III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

РЕЧКА В ЮЖНОМ ПОСЁЛКЕ
Поздеева А.А.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Вода имеет важное значение во всех природных процессах, совершающихся на Земле и играет большую роль в практической деятельности человека. Непрерывно совершающийся круговорот воды в природе обуславливает поступление воды на континенты.

Вода растворяет и механически разрушает горные породы, осуществляет формирование облика земной поверхности.

Многообразие явлений и процессов, происходящих в гидросфере с далеко не всегда разумным и не продуманным использованием воды, привело к обострению водной проблемы. Вода, считавшаяся ранее совсем бесплатным даром природы, приобрела ранг «ресурсов».

Сейчас человек столкнулся с проблемой получения чистой воды, безопасной для здоровья. Проблема состоит не в общем количестве ресурсов ( воды в мире сейчас столько же, сколько было миллион лет назад ),а в том, что 97% мировых запасов – соленая вода, а из оставшихся трех процентов воды 2/3 находится в виде льда, а 1/3 интенсивно растворяет загрязнение, которое дает человек. Основные загрязнения природных вод – техногенные, бытовые и сельскохозяйственные.

Целью исследования является оценка экологического состояния реки на всем ее течении от истока устья; выявление основных источников загрязнения и разработка предложений по проведению мероприятий по оздоровлению реки.

Задачи исследования:

1. Знакомство с теорией по данной проблеме;

2. Составление плана местности;

3. Определение физических и химических показателей воды (прозрачность, реакция среды, запах, жесткость, качественное содержание катионов и анионов в воде).

В течение 2 месяцев мы работали над исследовательским проектом, проводили исследования в группах.

Оценка экологического состояния проводилась на основе проведения химического и животного мира реки, причем особое внимание уделялось видам растений и животных, которые являются индикаторами чистоты и загрязнения вод.

-1-

1. Методика исследования

План работы по проекту «Речка в Южном поселке». Общее исследование качества речной воды:

  1. Взять пробы воды из реки.

  2. Описать состояние дна реки (визуально) и ее берегов (наличие постоянных предметов, мусора).

  3. Исследовать рН и жесткость воды.

Гидрофизические исследования:

  1. Измерить ширину и глубину реки в данном месте.

  2. Описать рельеф берегов реки.

  3. Измерить скорость течения реки.

  4. Определить прозрачность, цвет, запах воды.

  5. Дать воде отстояться, описать осадок.

Гидробиологические исследования:

  1. Собрать водную флору и фауну в сосуд с водой.

  2. Определить виды имеющихся объектов.

  3. Описать внешний вид объектов, отметить изменения.

Гидрохимические исследования:

  1. Обнаружение катионов (кислотно-щелочной метод качественного анализа).

  2. Обнаружение анионов (в основу классификации положена различная растворимость солей бария и серебра).

Социологические исследования:

  1. Составление вопросов.

  2. Опрос родителей и соседей.

  3. Выборочный опрос жителей микрорайона.

Для гидрохимических исследований необходимы банки для забора воды с этикетками и набор реактивов для качественного определения ионов NO3-, NH4+, SO42-, CI-, Fe2+, Fe3+, Cu2+ и др., а также для определения рН и жесткости воды, стеклянная посуда.Для гидрофизических исследований необходимо: резиновый мяч и секундомер для определения скорости течения реки, рулетка, мерный цилиндр и диск для определения прозрачности воды, фильтры, груз на веревке для определения глубины. Для гидробиологических исследований необходимо: сетка, сачок, «грабли» для водорослей, определители водной флоры и фауны, стандартный школьный микроскоп. -2-

1.1 Общее исследование качества речной воды.

Методика определения степени пригодится воды для питья.

Физические свойства питьевой воды: вода прозрачная, без запаха. Без вкуса, в тонком слое бесцветна. А в толстом имеет голубую окраску.

Прозрачность воды определяется по следующим критериям: прозрачная вода, слабо опалесцирующая, слабомутная, мутная, очень мутная.

Прозрачность воды обуславливается ее цветом и мутностью, т.е. содержанием в ней различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.

