Методические указания по выполнению практической исследовательской работы по дисциплине ЭОП.

БПОУ ВО «Череповецкий строительный колледж имени А.А. Лепехина» Методические указания по выполнению практической исследовательской работы по дисциплине ЭОП. Исследовательская работа по экологическим основам природопользования: «Экологический мониторинг реки «Шексна» в городе Череповце» для очной и заочной форм обучения, для специальности: 08.02.03 Производство неметаллических строительных изделий  и конструкций                                                                       Выполнил: Сидоров В.А. Преподаватель спец.дисциплин                                                Группа: 381                                                           Проверил: Иванова С.Г., Череповец 2018год. 1 ВВЕДЕНИЕ Из какой системы выходит и куда впадает Знаменитая река Волга имет много притоков, одной из них (с левой стороны)   является   славная   река   Шексна.   Она   находится   в   Волгоградской области. Река соединяет Волгу с очень важным водоёмом ­ Белым озером. Что   это   за   чудо   природы?   Именно   в   нём   находится   исток   Шексны, жемчужины Волго­Балтийской водной артерии. Оно имеет площадь 1290 км квадратных. Особенностью Белого озера является то, что в него впадает 17 мелких речушек, а вытекает только Шексна Характеристика реки  Многие слышали о такой местности, как Пошехонье. Так вот именно так названы берега Шексны. Ещё в середине XX века она имела длину 395 км, но с тех пор её размеры сократились втрое. Кроме того некоторые её участки затоплены   Рыбинским   и   Шекснинским   водохранилищами.   На   сегодняшний день длина Шексны 139 км. С одной стороны находится посёлок Шексна, с другой ­ город Череповец. В декабре река замерзает, а в апреле начинается ледоход.   На   Шексне   построено   два   больших   гидроузла:   Рыбинская   и Шекснинская ГЭС. ­ Читайте подробнее на  Богатая история и значение названия По основной версии название реки Шексны имеет балтийское происхождение. На языке балтийских народов оно значит "пёстрая". Так как это название возникло ещё в дославянский период, то существуют другие версии его трактовки. Считается, что раньше в народе её   называли   Шехна,   откуда   и   пошло   понятие   Пошехонье.   Угорское происхождение   слова   "шангес"   имеет   значение   "рукав".   В   древних письменных   источниках   упоминаются   такие   названия   реки,   как:   Шоксна, Шехна, Шексна, Шоксна, Шокъстна. 2 Ещё   в X  веке   у   верховья   Шексны   образовался   древнерусский   город Белоозеро. Сегодня он именуется Белозёрском. На месте нахождения старого города   постоянно   проводятся   раскопки   и   исследования.   Там,   где   Шексна впадает в Волгу, раньше было поселение торговцев и ремесленников (Усть­ Шексна), сейчас там город Рыбинск. Невдалеке находится известное ещё с X века   селище   Крутик.   Воды   именно   этой   реки   унесли   жизнь   Дмитрия Ивановича, который был наследником Ивана VI. Шексна ­ очень извилистая река. Возле её берегов красуются великолепные заливные луга. Река имеет довольно сильный уклон, поэтому её воды несутся довольно быстро. Много столетий   на   берегах   Шексны   трудились   производители   древесного   угля, также   в   ней   присутствуют   железные   руды.   Сёл   и   деревень   возле   реки довольно   мало,   это   связано   с   подтоплением   и   половодьем.   На   береговых болотах водилось много уток, бекасов, дупелей, гаршнепов.  Притоки реки Шексны 20   маленьких   рек   впадают   в   реку   Шексну.   С   левой   стороны   в   неё впадает 4­километровая Чуровка, это самый маленький приток. Следом за ней   по   размеру   следуют:   Божай,   Чурова,   Улома,   Ирдомка,   Камешница, Лагмач. Длинным притоком по правой стороне является Ковжа (47 км). С левой стороны В Шексну впадают 50­километровые реки: Гнилуха, Сизьма, Кишма, Славянка. Кроме рек, к ней присоединяется ручей Киченово и два канала: Северо­Двинский и Белозерский. Самые длинные притоки Шексны: Пидьма, Бородава, Понжа, Каргач. Их длина свыше 100 км. С правой стороны реку   наполняют   воды   Гремихи,   Узбойки,   Рябинки,   Низдобки.   