анализ воды
Определение отдельных групп показателей качества воды
Для того, чтобы судить о качестве воды обычно достаточно сделать сокращенный анализ воды, но в некоторых случаях необходимо протестировать воду на дополнительные показатели или провести полный анализ воды.
В настоящее время существует множество портативных тест-систем, позволяющих проводить экспресс-анализ воды в полевых условиях. Часто эти системы укомплектованы всеми необходимыми реагентами, индикаторами и специальным оборудованием, типа портативных спектрофотометров и фотокалориметров. Яркий пример таких тест-систем - системы CHEMetrics - уникальный набор экспресс-анализа качества воды в условиях производства и при полевых исследованиях.
Портативные тест-наборы «CHEMetrics» уже укомплектованы всем необходимым для проведения 30 анализов. Основной измерительный модуль выполнен в виде самозаполняемых ампул и объединяет в себе необходимые для экспресс-анализа точность и надежность. При этом анализ воды занимает около 5 минут.
Самонаполняемые ампулы содержат единичную дозу реагента, pH-буферированного и упакованного под вакуумом для сохранения аналитических свойств. Уникальность системы в том, что ампулы «CHEMetrics» подходят для колориметрического, фотометрического и титриметрического анализа.
Питьевая вода должна удовлетворять следующим качествам: питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и обладать благоприятными органолептическими свойствами. На их основе в различных странах создаются нормативные документы в области качества питьевой воды.
Пересмотр нормативов качества питьевой воды в нашей стране осуществлялся примерно каждые 10 лет. Пересмотру подвергалась не только нормативная база, но и соответствующее методическое обеспечение выполняемых определений. Следует отметить, что при этом затрагивались в основном методики микробиологических и физико-химических анализов, вопросы органолептических показателей не рассматривались на протяжении нескольких десятилетий. Между тем, выполнение анализов на мутность, цветность и контроль запаха вызывают определенные трудности в практике производственного контроля технологии водоподготовки.
На данный момент испытательным лабораториям предлагается контролировать конкретный нормируемый показатель "мутность" двумя методами, определяющими разные физические характеристики водного объекта: фотометрией и нефелометрией. Таким образом, под одним термином "мутность" предлагается измерять различные характеристики анализируемой среды. При этом установленный норматив оставлен по ГОСТ 2874-82, для которого установлен фотометрический метод определения показателя.
Серьезной переработки требует и существующая методика определения цветности. С переходом от определения цветности визуальным методом к фотометрическому выявились две проблемы. С одной стороны, при снятии полного спектра поглощения стандартного раствора цветности определено, что максимум поглощения приходится на интервал длин волн 350-354 нм, и, таким образом, регламентация длины 413 нм приводит к нарушению одного из основных условий спектрофотометрических измерений. С другой стороны, измерения на длине волны 413 нм принципиально завышают результаты по сравнению с визуальной шкалой.
Представляется целесообразным, учитывая, что зона максимального светопоглощения анализируемой воды может изменяться с течением времени в зависимости, например, от состава природной воды по содержанию органических загрязнений, предусмотреть возможность в методике экспериментального определения зоны максимального светопоглощения и все дальнейшие измерения проводить именно на этой длине волны.
Другой немаловажной проблемой производственного контроля являются вопросы определения и классификации запахов природной и питьевой воды. Согласно рекомендациям ВОЗ привкус и запах питьевой воды не должны вызывать неприятных ощущений у потребителя. При этом для привкуса и запаха питьевой воды не предлагается никакой конкретной величины по показаниям их влияния на здоровье. По отечественным нормативным документам запах и привкус питьевой воды строго нормируются и единственный метод определения данных показателей - органолептический. Характер запаха воды предлагается определять "ощущением воспринимаемого запаха". Без строгой стандартизации метода определения и перечня характеров запахов, в такой ситуации существенно возрастает роль субъективного фактора при оценке качества питьевой воды. Получаемые результаты трудно воспроизводятся в рамках одной лаборатории между отдельными испытателями и практически не воспроизводятся между различными лабораториями даже в рамках единого предприятия. Поэтому, на сегодняшний день с учетом ужесточения требований к качеству питьевой воды вопросы методологии контроля органолептических показателей требуют серьезного пересмотра.
Кроме того, нет чётких нормативов на состав питьевой воды (солевой, микроэлементный, микробиологический), характеризующий ее биологическую активность.
В настоящее время существуют пять основных условных показателей качества питьевой воды:
1.Химические. По ним определяется состав и количество химических веществ и элементов, которые образовались после обработки воды перед подачей её в водопроводы. В частности определяется содержание в воде остаточного свободного хлора, серебра и хлороформа.
2.Органолептические. Этот вид показателей отвечает за вкусовые показатели: запах, цвет, мутность.
3.Токсикологические. С их помощью контролируется отсутствие или наличие в воде в пределах допустимых норм таких опасных веществ как фенолов, свинца, алюминия, мышьяка, пестицидов.
4.Микробиологические. По ним производят определение отсутствия в воде опасной микрофлоры.
5.Общие, в первую очередь влияющие на органолептику воды. С их помощью определяются такие параметры как общая жёсткость, отсутствие нефтепродуктов, допустимые пределы по: железу, нитратам, марганцу, кальцию, магнию, сульфидам, уровню pH.
1.Определение pH универсальным индикатором
2.Определение общей жесткости воды
3.Определение окисляемости воды
4.Определение концентрации катионов железа
5.Определение сульфатов
6.Определение ионов свинца
7.Определение ионов меди
8.Определение концентрации активного хлора в свободной и связанной формах
9.Определение органических веществ в воде
10.Определение концентрации нитрат-аниона
1. Водородный показатель рН
В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0. 1 мл универсального индикатора, перемешивают и по окраске раствора оценивают величину рН.
Розово - оранжевая
рН около 5
Светло-желтая
pH - 6
Светло - зелёная
рН - 7
Зеленовато-голубая
рН - 8
рН можно определить с помощью индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой. По индикаторной бумаге более точное определение, чем визуально.
2. Жесткость воды
Жесткость воды обуславливается присутствием в ней ионов кальция, магния и железа и анионов: гидрокарбонат, хлорид, сульфат и нитрат. Общая жесткость складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной). Временная жесткость обусловлена содержанием гидрокарбонатов кальция, магния, железа. Она устраняется кипячением воды; постоянная жесткость объясняется содержанием сульфатов, хлоридов, нитратов кальция, магния, железа и не устраняется кипячением, а только химическим путем или методом ионно-обменной адсорбции. Общая и временная жесткость воды определяется путем титрования пробы воды растворами точно известной концентрации, а постоянная рассчитывается по разнице между общей и временной жесткостью.
Общая жесткость воды определяется по ГОСТ 4151-72 . Метод определения общей жесткости. Метод основан на образовании прочного комплексного соединения трилона Б с ионами кальция и магния.
Оборудование и реактивы.
Колбы конические вместимостью 250см3-3шт, капельница, трилон Б (комплексон III, двунатриевая соль этилендиамин тетрауксусной кислоты), аммоний хлористый, аммиак водный 25 %-ный раствор, натрий хлористый, спирт этиловый, хромоген черный специальный ЕТ-00(индикатор)
Приготовление 0, 05 н. раствора трилона Б.
9, 31 г трилона Б растворяют в дистиллированной воде и доводят до 1 дм3. Если раствор мутный, то его фильтруют. Раствор устойчив в течение нескольких месяцев. Можно приготовить раствор трилона Б фиксанала.