Для определения количества взвешенных веществ (оценка мутности) необходимо взять до 1 литра воды и бумажный фильтр. После этого фильтр высушивается и взвешивается на весах. Количество взвешенных частиц, осевших на фильтре, определяется по формуле, и полученное значение пересчитывается на 1 литр.

X = (B-A)/V, где X – масса взвешенных веществ в 1 литре воды, г;

B – вес фильтра со взвешенными веществами, мг;

A – вес фильтра до фильтрования, Мг;

V – объем исследуемой воды, мл.

Х = (3200 мг – 500 мг)/250 мл=10,8 мг/мл, в пересчете на 1 литр, получаем 0,0108 мг/л.

Мутность воды должна быть не более 1 мг/л. А в отдельных случаях не более 2.

Для определения цвета берем 0,5 л дистиллированной воды, два химических цилиндра высотой 20 см, лист белой бумаги, бумажный фильтр.

  1. Фильтруем через фильтр исследуемую воду;

  2. Наливаем исследуемую воду в цилиндр;

  3. В другой цилиндр наливаем дистиллированную воду;

  4. Сравним цилиндры с водой над листом чистой бумаги;

  5. Определяем цвет воды4

Окраска не обнаруживается при высоте столба 16 см. Для питья пригодна вода, если ее окраска не обнаруживается при высоте столба более 20 см, а для технический целей – 10 см. Для определения характера и интенсивности запаха питьевой воды используем: 100 мл воды, широкогорлая колба емкостью 1500-2000 мл, часовое стекло, шкала интенсивности запаха. -3-

  1. Наливаем в колбу мл воды;

  2. Закрываем колбу часовым стеклом и нагреваем до 40-50 0С;

  3. Колбу встряхиваем, производя вращательные движения снимаем стекло и определяем обонянием характер и интенсивность запаха.

Качества запаха характеризуется: болотистый, затхлый, гнилостный, хлорный и т.д.

Шкала интенсивности запаха

Интенсивность

Балл

Характеристика запаха

Никакого

0

Запах не ощущается.

Очень слабый

1

Запах обнаруживается только опытным путем.

Слабый

2

Обнаруживается только тогда, когда на него кто-то обращает внимание.

Заметный

3

Запах, который замечается сразу.

Отчетливый

4

Запах, заставляющий отказаться от питья.

Очень сильный

5

Настолько сильный, что вода не пригодна для питья.

Исследуемая вода имеет слабый запах (2 балла).

В питьевой воде при температуре 200С допустимо наличие запаха не более 2 баллов.

Методика определения по запаху воды вида загрязняющего состава.

Запах воды

Вещества, загрязняющие воду

Химический

Промышленные сточные воды, химическая обработка воды.

Хлорный

Свободный хлор.

Углеводородный

Стоки нефтеочистительных заводов.

Затхлый

Органические вещества.

Лекарственный

Фенолы и йодоформ.

Сернистый, неприятный или сильно выраженный

Сероводород – показатель сильного загрязнения воды гниющими отбросами.

Землистый

Сырая земля.

Гнилостный, канализационный

Застоявшиеся сточные воды.

Исследуемая вода имеет канализационный запах.

-4-

1.2. Определение рН раствора

Для определения рН раствора пользуемся желтой универсальной индикаторной бумагой. Желтая индикаторная бумага изменяет свою окраску в широком интервале рН:

рН

Окраска индикаторной бумаги

рН

Окраска индикаторной бумаги

1

2

3

4

5

Красная

Розово-красная

Интенсивно-оранжевая

Светло-оранжевая

Светло-желтая

6

7

8

9

10

Темно-желтая

Салатовая

Зеленая

Светло-

зеленая, синяя

Способ определения рН среды с помощью универсальной индикаторной бумаги очень прост и заключается в следующем: на полоску бумаги наносят каплю исследуемого раствора и немедленно сравнивают окраску смоченной части полоски с приведенными выше данными или цветной шкалой, прилагаемой к пачкам бумаги.

В результате работы получаем рН=7.

1.3. Определяем жесткость воды.

