Проектно – исследовательская работа «Исследование малых рек нашего города»

Министерство образования и науки Алтайского края Краевое государственное бюджетное общеобразовательное учреждение для обучающихся, воспитанников с ограниченными возможностями здоровья «Новоалтайская общеобразовательная школа­интернат» Проектно – исследовательская работа «Исследование малых рек  нашего города» Работу выполнил ученик 10 класса Чупин Виктор Владимирович Руководитель Шолохова  Ольга Анатольевна учитель химии г. Новоалтайск 1 2017 г. Оглавление Введение____________________________________________________ Основная часть: 1. 2. 2.1 Экологическое состояние рек__________________________________ 2.2 Речная сеть г. Новоалтайска ___________________________________ 2.3 Качество воды______________________________________________ 2.4 Опытно­экспериментальная работа____________________________ 2.5 Выводы____________________________________________________ 2.6 Рекомендации_______________________________________________ 3.      Заключение  _________________________________________________ 4. Список литературы и информационных источников_________________ 5. Приложение___________________________________________________ 3 4 4 4 5 6 10 11 11 13 14 2 Введение В последнее время на пляжах нашего города стали появляться таблички «Купаться запрещено». Но ведь еще несколько лет назад мы спокойно купались в речках…А река – постоянный водный поток. Вода ­ одно из самых распространённых на Земле и необычных по своим свойствам химических соединений. Без воды невозможно существование самой жизни.   Качество   воды   ­   один   из   важнейших   показателей   качества   окружающей   среды, влияющий на здоровье человека, на развитие флоры и фауны водоёма, которое можно оценить с помощью физических, химических, биологических исследований и обозначить тенденциив его изменении[8]. Объект исследования:реки г. Новоалтайска. Предмет исследования: определение уровня загрязнения рек г. Новоалтайска. Гипотеза:  предположим,   что   деятельность   человека   влияет   на   экологическое состояние рек нашего города.  Цель   исследования:   оценить   экологическое   состояние   рек   нашего   города Чесноковка, Малая Черемшанка и Большая Черемшанка. Проведению   данных   исследований   предшествовала   большая   подготовительная работа:   тщательное   изучение   литературы   по   методике   проведения   подобных   работ, подготовка химической посуды и реактивов. Затем был проведен согласно методике отбор проб воды. После подготовки их к исследованию начались экспериментальные работы, к которым мы отнеслись очень серьезно, подолгу проверяя полученные результаты.  При исследовании были соблюдены следующие правила: ­ для получения максимально достоверного вывода брали три пробы воды, а результат рассчитывали по среднему значению; ­   чем   меньше   времени   проходит   после   отбора   воды   перед   её   анализом,   тем   точнее результат; ­ выполняли эксперименты, строго следуя методическим рекомендациям. Задачи: ­ привлечь внимания обучающихся, воспитанников к проблеме загрязнения вод; ­ реализовать межпредметные экологические связи; ­ развить коммуникативных способностей школьников; ­ формировать активные позиции школьников по вопросам защиты окружающей среды; ­ провести обработку результатов исследования; 3 ­ сделать выводы; ­ сделать отчет по работе. Методы исследования: ­ работа с информационными источниками, Интернет – ресурсами; ­ забор анализа; ­ эксперимент; ­ наблюдение; ­ сравнение; ­ анализ и обобщение информации. При исследовании были соблюдены следующие правила:  для получения максимально достоверного вывода брали три пробы воды, а результат  рассчитывали по среднему значению;  чем меньше времени проходит после отбора воды перед ее анализом, тем точнее  результат;  выполняли эксперименты, строго следуя методическим рекомендациям. 