Шоша, Славянка впадают с левой стороны.  Мы   поставили   перед   собой  цель  изучить   химический   состав   речной воды   на   предмет   нахождения   в   ней   содержания   вредных   веществ   и предложить меры по устранению данной ситуации. В соответствии с целью работы были поставлены  следующие задачи: 3 Посетить левый и правый берег реки; Изучить экологическую обстановку на месте; Взять пробы воды; Провести сравнительный качественный анализ воды; Сформулировать   выводы   и   дать   рекомендации   по   решению 1) 2) 3) 4) 5) проблемы. Эти   задачи   нельзя   полноценно   реализовать   только   в   рамках   данного проекта   и   ежеминутно.   Здесь   нужна   планомерная,   широкомасштабная работа.Они осуществимы при условии сочетания различных типов  и видов деятельности, в том числе и эколого  ­  просветительской. Работа   включает   в   себя:   введение,   две   главы,   заключение,   список использованной литературы, приложения. 4 ГЛАВА 1 АКТУАЛИЗАЦИЯ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ПРЕСНЫХ ВОДОЁМОВ Проблема загрязнения водоёмов последние 20­30лет стала не меньшей, чем   истощение   запасов   пресной   воды.   Виды   и   формы   загрязнения   очень разнообразны   и   масштабны.   Это   и   промышленные,   канализационные     и сельскохозяйственные стоки, загрязнение нефтью и нефтепродуктами, но как ни странно третья часть загрязнения  приходится на долю населения (во время отдыха, мойки транспортных средств, сброса бытового мусора). Пресные водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных   вод   от   промышленных   предприятий   и   населенных   пунктов.   В результате   сброса   сточных   вод   изменяются   физические   свойства   воды (повышается  температура, уменьшается  прозрачность, появляются  окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а   на   дне   образуется   осадок;   изменяется   химический   состав   воды (увеличивается   содержание   органических   и   неорганических   веществ, появляются   токсичные   вещества,   уменьшается   содержание   кислорода, изменяется   активная   реакция   среды   и   др.);   изменяется   качественный   и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического   водоснабжения;   теряют   рыбохозяйственное   значение.   Общие условия   выпуска   сточных   вод   любой   категории   в   поверхностные   водоемы определяются   народнохозяйственной   их   значимостью   и   характером водопользования.   После   выпуска   сточных   вод   допускается   некоторое ухудшение   качества   воды   в   водоемах,   однако   это   не   должно   заметно отражаться   на   его   жизни   и   на   возможности   дальнейшего   использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных 5 мероприятий,   любительской   рыбной   ловли.   Наблюдение   за   выполнением условий   спуска   производственных   сточных   вод   в  водоемы   осуществляется санитарно­эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями.  Нормативы качества воды водоемов хозяйственно­питьевого культурно­ бытового   водопользования   устанавливают   качество   воды   для   водоемов   по двум видам водопользования: к первому виду относятся участки водоемов, используемые   в   качестве   источника   для   централизованного   или нецентрализованного   хозяйственно­питьевого   водоснабжения,   а   также   для водоснабжения   предприятий   пищевой   промышленности;   ко   второму   виду­ участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также   находящиеся   в   черте   населенных   пунктов.  