Оценка качества воды в ерике Кигач (Астраханская область)

Содержание:

Введение………………………………………………………………………......2

Глава 1. Литературный обзор …. …….…………………………………........3

1.1. Показатели качества воды…………………………………………………..3

1.1.1.Температура воды…………………...………………………………………3                1.1.2. Органолептические показатели………………………..................………..5

1.1.3. Гидрохимические показатели……………………………...……..………..8

1.2. Источники загрязнения поверхностных водоемов………………….……16

Глава 2. Материалы и методы исследований………………………..……..19

2.1. Характеристика места исследования ………………………………..….....19

2.2. Методика отбора  проб воды……………………………………………..…20

2.3. Назначение комплект-лаборатории «НКВ»……………………………....20

Глава 3. Результаты исследований………………………………………….. 30

Заключение………………………………………………………………….…..32

Выводы…………………………………………………………………….…….33

Список литературы………………………………………………………….....34

Введение

В настоящее время  проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод) является наиболее актуальной, в связи с возрастанием антропогенной нагрузки, которая безвозвратно изменяет их качество и естественный режим сбросами и отходами.

Трудно переоценить  роль воды в нашей жизни. Недостаточный  уровень очистки и обеззараживания  при использовании сточных вод, устаревшее оборудование на очистных станциях – все это негативно сказывается на здоровье человека и ставит вопрос о необходимости анализа воды в современных условиях. Поэтому весьма актуален вопрос контроля качества и анализа воды ( www. planetwa/zagraznenie_vody.ru)

Качество воды – общая  проблема практически для всех регионов России. Она касается, в наибольшей степени, поверхностных водных объектов, интенсивно используемых человечеством. Будущее водных ресурсов требует, чтобы основное направление по их охране заключалось не только в борьбе с последствиями загрязнения, но и в постоянном применении более рационального и более эффективного принципа – борьба с причинами этого неблагоприятного процесса, т. е. решение проблемы охраны должно осуществляться профилактически (Каминский В.С., 1982).

Исследование ерика  Кигач, берущего начало из реки Кизань  актуально, так как Кигач является хозяйственно – питьевым  источником воды для всех окрестных  поселений.

Цель курсовой работы: оценка качества воды в ерике Кигач.

Задачи:

1. Определить органолептические показатели качества воды в ерике Кигач;

2. Определить гидрохимические показатели качества воды в ерике Кигач.

                                   Глава 1. Литературный обзор

1.1. Показатели качества воды

Качество воды – это  характеристика состава и свойств  воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования. Качество воды оценивается комплексом разнообразных показателей. Большинство показателей применяется для оценки воды любого происхождения и назначения. Однако в зависимости от степени загрязненности воды и вида водопользования число и набор показателей, достаточных для характеристики ее качества, может существенно изменяться (Никаноров, А. М., 2005).

К важнешим показателям, по значениям которых оценивается  экологическое состояние водоема относятся гидрологические, органолептические, гидрохимические, гидробиологические и микробиологические показатели. Все они, за исключением гидрологических, нормативно обеспечены, т.е. имеют соответствующие величины ПДК, ОБУВ (Петин А.Н.с соавт., 2006).

1. Температура

Температура является важной гидрологической характеристикой  водоема, показателем возможного теплового загрязнения. Температура воды в водоеме является результатом нескольких одновременно протекающих процессов, таких, как солнечная радиация, испарение, теплообмен с атмосферой, перенос тепла течениями, турбулентным перемешиванием вод. Обычно прогревание воды происходит сверху вниз. Годовые и суточные изменения температуры воды на поверхности и глубинах определяются количеством тепла, поступающего на поверхность, а также интенсивностью и глубиной перемешивания. Суточные колебания температуры могут составлять несколько градусов и обычно наблюдаются на небольшой глубине. На мелководье амплитуда колебаний температуры воды близка к перепаду температуры воздуха.

Основные источники  промышленных тепловых загрязнений  – теплые воды электростанций (прежде всего атомных) и крупных промышленных предприятий, образующиеся в результате отведения тепла от нагретых агрегатов и машин. Электростанции часто сбрасывают в водоемы воду, имеющую температуру на 8-12⁰С больше, чем забираемая из того же водоема вода.