Абсолютно чистой воды в природе не существует. Она всегда содержит разные примеси как в растворенном. Так и во взвешенном состоянии. От концентрации природы этих примесей зависит пригодность воды для бытовых и промышленных нужд.

Вода, в которой растворены соли кальция и магния, обладает особыми свойством-жесткостью. Жесткая вода образует плотные слои накипи на внутренних стенках паровых котлов и кипятильников; в ней плохо развариваются пищевые продукты; при стирке белья расходуется много мыла.

Количественно жесткость воды выражают числом миллиэквивалентных масс ионов кальция и магния, содержащихся в 1л. В зависимости от ее значения различают следующие типы вод: очень мягкие менее 1,5 мэкв/л; мягкие-1,5-3,0 мэкв/л; среднежесткие-3,0-4,5 мэкв/л; довольно жесткие-4,5-6,5 мэкв/л; жесткие-6,5-11,0 мэкв/л; очень жесткие - свыше 11,0 мэкв/л.

Жесткость, обусловленная содержанием гидрокарбонатов кальция и магния, называется карбонатной (Жк). Ее определяют титрованием воды раствором хлороводородной кислоты:Ca(HCO3)2+ 2HCI→CaCI2+ 2CO2+ 2H2

-5-

Определение карбонатной жесткости воды.

Помещаем в коническую колбу пробу речной воды объемом 100 мл. Прибавляем 2 капли раствора индикатора метилоранжевого и титруем пробу 0,1 н. раствором хлороводородной кислоты до перехода желтой окраски в устойчивую оранжевую.

Рассчитываем карбонатную жесткость по формуле:

Где V(HCI)-объем хлороводородной кислоты затраченный на титрование, мл; С-концентрация хлороводородной кислоты, экв/л; V(H2O)- объем воды, взятой для анализа, мл.

На определение временной жесткости израсходовано 0,32 мл (среднеарифметическое значение трех измерений) 0,1 н. раствора HCI на 100 мл пробы.

Вода относится к типу очень мягких, т.к. содержит менее 1,5 мэкв/л ионов кальция и магния.

1.4.Химический анализ раствора.

Кислотно-щелочной метод классификации катионов.

В основе кислотно-щелочного метода качественного анализа лежит отношение катионов к важнейшим неорганическим соединениям-кислотам и щелочам. Классификация катионов проводится по следующим признакам: растворимость хлоридов, сульфатов и гидроксидов, основной или амфотерный характер гидроксидов, способность к образованию прочных комплексных соединений-аммиакатов. Все катионы разделяют на 6 аналитических групп с помощью четырех реагентов.

Классификация анионов основана на различной растворимости солей бария и серебра.

-6-

Классификация катионов

Аналитическая группа

Групповой реагент

Катионы

Результат действия группового реагента

Первая

2M HCI

Ag+ , Pb2+

Осадок: AgCI,PbCI2

Вторая

1M H2SO4

Ca2+, Ba2+

Осадок: CaSO4,BaSO4

Третья

2M NaOH

Al+,Cr3+,Zn2+

Раствор: AIO2-,CrO2-,ZnO22-

Четвертая

Концентрированный раствор аммиака

Fe2+,Fe3+,Mg2+,Mn2+

Осадок: Fe(OH)2,Fe(OH)3,Mg(OH)2,Mn(OH)2

Пятая

Концентрированный раствор аммиака

Cu2+,Ni2+,Co2+

Раствор: Cu(NH3)42+,Ni(NH3)62+,Co(NH3)62+

Шестая

Отсутствует

NH4+,Na+,K+

…………..

Классификация анионов

Основана на различной растворимости солей бария и серебра.

Аналитическая группа

Групповой реагент

Анионы

Результат действия группового реагента

Первая

Нейтральный или слабощелочной раствор BaCI2

SO42-,SO32-,CO32-,PO42-,CrO42-,F-

Осадок: BaSO4,……………

Вторая

Азотнокислый раствор AgNO3

CI-,Br-,I-,S2-

Осадок: AgCI,AgBr…

Третья

Отсутствует

NO3-,CH3COO-,MnO4-

…………

Прежде чем приступить к анализу раствора, необходимо внимательно рассмотреть его окраску, измерить рН. По окраске можно сделать предварительный вывод о присутствии некоторых ионов.