Приготовление буферного раствора.
10 г хлористого аммония (NH4Cl) растворяют в дистиллированной воде, добавляют 50см3 25 %-ного раствора аммиака и доводят до 500 см3 дистиллированной водой.
Приготовление индикатора эриохрома черного
Раствор индикатора хромогена черного устойчив в течение 10 сут. Допускается пользоваться сухим индикатором. Для этого 0, 25 г индикатора смешивают с 50 г сухого хлористого натрия, предварительно тщательно растертого в ступке.
Выполнение анализа
В коническую колбу на 250 мл вносят 100 мл исследуемой воды, прибавляют 5 мл буферного раствора и на кончике шпателя индикатора (эриохрома черного). Раствор перемешивают и медленно титруют 0, 05 н раствором трилона Б до изменения окраски индикатора от вишневой до синей.
Уравнение взаимодействия трилона Б (комплексона III) с ионами металлов (Ca2+ , Mg2+ , Fe2+), содержащимися в воде:
Расчет общей жесткость производят по формуле:
Xмг. экв/л = (Vмл*Nг. экв/л*1000мг. экв/г. экв) / V1мл. ,
где: V - объем раствора трилона "Б", пошедшего на титрование, мл.
N - нормальность раствора трилона "Б" г. экв\л.
V1- объем исследуемого раствора, взятого для титрования, мл.
3. Определение окисляемости воды (качественное с приближенной количественной оценкой)
Оборудование и реактивы: пробирки, H2SO4(1:3), 0, 01н КМпО4.
Определение.
5мл исследуемой воды прилить в пробирку, добавить 0, 3мл раствора H2SO4(1:3) и 0, 5мл 0, 01н раствора перманганата калия. Смесь перемешать, оставить на 20 минут. По цвету раствора оценить величину окисляемости по таблице 1.
Таблица 1
Окраска пробы воды
Окисляемость, мг/л
1. Ярко-лиловорозовая
2. лиловорозовая
3. слаболиловорозовая
4. бледнолиловорозовая
5. бледнорозовая
6. розовожелтая
7. желтая
1
2
4
6
8
12
16
4. Определение ионов железа
Оборудование и реактивы: 50% раствор KNCS, HCl-24%
Таблица 2
Приближенное определение ионов Fe+3
Окрашивание, видимое при рассмотрение пробирки сверху вниз на белом фоне
Примерное содержание ионов железа Fe+3
Отсутствие
Едва заметное желтовато-розовое
Слабое желтовато-розовое
Желтовато-розовое
Желтовато-красное
Ярко-красное
менее 0, 05
от 0, 05до 0, 1
от 0, 1 до 0, 5
от 0, 5 до 1, 0
от 1, 0 до 2, 5
более 2, 5
Определение.
К 10мл исследуемой воды прибавляют 1-2 капли HCl и 0, 2 мл (4 капли) 50%-го раствора KNCS. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Примерное содержание железа находят по таблице2. Метод чувствителен, можно определить до 0, 02 мг/л.
Fe3+ + 3NCS- = Fe(NCS)3
5. Определение сульфатов (качественное определение с приближённой количественной оценкой.)
Оборудование и реактивы
Штатив лабораторный с пробирками, пипетки 5 и 10 см3 с делениями на 0, 1 см3, колбы мерные вместимостью 100, 500 и 1000 см3, пробирки колориметрические с притертой пробкой и отметкой на 10 см3, палочки стеклянные, воронки стеклянные, HCl(1:5), BaCl2. (5%), калий сернокислый, серебро азотнокислое, вода дистиллированная.
Подготовка к анализу
Приготовление основного стандартного раствора серно кислого калия
0, 9071 г K2SO4 растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в дистиллированной воде и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. 1 см3 раствора содержит 0, 5 мг сульфат-иона.
Приготовление рабочего стандартного раствора сернокислого калия
Основной раствор разбавляют 1 : 10 дистиллированной водой. 1 см3 раствора содержит 0, 05 мг сульфат-иона.
Приготовление 5 %-ного раствора хлористого бария
5 г ВаСl2 растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 100 см3.
Приготовление 1, 7 %-ного раствора азотнокислого серебра
8, 5 г AgNO3 растворяют в 500 см3 дистиллированной воды и подкисляют 0, 5 см3концентрированной азотной кислоты.
Проведение анализа
В колориметрическую пробирку диаметром 14-15 мм наливают 10 см3 исследуемой воды, добавляют 0, 5 см3 соляной кислоты (1:5). Одновременно готовят стандартную шкалу. Для этого в такие же пробирки наливают 2, 4, 8 см3 рабочего раствора сернокислого калия и 1, 6; 3, 2; 6, 4 см3основного раствора K2SO4 и доводят дистиллированной водой до 10 см3, получая таким образом стандартную шкалу с содержанием: 10, 20, 40, 80, 160, 320 мг/дм3 сульфат-иона. Прибавляют в каждую пробирку по 0, 5 см3 соляной кислоты (1:5), затем в исследуемую воду и образцовые растворы по 2 см3 5 %-ного раствора хлористого бария, закрывают пробками, перемешивают и сравнивают со стандартной шкалой.
6. Определение иона свинца (качественное)
Иод калий дает в растворе с ионами свинца характерный осадок PbI2: Исследования производятся следующим образом. К испытуемому раствору прибавить немного KI, после чего, добавив CH3COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего мало характерного желтого осадка PbI2. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI2выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов Pb2+ +2I- . = PbI2
7. Определение ионов меди (качественное)
В фарфоровую чашку поместить 3-5мл исследуемой воды, выпарить досуха, затем прибавить 1каплю конц. раствора аммиака. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди
2Сu2+ +4NH4. ОН = 2[Cu(NH3)4]2+ +4H2O
8. Определение хлорида натрия в воде(приближенная оценка)
Оборудование и реактивы: Пипетка объемом 10мл, бюретка, три конические колбы, белая кафельная плитка, проба воды, дистиллированная вода, калий хроматный индикатор, 50мл раствора AgNO3 (2, 73г на 10мл)
Определение. Наливают 10мл исследуемой воды в коническую колбу и добавляют 2капли калий-хроматного индикатора. Из бюретки оттитровывают хлорид-ион раствором AgNO3, постоянно встряхивая коническую колбу.
В конечной точке титрования осадок AgCl окрашивается в красный цвет. Дважды повторить титрование с 10мл исследуемой воды.
Подсчитать среднее количество израсходованного AgNO3. Объем израсходованного AgNO3приблизительно равен содержанию хлоридов в пробе воды (в г/л).
9. Определение органических веществ в воде
Оборудование и реактивы: пробирки, пипетка на 2мл, HCl (1:3), KMnO4
Определение: Наливают в пробирки 2 мл фильтрата пробы, добавляют несколько капель соляной кислоты. Затем готовят розовый раствор KMnO4 и приливают его к каждой пробе по каплям. В присутствии органических веществ KMnO4 будет обесцвечиваться. Можно считать что органические вещества полностью окислены, если красная окраска сохраняется в течение одной минуты. Посчитав количество капель, которое потребуется для окисления всех органических веществ, узнаем загрязненность пробы
10. Определение нитратов (риванольная реакция)
Оборудование и реактивы: пробирки, пипетка на 5мл, 2мл, физиологический раствор (0, 9%р-р NaCl), риванол солянокислый (0, 25г риванола растворяют в 200мл 8%HCl), порошок цинка
Определение:
К 1мл исследуемой воды прибавляют 2, 2мл физиологического раствора. Затем отбирают 2мл приготовленного раствора, добавляют 1мл солянокислого раствора риванола и немного порошка цинка (на кончике ножа). Если в течении 3-5минут желтая окраска риванола исчезнет и раствор окрасится в бледно-розовой цвет, то содержание нитратов в воде превышает ПДК.