Тепловое загрязнение  опасно тем, что вызывает интенсификацию процессов жизнедеятельности и ускорение естественных жизненных циклов водных организмов, изменение скоростей химических и биохимических реакций, протекающих в водоеме. В условиях теплового загрязнения значительно изменяются кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения водоема, изменяется интенсивность фотосинтеза. В результате этого нарушается, часто необратимо, природный баланс водоема, складываются особые экологические условия, негативно сказывающиеся на животном и растительном сообществе, в частности:

• подогретая вода дезориентирует водные организмы, создавая условия для истощения пищевых ресурсов;
• усиливаются температурные различия по вертикальным слоям, особенно в холодный сезон;
• при повышении температуры воды уменьшается концентрация растворенного кислорода, что усугубляет кислородный режим, особенно в зонах сброса коммунально-бытовых стоков;
• при повышенной температуре многие водные организмы, и в частности рыбы, находятся в состоянии стресса, что снижает их естественный иммунитет;
• происходит массовое размножение сине-зеленых водорослей;
• образуются тепловые барьеры на путях миграции рыбы;
• уменьшается видовое разнообразие растительного и животного населения водоемов.

1.1.2. Органолептические показатели

        Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена быстро и без каких-либо приборов. К органолептическим характеристикам относятся запах, вкус и привкус, цветность, мутность, прозрачность, пенистость. При органолептических наблюдениях особое внимание обращают на явления, необычные для данного водоема или водотока и часто свидетельствующие о его загрязнении: гибель рыбы и других водных организмов, растений, выделение пузырьков газа из донных отложений, появление повышенной мутности, посторонних окрасок, запаха, цветения воды, нефтяной пленки. (Митчелл М., Стапп У.,1995).

         Запах. Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.

Запах по характеру  подразделяют на две группы, описывая его субъективно по своим ощущениям (табл. 1):

1. естественного происхождения (от живущих и отмерших организмов, от влияния почв, водной растительности);

2) искусственного  происхождения (Петин А.Н. с соавт., 2006).

Таблица 1

Характер  и интенсивность запаха

Вкус и  привкус. Различают четыре вкуса: солёный, кислый, горький, сладкий. Остальные вкусовые ощущение называются привкусами: солоноватый, горьковатый, металлический и т. д. Соленый вкус в большинстве случаев вызывается растворенными солями. Кислый вкус вызывается органическими кислотами: яблочной, щавелевой, муравьиной, винной и др. Сладкий и горький привкусы обусловливаются наличием в воде низкомолекулярных органических соединений (http://www.monolit.info/vod/poleznoe_pokazateli.)

Цветность. Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений; выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами (Митчелл М., Стапп У., 1995).

Цветность природных  вод обусловлена главным образом  присутствием гумусовых веществ  и соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т.п. Сточные воды некоторых предприятий также могут создавать довольно интенсивную окраску воды. Цветность природных вод колеблется от единиц до тысяч градусов.

Различают «истинный  цвет», обусловленный только растворенными веществами, и «кажущийся» цвет, вызванный присутствием в воде коллоидных и взвешенных частиц, соотношения между которыми в значительной мере определяются величиной pH (Никаноров А.М., 2005).

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

Высокая цветность  воды ухудшает ее органолептические  свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ (Петин А.Н. с соавт., 2006).

Мутность. Мутность природных вод вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения (Каминский В.С.,1982).

Источниками мутности могут являться: соединения железа и марганца, коррозия водопроводных коммуникаций, содержание природных тонкодисперсных глинистых соединений. Мутность воды обусловливается наличием в ней различного рода механических примесей, находящихся во взвешенном состоянии: частиц песка, глины, илистых частиц органического происхождения и др. Мутность обычно свойственна воде поверхностных источников и главным образом рек. От характера грунта дна и берегов рек и от скорости течения воды зависит степень вымывания частиц грунта, увлекаемых водой. Воду в зависимости от степени мутности подразделяют на: мутность не заметна (отсутствует), слабоопалесцирующая, опалесцирующая,  слабо мутная,  мутная, очень мутная.