Наша   река   относится   ко второму типу: использовалась для купания, ловли рыбы и отдыха и находится в черте населенного пункта. 6 ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА РЕЧНОЙ ВОДЫ 2.1. Исследование физических свойств воды Программа   исследования   воды   определяется   задачей,   стоящей   перед нами, и может быть осуществлена по схеме полного или краткого санитарного исследования. Мы проводили исследования по схеме краткого химического анализа, т.к. в нём определяются самые основные показатели воды и он более оптимальный для нас  в отличие от полного. При   оценке   качества   грунтовых   вод,   которая   проводится   по   схеме краткого химического анализа, осуществляется: А)   органолептические   исследования   –   запах,   вкус,   цветность, прозрачность, мутность, осадок, плёнка, различимые невооружённым глазом водные организмы; Б) химические исследования – окисляемость, содержания аммонийного, нитритного   и   нитратного   азота   (т.е.   азот,   содержащий   аммиак,   нитриты   и нитраты),  общая   и  карбонатная  жёсткость,  щёлочность,  наличие  хлор­иона (или хлориды), общего железа; В) бактериологические исследования  Для   исследования   мы   взяли   воду   из   реки   в   станице   Егорлыкской (октябрь 2014­2015года). Органолептический метод определения запаха (ГОСТ 3351): Характер запаха мы определяем ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов и т.д.). В колбу мы отмеривали 100 см3 пробы воды. Горлышко колбы закрыли часовым   стеклом   и   подогрели   на   водяной   бане   до   50­60С.   Содержимое 7 колбы   несколько   раз   перемешиваем   вращательными   движениями.   Сдвигая стекло   в   сторону,   быстро   определяем   характер   интенсивность   запаха   по пятибалльной системе (в таблице2.1). Интенсивность Запаха Нет Очень слабая Слабая Заметная Отчётливая Очень сильная Характер проявления запаха Запах не ощущается Запах не ощущается потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследовании. Запах замечается потребителем, если обратить на это внимание Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению Таблица 2.1 Оценка интенсивности запаха в баллах 0 1 2 3 4 5 Вывод:  Сравнивая   полученные   нами   результаты   с     данными, приведёнными   в   таблице,   можно   сказать,   что   запах   легко   замечается: землистый, затхлый, неприятный, вызывает неодобрительные отзывы о воде, поэтому мы поставили по запаху 3 балла. Определение мутности  Для проведения визуальной оценки мутности заполните пробирку водой до   высоты   10­12   см.   Определите   мутность   воды,   рассматривая   пробирку сверху   на   темном   фоне   при   достаточном   боковом   освещении   (дневном, искусственном). Опишите пробу качественно следующим образом: мутность не   заметна   (отсутствует),   слабо   опалесцирующая,   опалесцирующая,   слабо мутная, мутная, очень мутная. 8 Вывод:  Проведя   визуальную   оценку   мутности   можно   сказать,   наша исследуемая вода мутная, в луче света   хорошо видны взвешенные частицы, которые со временем оседают. Определение цветности воды. Цветность природной воды зависит от присутствия в ней солей железа и гуминовых   кислот.Качественную   оценку   цветности   можно   провести   путём сравнения её с дистиллированной водой. Для этого возьмите два одинаковых стакана из бесцветного стекла, заполните их водой: один дистиллированной, другой – исследуемой. На фоне листа белой бумаги сравните наблюдаемый цвет (бесцветная, светло­бурая, желтоватая вода). Вывод: Анализ исследуемого образца воды показал – вода светло­бурая с   жёлтым   оттенком,   при   пропускании   луча   света   хорошо   различимы взвешенные частицы, которые со временем оседают. 2.2.Химический состав воды. Определение реакции среды.   Пресная   природная   вода,   как   и   питьевая   вода   должна   иметь нейтральную   реакцию   (pH  около   7).   