После проведения предварительных испытаний раствор разделяем на 2 части и приступаем к обнаружению катионов и анионов.

Исследуемый раствор имеет нейтральную реакцию и окрашен в слабо-зеленый цвет. Предварительно заключение: могут присутствовать ионы Cr3+,Fe2+. Разделяем раствор на 2 части и приступаем к анализу.

Fe2+ обнаруживаем с помощью K3[Fe(CN)6]3. Образуется слабая синяя окраска турнбулевой сини. -7-

K3[Fe(CN)6]+Fe2+→ Fe4[Fe(CN)6]3 турнбулева синь.

При добавлении растворов HCI и H2SO4 осадок не выпадает. Следовательно, катионы Ag+,Pb2+,Ca2+,Ba2+ отсутствуют, либо содержатся в незначительных количествах…

В присутствии избытка аммиака выпадает осадок Fe(OH)2, а раствор становитсябесцветным, значит, анализируемая проба не содержит солей меди и кобальта (либо незначительное количество).

К отдельной порции раствора прибавляем раствор щелочи кипятим в присутствии пероксида водорода. Образуется осадок (осадок Fe(OH)3, Mn(OH)2). Белый осадок гидроксида марганца на воздухе быстро буреет вследствие окисления Mn2+ до MnO(OH)2

Mn2++2OH-+H2O2→ MnO(OH)2↓+H2O

Прозрачную жидкость над осадком отбираем пипеткой и нейтрализуем кислотой, ожидая выпадения гидроксидов Zn(OH)2,AI(OH)3. Этого не происходит, значит, в исследуемом растворе из катионов имеются Fe2+, могут присутствовать также ионы K+,Na+,Mn2+,Mg2+. Осадок Fe(OH)2 был слегка зеленоватый, значит, содержал небольшую примесь Fe(OH)3.

Проводим реакцию с PbO2 в среде HNO3, к 5-5 каплям раствора добавляем 3-4 капли концентрированной азотной кислоты и 2-3 мг оксида свинца (IV) (на кончике шпателя) и нагреваем на водяной бане, имеется незначительное малиновое окрашивание, значит, небольшое количество ионов Mn2+ в пробе есть.

Проба на окрашивание пламени показывает, что солей K+, Na+ в пробе нет. При добавлении к исследуемому раствору BaCI2 выпадает белый кристаллический осадок, нерастворимый в избытке минеральной кислоты, что свидетельствует о наличии SO42-. Ba2+ + SO42- = BaSO4

При добавлении AgNO3, выпадает белый осадок, свидетельствующий о наличии CI-. Ag+ + CI- = AgCI

Реакция с медью и этанолом в присутствии концентрированной H2SO4 не приводят к положительному результату. Следовательно, в пробе нет нитратов и ацетатов.

Вывод: В растворе имеются ионы Fe2+, Fe3+, Mn2+, SO42-, CI- (другие ионы либо отсутствуют, либо находятся в незначительных количествах).

-8-

2. Результаты исследований.

Вода в реке мутная, зловонная с «канализационным» запахом. По берегам можно видеть осадок поверхностно-активных веществ. Скорость течения около 1 м/сек, ширина потока 0,7 м, глубина 0,5 м. русло завалено мусором - шинами, металлоломом, бытовыми отходами. По левому берегу расположились кирпичные дома, рядом с ними громоздятся свалки бытовых и автомобильных отходов. Строительство домов расширяется. А также с территории предприятий имеется сток в реку. В зоне частного сектора реки превращена в свалку бытовых отходов, регулярная вывозка мусора в этом микрорайоне не налажена. В районе перехода через реку образовалась мощная свалка пластмассовых бутылок, политая нефтепродуктами, размер свалки увеличивается.

Кроме того, на территориях жилых районов, по территории которых протекает река, не налажен вывоз бытового мусора. В русле реки и по берегам свален мусор (в частности, горюче-смазочные материалы и бытовые отходы).

Рассмотрение всех результатов химического анализа воды позволяет сделать заключение о том, что река обладает поразительной способностью к самоочищению, что свидетельствует об уменьшении органического загрязнения.