Все эти вышеперечисленные методы анализа качества воды может самостоятельно провести студент 3-го курса химического ВУЗа в условиях химической (аналитической) лаборатории. Для более полного анализа качества воды существуют специальнве лаборатории Санэпидемнадзора, оснащенные современным оборудованием с применением высококачественных реактивов, что обеспечивает высокую точность и достоверность анализа воды.
К.х.н. О.В. Мосин
1.3. Биологические методы оценки загрязнения вод
Биологические методы оценки – это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема. Рассматриваются различные типы населения водоемов – перифитон, бентос, планктон, нектон, макрофиты и др.[3, 23, 24, 35, 40].
Специалисты многих стран при мониторинге рек используют бентосных макробеспозвоночных для оценки влияния на качество воды ряда антропогенных загрязнений.
Классификация с использованием бентосных макробеспозвоночных не дает полную экологическую картину всех искусственных и естественных загрязнений, которые встречаются в проточных водах. Не имеется также никакой единой классификации рек, которая пригодна для всех географических областей. Однако для рек, которые пересекают национальные границы, потребность в классификации имеется.
Сущность классификации рек Международной организации по стандартизации (ИСО) заключается в сравнении между поведением бентосных макробеспозвоночных в чистых условиях и в наблюдаемой среде. По ИСО рекомендуется пять классов качества вод по бентосным макробеспозвоночным, табл. 1.1 [59].
Таблица 1.1.
Биологическая классификация рек
|
Классификация качества по бентосным макробеспозвоночным |
Характеристика |
|
Высокое |
Естественное поведение бентосных макробеспозвоночных |
|
Хорошее |
Не пострадавшее биологическое сообщество |
|
Посредственное |
Несколько пострадавшее биологическое сообщество |
|
Бедное |
Умеренно пострадавшее биологическое сообщество |
|
Плохое |
Сильно пострадавшее биологическое сообщество – экстремальная реакция на антропогенное загрязнение. |
При этом типе классификации принимают во внимание естественную изменчивость биологических объединений [15].
Оценка сапробности воды по показателям перифитона. В гидробиологии под сапробностью понимают способность организмов жить при большом содержании органических веществ в среде. Сапробность является функцией потребностей организма в органическом питании и устойчивости возникающих при разложении органических соединений ядовитых веществ: H2S, CO2, NH3, H+, органических кислот.
Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности водных объектов, который рассчитывают исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне) [55].
Полисапробная зона – содержится много не стойких органических веществ и продуктов их анаэробного разложения. Фотосинтеза нет. Дефицит О2, полностью идет на окисление. В воде – сероводород и метан. На дне много детрита, идут восстановительные процессы; железо в форме FeS. Ил черный с запахом сероводорода. Много сапрофитной микрофлоры, гетеротрофных организмов: нитчатые и серные бактерии, бактериальные зооглеи; простейшие – инфузории, жгутиковые, олигохеты, водоросль Polutoma [1].
Альфа-мезосапробная – начинается аэробный распад органических веществ, образуется аммиак, СО2, мало О2, сероводорода, метана – нет. Железо в форме закиси и окиси. Идут окислительно-восстановительные процессы. Ил серого цвета. Преобладают бактериальные зооглеи, эвглена, хламидомонада, личинки хиромонид.
Бета-мезосапробная – произошла минерализация. Увеличивается число сапрофитов. Содержание О2 колеблется в зависимости от времени суток. Ил желтый, идут окислительные процессы. Много детрита, цветение воды (фитопланктон), диатомовые и зеленые водоросли, роголистник. Много корненожек, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хиромонид. Есть ракообразные, рыбы, но численность их невелика.
Олигосапробная – чистые водоемы. Цветения не бывает, содержание 02 и С02 не колеблется. Детрита мало. Бентос малочисленен. Встречаются водоросли рода Melozira, коловратки, дафнии, личинки веснянок, поденок, моллюски, стерлядь и т.д.
Установлено, что фактически в ряду олигосапробы – мезосапробы – полисапробы возрастают не только специфическая стойкость к органическим загрязняющим веществам и к таким: их последствиям, как дефицит кислорода, но и их эврибионтность, т. е способность существовать при различных условиях среды.
Это положение значительно расширяет возможности использования сапробиологического анализа. Поэтому термин «сапробность» в последнее время употребляют, когда говорят о степени общего загрязнения вод. Для оценки общего загрязнения поверхностных вод в современных ситуациях, например в случае токсического загрязнения или антропогенного увеличения минерализации, использование только одного сапробиологического анализа оказывается уже недостаточным.
В системе Роскомгидромета для оценки сапробности воды по организмам перифитона рекомендуется применять метод индикаторных организмов Пантле и Букка в модификации Сладечека. Данный метод учитывает относительную частоту встречаемости (обилие) гидробионтов h и их индикаторную значимость s (сапробную валентность). Для статистической достоверности результатов исследования необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее 12 индикаторных видов с общей суммой частоты встречаемости (обилия) h равной 30.
Индекс сапробности указывают с точностью до 0,01. Для ксеносапробной зоны он находится в пределах 0–0,50 – очень чистые; олигосапробной – 0,51-1,50 – чистые; бета-мезосапробной – 1,51-2,50 – умеренно-загрязненные; альфа-мезосапробной – 2,51-3,50 – тяжело загрязненные; полисапробной – 3,51-4,00 – очень загрязненные [39].
Методы оценки качества вод, основанные на применении отдельных крупных таксонов зообентоса: Метод крупных таксонов широко применяется в практике гидробиологического мониторинга благодаря простоте вычислений, отсутствию трудоемких таксономических определений. Теоретическим обоснованием и условием универсальности метода является повсеместное распространение используемых таксонов в водоемах разных типов с разным уровнем загрязнения. Такими группами являются олигохеты и личинки хирономид.
В своих исследованиях Е. В. Балушкина предложила оценивать загрязненность воды по соотношению численности представителей отдельных подсемейств хирономид с помощью индекса:
, (1.1)
где: , и – вспомогательные величины для подсемейств Tanypodinae, Chironomae, Orthocladiinae.
Вспомогательные величины рассчитываются по сумме численности N представителей каждого из подсемейств, выраженной в процентах от общей численности хирономид и слагаемого 10, иначе говоря, α=N+10. Подобранное эмпирически число 10 ограничивает пределы возможных значений, определяя оптимальное соотношение градаций индекса и степени его чувствительности.
Влияние относительной численности особей подсемейства Chironominae снижено вдвое на том основании, что в наиболее чистых водах относительная численность Orthocladiinae + Diamesinae приближалась к 100% (без учета зарослевых форм), в наиболее грязных относительная численность Tanypodinae также составляла 100%. Тенденция же увеличения относительного количества Chironominae по мере загрязнения выражена в меньшей степени и их индикаторное значение в целом ниже, что и нашло отражение в уменьшении [3]. Значения индекса K от 0,136 до 1,08 характеризуют чистые воды; 1,08-6,5 – умеренно загрязненные; 6,5-9,0 – загрязненные; 9,0-11- грязные.
