Методики изучения экологического состояния прудовой воды по различным показателям.

Работа № 20. Изучение экологического состояния  прудовой воды по различным показателям. Методические рекомендации к работе. Для правильной оценки загрязнений воды, в том числе для отбора проб надо учитывать  условия, которые могут оказать влияние на состав взятых проб.   Различают   две   основные   пробы:   разовую   и   среднюю.   Более   точной считается   средняя   проба   для   исследований.   Средняя   проба   может   быть получена   смешением   нескольких   равных   объёмов   воды,   отобранных   через короткие  примерно равные промежутки времени . Вода на анализ отбирается в чистую посуду, предварительно  несколько раз сполоснутую исследуемой водой . Анализ воды надо проводить сразу после отбора проб, так как при длительном хранении воды (более 12 часов) могут произойти существенные изменения её состава.  В ходе комплексного исследования состояния воды можно исследовать 3 группы показателей, определяющих качество воды :  1) Показатели, характеризующие органолептические свойства, 2) Показатели, характеризующие химический состав воды, 3) Санитарно – микробиологические показатели.  Основными показателями, характеризующими безопасность воды, конечно же являются   санитарно   –   микробиологические,   а   органолептические   и химические показатели являются косвенными. Эти показатели характеризуют наличие   органических   веществ   или   продуктов   их   распада.   В   ходе исследований   были   проанализированы   данные   показатели   и   выбраны доступные методики, реализация которых возможна в полевых условиях и в школьной химической лаборатории.  Ход  работы: Методики определения показателей, характеризующих органолептические свойства воды из прудов  (прозрачность, цветность, осадок,  примеси: плёнка, водные организмы) Определение степени прозрачности воды прудов. 1. Произведём забор воды из исследуемых прудов. 2. Контрольным образцом нами была избрана дистиллированная вода. 3. Цилиндры с пробами воды помешали на текст со шрифтом из букв высотой 2 мм и толщиной линий букв 0,5 мм. 4. Постепенно сливали воду до тех пор, пока сверху через слой воды не был четко увиден шрифт. 5. Измерили высоту столба оставшейся воды линейкой при хорошем дневном освещении на расстояние 1 м от светонесущей стены. 6. Полученные результаты сравнили с прозрачностью контрольного образца.   Определение осадка в пробах воды после отстаивания визуальным методом. 1. Взболтанную воду наливаем в колбы и оставляем отстаиваться в течение 1 часа. 2.Образовавшийся на дне колб осадок оцениваем визуально количественно и качественно, указываем цвет осадка.  Определение цветности воды визуальным методом. 1.   В   пробирки   диаметром   1,5   и   высотой   12   см   берём   по   10   мг   воды   из исследуемых   водоёмов.   Контрольным   образцом   берём   дистиллированную воду. 2.  На   фоне   белого   листа  бумаги  сравниваем   цветность   воды  из  пробирок, сопоставляем с контрольным образцом. 3. На основе стандартной таблицы определяем цветность каждой пробы воды.  Таблица: “ Определение цветности воды”   уловимое Окрашивание сбоку нет нет нет едва желтоватое более   желтоватое Очень бледно­желтое  Бледно зеленоватое    бледно­ заметное   бледно­ Окрашивание сверху нет едва заметное бледно­желтоватое очень слабое желтоватое  желтоватое Цветность 0 10 20 40 Слабо жёлтое  Желтое  Интенсивно­желтое  50 100 150 Определение качества воды из прудов по её запаху. 1.   Колбы   с     притёртыми   пробками   на   2/3   объема   заполняем   исследуемой водой, встряхиваем, открываем и определяем запах . 2. Для усиления интенсивности   запахов воду подогреваем до 60 градусов , повторно определяем запахи .  3. Характер и род запахов воды определяем согласно стандартных таблиц.  Таблица: “  Характер и род запаха воды естественного происхождения” Характер запаха Примерный род запаха Огуречный, цветочный Ароматический Болотный Илистый, тинистый Фекальный, сточной воды Гнилостный Мокрой щепы, древесной коры Древесный Землистый Прелый, свежевспаханной земли, глинистый Затхлый, застойный Плесневый Рыбный Рыбы, рыбьего жира Сероводородный Тухлых яиц Травянистый Неопределенный Не подходящий под предыдущие определения Скошенной травы, сена Таблица: “ Интенсивность запаха воды ” Балл ы  0  1 2 3 4 5 Интенсивность запаха                    ­­­­­­­­­­­­­­ Очень слабая  Слабая  Заметная Отчётливая  Очень сильная Определение содержания взвешенных частиц в прудах. 1.   