2. Основная часть.  Экологическое состояние рек. 2.1    Антропогенных факторов изменения химического состава воды малых рек (малые реки занимают   промежуточное   положение   между   временными   и   постоянными   водотоками   в овражно­балочной сети и средними реками. Они имеют непрерывный срок, характеризующий природное соотношение составляющих водного, солевого, ионного баланса веществ, баланса речных наносов, биологических субстанций, а также теплового баланса. Отличие малых рек от временных водотоков заключается не только в наличии стока, но и относительно  меньшей численности) ­ множество. Назовем наиболее существенные из них. Это непосредственное поступление в реки сточных вод от промышленных предприятий, в результате которого происходят   коренные   изменения   состава   воды   и   появляются   специфические   вещества, губительные   для   естественного   природного   фона;   загрязнение   удобрениями   и ядохимикатами,   поступающими   с   сельхозугодий,   а   также   ливневыми   и   талыми   водами урбанизированных   территорий;   зарегулирование   стока   малых   рек,   нарушающее   их естественный гидрологический и гидрохимический режим; изъятие стока рек на местные хозяйственные нужды ­ орошение, водоснабжение животноводческих комплексов и др. [4] 2.2 Речная сеть г. Новоалтайска. 4 Речная   сеть   Новоалтайска   очень   обширна.   Главная   река   города   –   Чесноковка   – правый приток Оби. Считается, что наименование этой небольшой речки связано с тем, что в ее верховьях когда­то росло много чеснока. Длина реки составляет 72 километра, при ширине   русла   в   городе   8­12   метров.   Водосбор   Чесноковки,   площадь   которого   377 квадратных   километров,   холмистый,   в   орографическом   отношении   представляет увалистую   равнину,   расчлененную   долинами   логов   и   балок,   в   верхнем   течении   он вытянутой формы шириной 5­10 км, в среднем и нижнем – трапецеидальной. Истоки реки расположены на юго­западных отрогах Бийско­Чумышской возвышенности, к юго­востоку от   ст.   Шпагино   вблизи   пос.   Загонный.   Левый   склон   долины   крутой,   обрывистый,   зато правый склон большей частью пологий. Вода в реке гидрокарбонатно­кальциевая, мягкая. PH воды в пределах 8 (0,000001 моль/л), вода заметно окрашена, весной слабо­желтоватая. Антропогенное   загрязнение   реки   довольно   высокое.   Значительная   загрязненность   реки нефтепродуктами по всему руслу – это результат загрязнения ее водосборной площади и поймы стоками картонно­рубероидного завода, а также из­за мойки машин[5]. Другие две речки Новоалтайска — Большая и Малая Черемшанки — название свое получили   тоже   от   растущего   здесь   чеснока,   но   только   дикого,   известного   также   под названиями лук медвежий или черемша. Реки Большая Черемшанка (площадь водосбора 717 кв. км) и Малая Черемшанка (водосбор 281 кв. км) имеют одинаковую длину — по 54 километра. Рельеф их – холмисто­увалистый, расчлененный эрозионной сетью. Водосбор большей   части   течения   Большой   Черемшанки   располагается   на   юго­западных   отрогах Бийско­Чумышской   возвышенности   и   прилегает   к   пойменной   долине   Оби.   Общая гидрографическая сеть, формирующая сток, довольно обширна, имеет 9 небольших озер с общей площадью 0,2 километра, всего в бассейне рек 27 водотоков общей длиной 185 километров. (Приложение 1) 2.3   Качество воды. Качество потребляемой нами влаги характеризуется ее составом и свойствами. Они же определяют пригодность ее для использования в тех или иных сферах человеческой деятельности.