Биотический индекс Вудивисса. Этот метод оценки пригоден только для исследования рек умеренного пояса и не подходит для озер и прудов. Оценка состояния рек проводится по 15-балльной шкале. В этом методе используется показатель, который называется биотический индекс Вудивисса. Его определяют по специальной таблице.
Чтобы оценить состояние водоема по методу Вудивисса, нужно:
1) выяснить, какие индикаторные (показательные) группы имеются в исследуемом водоеме;
2) затем необходимо оценить общее разнообразие бентосных организмов. Определить количество «групп» бентосных организмов в пробе. При использовании метода Вудивисса за «группу» принимается любой вид плоских червей, моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей, веснянок, сетчатокрылых, жуков, любой вид личинок других насекомых. Определив количество групп в пробе, находят соответствующий столбец в таблице;
3) на пересечении строки и столбца по специальной таблице находят индекс Вудивисса. Его значение изменяется от 0 до 15 и измеряется в баллах. Состояние водоема определяется так: 0-2 балла – очень сильное загрязнение (5-7 класс качества), водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии; 3-5 баллов – значительное загрязнение (4-5 класс качества); 6-7 баллов – незначительное загрязнение водоема (3 класс качества); 8-10 баллов и выше – чистые реки (1-2 класс качества).
Согласно биотическому индексу Вудивисса, по мере повышения уровня загрязненности вод происходит изменение видовой структуры бентосных организмов. Вследствие, чего происходит отмирание индикаторных таксонов, достигших предела толерантности [7, 1, 3, 33].
Индекс Гуднайт-Уотлея. Эта простая, но надёжная методика биоиндикации используется только для определения загрязнения водоёма органическими веществами. Для определения значений олигохетного индекса годятся только материалы дночерпательных проб [8, 9].
Значение индекса а равно отношению количества обнаруженных в пробе олигохет (малощетинковых червей) к общему количеству организмов (включая и самих червей) в процентах по формуле
. 1.2)
Степень загрязнения воды органикой дана в табл. 1.2.
Классический вариант олигохетного индекса (ОИ) впервые был предложен Гуднайтом и Уотлеем в 1961 г. ОИ рассчитывается как отношение численности олигохет к общей численности организмов в пробе. При этом состояние реки считается хорошим, если ОИ меньше 60%, сомнительным при ОИ в пределах 60-80%, река тяжело загрязнена, если ОИ превышает 80%. По показателю обобщенного индекса судят о степени эвтрофикации водоема.
Таблица 1.2.
Олигохетный индекс Гуднайт–Уотлея
|
Значение индекса % |
Степень загрязнения воды |
Kласс качества |
|
Менее 30 |
Отсутствие загрязнения |
1–2 |
|
30–60 |
Незначительное |
2–3 |
|
60–70 |
Умеренное |
3–4 |
|
70–80 |
Значительно |
4–5 |
|
Более 80 |
Сильное |
5–6 |
Э.А.Пареле применила [40] ОИ для малых рек Латвии, ранжировав его в соответствии с классификацией качества вод С. М. Драчева. На основании значений модифицированного ОИ, названного коэффициентом D, Пареле было выделено шесть групп в исследованных водотоках: очень чистая – 0,01-0,16 (или 1-16%); чистая – 0,17-0,33 (17-33%); умеренно загрязненная – 0,34-0,50 (34-50%); загрязненная – 0,51-0,67 (51-67%); грязная – 0,68-0,84 (68-84%); очень грязная – 0,85-1 (свыше 85%).
На Русской равнине для крупных рек хорошо зарекомендовал себя другой метод Пареле [23], основанный на отношении численности олигохет семейства тубифицид к суммарной численности всех олигохет:
, 1.3)
где: t – численность тубифицид;
O – численность всех олигохет (малощетинковые черви).
По значениям D2 для рек Латвии были выделены: сильно загрязненные воды (0,8-1,0); загрязненные (0,55-0,79); слабо загрязненные (0,3-0,54); относительно чистые (меньше 0,3). В малых быстротекущих водотоках с разнообразной донной фауной предлагается использовать коэффициент D1 – соотношение численности тубифицид и всего бентоса в пробе. При Д1=0,01-0,16 – очень чистая вода; 0,17-0,33 – чистая; 0,34-0,50 – слабозагрязнённая; 0,51-0,67 – загрязнённая; 0,68-0,84 – грязная; 0,85-1,0 – очень грязная.
Индекс Шеннона. Представляет собой формализацию, которая используется при оценке сложности и содержания информации любых типов систем, он лучше всего подходит для целей сравнения в тех случаях, когда не интересуют компоненты разнообразия по отдельности. К тому же он не зависит от величины пробы, а также важно то, что численность видов всегда характеризуется нормальным распределением. Немаловажно, что индекс Шеннона придает больший вес редким видам. Он обычно меняется в пределах от 1,5 до 3,5. Причины ошибок в оценке разнообразия с использованием этого индекса заключаются в том, что невозможно включить в выборку все виды реального сообщества.
Индекс Шеннона находится по формуле (1.4):
, (1.4)
где: Ni – обилие i-го вида;
N – суммарное обилие всех W видов.
Индекс Шеннона пользуется неоправданно широкой популярностью, хотя он не имеет каких-либо преимуществ (в особенности при использовании для анализа данных экологического мониторинга) по сравнению с другими интегральными характеристиками сообществ [72].
Интегральный индекс экологического состояния. В основу экспертной классификации речных экосистем по показателям зообентоса может быть положен интегральный индекс экологического состо яния по биологическим показателям, учитывающий такие гидробиологические параметры как численность и биомасса бентоса; число видов в сообществе; видовое разнообразие, оцениваемое по индексу Шеннона; биотический индекс Вудивисса и олигохетный индекс Пареле. Интегральный индекс (ЙБС) рассчитывается по формуле
, (1.5)
где: Bi – используемые биологические показатели, выраженные в относительных единицах на 4-балльной шкале;
Nb – количество отобранных биологических показателей.
На основе ИБС и интегрального индекса экологического состояния по химическим показателям (ИХС) вычисляется обоб щенный индекс экологического состояния водотока (ИИЭС), позволяющий выделить три типа экологического состояния: зону экологического бедствия, зону экологического кризиса, зону относительного экологического благополучия. На основе объединения нескольких биотических индикаторов путем оптимального распознавания образов возможно построение так называемого «обобщенного портрета» исследуемого сообщества организмов, т. е. уравнения оптимальной плоскости, переводящей пространство индикаторных признаков в бинарный вид и, соответственно, разделяющей это пространство на «нормальную» и «патологическую» [6].
Индекс Майера. Наиболее простая методика биоиндикации. Эта методика подходит для любых типов водоемов. Она более простая и имеет большое преимущество – в ней не надо определять беспозвоночных с точностью до вида. Метод основан на том, что различные группы водных беспозвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности. При этом организмы – индикаторы относят к одному из трех разделов, представленных в табл. 1.3.
Таблица 1.3.
Индекс Майера
|
Обитатели чистых вод, X |
Организмы средней чувствительности, Y |
Обитатели загрязненных водоемов, Z |
|
Личинки веснянок Личинки поденок Личинки ручейников Личинки вислокрылок Двустворчатые моллюски |
Бокоплав Речной рак Личинки стрекоз Личинки комаров – долгоножек Моллюски-катушки, моллюски-живородки |
Личинки комаров-звонцов Пиявки Водяной ослик Прудовики Личинки мошки Малощетинковые черви |
Нужно отметить, какие из приведенных в таблице групп обнаружены в пробах. Количество найденных групп из первого раздела необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего раздела – на 1.
