XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Маленькие исследования большой воды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гуляев В.А. 1

---

1МАОУ «Гимназия 2»

Опалева Е.С. 1

---

1МБОУ Большесосновская СОШ

Работа в формате PDF

301.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Вода является важным источником жизни на земле. Особенную роль она занимает и для человека. Так как люди также на 60-70 % состоят из воды. Удивительно, но качество наших рек, озер и других водных объектов также зависит от самого человека. Ведь вода используется в промышленности, в сельском хозяйстве, в повседневной жизнедеятельности. После ее использования загрязненная вода снова сбрасывается в водные объекты. Такую воду называют сточной водой. Над проблемой очистки воды в настоящее время работают ученые многих стран. В связи с чем, определение качества водных объектов в настоящее время является актуальным.

Мне стало интересно, а могу ли я проверить насколько чистая вода в местах моего купания?

Цель исследования: исследовать водные объекты мест моего купания на их соответствие нормативным требованиям.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

изучить виды и методы анализа водных объектов, основные показатели качества воды;

исследовать пробы воды с помощь экспериментов (опытов);

провести анализ полученных результатов на соответствие нормативным требованиям;

подготовить рекомендации по выбору мест купания.

Объект исследования: Каспийское море, Голубые озера города Казани, река Кама города Нижнекамск, река Сосновка, Большесосновский пруд.

Предмет исследования: пробы воды, отобранные из различных источников.

Гипотеза: Я предполагаю, что все выбранные мной водные объекты соответствуют нормативным требованиям и в них можно купаться.

1. 1. Виды и методы анализа водных объектов, основные показатели качества воды

1. 1. Виды и методы анализа водных объектов

Анализ воды – метод исследования свойств и качеств воды. Применяется для определения количества различных веществ в составе воды, находящихся в контакте с человеком в промышленных и бытовых целях, либо в научных.

По способам использования вода подразделяется на следующие типы: питьевую, бутилированную, природную, технологическую и сточную. Каждому типу воды существуют свои рекомендуемые методы измерения, предельно допустимые значения, установленные санитарными правилами и нормами (СанПиН). Для каждого метода измерения существует свой набор показателей, по которым и исследуются пробы воды.

Существует несколько основных методов проверки качества воды: органолептический анализ, физико-химический анализ, химический анализ, микробиологический анализ. Для получения наиболее полной картины качества воды используется комплексный поход с применением нескольких методов исследования.

1. 2. Нормативные требования, предъявляемые к качеству воды

Гигиенические нормативы состава и свойств воды в водных объектах установлены в Санитарных правилах «СанПиН 2.1.5.980-00. 2.1.5. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы». Так как я исследую природные водные объекты, то качество воды должно соответствовать природным водам рекреационного значения, указанным в таблице 1.

Таблица 1. Нормативные показатели качества воды

2. Методика проведения исследований

   1. Отбор проб воды

Пробы отбирают в химически чистые сосуды с пробками. Перед отбором пробы сосуд не менее двух раз споласкивается водой, подлежащей исследованию. Сосуд заполняется водой доверху. Перед закрытием сосуда пробкой верхний слой сливается так, чтобы под пробкой оставался слой воздуха объемом 5-10 см³. Объем пробы воды не должен быть менее 500 мл.

1. 2. Определение температуры воды

Температура воды является одним из важных физических показателей.

Для точного измерения температуры воды нужно:

1. Выбрать подходящий термометр для воды.

2. Убедиться, что термометр чистый и исправный.

3. Опустить чувствительный элемент термометра в воду. Измерение температуры в поверхностном горизонте воды проводят на глубине от 0,2 до 0,5 м от поверхности воды. Подождать 30–60 секунд для стабилизации показаний.

4. Зафиксировать результат измерения.

5. Аккуратно извлечь термометр из воды.

Измерение температуры воды проводят два раза.

1. 3. Определение запаха воды

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в неё естественным путем и со сточными водами. Определение запаха основано на органическом исследовании характера и интенсивности запаха воды при 20 °С. В пробирку с пробкой наливается исследуемая вода до 2/3 объема и сильно встряхивается в закрытом состоянии. Открываем колбу и отмечаем характерный запах.