Итак, питьевая чистая вода  призвана служить здоровью человека. С этой целью следует обращаться в инстанции, специализирующиеся на осуществлении анализов воды и соответствия качества ее нормативным требованиям. Обычно, оценка основывается на физических, химических, бактериологических показателях[6]. К   физическим   показателям   относятся:   цветность,   мутность,   запах,   привкус, температура, пенистость. 5 К   химическим   показателям   относятся:   жесткость,   щелочность,   сухой   остаток (минерализация), содержание ионов и водородный фактор рН. К   бактериологическим   показателям   относят:   загрязненность   источника   кишечной   содержание   токсичных, палочкой,   бактериальная загрязненность.Дополнительные требования предъявляются в зависимости от присутствия   радиоактивных   элементов, в воде других микроорганизмов.(Приложение 2) 2.4 Опытно­экспериментальная работа. О качестве питьевой воды сказано не мало. На сегодняшний день качество питьевой воды регулируют всевозможные правила и нормы, которые указывают на то, что питьевая вода   должна   быть   безопасна   для   человека   как   в   эпидемиологическом,   так   и   в радиационном плане, иметь безвредный химический состав и обладать хорошим вкусом и запахом.   Факторы   качества   питьевой   воды   подразделяются   на   органолептические, химические и микробиологические. Я хочу узнать: как сильно загрязнена речная вода. И почему   на   двух   речках   (Чесноковка   и   Малая   Черемшанка)   стоят   знаки   «Купаться запрещено».   В   условиях   лаборатории   школы,   мыможем   провести   органолептические, химический исследования речной воды.  Для проведения  опытов быливзяты образцырек нашего города, а показатели питьевой воды, взяты из таблицы. [7] №1 – Чесноковка №2 – Малая Черемшанка №3 – Большая Черемшанка №4 – питьевая вода  Опыт №1.Определение содержания ионов водорода в воде: рН­фактор воды. Кислотность воды определяется водородным показателем pH. В зависимости от уровня pH вода может быть кислая или щелочная. Оптимальный показатель pH питьевой воды по  СанПин варьируется от 6 до 9.С помощью данного исследования можно определить  содержание ионов водорода в воде. Оборудование и реактивы:  пробы воды;   универсальная индикаторная бумага; цветная шкала рН. Ход работы: определили значение рН с помощью бумажных индикаторов (универсальная  индикаторная бумага)  Вывод: индикаторная бумага стала: 6 №1 ­ №8 – слабощелочная среда №2 ­ №8 – слабощелочная среда №3 ­ №7 ­ среда нейтральная. Результат опыта представлен в виде диаграммы см. Приложение 3. Опыт №2.Исследование мутности. Мутность воды характеризуется  содержанием в ней  взвеси,  которой  могут быть соли   металлов,   песок,   глина,   бактерии   и   микроорганизмы.   Чаще   всего   образуется   в процессе размывания дна водоема, попадания в него талых и сточных вод. Мутность не только создает благоприятные условия для развития бактерий, но и служит преградой при дезинфекции.   Если   вода   изначально   мутная,   но   после   отстаивания   светлеет,   а   на   дно выпадает осадок – в ней содержится песок и глина. Если же вода мутнеет не сразу, то, скорее   всего   она   загрязнена   солями   металлов,   которые   в   процессе   соприкосновения   с воздухом окисляются. Согласно СанПин мутность воды не должны превышать 1,5 мг/ дм3 воды.  Оборудование:  весы лабораторные,  бумажный фильтр. Ход работы:взвесили бумажный фильтр, определили массу фильтра, отфильтровали 1литр речной   воды,   высушили   использованный   фильтр,   взвесили   высушенный   фильтр   и определили его массу, вычислили разницу массы фильтра до и после фильтрования. Вывод:Взвесили фильтр, его масса 500мг/л. После фильтрации масса фильтра составила: №1 ­ 510мг/л ­ 10 мг/л №2 – 509 мг/л – 9 мг/л №3­ 506 мг/л – 6 мг/л Разница в массе и есть величина мутности в мг/л (допустимая мутность питьевой воды 2 мг/л).