Получившиеся цифры складывают:
. (1.6)
По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема: более 22 баллов – водоем чистый и имеет 1 класс качества; 17-21 баллов – 2 класс качества; 11-16 баллов – умеренная загрязненность, 3 класс качества; менее 11 – водоем грязный, 4-7 класс качества.
Простота и универсальность метода Майера дают возможность быстро оценить состояние исследуемого водоема. Точность метода невысока. Но если проводить исследования качества воды регулярно в течение какого-то времени и сравнивать полученные результаты, можно уловить, в какую сторону изменяется состояние водоема [1].
Достоинства и недостатки биологических методов оценки загрязнения вод. В результате анализа методов биоиндикации, по оценке загрязнения поверхностных вод можно выделить основные достоинства и недостатки, табл. 1.4.
Все перечисленные методы биоиндикации широко используются для оценки антропогенного воздействия биоценозы наземных и водных экосистем. При любых неблагоприятных условиях разнообразие видов в биоценозе уменьшается, а численность устойчивых видов возрастает.
Кроме этого методы биоиндикации имеют общие недостатки:
– численность большинства организмов имеет четко-выраженную сезонность, и зависят от погодных условий;
– для большинства методов требуются квалифицированные специалисты в определении видов живых организмов. Наряду с методами биоиндикации необходимо применение и метода биотестирования, для выявления и оценки действия факторов (в т. ч. и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов.
В настоящее время методики биоиндикации и биотестирования не имеют общепризнанной системы биологического анализа и нет требований, которым должна отвечать эта система [36].
Таблица 1.4.
Характеристика биологических методов оценки загрязнения вод
|
Наименование |
Преимущества |
Недостатки |
|
Сапробность воды по показателям перифитона |
Устанавливается по видовому составу индикаторных организмов, живущих в воде |
Приспособление организмов к существованию при различных условиях среды (эврибионтность) |
|
Сапробность воды по отдельным крупным таксонам зообентоса |
Повсеместное распространение таксонов: личинки хирономид (комары – звонцы) и олигохет (малощетинковые черви) |
Является характеристикой водной среды за некоторый промежуток времени и не дает оценки на момент исследования. Для получения надежных данных, как правило, пробоотборник должен находиться в реке не менее четырех недель. При этом в каждой точке проводят не менее трех повторных отборов. |
|
Биотический индекс Вудивисса |
Учитывает частую последовательность исчезновения групп индикаторных организмов по мере увеличения загрязнения. |
Не подходит для озер и прудов. Необходимо выяснить, какие индикаторные организмы имеются в исследуемом водотоке, в зависимости от чувствительности к загрязнению. Происходит изменение видовой структуры бентосных организмов по мере повышения уровня загрязненности воды, следовательно, наблюдается отмирание индикаторных таксонов. Пригодна в прибрежной зоне, где донная фауна разнообразна |
|
Индекс Гуднайта-Уотлея |
Используется для определения загрязнения водоема органическими веществами |
Используются для анализа только материалы дночерпательных проб. Следует иметь в виду, что изменения в донных отложениях происходят медленнее, чем меняется качество воды в водной среде |
|
Модифицированный олигохетный индекс (Э. А. Пареле) |
Основаны на отношении отдельных семейств олигохет к общей численности всех олигохет. |
Используется только для крупных рек в условиях Русской равнины. Индекс D1 применяется для малых рек с быстрым течением и разнообразной флорой. Индекс D2 для рек и водоемов с неблагоприятным кислородным режимом и бедным составом олигохет. |
|
Индекс Шеннона |
Придает большой вес редким видам. Подходит для целей сравнения в тех случаях, когда не интересуют компоненты разнообразия по отдельности. |
Невозможно включить в выборку все виды реального сообщества. |
|
Индекс Майера |
Подходит для любых типов водоемов. Используются организмы-индикаторы, чувствительные к различным условиям водной среды (обитатели чистых вод, организмы средней чувствительности и обитатели загрязненных водоемов). |
Точность метода невысока. |
МЕТОДЫ БИОТЕСТИРОВАНИЯ.
Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.
Для изучения рек и ручьев большое значение имеют перифитонные организмы, те, которые дают картину общего состояния воды за достаточно длительный промежуток времени, предшествующий исследованию. Быстрые колебания степени загрязнения воды плохо уловимы с помощью перифитона и для их наблюдения лучше подходят гидрохимические и бактериологические методы.
Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких водоемах.
Это обстоятельство заставляет при исследовании рек обращать внимание на быстрые места их течения - перекаты, плотины и т. д. Если мы хотим получить представление об общем состоянии реки, то станции необходимо выбирать именно здесь. Если же нас интересуют разовые или местные загрязнения необходимо исследовать обитателей дна в местах со слабым течением - в заводях, бочагах и т.п. После впадения в реку тех или иных загрязненных стоков последние сносятся течением вниз по реке и откладываются в более глубоких местах реки с замедленным течением.
Биологическое исследование стоячих водоемов, как правило, интерпретируется более легко. Здесь, прежде всего, необходимо проведение комплексных исследований с тем, чтобы иметь более полное представление о состоянии водоема. Чем крупнее исследуемый водоем, тем большее количество разнообразных станций надо выбирать по его периметру.
Почти любое использование воды влияет на ее качество. Использованная вода обычно возвращается в реки или отстойники для восстановления. Это может оказать нежелательное влияние на жизнь, если использованная вода будет сильно отличаться от естественной.
Сообщества зообентоса являются мониторными протекающей над ними воды, поскольку достаточно стабильно связаны с определенными биотопами в течение длительных отрезков времени, а загрязнения в наибольшей степени концентрируются в придонных слоях воды.
Общепринято, что оценка степени загрязнения водоемов по показательным организмам и их видовому разнообразию более объективна. Однако для оценки качества воды необходимо учитывать и региональную оценку.
Количество участков реки, выбираемых для обследования, определяется целями работы. При исследовании качества воды на всем протяжении водотока места отбора проб выбирают через равные интервалы от истока до устья.
При выборе участков отбора проб следует учитывать ряд условий. На них не должно быть мелководий с густой водной растительностью, а также затонов с застойной водой. И в том, и в другом случае донное население может значительно отличатся от такового на участках реки с нормальной скоростью течения воды.
Очень важно, чтобы в пробах на каждом из обследованных участков были представлены донные организмы различных биотопов: илистых, песчаных и каменистых грунтов. Чем разнообразнее участок по числу местообитаний, тем число проб должно быть больше. Но и на участках с однообразным дном число проб должно быть не менее трех.
Пробы грунта с обитающими в нем донными организмами отбирают с помощью специальных ловушек: закидной драги и сачкового скребка.
Оценка качества воды рек и озер по биотическому индексу.
О чистоте воды природного водоема можно судить по видовому разнообразию и обилию животного населения. Показателем качества воды может служить биотический индекс, который определяется по количеству ключевых и сопутствующих видов беспозвоночных животных, обитающих в исследуемом водоеме. Самый высокий биотический индекс определяется числом 10, он отражает качество воды экологически чистых водоемов, вода которых содержит количество биогенных элементов и кислорода, в ней отсутствуют вредные газы и химические соединения, способные ограничить обитание беспозвоночных животных.
Для определения биотического индекса необходимо взять пробу воды из водоема с помощью водного сачка. В исследуемой пробе определяют ключевые виды и группы сопутствующих видов. Под группой сопутствующих видов в одних случаях понимают род, или семейство, или класс беспозвоночных, в других - каждый вид.