Запахи естественного происхождения:

А – Ароматический - Огуречный, цветочный;

Б – Болотный - Илистый, тинистый;

Г – Гнилостный - Фекальный, сточный;

Д – Древесный - Запах мокрой щепы, древесной коры;

З – Землистый - Прелый, запах свежевспаханной земли, глинистый;

П – Плесневый - Затхлый, застойный;

Р – Рыбный - Запах рыбьего жира, рыбный;

С – Сероводородный - Запах тухлых яиц;

Т – Травянистый - Запах скошенной травы, сена;

Н – Неопределенный - Запахи естественного происхождения, не попадающие под предыдущие определения.

Интенсивность запаха оценивают по пятибальной шкале, в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2. Характеристики интенсивности запаха

1. 4. Определение цвета воды

Проба воды наливается в чистые пробирки. Наблюдение проводим, глядя сверху, на белом фоне при достаточном освещении. В соответствии с приведенной в таблице 3 шкалой, отмечаем наиболее подходящий оттенок.

Таблица 3. Шкала определения градуса цветности воды

1. 5. Определение прозрачности воды

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количество взвешенных частиц, микроорганизмов, содержания химических соединений.

Для определения прозрачности необходимо налить воду в цилиндр и установить, через какой слой в см. можно прочитать текст учебника.

Результаты выражаются в сантиметрах: прозрачная – более 30; маломутная – от 25 до 30; средней мутности – от 20 до 25; мутная – от 10 до 20; очень мутная – менее 10.

1. 6. Определение содержания взвешенных веществ в воде

Если встряхнуть пробирку с исследуемой водой, то мы можем наблюдать некоторое количество мелких крупинок. Это взвешенные вещества. Чтобы определить в какой пробирке больше взвешенных веществ, нужно профильтровать 100 мл воды через фильтр. Далее фильтр с взвешенными веществами высушивается и взвешивается на ювелирных весах. Разница в массе фильтра с частицами и исходного фильтра и будет масса взвешенных веществ в 100 мл воды.

1. 7. Определение рН воды

Определение водородного показателя осуществляется с помощью индикаторной бумаги. В пробирку наливаем немного исследуемой воды. Сухими чистыми руками макнем одну полоску индикаторной бумаги в пробу воды и сравним с цветом шкалы. Водородный показатель природных вод должен находиться в интервале 6,5-8,5.

1. 8. Определение наличия органических примесей

Налили 2/3 пробирки исследуемой пробы воды. Добавили 2-3 капли перманганата калия, до розового цвета. Нагрели содержимое до кипения. О наличии органических примесей в воде говорят буро-коричневые хлопья оксида марганца, а цвет раствора должен изменится в желтовато-коричневый.

1. 9. Определение жесткости воды

Для этого к 100 мл. пробы постепенно добавляли по каплям концентрированный раствор карбоната натрия (соды). Визуально отмечается количество выпавшего осадка. Много осадка – жесткая, мало – умеренно-жесткая, практически нет осадка – мягкая.

1. 10. Микробиологический анализ

Несколько капель пробы воды наносятся на стекло для микроскопа пипеткой или стеклянной палочкой. Сверху на каплю воды кладется покровное стеклышко. Далее подготовленная проба кладется под увеличительное стекло. Всё оборудование должно быть чистое и сухое. Под микроскопом рассматриваются различные микроорганизмы и бактерии. Микроорганизмы могут быть в активной форме и в виде цист («спячке»).

3. Результаты проведенных исследований

   1. Общая характеристика водных объектов

Для проведения исследований были отобраны пробы воды из 5 водных объектов, где я купался:

Каспийское море (г. Избербаш Республика Дагестан);

река Кама (г. Нижнекамск Республика Татарстан);

Голубые озера (г. Казань);

река Сосновка (с. Большая Соснова Пермский край);

Большесосновский пруд (с. Большая Соснова Пермский край).