Значение  pH  воды   водоёмов   культурно   –   бытового   назначения хозяйственного,   питьевого, регламентируется в пределах 6,5 – 8,5. Определение  pH  исследуемой   воды   с   помощью   универсальной индикаторной бумаги и водного раствора метилового оранжевого. Сравним её окраску со шкалой. Вывод:   Образец   исследуемой   воды   имеет   рН   =8,   что   соответствует норме. Обнаружение хлорид ­ ионов. 9 Качественное  определение  хлоридов  с  приближённой  количественной оценкой   проводят   следующим   образом.   В   пробирку   наливают   5   мл исследуемой воды и добавляют 3 капли 10%­ного раствора нитрата серебра. Приблизительное   содержание   хлоридов   определяется   по   осадку   или помутнению. Таблица 2.2 Осадок или помутнение Осадок или помутнение Концентрация хлоридов,мл//лл Концентрация хлоридов,мл Опалесцентная или слабая муть Опалесцентная или слабая муть Сильная муть Сильная муть Образуются хлопья, но осаждаются не сразу. Образуются хлопья, но осаждаются не сразу. Белый объёмистый осадок. Белый объёмистый осадок. 1­101­10 10­50 10­50 50­100 50­100 Более 100 Более 100 Вывод:   В  ходе   эксперимента   наблюдали   образование   обильной  мути белого   цвета,   следовательно,   содержание   хлоридов   в   исследуемой   воде составляет  10 ­50мл/л. Обнаружение сульфат – ионов. В пробирку внести 5 мл исследуемой воды, 0,5мл соляной кислоты и 2 мл 5%­ного раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определяем ориентировочное содержание сульфатов. Таблица 2.3 Осадок или помутнение Осадок или помутнение Концентрация сульфатов, мл//лл Концентрация сульфатов, мл Отсутствие мути. Отсутствие мути. Слабая муть, появляющаяся не сразу, а через некоторое  Слабая муть, появляющаяся не сразу, а через некоторое  время. время. Слабая муть появляющаяся сразу. Слабая муть появляющаяся сразу. Сильная сразу оседающая муть. Сильная сразу оседающая муть. Менее 5 мг/л Менее 5 мг/л 5­10 мг/л 5­10 мг/л 10­100мг/л 10­100мг/л Более 100мг//лл Более 100мг Вывод: В   ходе   эксперимента   наблюдали   образование   сильной   сразу оседающей мути, следовательно, содержание сульфатов в исследуемой воде составляет более 100мг/л. Воды   большинства   рекРоссии   принадлежат   к   гидрокарбонатному классу.   По   составу   катионов   эта   вода   имеет   почти   исключительно преобладание   кальция;   гидрокарбонатные   воды   с   преобладанием   магния   и 10 натрия ­ крайне редкое явление. Из природных вод гидрокарбонатного класса наиболее распространены воды малой минерализации (суммарное содержание солей до 200 мг/л). (см. приложение. таблица)Реки, воды которых относятся к хлоридному   классу,   встречаются   почти   так   же   редко,   как   и   реки,   в   воде   К   этой   территории   относятся которых   преобладают   сульфаты. преимущественно   степные   районы   и   полупустыни.   Преобладающими катионами   природных   вод   хлоридного   класса   являются   главным   образом ионы натрия. Воды хлоридного класса отличаются высокой минерализацией ­ свыше 1000 мг/л, реже от 500 до 1000 мг/л.(см. приложение.Таблица) Обнаружение карбонат – ионов. В пробирку внести 5 мл исследуемой воды и осторожно добавить  0,5мл соляной   кислоты.   Наблюдаем   обильное   выделение   газа,   что   говорит   о достаточном количествекарбонат­ионов. Вывод:  Исследовав   нашу   воду   можно   сказать,   что   по   содержанию хлоридов,   сульфатов   и   карбонатов   она   соответствует   табличным   данным. (см.приложение) Обнаружение солей железа. В   пробирку   поместить   5   мл   исследуемой   воды,   прибавить   1   каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл роданида калия. При содержании железа 0,1 мг/л появляется  розовое окрашивание, при более высоком  – красное.