Результат опыта представлен в виде диаграммы см. Приложение 4. Опыт №3.Исследование цвета воды. Цвет природной воды обусловлен наличием в нем кислот, загрязнений  промышленных предприятий, соединений железа, цветущих водорослей. Для описания  цвета воды использовали стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд набирают воду и  на белом фоне бумаги определили её цвет (желтый, светло­желтый, зеленоватый, бурый,  голубой – показатель определённого вида загрязнения). Вывод:  7 №1   –   зеленовато­желтый–присутствием   в   воде   гумусовых   и   дубильных   веществ, органических соединений, соединений железа, «цветением» водоемов. №2   –бурый   ­   присутствием   в   воде   гумусовых   и   дубильных   веществ,   органических соединений, соединений железа, «цветением» водоемов. №3   ­   желтый   –   река  несущая   большое   количество   песка,   глины   и   прочих   взвесей органического происхождения. Опыт №4.Определение запаха воды. Запах воды определяют при комнатной температуре и при нагревании до 50­60С,  характеризуется качественно (запах ароматический, гнилостный, болотный, землистый и  т.д.) и количественно. Сила и характеристика при пятибалльной шкале. Балл Степень ы 1 Нет запаха 2 Очень слабый Характер запаха Запах совсем не ощущается Запах обычно не наблюдается, определяется только опытным  3 Слабый 4 5 Очень сильный Заметный путем Запах обнаруживается потребителем Запах легко замечается, заставляет воздержаться от питья. Запах резко выраженный, вода непригодна для питья. Вывод:  №1 ­ запах воды реки Чесноковка составляет 4 балла №2 – запах воды реки Малая Черемшанка – 4 балла №3 – запах воды реки Большая Черемшанка – 3 балла. Результат опыта представлен в виде диаграммы см. Приложение 5. Опыт №5.Определение содержания растворённого кислорода в пробе воды. Растворенный кислород – важный фактор, говорящий о благополучном состоянии водоёма, о   возможности   существования   в   нём   живых   организмов   (способ   определения   по Насоновой). Способ определения по Насоновой. Ход исследования: ­ Отфильтровали пробы воды. ­   К   10мл.   отфильтрованной   воды   добавили   0,5мл.   30%   серной   кислоты   и   1мл.   0,001н раствора перманганата калия. ­ Тщательно перемешали содержимое и оставили на 20 минут при t=20 градусов. ­ Оценка результатов: 8 Если раствор остался ярко­розовым, то содержание растворенного кислорода в воде можно считать = 1мг/л., если окраска раствора стала лилово­розовой, то 2мг/л.,если слабо лилово­ розовой, то 4мг/л., если бледно­лилово­розовой, то 6мг/л., если бледно­розовой, то 8мг/л., если желтой, то 16мг/л. Вывод:  №1 – окраска раствора стала лилово­розовой ­ 2мг/л №2 – окраска раствора сталабледно­розовой, то 8мг/л №3 ­ окраска раствора стала бледно­лилово­розовой, значит содержание растворенного  кислорода в пробе воды 6 мг/л Результат опыта представлен в виде диаграммы см. Приложение 6. Опыт №6.Определение сульфатов. Сульфаты   содержатся   в   большей   части   поверхностных   вод.   Естественная   причина   их образования   –   растворение   минералов,   содержащих   серу   и   окисление   сульфидов   серы. Большая   часть   сульфатов   –   следствие   отмирания   растений,   а   также   окисления органических   веществ.   