Каспийское море - замкнутый водоём, формально считается озером, но его размеры, глубина и солёность соответствуют морским параметрам. Температура воды летом прогревается до + 26 ⁰С. Зимой температура может опускаться до -8 ⁰С.По данным на август 2025 года, качество воды Каспийского моря в рекреационных зонах Дагестана неудовлетворительное. Это связано с тем, что прибрежные городаприбрежные города зачастую сливают в море неочищенные стоки канализаций.

Река Кама — левый и самый крупный приток Волги, протекает по территории Удмуртии, Кировской области, Пермского края, Башкортостана и Татарстана. Питание преимущественно снеговое, а также подземное и дождевое. Средняя температура летом от +15 ⁰С до +20 ⁰С, зимой - +3⁰С. В районе Нижнекамска (где я купался) на реке очень неблагоприятная экологическая ситуация, это связано со сбросом большого количества сточных вод в Каму.

Вода в Голубых озерах г. Казани характеризуется уникальным составом, низкой температурой и лечебными свойствами.Вода в озёрах сохраняет низкую температурукруглый год – обычно от +4 до +8°C. Это связано с тем, что озёра питаются из глубоких подземных горизонтов, куда не проникает ни летнее тепло, ни зимний мороз. Голубой цвет воде придает голубая глина, частички которой растворяясь в воде, играют со светом, придавая ей фирменный цвет.

Река Сосновка - протекает в Большесосновском районе Пермского края и впадает в реку Сива. Река длиной 65 км, извилистая. Считается относительно чистой, но исследований ранее не проводилось. В реке водится много рыб.

Большесосновский пруд – водоём, расположенный на окраине села Большая Соснова в Большесосновском районе Пермского края. Площадь пруда составляет 0,56 кв. м. Основное питание получает за счёт реки Сосновки. По краям пруда расположены поросшие соснами скалы.

1. 2. Результаты определения температуры воды

Температурный режим каждого водного объекта разный и зависит от многих факторов. Однако для обитателей рек, озер и других водоемов температура является одним из важных показателей. Результаты исследования представлены в таблице 4.

Таблица 4. Результаты определения температуры воды

Результаты определения температуры воды показали, что самые прогретые водоемы – это Каспийское море и Большесосновский пруд. В пруду вода не проточная и за лето успевает хорошо прогреться, как и в море. В проточном водоеме вода прохладнее. Самый холодный водоем – это голубые озера. Такая температура связана с большим количеством подземных ключиков. В целом температура воды соответствует нормативным показателям.

1. 3. Результаты определения запаха воды

О качестве водных объектов иногда сразу можно сказать, подойдя к ним. Здесь речь идет о запахе. У водных объектов не должно быть ярко выраженного запаха. В противном случае велика вероятность их загрязнения. Результаты исследований представлены в таблице 5.

Таблица 5. Результаты определения запаха воды в пробах

Нормативным значением для природных вод является интенсивность запаха не выше 3 баллов. Результаты показали, что вода по критерию «запах» соответствует нормативным показателям.

1. 4. Результаты определения цвета воды

Показатель цветности – это еще один из основных показателей качества природной воды. Визуально природная вода не имеет цвета, но это не так.

Результаты интенсивности цвета записывал в таблицу 6, определял в градусах согласно методике. Нормативным значением цветности природной воды считается не более 30 градусов.

Таблица 6. Результаты определения цвета воды

Как видно из полученных данных, вода из реки Кама и из реки Сосновка по данному показателю не соответствуют санитарным нормам. Можно сделать вывод, что в воде содержатся растворенные вещества, которые придают ей дополнительную окраску.

Так как на берегу реки Кама много предприятий, скорее всего это промышленное загрязнение воды. А вот в реку Сосновку промышленные стоки не попадают, поэтому можно сделать вывод о наличии растворенных в воде гуминовых веществ, образующихся в процессе распада водорослей и других растений.