Определив количество групп и число ключевых видов, находим в таблице вертикальный столбец и горизонтальную графу и на их пересечении определяем биотический индекс (табл.2.). Эта цифра и будет показателем биотического индекса данного водоема. Существенным дополнением к биотическому индексу может стать определение численности особей ключевых видов. Чем больше число особей ключевого вида, тем экологически чище водоем. Единичные особи ключевых видов свидетельствуют об ухудшении условий жизни. В оценку БПИ включены только виды и группы организмов, которые имеют значение для оценки качества воды.
Таблица 2.
Соответствие между типами водотоков, классами качества воды и биотическим индексом (БПИ).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По полученным значениям БПИ определяют санитарно-экологический тип водотока и класс качества вод, принятый в системе Общегосударственной службы наблюдений и контроля (табл.3).
Таблица 3.
Перерасчет результатов количественного учета на значение частоты
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Простота расчета БПИ за счет исключения из анализа некоторых групп, позволяет получить экспресс-информацию о качестве воды, как в лабораторных, так и в экспедиционных условиях.
Определение сапробности водоема по методу Пантле и Букка.
В 1955г. выходит работа Пантле и Букка (по Макрушину, 1978), в которой они характеризуют степень загрязнения индексом сапробности (S). Индикаторную значимость (s) они приняли у олигосапробов за 1, бета-мезосапробов за 2, бета-мезосапробов за 3 и полисапробов за 4. Относительное количество особей вида (h) оценивается следующим образом: случайные находки – 1, частая встречаемость 3 и массовое развитие – 5.
Данный метод позволяет сравнить состояние водоема в разных пунктах, например по продольному профилю реки, и представить результаты в цифровом и графическом виде. Зонам сапробности s придается цифровое значение от 1 до 4 в порядке возрастания загрязнения. Определяется также частота встречаемости h организмов в сообществе. Обе величины входят в формулу для вычисления индекса сапробности:
Ind s=S (sh) / (S h).
В полисапробной зоне он равен – 4,0-3,5, в бета-мезосапробной –3,5-2,5 в бета-мезосапробной зоне – 2,5-1,5 и в олигосапробной зоне 1,5-1,0.
Частоту встречаемости учитывают по девятибалльной шестиступенчатой шкале частот со следующими обозначениями: 1-очень редко, 2-редко, 3-нередко, 5-часто,7-очень часто, 9-масса. Кроме того, вводятся понятия «обнищание» и «мертвая» зона, что особенно характерно для промышленных стоков. Интервал точности для статистической надежности 95 %.
S=s±t0,05sS=2,51±2,02*0,1;
S=2,51±0,2.
Обычно индекс сапробности вычисляется с точностью до 0,1.
Однако многие виды-индикаторы встречаются в водах 2, 3 или 4-х зон сапробности, что является причиной неточности при установлении средней сапробности биоценоза.
По мнению Насибулиной Б.М. (Астраханский государственный университет): «метод Пантле-Букка дает более надежную информацию в районах, испытывающих влияния загрязнений органического характера, поэтому для объективной оценки загрязненности его целесообразно применять совместно с другими методами».
Индекс Вудивисса.
Этот метод является наиболее удачным для биологического анализа качества воды по составу донных ценозов. Он рекомендуется для использования в Общегосударственной системе биомониторинга. Этот метод базируется на анализе макрозообентоса и перифитона главным образом в зоне макрофитов. Индекс определяют по таблице. Значение индекса зависит от видового разнообразия и состава организмов. В таблице указана последовательность исчезновения из биоценозов организмов по мере увеличения загрязнения.
Индекс изменяется от 10 в чистых водоемах до 1 в загрязненных (табл.4).
Таблица 4.
Классификация биологических проб по Вудивиссу.
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В нашей стране использование метода Вудивисса встретилось с рядом проблем регионального характера. Так, например, поденки из рода Baёtis в ряде регионов могут быть эврисапробными и встречаться в самых разных водоемах, за исключением сильно загрязненных. Случайное попадание этих организмов в пробу может привести к существенному завышению индекса. Метод Вудивисса приемлем для грязных и сильно загрязненных вод; для более чистых вод биотические индексы занижены, так как отсутствовали личинки поденок, ручейников, веснянок и преобладали группы, которые в системе Вудивисса почти не отражены или же объединены в очень крупные таксоны.
Однако в целом применение биотического индекса Вудивисса дает положительные результаты. Наблюдается небольшие расхождения с гидрохимическими данными. Полная корреляция гидробиологических и гидрохимических показателей наблюдается в сильно загрязненных водоемах (по Насибулиной Б.М.). Кроме того метод не требует значительных временных затрат для получения и обработки данных.
Для быстрого и точного определения степени загрязнения воды в системе биомониторинга и прогнозирования может быть рекомендовано применение индекса Вудивисса в сочетании с уточненным индексом Пантле-Букка.
Индекс видового разнообразия Маргалефа.
В загрязненных водоемах обычно уменьшается разнообразие видов. Поскольку количество видов пропорционально логарифму изученной площади, а общее количество особей пропорционально площади, предложена в качестве меры формула
= (s-1) / ln N,
где S – количество видов; ln N-натуральный логарифм количества особей;`d - принимает максимальное значение, если все особи принадлежат к разным видам (S=N) и равен нулю, когда все особи принадлежат к одному виду (S=1).
По мере загрязнения индекс будет уменьшаться.
Индекс биоразнообразия Симпсона.
В качестве количественной оценки экологического состояния поверхностных вод по видовому разнообразию молюсков-биоиндикаторов можно использовать индекс биоразнообразия Симпсона D:
D=1/ (ΣPi2),
где P2i- видовое разнообразие в сумме видов сообщества, принятого за единицу. Также можно применять показатель жизненности биоиндикаторов G предложенной Ю.С, Бадтиевым (табл.5):
G=WS,
где W- относительное разнообразие биоиндикаторов в сумме, принятой за единицу; S- плотность биоиндикаторов на единице площади.
Экологическое состояние поверхностных вод водоемов оценивается по состоянию биоиндикаторов относительно состояния биоиндикаторов в нормальных условиях.
Таблица 5.
Индексы Симпсона и Бадтиева.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для повышения достоверности оценки экологического состояния поверхностных вод поиск контрольного водоема проводят с применением метода биотестирования. Этот метод основан на определении изменения интенсивности биолюминесценции некоторых бактерий в результате воздействия токсических веществ. Уменьшение интенсивности биолюминесценции пропорционально токсическому эффекту. По сравнению с биоиндикацией метод биотестирования более сложен, так как предусматривает приготовление контрольных и рабочих растворов, отбор проб воды для последующего анализа, который проводится в соответствии с «Методикой экспрессного определения токсичности воды» с помощью люминесцентного бактериального теста «Эколюм» (НР № 11-1/133-09, 2000г.). Методика биотестирования обладает высокой точностью (ошибка не более 2%). В результате исследований получают интегральную картину состояния воды, т. е. степень ее токсичности для человека.
Таблица 6.
Степень токсичности.
Индекс токсичности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученные результаты не требуется сравнивать с фоновой токсичностью, поскольку такое сравнение ведется автоматически.