По-видимому, это обусловлено с одной стороны, влиянием мощной родниковой зоны, разбавлением вод реки протоками, несущими относительно чистую воду. С результатами химического анализа согласуется повышение разнообразия видов растений и животных по мере удаления от истока реки.

Основные источники загрязнения открытые ливневые, в случае аварии – и канализационные стоки, а также мусорные свалки частных и гаражных массивов, протянувшиеся вдоль левого берега. Тем не менее, проведенные исследования свидетельствуют, что река до сих пор живой природный организм и пока обладает достаточным потенциалом для поддерживания своей жизнедеятельности. В долине и по берегам обнаружены значительные участки лугового разнотравья, разнообразной древесиной и кустарниковой растительности, мощные родниковые зоны и притоки, истекающие из родников и питающие и очищающие реку. На отдельных участках в воде живут озерные лягушки – показатели вполне чистой воды. Все это говорит о том, что сегодня еще есть условия для сохранения реки, ее долины вместе с притоками, чтобы в будущем очистить их и превратить в зеленую природную зону внутри города.

-9-

Во время исследования экосистемы реки были зафиксированы следующие гетеротрофные организмы:

  • Беспозвоночные: пиявки (круглые, плоские), прудовик (большой и малый);

  • Жуки: вертячки, плавунцы, жужелицы, ручейки;

  • Птицы: воробьи, синицы, снегири, вороны, ворон, галки, сороки, грачи, трясогузки (белые, желтые), чайки;

  • Млекопитающие: крысы (серые), мыши;

  • Амфибии: лягушка прудовая.

От чистоты малых рек, их полноводья зависит не только степень обеспечения потребностей населения и народного хозяйства в воде, но и продуктивность ландшафтов в их бассейнах. Поэтому рациональное использование малых рек имеет важнейшее экономическое и экологическое значение.

Охрана рек от загрязнения должна осуществляться в процессе их использования. На наш взгляд, очень важным фактом, говорящим в пользу охраны реки является то, что она берет исток из родников и на протяжении всего русла подпитывается родниковой водой. Что, несомненно, увеличивает ее ценность как возможного источника питьевой воды.

Следует обговорить значение слова родник. Родники – это естественные выходы подземных вод на поверхность земли. Родники часто дают начало малым рекам, а вслед за исчезновением родников следует обмеление рек, а затем и их исчезновение.

Нужно отметить, что неочищенные канализационные стоки – один их главных источников угрозы для здоровья человека, так как люди ( и другие животные) бывают заражены патогенами (болезнетворными микробами, вирусами и др. паразитами). Если зараженные канализационные стоки опадут в питьевую воду. То они могут инфицировать многих людей. Кроме выше приведенных причин сброс неочищенных стоков в водоемы не только чреват опасностью инфекционных заболеваний и отклонениями в кислотную среду, но и может стать причиной снижения содержания растворенного в воде кислорода, а также деградации водных экосистем. ( Нехватка кислорода в воде приводит иногда к катастрофическим явлениям – заморам.) Анаэробные водоемы (т.е. лишенные кислорода) не только не могут поддерживать жизнь рыб, моллюсков и ракообразных, но и дурно пахнут, так как у многих безкислородных метаболизмов весьма неприятный запах ( этим иобуславливается характерный запах канализационных стоков). Кроме того, истощение запасов растворенного кислорода может увеличить опасность микробного заражения. Многие патогенные организмы гораздо дольше живут в анаэробных условиях. В среде богатой кислородом они быстро -10-

погибают или съедаются другими организмами. В целях улучшения общей обстановки экосистемы реки следует в ближайшее время прекратить сток канализационных вод в реку.

Выводы:

  1. На всем протяжении в черте города русло реки ее берега интенсивно загрязняются бытовым мусором в виде пищевых отходов, шин, пластиковых бутылок и т.п. В реку попадают канализационные стоки в результате аварий.

  2. Бытовое загрязнение реки усугубляется задержкой мусора на переходах и мостиках через реку.