Предельно допустимая   концентрация   общего   железа   в   водоёме   и   питьевой   воде составляет 0,3 мг/л. Вывод:  наблюдали   светло­розовое   окрашивание   воды,  что   говорит   о незначительном содержании солей железа в образце приблизительно 0.1мг/л Обнаружение органических веществ. По происхождению органические вещества природных вод могут быть разделены на поступающие извне и образующиеся в самом водном объекте: 11 гумусовые   вещества   из   торфяников,   перегноя   и   других   видов   природных образований,   включающих   остатки   растений,   и   органические   вещества, поступающие   с   промышленными   и   хозяйственно     ­бытовыми   сточными водами. Наибольшее содержание органических веществ    в болотных водах ( поэтому окрашена в желтый и коричневый цвет ), высокая концентрация органического вещества иногда встречается в подземных водах, связанных с нефтеносными месторождениями. Еще большая концентрация может быть в природных   водах,  загрязненных   промышленными   и  хозяйственно­бытовыми сточными водами. Незагрязненные  природные  воды обычно содержат мало органических   веществ.   Например,   по   Б.А.   Скопинцеву,   в   воде   океанов концентрация   органического   вещества   составляет   только   2,0­5,4   мг/л   (в среднем 3,0 мг/л, а в воде рек в среднем 20 мг/л). Возьмите две пробирки, в одну из них налейте 5 мл дистиллированной воды, в другую – такой же объём исследуемой воды. В каждую пробирку прибавьте   по   капле   5%­ного   раствора   перманганата   калия.   В   пробирке   с дистиллированной   водой   окраска   сохранится.   Исчезновение   окраски   в исследуемой воде указывает на присутствие в ней органических веществ.  Вывод:   наблюдали   исчезновение   окраски   перманганата   калия,   что говорит о наличие органических веществ. Определение содержания кислорода. В   течение   2­х   месяцев   образец   исследуемой   воды   несколько   раз проверялся на содержание кислорода, находился в достаточно благоприятных условиях:   на   свету   в   тёплой   комнате.   Но   с   течением   времени   мы   не обнаружили     позеленения   воды   (   позеленение   свидетельствует   о   наличие водорослей, которые в ходе фотосинтеза выделяют кислород). При помощи датчиков было произведено вычисление содержания кислорода в исследуемой воде.     Кислород,   являясь   мощным   окислителем,   играет   особую   роль   в формировании химического состава природных вод. Кислород поступает в 12 воду   в   результате   происходящих   в   природе   процессов   фотосинтеза   и   из атмосферы.   Расходуется   кислород   на   окисление   органических   веществ,   а также   в   процессе   дыхания   организмов.   Концентрация   растворенного кислорода в природных водах колеблется в ограниченных пределах (от 0 до 14 мг/л, при интенсивном фотосинтезе, в полдень, возможна и более высокая концентрация).   Вследствие   зависимости   концентрации   кислорода   в поверхностных водах от целого ряда факторов его концентрация значительно меняется в течение суток, сезона и года. Как сильный окислитель кислород играет   важную   санитарно­гигиеническую   роль,   способствуя   быстрой минерализации   органических   остатков.Количество   кислорода   с   течением времени не изменилось, что говорит об отсутствии всех выше перечисленных процессов.Нужно отметить, что через два месяца из твердого осадка вывелся червь   по   внешним   данным   и   по   характеру   поведения   похож   на паразитического, но на следующий день умер, что опять же свидетельствует средств для его питания и жизнедеятельности. Отсутствие водорослей может свидетельствовать о значительной жесткости воды(т.