Индекс токсичности рассчитывается следующим образом:
П=(I0-I/I0)100%
Где I0- интенсивность свечения контрольного (эталонного) раствора; I- интенсивность свечения раствора с добавлением исследуемой пробы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Современные методы контроля качества природных вод, полноты очистки сточных вод, влияния их на природные воды включают лишь химические показатели БПК и ХПК, а также содержания различных форм азота, фосфора и других химических веществ, на которые установлены ПДК. Ни один из этих показателей, ни все вместе взятые не могут непосредственно характеризовать токсичность воды для водных организмов. Это возможно лишь с помощью токсикологических опытов с использованием водных организмов-биоиндикаторов. Гидробионты реагируют на действие целого комплекса веществ, содержащихся в сточных водах. Нередко токсичность воды обусловлена присутствием веществ в столь низких концентрациях, что их невозможно идентифицировать из-за недостаточной чувствительности или отсутствия аналитического метода.
Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений.
Таким образом, можно сделать определенные выводы. В результате отбора, обработки и анализа материала по основным гидробиологическим показателям, мы получаем интегральную оценку качества воды. Основными индикаторными биоценозами рек являются перифитон и бентос, важнейшие характеристики которых лежат в основе обобщенной оценки. Видовой состав и численность обитателей водоема зависят от свойств воды. Главная идея биомониторинга состоит в том, что гидробионты отражают сложившиеся в водоеме условия среды. Те виды, для которых эти условия неблагоприятны, выпадают, заменяясь новыми видами с иными потребностями.
Если вы живете в сельской местности и пользуетесь водой из каких-либо местных водоемов (колодцы, реки, озера, подземные источники), то вам необходимо выяснить, пригодна ли эта вода для питья.
Одновременно вы проделаете общественно полезную работу для окружающего вас населения.
Природная вода, в зависимости от места ее нахождения, бывает атмосферная, морская, речная, колодезная, вода минеральных источников и т. д.
Наиболее чистой природной водой нужно считать атмосферную, но и в ней находятся различные примеси, попадающие в нее из воздуха.
Вода, проникающая в почву, называется почвенной. Она растворяет перегной и поэтому бывает богата органи ческими веществами.
Почвенная вода для питья негодна, так как в ней имеется много, бактерий, среди которых находятся болезнетворные.
Все виды природной воды в той или иной мере содержат различное количество солей, а поэтому их вкус различен.
При помощи кипячения воду можно освободить от газов, солей и других примесей, но не полностью. Даже перегнанная (дистиллированная) вода не свободна от растворимых в ней газов. Только химически чистая вода не имеет никаких примесей.
Вода в зависимости от содержания солей может быть мягкая или жесткая.
На практике используют различные методы определения качества воды:
1. Определение прозрачности воды.
На стенку цилиндра наклейте узкую полоску миллиметровой бумаги. Цилиндр установите на печатный текст и начинайте вливать дистиллированную воду, следя за тем, чтобы можно было читать сверху через воду напечатанное. Воду вливайте до тех пор, пока можно различать шрифт. Отметьте, на какой высоте исчезла видимость шрифта. Затем налейте еще некоторое количество воды и начинайте через сифон спускать воду до тех пор, пока не появится четкая видимость букв и цифр. Снова отметьте уровень воды в сантиметрах и сравните с высотой уровня в первом случае. При правильном проведении опыта и нормальном зрении обе величины должны совпадать.
Степень прозрачности определяется высотой жидкости в сантиметрах.
После того как будет установлена прозрачность дистиллированной воды, приступите к определению прозрачности испытуемой воды. Для этого удалите из цилиндра дистиллированную воду и налейте в нее испытуемую воду, предварительно ее взболтав. Наблюдайте, как было уже указано выше, и установите прозрачность данной воды.
2. Определение цвета воды.
Для определения цвета воды существует несколько способов: а) более упрощенный, при помощи сравнения с дистиллированной водой, или б) более сложный, колориметрический, который является более точным.
В одну пробирку налейте дистиллированную воду, в другую испытуемую. Обе пробирки поставьте рядом и сзади приложите лист чистой белой бумаги.
Сравнивая окраску воды в пробирках, установите цвет испытуемой воды.
Вода может иметь различные оттенки: розоватый, желтоватый, зеленоватый и т. д.
Чаще всего вода в открытых водоемах и колодцах имеет желтоватый цвет от примесей железа.
3. Определение взвешенных частиц в воде.
В мерную литровую колбу налейте до черты испытуемую воду, некоторое время ее взбалтывайте, затем фильтруйте через бумажный фильтр, предварительно высушенный и взвешенный на точных весах. После этого фильтр выньте из воронки и просушите в сушильном шкафу при температуре 105-110 °C в течение 30 минут, затем фильтр перенесите в эксикатор, где он остынет в течение 20 минут, после чего его быстро взвесьте.
Количество взвешенных частиц в миллиграммах на литр воды определите по разности веса фильтра до опыта и со взвешенными веществами.
4. Определение запаха и вкуса воды.
Нормальная вода не имеет запаха и приятна на вкус. Если вода имеет запах тухлых яиц, то в ней содержится сероводород, особенно это заметно бывает при нагревании. Если вода имеет затхлый или гнилостный запах, это означает, что в ней содержится много разложившихся органических веществ.
Наличие в воде сероводорода можно определить химическим путем при помощи йодометрии, которая заключается в том, что йод, являясь окислителем, вступает во взаимодействие с сероводородом и, отнимая от иона серы два электрона, восстанавливается до иона I-. Сера же, отдав свои электроны, выделяется в свободном состоянии.
I2 + Н2S = 2HI + S.
В растворе получается йодистый водород.
Возьмите 50 мл испытуемой воды и прибавьте к ней по каплям раствора йода (можете использовать йодную настойку).
Если в испытуемой воде имеется сероводород, то жидкость не окрасится от прибавления йода в коричневый цвет, а начнет мутнеть от взвешенных частиц серы.
5. Определение щелочности или кислотности воды.
Вода может содержать кислоту или щелочь, но чаще всего бывает нейтральна.
Щелочность воды можете определить при помощи 2-процентного спиртового раствора фенолфталеина.
Возьмите в пробирку до половины ее объема испытуемой воды и прилейте несколько капель раствора фенолфталеина. Если жидкость окрасится в розовый цвет, то вода имеет щелочную реакцию.
Кислотность определяется при помощи 1-процентного раствора метилового оранжевого. В пробирку с 10 мл испытуемой воды прилейте несколько капель водного раствора метилового оранжевого.
Если цвет индикатора изменится из оранжевого в красный, вода содержит кислоту.
При желании можно провести количественное определение щелочи или кислоты при помощи титрования. Определение щелочности ведите 0,01 n раствором НС1, а кислоты — 0,01 n раствором едкого натра.
6. Определение жесткости воды.
Жесткой водой называют воду, содержащую главным образом кальциевые и магниевые соли. В такой воде плохо развариваются овощи, мыло не мылится, после кипячения воды на стенках сосудов образуются большие отложения накипи. Происхождение жесткой воды объясняется тем, что вода, проходя через слои, богатые солями кальция и магния, растворяет последние и насыщается ими.
Различают три вида жесткости: временную, или карбонатную, постоянную, или некарбонатную, и общую. При временной жесткости в воде находятся бикарбонаты кальция и магния, которые при кипячении осаждаются:
Са(НСО3)2 = СаСО3 + СO2 + Н2O
Присутствие в воде сернокислых, хлористых и азотнокислых солей характеризует постоянную жесткость. Наличие в воде тех и других (карбонатных и некарбонатных) солей вызывает общую жесткость.