Другой   источник   сульфатов   –   стоки   производственных предприятий. Превышение соединений серы в питьевой воде ухудшает органолептические показатели. Взаимодействуя с кальцием и магнием, сульфаты способствуют образованию накипи. Согласно СанПин допускается 500 мг сульфатов на 1 литр воды. Ход исследования: 1). Налить в пробирку 10 мл воды; 2). Добавить 0.5 млсоляной кислоты; 3). Добавить 2 мл5% раствора хлорида бария, всё перемешать. По характеру осадка определяют содержание сульфатов. Осадок или помутнение Концентрация хлоридов, мг/л. Отсутствие мути Менее 5 мг/л. Слабая муть, появляющаяся не сразу, а через несколько минут 5 – 10 мг/л. Слабая муть, появляющаяся сразу после добавления хлорида бария 10 – 100 мг/л. Сильная, быстро оседающая муть Более 100 мг/л ­ высокое содержание сульфатов 9 №1 – Слабая муть, появляющаяся не сразу, а через несколько минут 5 – 10 мг/л №2 – Слабая муть, появляющаяся не сразу, а через несколько минут 5 – 10 мг/л №3 ­ Слабая муть, появляющаяся сразу после добавления хлорида бария 10 – 100 мг/л Вывод:   содержание   сульфатов   не   соответствует   ПДК,   так   как   в   ходе   исследований обнаружили слабую муть, и только в питьевой воде муть отсутствует.  Результат опыта представлен в виде диаграммы см. Приложение 7. Опыт №7.Обнаружение фенолов. Фенолы являются слабыми кислотами (рКа самого фенола 9,98). Высокая реакционная  способность фенолов в реакциях окисления находит техническое применение при  использовании фенольных соединений в качестве ингибиторов процессов автоокисления  масел и жиров и имеет большое значение в биосинтезе природных фенольных соединений.  Наиболее важным свойством фенолов с точки зрения выделения и идентификации  является способность к образованию солей с металлами. Ход исследования: 1). Взять 10мл. исследуемой воды; 2). Добавить хлорную воду 6%; 3). Через 10 минут определяли запах, характерный для хлорфенолов (аптечный запах). Вывод:  №1 – сильный запах хлорфенола (3) №2 – слабый запах хлорфенола (2) №3 – фенол не обнаружен (1) Результат опыта представлен в виде диаграммы см. Приложение 8.  . 2.5. Выводы   1. Проведены исследования физических параметров речной воды рек: Чесноковка,  Малая Черемшанка, Большая Черемшанка. 2. Исследования показали, что среда речной воды №1, №2 – слабощелочная(рН=8),  №3 – нейтральный, что составляет норму. 3. В реках нашего города присутствуют гумусовые и дубильные вещества,  органические соединения, соединения железа, «цветение» водоема. Все эти показатели  10 говорят о плохом качестве воды в реке, которые, естественно, делают её непригодной для  питья и ограничивают употребление для хозяйственных целей. 4. Запах легко замечается, заставляет воздержаться от питья. 5. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от   0   до   14   мг/л   и   подвержено   значительным   сезонным   и   суточным   колебаниям.   В эвтрофированных и сильно загрязненных органическими соединениями водных объектах может иметь место значительный дефицит кислорода. Уменьшение концентрации РК до 2 мг/л вызывает массовую гибельрыб и других гидробионтов.В пробах воды №1 – показатель содержания кислорода – 2 мг/л, что является критических для живущих в ней организмов. 6. Исследования показали, что содержание сульфатов не соответствует ПДК, так как в ходе исследований обнаружили слабую муть.Сульфаты поступают в водную среду со сточными водами многих отраслей промышленности. Атмосферная двуокись серы (SO2), образующаяся при сгорании топлива и выделяющаяся в процессах обжига в металлургии, может вносить вклад в содержание сульфатов в поверхностных водах. Трехокись серы (SO3), образующаяся при окислении двуокиси серы, в сочетании с парами воды образуют серную   кислоту,   которая   выпадает   в   виде   «кислого   дождя»   или   снега.   Большинство сульфатов растворимы в воде. 7. В пробах №1, №2 обнаружены хлорфенолы. Фенолы являются одним из наиболее распространенных   загрязнений,   поступающих   в   поверхностные   воды   со   стоками предприятий.   Сброс   фенольных   вод   в   водоемы   и   водотоки   резко   ухудшает   их   общее санитарное   состояние,   оказывая   влияние   на   живые   организмы   не   только   своей токсичностью,   но   и   значительным   изменением   режима   биогенных   элементов   и растворенных газов (кислорода, углекислого газа). 