Мутность воды определяют специальными приборами  – мутномерами. Содержание взвешенных веществ в речной воде меняется в течение года, возрастая в период дождей и доходя до максимума в период паводков. Наименьшая мутность речной воды наблюдается обычно в зимнее время, когда река покрыта льдом (Петин А.Н. с соавт., 2006).

Прозрачность. Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Увеличение количества грубодисперсных примесей и мутности характерно для загрязненных и эвтрофных водоемов (Митчелл М., Стапп У., 1995).

Воду в зависимости  от степени прозрачности условно подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в водоем белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа. Последний метод, регламентированный ИСО 7027, позволяет судить о прозрачности воды практически в любых условиях и на любом водоеме, независимо от его глубины, погодных условий и др. (Петин А.Н.с соавт., 2006).

Пенистость. Пенистостью считается способность воды сохранять искусственно созданную пену. Данный показатель может быть использован для качественной оценки присутствия таких веществ, как детергенты (поверхностно активные вещества) природного и искусственного происхождения и др. Пенистость определяют, в основном, при анализе сточных и загрязненных природных вод (Каминский В.С.,1982).

1.1.3. Гидрохимические показатели

Данная группа включает показатели, свойственные воде в ее естественном (природном) состоянии, характеризующие химический состав воды и определяемые, как правило, гидрохимическими методами. Количественные данные по этим показателям занимают значительное место в совокупности данных о состоянии водного объекта и могут быть определены без серьезных трудностей полевыми и лабораторными методами, при соблюдении правил отбора и хранения проб (Никаноров, А. М. ,1984).

Растворенный  в воде кислород – необходимый показатель сохранения здоровья водной экосистемы. Стабильный уровень содержания растворенного в воде кислорода необходим для обеспечения жизни организмов – аэробов, которые участвуют в процессах естественной очистки воды. При снижении концентрации растворенного кислорода в воде до 5.0 мг/л, организмы находятся в угнетенном состоянии. Уровень концентрации кислорода ниже 1-2 мг/л в течение нескольких часов приводит к массовой гибели рыбы. На поверхности водоема концентрация кислорода близка к равновесной, а в глубинных слоях она уменьшается (Гелашвили Д.Б. с соавт.,2002).

На содержание кислорода в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:

• процесс абсорбции кислорода из атмосферы;
• выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;
• поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом.

Абсорбция кислорода  из атмосферы происходит на поверхности  водного объекта. Скорость этого  процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. При каждом значении температуры существует равновесная концентрация кислорода, которую можно определить по специальным справочным таблицам, составленным для нормального атмосферного давления. Аэрация – обогащение глубинных слоев воды кислородом – происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе ветрового, вертикальной температурной циркуляции и т.д.

Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью. Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше биогенных (питательных) веществ (P, N и др.) в воде. Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и сезона может быть различной, от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров) (Петин А.Н. с соавт., 2006).

Таблица 2

Содержание  кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности

Химическое  потребление кислорода (ХПК) – это количество кислорода, потребленное при общем химическом окислении органических компонентов до неорганических продуктов. Обусловлено содержанием в воде органических веществ и может служить характеристикой загрязненности воды (Зинченко Т.Д. с соавт., 2000).

Величина, характеризующая  содержание в воде органических и  минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды. Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм³ воды.

В водоемах и  водотоках, подверженных сильному воздействию  хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (табл. 3).

Таблица 3

Величины  ХПК в водоемах с различной степенью загрязненности

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг О/дм³ (Петин А.Н.с соавт.,2006).

Биохимическое потребление кислорода (БПК) –показатель качества воды, характеризующий количество кислорода, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20ºС, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов. (Гелашвили Д.Б. с соавт.,2002).

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

 Биохимическое  окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся («биологически мягким») веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин и др. Медленно разрушаются «биологически жесткие» вещества, такие, как гидрохинон (Зинченко Т.Д., 2000).