Сначала определите временную жесткость воды. Для этого профильтруйте 100 мл воды, затем прибавьте в нее 2-3 капли раствора индикатора метилового оранжевого и титруйте 0,1 n раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски в оранжево-красную.
Допустим, что на титрование 100 мл воды пошло 0,5 мл 0,1 n раствора соляной кислоты, то на 1 л идет 5 мл.
Hk = (n∙0,0028∙10000)/20,04 = 1,4 n.
где Hk – карбонатная жеткостть, n – количество мл 0,1 n раствора HCl, исрасходованного на титрование, 0,0028 – титр соляной кислоты на оксид кальция в мг/л воды, 20,04 – коэффициент для пересчета мг-эквивалент жесткости.
Так как Вы затратили 5 мл 0,1 n раствора HCl, то n = 0,5 мл, а жескость воды равна 5∙1,4 7 мг-екв.
При титровании происходит следующая реакция:
Са(НСО3)2 + 2НС1 = СаСl2 + 2Н2O + 2СO2.
Мg(НСО3)2 + 2НС1 = МgСl2 + 2Н2O + 2СO2↑.
Для определения временной жесткости в градусах необходимо число миллилитров израсходованной кислоты умножить на 2,8 В. В данном случае 0,5 мл∙2,8 = 1,4 градуса в 100 мл воды, а в 1 л 14 градусов, что составляет 10 мг. 14 = 140 мг Са. (1 градус жесткости соответствует в 1 л воды 10 мг Са.)
Для определения постоянной жесткости воды приготовьте децинормальные растворы едкого натра и углекислого натрия, отмерьте по 12,5 мл каждого и слейте вместе. Можно сразу приготовить смесь, взяв 2 г едкого натра и 2,75 г карбоната натрия на 1 л дистиллированной воды. Полученную смесь (25 мл) прилейте к 100 мл испытуемой воды и выпарьте досуха на водяной бане, после чего остаток обработайте дистиллированной водой, свободной от СО2, для чего дистиллированную воду кипятите в течение 5 минут. Жидкость отфильтруйте от осадка и последний промойте, а жидкость опять отфильтруйте. Оба фильтрата слейте вместе и титруйте 0,1 n раствором НС1 в присутствии индикатора метилового оранжевого.
По числу миллилитров израсходованной кислоты можно определить количество находившихся в остатке щелочей. Допустим, что на титрование израсходовано 11 мл 0,1 n раствора НС1. Следовательно, на осаждение сульфата кальция и сульфата магния израсходовано 25 мл — 11 мл = 14 мл раствора карбоната натрия и едкого натра, что соответствует согласно формуле Н0= 1,4(m-n) = 4,2 мг-экв.
Подставьте данные в формулу и вы получите: НС1 = 1,4 -(14-11) = 4,2 мг-экв или в 1 л содержится 20,04∙4,2 = 84,168 мг кальция.
Определение общей жесткости проводится несколько иначе: возьмите по 12,5 мл децинормального раствора едкого натра и углекислого натрия и кипятите в течение 3 минут с момента закипания жидкости. Полученную жидкость в охлажденном состоянии слейте в мерную колбу емкостью 200 мл. Сосуд, где была жидкость, сполосните дистиллированной водой и влейте ее в мерную колбу, затем в колбу влейте дистиллированную воду до метки. Взболтайте жидкость в колбе и фильтруйте через обыкновенный фильтр. Первые 30-40 мл вылейте, а из остального фильтрата возьмите 100 мл, которые титруйте в присутствии индикатора метилового оранжевого 0,1 n НС1 до перехода окраски из желтой в оранжево-красную. Количество затраченных мл 0,1 n раствора НС1 (11 мл) умножьте на 2, произведение вычтите из 25 (количество смеси NaОН и Na2СO3), остаток умножьте на 2,8. Получите градусы общей жесткости. (25 мл ‒ 11∙2)-2,8 = 8,4 градуса. 10 мг∙8,4 = 84 мг Са.
Природные воды по своей жесткости классифицируются следующим образом:
Мг-экв Са и Мg В градусах
Очень мягкая 0,5—1,5 1—3
Мягкая 1,5—3 3—6
Средняя 3—6 6—12
Жесткая 6—10 12—20
Очень жесткая Более 10 Более 20
Для борьбы с жесткостью воды прибегают к специальной очистке при помощи различных щелочей и солей.
Очистить воду от углекислых солей кальция и магния можно кипячением или химическим путем при помощи осаждения следующими реактивами: Са(ОН)2, NаОН, Na2СO3, Nа2НРO4, ВаСO3 и т. д.
Существует несколько способов смягчения воды. Наиболее распространенным способом следует считать содово-известковый способ:
Са(НCO3)2 + Са(ОН)2 = 2СаС03↓ + 2Н2O.
Мg(НСO3)2 + Са(ОН)2 = СаСO3 + МgСO3 + 2Н2O.
Бикарбонат кальция находится в растворе, при прибавлении извести он переходит в карбонат кальция, и последний выпадает в осадок. Бикарбонат магния под действием щелочи переходит в углекислый магний, выпадающий в осадок. После фильтрования вода становится мягкой.
Другой способ удаления жесткости воды при помощи едкого натра:
Са(НСО3)2 + 2NaОН = СаСО3↓ + Na2СО3 + 2Н2О.
Мg(НСО3)2 + 2NaОН = МgСО3 + Na2СО3 + 2Н2O.
Для смягчения воды применяют также фосфорнокислые соли натрия —тринатрийфосфат и динатрийфосфат:
СаSO4 + Nа2НРО4 = СаНРO4 + Nа2SO4.
Са(НСО3)2 + Na2НРO4 = СаНРO4 + 2NаНСO3.
7. Опреление железа в воде.
В воде могут быть закисные или окисные соли железа. Сначала определите наличие окисных соединений. Для этой цели используйте следующие реактивы: роданистый калий или роданистый аммоний, или железисто-синеродистый калий. В пробирку налейте испытуемой воды до половины ее объема и прилейте несколько капель 5-процентного раствора роданистого калия или аммония. Если жидкость окрасится в красный цвет, то можно быть уверенным, что в воде имеются окисные соединения железа. Соли закисного железа не дают красного окрашивания с роданистыми соединениями. Если в школе нет роданистого калия или аммония, можно использовать другой реактив — железистосинеродистый калий (желтая кровяная соль). 5-процентный раствор железистосинеродистого калия по каплям прилейте в испытуемую воду. Появление синей окраски указывает на присутствие солей окисного железа. Соли окисного железа при взаимодействии с железистосинеродистым калием дают берлинскую лазурь.
Можете также использовать основную уксуснокислую соль натрия, приливая ее в кипящую воду; при наличии в ней солей окисного железа выпадает красно-бурый осадок.
Если в воде отсутствуют соли окисного железа, а есть соли закисного железа, то для их определения существует весьма чувствительный реактив — железосинеродистый калий (красная кровяная соль), дающий синий осадок турнбулевой сини.
Для перевода закисного железа в окисное поступают следующим образом: в воду прибавляют серную или соляную кислоту и нагревают ее до кипения, затем по каплям прибавляют концентрированную азотную кислоту.
Если в воде находится железо, то раствор становится буро-желтым, что указывает на наличие окисного железа.
8. Определение органических соединений в воде.
Вода, проходя через почву, растворяет некоторые органические соединения. Для их определения применяют марганцовокислый калий.
В пробирку с испытуемой водой прилейте немного раствора марганцовокислого калия и нагрейте до кипения. При наличии органических веществ в воде появляется темно-коричневый осадок диоксида марганца.