1. 5. Результаты определения прозрачности воды

Прозрачность воды – это косвенный показатель качества воды. От прозрачности зависит прохождение света в глубину водоема, что также отражается на росте и развитии гидробионтов, влияет на фотосинтез растений. Мутная вода всегда говорит о наличии примесей в воде. По санитарным требованиям текст должен читаться на расстоянии не менее 30 см. Результаты исследований представлены в таблице 7.

Таблица 7. Результаты определения прозрачности воды

Как видно из представленных данных, все пробы воды не соответствуют нормам по данному параметру. Однако самым прозрачным из исследуемых проб является Большесосновский пруд. А самым мутным из проб являются голубые озера. Скорее всего мутность им придают растворенные частички голубой глины.

1. 6. Результаты определения содержания взвешенных веществ

Взвешенные вещества – это частицы, которые не растворяются в воде, а находятся в ней в виде взвеси. Это могут быть частицы глины, песка, остатки растений, промышленные загрязнения. Нормальным значением для водоемов является содержание взвешенных веществ до 750 мг/л. Результаты исследований представлены в таблице 8.

Таблица 8. Результаты определения содержания взвешенных веществ

Результаты показали, что количество взвешенных веществ в пробах воды соответствует нужным стандартам. Однако стоит отметить, что вода из Голубых озер является самой чистой, а в Каспийском море и р. Кама больше всего примесей, улавливаемых фильтром.

1. 7. Результаты определения рН воды

рН – это мера кислотности водных растворов с помощью ионов водорода. Шкала рН имеет диапазон от 1 до 14. В зависимости от значения водородного показателя растворы подразделяются на 3 категории: кислотные – рН<7; нейтральные – рН=7; щелочные - рН>7. Для рек, озер и природных вод обычно находится в пределах 6-9. Результаты исследований представлены в табл. 9.

Таблица 9. Результаты определения рН воды

Результаты определения рН воды в пробах говорят о том, что наши водные объекты имеют слабощелочную среду, что соответствует норме.

1. 8. Результаты определения наличия органических примесей

К органическим примесям можно отнести следующие загрязнения: естественные – гуминовые вещества, которые образовались после разложения растительности, и искусственные – нефтепродукты, канализационные стоки. Результаты анализа на содержание органических веществ представлены в таблице 10.

Таблица 10. Результаты определения наличия органических веществ

Результаты определения органических загрязнений говорят о том, что в местах отбора проб в Каспийском море и реке Каме, т.е. в местах моего купания, явно происходит сброс канализационных стоков. Несмотря на то, что я не определял количество органических загрязнений, а определил только сам факт их присутствия, можно сказать, что в данном месте вода не соответствует нормативным значениям.

1. 9. Результаты определения жесткости воды

Определение жесткости воды очень важно, так как это влияет на здоровье живых организмов, в том числе на человека, на оборудование, на вкус и запах продуктов. Жесткость – это содержания кальция и магния в воде. Основные признаки жесткой воды - это накипь на оборудовании. А в организме человека от регулярного употребления жесткой воды могут образовываться камни в почках. Результаты исследований представлены в таблице 11.

Таблица 11. Результаты определения жесткости воды в пробах

Результаты показали, что самая жесткая вода из Голубых озер. Это соответствует действительности, т.к. подземные воды чаще всего являются жесткими. В случае использования природных вод из Каспийского моря в бытовых целях или других, следует проводить водоподготовку в целях снижения ее жесткости.

1. 10. Результаты микробиологических исследований

Микробиологические исследования природных вод проводятся с целью выявления наличия микроорганизмов в воде, оценки их количества, а также выявления патогенных микроорганизмов. Исследование воды под микроскопом позволяет обнаружить и определить вид микроорганизмов, включая бактерии, водоросли и другие (вирусы, простейшие).

Таблица 12. Результаты микробиологических исследований

Результаты показывают, что движущихся микроорганизмов не выявлено ни в одной пробе. Но в образцах присутствуют бактерии, водоросли, цисты микроорганизмов. Скорее всего я нарушил правила исследования воды под микроскопом, так как вода некоторое время стояла закрытая (без доступа кислорода и питания) и скорее всего микроорганизмы погибли или перешли в режим «спячки». Но тем не менее я научился пользоваться микроскопом, увидел как выглядят водоросли и сама вода под микроскопом. Некоторые найденные объекты я попробовал идентифицировать. Но в будущем исследования по анализу и количеству микроорганизмов я повторю.