е. наличие ионов магния и кальция). Обнаружение ионов кальция и магния. Высокая   жесткость   ухудшает   органолептические   свойства   воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая действия на органы пищеварения. Величина   общей   жесткости   питьевой   воды   не   должна   превышать   10,0   мг­ экв/л. Содержание гидрокарбонатных и карбонатных ионов в речных водах изменяется от 30 до 400 мг/л, в озерах – до 500 мг/л, в атмосферных осадках – от 30 до 100 мг/л, в грунтовых водах – от 150 до 300 мг/л, в подземных – от 150 до 900 мг/л. К исследуемому образцу воды прилили разбавленный раствор  NaOH. Наблюдали появление белой мути, которая не оседала с течением времени. Содержание ионов кальция и магния в исследуемой реке Таблица 2.4 13 Определяемые компоненты химического состава вод Общая жесткость, мг­экв /л Карбонатная жесткость, мг­экв /л Содержание ионов Ca2+, мг­экв /л Содержание ионов Mg2+, мг­экв /л Река «Шексна» в городе Череповце 1,9 1,7 1,2 0,7 14 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Анализируя результаты, можно сделать следующие выводы: Река   в   ст.   Егорлыкской   постоянно   испытывает   на   себе   сильное антропогенное воздействие, большое количество бытового мусора, сточные воды из предприятия по переработке плодово­ягодной продукции и близкое « соседство» со старым кладбищем сделали воду в реке непригодной ни для купания, ни для ловли рыбы. Быстро решить данную проблему не возможно. Необходимо   вести   эколого­просветительскую   работу,   нужно   привлекать общественность и учебные заведения и, естественно, данный вопрос должен решаться на уровне Администрации Егорлыкского района. В дальнейшем мы планируем продолжитьначатое исследования.   Хочу проследить   сезонное   изменение   химического   состава   проанализировать состав воды еще нескольких водных объектов:   воды,   а   также 1. 2. 3.  Река Ягорба; Водохранилище «Рыбинское»;  Дождевая вода. 15 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1.   Алексеев   С.В.,   Беккер   А.М.   Изучаем   экологию   –   экспериментально.   Практикум   по экологической   оценке   состояния   окружающей   среды:   Учеб.пособие.   СПб.:   Санкт­ Петербургский городской университет педагогического мастерства, 1993. 64 с.  2.   Муравьев   А.Г.   Руководство   по   определению   показателей   качества   воды   полевыми методами. СПб.: «Крисмас+», 1988. 224 с.  3.   Ревич   Б.А.   Загрязнение   окружающей   среды   и   здоровье   населения.   Введение   в экологическую эпидемиологию. Учеб.пособие. М.: Изд­во МНЭПУ, 2001. 264 с.  4. Унифицированные методы анализа вод / Под ред. Ю.Ю. Лурье. М.: Химия, 1973. 397 с.  5. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб.пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Гуманит. изд. Центр ВЛАДОС, 2001. 288 с.  6. Школьный экологический мониторинг. Учебно­методическое пособие / Под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: АГАР, 2000. .385 с.  7. Шляхова А.И. Анализ природных вод и почв. Калинин: Кал.гос. ун­т, 1988. 29 с.  8. Руководство по гигиене водоснабжения под ред. С.Н.Черкинского. М: Медицина, 1975. – 175 с. 9.   Справочник   по   свойствам,   методам   анализа   и   очистки  H2O  –   часть  I.   Под   ред. А.Т.Пилипенко. Киев: Наукова Думка, 1980 10.В.Н. Алексеев Количественный анализ. – М.: Химия, 1972. 11.Большая детская энциклопедия. – М.: Химия,  2000. 12.Н.Л.Глинка Общая химия. – Л.: Химия,1986. 13.В.В.Добровольский Химия Земли. ­  М.: Просвещение,1988. 14В.В.Иванов   Основные критерии оценки химического состава минеральных вод. – М.: 1982. 15.В.А.Крицман Книга для чтения по неорганической химии: часть1. ­  М.: Просвещение, 1974. 16.Ю.Н.Кукушкин Химия вокруг нас. ­  М.: Высшая школа, 1992. 17.Ю.Ю.Лурье Унифицированные методы анализа вод. – М.: Химия, 1973. 18.Д.И.Менделеев Основы химии: том1. ­  М.­Л.: Госхимтехиздат,1934. 19.В.В.Иванов   «Основные   критерии   оценки   химического   состава   минеральных   вод»,М, 1982. 16 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 По данному примеру предоставить фотографии исследовательской работы 17 18 Таблица1. (из исследований к.х.н. Мосина О.В.) ПРИЛОЖЕНИЕ 2 19