Содержание   взвешенных   частиц     во   взятых   пробах   воды   определяем   , используя   фильтрование   500   мл   воды   каждого   образца   через   бумажный фильтр с последующим высушиванием осадка до постоянной массы .  2. Содержание частиц в каждой пробе рассчитываем по формуле :  (M1 ­ M2) х 1000 / v , где M1 ­ масса бумажного фильтра с осадком ( гр. ) M2 ­ масса бумажного фильтра до опыта ( гр.) v ­ объем воды для анализа (л) ПДК = 10 мг/л Определение степени загрязнения прудов визуальным методом. 1. Визуально исследуем степень загрязнения прибрежной зоны. 2. Выявляем наличие загрязняющих факторов в прибрежной зоне шириной 10 метров. Классифицируем загрязняющие факторы. 3.   Анализируем   наличие   или   отсутствие   жирных   пятен   технического происхождения на поверхности воды. 4. Степень загрязнённости  жирными  пятнами оцениваем в соответствии  со стандартной таблицей. Таблица: «Степень загрязнения водоёма по внешним признакам». Балл ы 0 1 2 3 Характеристика загрязнения Нет пятен и пленок  Отдельные пятна и серые плёнки на поверхности воды Пятна и иррадиирующие плёнки Отдельные примазки нефти на берегах Методики определения качества воды прудов химическим анализом. Определение активной реакции воды. 1. Используем индикаторную бумагу. Смачиваем исследуемой водой и её цвет сравниваем со стандартной бумажной цветной индикаторной шкалой. 2.   Или   к   каждой   пробе   объемом   5   мл   добавим   0,1   мл   универсального индикатора, перемешиваем и по окраске раствора определяем приближенное значение Рн:  ­ розово ­ оранжевый ­ Рн около 5 ­ светло ­ жёлтая         ­ Рн около 6 ­ зеленовато ­ голубая ­ Рн около 8 3. Сравним полученные данные со стандартными показателями:  ­ Рн природных вод колеблется от 6,5 до 9,5 ­ норма Рн от 6,5 до 8,5  ­ Рн менее 5,5 и более 8,5 ­ показатель загрязнённости сточными водами  Обнаружение хлоридов и сульфатов. 1. Хлориды обнаруживаем путём добавления к пробам 3 капель 10% раствора AgNO3. Объём проб воды ­ по 5 мл. При наличии хлорид­ионов образуется белый осадок или помутнение. 2.   Приближённую   количественную   оценку   произведем   в   соответствие   со стандартной таблицей: Таблица: « Определение содержания хлоридов”. Осадок или помутнение Слабая муть  Сильная муть  Образуются хлопья , но осаждаются не сразу Белый объёмистый осадок Концентрация   хлоридов, мг/л 1 ­10 10­50 50­100 Более 100 3.   Качественное   определение   хлоридов   так   же   произведём   AgNO3     в присутствии   K2CrO4     как индикатора. При наличии хлоридов образуется кирпично­красный осадок .  4. Для обнаружения сульфат­ионов 5 %   BaCl2 .  По характеру выпавших осадков   определим   ориентировочно   содержание   сульфат­ионов,   сравнивая результаты с данными стандартной таблицы.  Таблица: ” Определение содержания сульфатов” Характер осадка Отсутствие мути  Слабая муть, появляющаяся через несколько минут  Слабая муть, появляющаяся сразу  Сильная, быстро оседающая муть  Концентрация сульфатов, мл/л Менее 5 5­10 10­100 Более 100 Обнаружение карбонатов и гидрокарбонатов. 1. В пробирки берём по 10 мл анализируемой воды, добавляем 5 ­ 6 капель фенолфталеина.   При   отсутствии   окраски   считают,   что   карбонат   ионы отсутствуют   в   пробе.   Затем   добавляем   1­2   капли   метилового   оранжевого, проба приобретёт жёлтый цвет при наличии гидрокарбонатов. 2. При возникновении розовой окраски в первом случае пробу титруем 0, 05 н. раствором   солярной   кислоты   до   обесцвечивания,   во   втором   случае   до розового цвета.  Определение аммиака, ионов аммония, нитратов и нитритов . 1.   К   пробам   добавим   раствор   дифениламина   (по   3   капли)   в   присутствии нитратов и нитритов появится синее окрашивание.  2. Для определения аммиака и ионов аммония к пробам по 10 мл каждая добавим 0.2 ­0.3 мл 30% раствора сегнетовой соли и 0.2 мл реактива Неслера. Через 10 ­15 минут сравним результаты с данными таблицы:   Таблица: « Ориентировочное суммарное содержание аммиака и ионов аммония в воде». Окрашивание сбоку Окрашивание сверху Мг азота/л 0,04 0,08 Мг аммония/л 0,05 0,1 0,3 0,5 1,0 2,5 5,0 Более 10,0 Нет  Нет  Нет Чрезвычайно   желтоватое Слабо­желтоватое слабо­   слабо­ Чрезвычайно желтоватое Очень слабо желтоватое  Желтоватое Слабо­желтоватое Жёлтое  Мутноватое, резко­жёлтое Бурое, раствор мутный  Интенсивно­бурое, раствор мутный Светло­желтое Буровато­желтое 0,2 0,4 0,8 2,0 4,0 10,0 Бурое, раствор мутный Более Исследование прудовой воды на электропроводность. 1.