Полученные результаты по отдельным показателям позволяют оценить общее состояние водных объектов и проверить поставленную гипотезу.

1. Если посмотреть на результаты всех анализов пробы воды из Каспийского моря, можно увидеть превышение по 2 показателям – прозрачность и наличие органических примесей. Если прозрачность может быть превышена по естественным процессам в водоеме, то наличие органических примесей говорит о загрязнении воды сточными водами. Я бы не рекомендовал в такой воде купаться. Таким образом, можно сделать вывод о непригодности данного водоема в месте отбора проб для купания.

2. Анализы результатов проб воды из реки Камы показали превышение наличия органических примесей в воде, цветности и прозрачности. Река Кама в месте отбора проб воды опасна для купания ввиду загрязнения сточными водами.

3. Результаты пробы воды из Голубых озер подтверждают их происхождение из подземных грунтовых вод. Так как подземные воды обычно обладают высокой жесткостью. Превышение нормативного значения прозрачности также объяснимо наличием природных соединений и частичек растворенной глины. Можно считать воду из Голубых озер в рамках данных исследований чистой и пригодной для купания. Однако не стоит забывать, что она холодная и лучше просто окунуться в целях закаливания организма.

4. Результаты пробы воды из реки Сосновки, расположенной в селе Большая Соснова, показали превышение показателей цветности и прозрачности на фоне отсутствия органических примесей в воде. Это говорит о том, что в воде скорее всего имеются растворенные вещества от разложения водорослей. Воду в реке Сосновка можно считать чистой и пригодной для купания.

5. Результаты пробы воды из Большесосновского пруда показывают превышение по показателю прозрачность и по микробиологической картине. Под микроскопом была выявлена пленка, похожая на масляную. Скорее всего это из-за большого количества моторных лодок на пруду, так как много рыбаков на лодках. А вода стоячая. Я бы не стал купаться в воде в местах спуска моторных лодок. Данный водоем я считаю непригодным для купания.

Заключение

На основании анализа проведенных исследований и полученных результатов видно, что моя гипотеза о том, что во всех исследуемых водных объектах можно купаться, не подтверждается.

Из исследуемых 5 водных объектов пригодны для купания только 2: вода из Голубых озер и вода в реке Сосновка. Я был очень удивлен.

Не соответствуют нормативным показателям и непригодными для купания являются Каспийское море, река Кама и Большесосновский пруд.

Получив неожиданные результаты, я решил подготовить рекомендации, которыми стоит руководствоваться при выборе мест купания:

1. В месте предполагаемого купания не должно быть знаков о запрете;

2. Рядом с водоемом не должно быть водного транспорта, чтобы не было загрязнения бензином или маслами;

3. Водоем должен находится подальше от многоквартирных домов, которые могут сбрасывать сточные воды, а также свалок и промышленных предприятий;

4. На воде не должно быть мусора и видимых загрязнений;

5. Температура воды должна быть больше +18 ⁰С.

Список использованной литературы:

1. Алексеев С.В. Экологический практикум школьника. Издательство «Учебная литература», Самара, 2005;

2. Бочкарев А.В. Химия воды. Учебное пособие - Москва, 2023;

3. Гигиенические нормативы состава и свойств воды в водных объектах установлены в Санитарных правилах «СанПиН 2.1.5.980-00. 2.1.5. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы»;

4. Информационный ресурс в сети интернет «Wikipedia»;

5. Луцик В.И. Физико-химические методы анализа: Учебн. Пособие / В.И. Луцик, А.Е. Соболев, Ю.В. Чурсанов – Тверь, 2008. – 208 с.;

6. Резников А.А. Методы анализа природных вод / А.А. Резников, Е.П. Муликовская, И.Ю. Соколов – М.: Недра, 1970. – 487 с.