Определение БПК основано на измерении концентрации РК в пробе воды непосредственно  после отбора, а также после  инкубации пробы. Инкубацию пробы проводят без доступа воздуха в кислородной склянке в течение времени, необходимого для протекания реакции биохимического окисления. Так как скорость биохимической реакции зависит от температуры, инкубацию проводят в режиме постоянной температуры (20± 1) °С. Обычно определяют БПК за 5 суток инкубации (БПК₅), однако содержание некоторых соединений более информативно характеризуется величиной БПК за 10 суток или за период полного окисления (БПК₁₀ или БПК_полн соответственно). Погрешность в определении БПК может внести также освещение пробы, влияющее на жизнедеятельность микроорганизмов и способное в некоторых случаях вызывать фотохимическое окисление. Поэтому инкубацию пробы проводят без доступа света (в темном месте). Ориентировочно принимают, что БПК₅ составляет около 70 % БПК_полн, но может составлять от 10 до 90 % в зависимости от окисляющегося вещества.

  В поверхностных водах величины БПК₅ изменяются обычно в пределах 0,5–4 мг O₂/дм³ и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Сезонные колебания зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2–3 раза при повышении температуры на 10^oC. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности. Суточные колебания величин БПК₅ также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2,5 мг О₂/дм³ в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления. Весьма значительны изменения величин БПК₅ в зависимости от степени загрязненности водоемов (табл.4)

Таблица 4

Величины  БПК₅ в водоемах с различной степенью загрязненности

Определение БПК₅ в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины БПК₅ при контролировании эффективности работы очистных сооружений (Петин А.Н. с соавт., 2006).

Активная  реакция воды определяется концентрацией водородных ионов; выражается через pH. При pH=7 среда нейтральная; при pH<7 среда кислая, при pH>7 среда щелочная.

Изменения pH тесно  связаны с процессами фотосинтеза (при потреблении CO₂ водной растительностью высвобождаются ионы ОН^-). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов.

Значение pH в  речных водах обычно варьирует в пределах 6,5–8,5. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства речных вод составляет 6,8–7,4, летом - 7,4–8,2.

Величина концентрации ионов водорода имеет большое  значение для химических и биологических  процессов, происходящих в природных  водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов. Величина pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп (табл. 5) (Семенова А.Д., 1977).

Таблица 5

Группы  природных вод в зависимости  от рН

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание растворимых солей кальция и магния  называют общей жесткостью. Общая жесткость подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатную – концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды (точнее при температуре более 60 ⁰С) гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой. Остающаяся после кипячения жесткость (обусловленная хлоридами или сульфатами) называется постоянной.

В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обусловливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах. Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катионов, имеющие разную молекулярную массу, концентрации солей жесткости, или жесткость воды, измеряется в единицах эквивалентной концентрации – количеством г-экв/л или мг-экв/л. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/дм³ считается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/дм³ – средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/дм³ – жесткой и выше 12 мг-экв/дм³ – очень жесткой. Общая жесткость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен мг-экв/дм³, причем карбонатная жесткость составляет до 70–80 % от общей жесткости.

Жесткость поверхностных  вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья (Гелашвили Д.Б. с соавт.,2002).

Допустимая  величина общей жесткости для  питьевой воды и источников централизованного водоснабжения составляет не более  
7 мг-экв/л (в отдельных случаях – до 10 мг-экв/л) (Петин А.Н.с соавт.,2006).

Щёлочность обусловлена наличием в воде анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов). Их сумма называется общей щелочностью. При анализе воды на щелочность в большинстве случаев ориентируются на содержание в воде гидрокарбонатов.. Щелочность природной воды чаще всего зависит от количества растворенных в ней солей угольной кислоты. Однако кроме них в воде могут быть и другие карбонатные соединения: углекислый газ и молекулярная угольная кислота. Концентрация последней очень мала по сравнению с содержанием углекислоты, поэтому ее в расчетах не учитывают (Гелашвили Д.Б. с соавт.,2002).