В каждую пробу прудовой воды опускаем поочерёдно электроды прибора для определения электропроводности веществ.   После каждого погружения электроды промываем и высушиваем фильтровальной бумагой. 2. Аналогичное измерение проведем с дистиллированной водой. Наблюдаем за свечением лампочки.  Перманганатная окисляемость прудовой воды. 1. В пробы прудовой воды добавим немного розового раствора перманганата калия. Контрольным образцом используем дистиллированную воду  2. При накоплении в воде органических веществ происходит их оседание в виде хлопьев в результате взаимодействия с перманганатом калия.  Качественное обнаружение катионов тяжёлых металлов в прудовой воде. 1. Для обнаружения свинца в пробирки с пробами воды добавим по 1 мл 50% раствора   CН3COOH,   перемешаем,   затем   добавим   по   0.5мл10%раствора K2Cr2O7.При наличии ионов свинца выпадет желтый осадок. 2. Для обнаружения общего железа в пробирки с пробами воды добавим по 1капле HNO3 конц., несколько капель H2O2 и около 0.5 мл раствора KCNS. При содержании железа 0.1 мг/л появляется розовое окрашивание , при более высоком – красное . 3.   Для   обнаружения   меди   в   фарфоровые   чашки   помещаем   по   3­5   мл исследуемой   воды,   выпариваем   досуха   и   наносим   на   периферийную   часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно – синей или фиолетовой окраски свидетельствует  о присутствии ионов меди . Изучение экологического состояния водоемов методами биоиндикации. Определение уровня восстановленности среды в донных отложениях водоемов с помощью автографии на фотобумаге. Окислительно – восстановительные условия в илах прудов оказывают заметное влияние на развитие в них растительности и животного населения. В загрязненных водоемах при малом содержании кислорода в иле развиваются восстановительные   (аэробные)   процессы.   При   этом   разложение   остатков замедляется,   в   иле   больше   накапливается   веществ   восстановителей, отрицательно   влияющих   на   развитие   растений.   Разложение   органических остатков   в   илах   прудов   происходит   в   основном   благодаря   деятельности микроорганизмов, групповой состав которых зависит от уровня окисленности среды.   В   связи   с   этим   микроорганизмы   могут   служить   биоиндикаторами окислительно – восстановительных условий в данном субстрате.  Методика аппликационного метода – автографии на фотобумаге. Метод   основан   на   восстановлении   бромида   серебра,   находящегося   в эмульсии засвеченной фотобумаги, восстановленными веществами изучаемого образца донного ила. При этом в эмульсионном слое фотобумаги образуется множество   частиц   металлического   серебра   в   виде   черных   и   белых   пятен. Интенсивность окраски пятен тем больше, чем выше восстановленность среды в   местах   соприкосновения   фотоэмульсии   с   илом.   Полученные   отпечатки называются автографиями. В   намеченных   точках   отбора   берется   не   менее   3   образцов   ила   на расстоянии 20 – 30 см друг от друга, усредненный образец заливается 100 мл воды из исследуемого водоема Фотобумагу   нарезаем   в   виде   полос,   нумеруем   и   помещаем   внутрь исследуемого образца ила. После 72 – часовой экспозиции извлекаем фотобумагу из образца ила, промываем в обычной воде, затем в дистиллированной, закрепляем в течении 5 минут в 25% ­ ном растворе гипосульфита и снова промываем. Высушиваем   полоски   на   фильтровальной   бумаге   так,   чтобы эмульсионный слой был сверху.  Изучение активности ферментов протеаз в донных отложениях водоемов по аппликациям на рентгеновской пленке. В   условиях   усиливающегося   техногенного   и   бытового     загрязнения водоемов   большое   значение   приобретает   проблема   естественного обезвреживания отходов, содержащих белковые вещества. Ведь их медленное гниение на дне водоемов всегда сопряжено с опасностью отравления людей или   возникновения   опасных   заболеваний.   Белки   разлагаются   многими микроорганизмами   с   помощью   собственных   ферментов   –   протеаз.   Донные отложения   водоемов,   имеющие   высокую   активность   таких   ферментов, экологически более устойчивы против органических загрязнений и наоборот. Под   влиянием   протеаз   белки   распадаются   до   аминокислот,   которые усваиваются   микроорганизмами.   Загрязнение   ила   тяжелыми   металлами приводит   к   сильному   сокращению   численности   микроорганизмов, вырабатывающих протеазы. Методика аппликационного метода Е.Н. Мишустина и И.