  3. Состав растительного и животного мира реки также резко различается на начальном и конечном отрезках реки: по составу беспозвоночных начальная часть реки характеризуется наличием трубочника и червеобразных пиявок. Водной растительности практически не наблюдается. В среднем течении появляются личинки стрекоз, шаровки, плоские пиявки. В дальнейшем нами обнаружены лягушки. Растительность берегов становится более разнообразной.

  4. Анализ результатов химических измерений и описаний растительного и животного мира позволяет заключить, что река обладает хорошей способностью к самоочищению, что, по-видимому, объясняется с одной стороны влиянием мощной родниковой зоны и чистых притоков.

Заключение:

  • Развернуть самую широкую пропагандистскую и просветительскую компанию в СМИ по воспитанию бытовой экологической культуры населения.

  • Соблюдать порядок вывоза бытового мусора в зоне домов частного сектора.

  • Каптировать и благоустроить родники.

Предприятиям, предлагается осуществить следующие основные мероприятия, способствующие улучшению санитарного состояния водоема:

  • Строительство эффективных канализационных очистных сооружений.

  • Глубокая очистка сточных вод.

  • Внедрение методов многократного использования очищенных производственных сточных вод в технологических процессах.

  • Создание замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий без сброса сточных вод в водоем. -11-

Если заключить реку со всеми ее притоками в подземный коллектор то это несомненно повлечет за собой очень неблагоприятные последствия такие как поднятие грунтовых вод, обеднение животный фауны, обеднение флоры, деградации экосистем в целом.

Фото водоёма

-13-

Список литературы:

  1. Астафуров В.И. Основы химического анализа. – М.: «Просвещение», 1982. - 159 с.

  2. Железнякова Ю.В. Учебно-исследовательские экологические проекты в обучении химии// Журнал: «Химия в школе». – 1999. - №3. – С.47-50.

  3. Железнякова Ю.В. Учебно-исследовательские экологические проекты в обучении химии// Журнал: «Химия в школе». –2000. - №3. – С.52-56.

  4. Исаев Д.С. Анализ загрязненности воды// Журнал: «Химия в школе». –2001. - №2. – С.77-78.

  5. Макотрова Г.В. Из опыта организации исследовательских проектов//Журнал: «Химия в школе». –1998. - №1. – С.76-77.

  6. Цитович И.К. Курс аналитической химии. – М.: « Высшая школа», 1997. – 463с.

-14-

Приложения:

Анкета

  1. Ф.И.О.

  2. Дата рождения;

  3. С какого года проживает на улице Озерной;

  4. Как и когда появилось название улицы;

  5. Каких размеров был водоем;

  6. Когда стали засыпать водоем;

  7. Какие изменения произошли после засыпания водоема;

  8. Ваше мнение по этому поводу;

Анкета:

  1. Нохрин Геннадий Николаевич;

  2. 1938 г.

  3. С 1973 г. проживает на улице Озерной;

  4. Название улицы связано с тем, что рядом находится озеро;

  5. Озеро было небольшое, но приносило много радости местным жителям;

  6. Когда стали засыпать водоем: точно, не помню, «Реммаш» проводил теплотрассу и начал осушать озеро, но не до конца;

  7. После засыпания озера: чуть дальше образовалось болото, меньше стали держать домашних птиц, некуда теперь выйти летом вечером, отдохнуть;

  8. Мнение ( это плохо или хорошо ):плохо, мы (местные жители) хотели углубить озеро и сделать зону отдыха, даже приглашали работников, чтобы они помогли устроить озеро, но безрезультатно. Новое озеро можно благоустроить, идея хорошая.

  1. Корнецова Дина Викторовна;

  2. 1952г.

  3. С 1959 г. проживает на улице Озерной;

  4. Не знаю, когда появилось название. Но в 1959г. улица уже называлась Озерной, т.к. рядом расположено озеро;

  5. Озеро не очень большое, глубиной 1,5 – 2 м.

  6. Озеро стали засыпать в конце 80 – х гг. под строительство школы №16;

  7. Чуть подальше возникло болото, люди перестали разводить уток и гусей;

  8. Не нужно было засыпать водоем, следовало его очистить и углубить. -15-