С. Вострова. В   качестве   индикатора   протеазной   активности   используется рентгеновская пленка, эмульсия на которой разрушается микроорганизмами. Основу эмульсии составляет желатин – денатурированный белок коллаген. Отбор проб ведется также по описанной методике выше. Рентгеновскую   пленку   нарезаем   на   полоски,   нумеруем   и   опускаем   в исследуемых образец ила. Время   экспозиции   пленки   составляет   72   часа   при   температуре   20   – 230С. Промывание пленки в воде  и ее высушивание. О   протеазной   активности   судят   визуально   по   степени   разрушения желатинового слоя пленки, извлеченного ила. В илах с высокой активностью протеаз значительное разрушение желатинового слоя наблюдается на большей части   поверхности   пленки.   При   малой   протеазной   активности   пораженные участки видны в виде точек и разрозненных матовых пятен малого диаметра.  Определение интенсивности выделения углекислого газа илами как биотест на плотность ее заселения живыми организмами. Экологически   чистые   донные   отложения   водоемов   наиболее   густо заселены   различными   организмами.   Все   они   дышат,   поглощая   кислород   и выделяя   углекислый   газ.   Чем   гуще   заселен   грунт,   тем   больше   в   нем выделяется углекислого газа. Живые организмы при этом могут выступать в роли   биоиндикаторов.   Количественным   показателем   биоиндикации   служит скорость выделения организмами углекислого газа. Чем больше эта скорость, тем благополучнее грунт в экологическом плане.  Методика определения «дыхания» ила по методу Штатнова. Для   исследования   собираем   специальную   лабораторную   установку, состоящую   из   химического   стакана   с   исследуемым   образцом   ила, устанавливаемого   в   поддон   с   водой   (   2   –   3   см),   чашкой   со   щелочью   на подставке. Вся установка помещается под сосуд ­ изолятор. Исходный раствор щелочи титруем в лаборатории 0,05 н раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина. Скорость выделения углекислого газа из грунта определяем по формуле: V = ( a – b ) х 1,1/ S х t х 100 Где V – количество углекислого газа, выделившегося из почвы, кг/га в час, а   –   количество   0,05   н   соляной   кислоты,   израсходованной   на   титрование исходного раствора, мл. b   –   количество   0,05   н   соляной   кислоты,   израсходованной   на   титрование щелочи после экспонирования, мл.  1,1   –   масса   углекислога   газа,   эквивалентная   массе   соляной   кислоты, содержащейся в 1 мл 0,05 раствора соляной кислоты, мг/мл, S – площадь ила под сосудом – изолятором, м2 t – экспозиция, час. Исследование беспозвоночных животных – биоиндикаторы загрязнения водоемов.   черви, В основе метода лежит зависимость видового состава крупных донных беспозвоночных   от   уровня   загрязнения   вод.   В   качестве   биоиндикаторов служат   широко   распространенные   организмы:   моллюски, ракообразные, личинки насекомых. (Приложение 18) 1. Для каждого водоема выбираем несколько наиболее типичных по условиям точек. 2. Пробу грунта с обитающими в нем донными организмами берем с помощью специальных ловушек. 3. Взятые пробы промываем и отбираем найденные организмы. Их помещаем пинцетом в баночку с 4% ­ ым раствором формалина. 4.Для   определения   класса   качества   вод   среди   пойманных   организмов отбираем представителей индикаторных таксонов. 5.   Полученные   подсчеты   совмещают   с   данными   стандартной   таблицы.   По числу обнаруженных в пробах таксонов рассчитываем классовую значимость 6. Класс качества вод на исследуемом участке определяем по максимальной классовой значимости одной из групп таксонов.  Таблица «Шкала качества вод». Список индикаторных таксонов Личинки веснянок Личинки ручейника риакофила Плоские личинки поденок Личинки ручейника нейреклепсиса Личинки вилохвосток Роющие личинки поденок Личинки   ручейников   при   отсутствии риакофил и нейреклепсисов Личинки стрекоз красотки и плосконожки Личинки мошек Водяной клоп Крупные двустворчатые моллюски Условная значимость каждого таксона классе, единиц 50   в 25 14,2 Класс качества воды   очень 1­й, чистые 2 –й, чистые 3–й, удовлетворит ельно чистые Моллюски – затворки Личинки стрекоз при отсутствии красотки и плосконожки Личинки вислокрылок Водяной ослик Плоские пиявки Мелкие двустворчатые моллюски Мотыль Крыски (личинки мух – пчеловидок) Трубочник Червеобразные   пиявки   при   отсутствии плоских Макробеспозвоночных нет 20 25 ­ 4–й, загрязненные 5 – й, грязные 6   –   й,   очень грязные