2.6 Рекомендации. 1.   В   результате   проделанных   исследований   рекомендуем   не   использовать   речную   воду рекЧесноковка, Малая Черемшанка, Большая Черемшанка для питья и по возможности ограничить её использование для хозяйственных нужд. 2.  В целях улучшения качества речной воды рекомендуем жителям близлежащих районов не  сбрасывать  в реку  бытовые  отходы,  а  использовать  для  этих  целей канализации для жидких отходов и мусорные контейнеры для твёрдых мусорных отходов. 3.  Кроме того, для исключения попадания в реку компонентов минеральных удобрений и ядохимикатов соблюдать нормы. 11 3. Заключение. Проведенные   мною   эксперименты   показали,   что  загрязнение   водных   ресурсов нашего городавредны, а  деятельность человека влияет  на экологическое состояние рек нашего города.  Стоящие на ней таблички «Купаться запрещено» ­ не напрасны.Изучить, какие присутствуют бактерии в реках нашего города в условиях нашей лаборатории я не смог.  Загрязнение рек, протекающих по Новоалтайску, высокое. Данные водные объекты используются   населением   города   для   хозяйственно­бытовых   нужд.   Из­за   ежегодной биогенной нагрузки в составе сточных вод преобладает сухой остаток, сульфиды, хлориды, взвешенные   вещества   и   нитраты.   На   берегах   рек   располагаются   многочисленные инженерные сооружения и всевозможные коммуникации (мосты, линии электропередач). В поймах находятся богатые кормовые угодья. Все эти виды хозяйственной деятельности сосредоточены на сравнительно коротких участках рек. В результате такой концентрации техногенных   воздействий   происходит   значительное   загрязнение   поверхностных   вод. Промышленные сточные воды отличаются повышенным содержанием хлоридов, сульфитов, иногда натрия и соединений азота, а также широкого спектра металлов и органических соединений.   В   реку   Чесноковку   осуществляется   сброс   загрязненных   сточных   вод   без очистки с ОАО «Алтайкровля» в объеме 20 тысяч кубических метров. Кроме того, стоки из системы ливневой канализации сбрасываются в реки, протекающие по городу, также без всякой очистки, что приводит к значительному загрязнению вод. 12 4. Список литературы и информационных источников 1. Е. В. Дементьева, Геоэкологическая оценка состояния окружающей среды на  территории Новоалтайско­Барнаульского территориально­промышленного комплекса / Е.  В. Дементьева // География и природопользование Сибири : [сб. ст.]. – Барнаул, 2001. –  Вып. 4. – С. 264–268. 2. Н. В. Елесова, Флора Новоалтайска и его окрестностей / Н. В. Елесова, Е. В.  Танкова // Известия Алтайского государственного университета. – 2006. – № 3. – С. 67–71. 3. Б. Н. Лузгин, Экология Алтайского края / Б. Н. Лузгин; Федер. агентство по  образованию, Гос. образоват. учреждение «Алт. гос. ун­т». – Барнаул: Изд­во АГУ, 2008. –  С. 110. Экосистемы водоемов Алтайского края: Материалы к изучению/ Под ред. М. М.  4. Силантьевой. Барнаул: Изд­во Алт.ун­та, 1997. 115 с. 5. http://www.novoaltaysk.ru 13 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. http://www.nasledie­altai.ru http://altairegion.narod.ru http://science.snauka.ru http://altinvest22.ru/upload/munobr/inves_pasport_Novoaltaisk_39.pdf http://www.prirodasibiri.ru http://www.florets.ru http://www.tsvetnik.info 13. http://fito­travy.ru/ 14. http://www.wildlife.by Приложение 1 14 Исток реки Чесноковка Приложение 2 15 Приложение 3 16 Содержания ионов водорода в воде: рН­фактор воды 8 7.8 7.6 7.4 7.2 7 6.8 6.6 6.4 Категория 1 Чесноковка Малая Черемшанка Большая Черемшанка Питьевая вода Оптимальный показатель pH питьевой воды по СанПин варьируется от 6 до 9. Исследование мутности. Приложение 4 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Категория 1 Чесноковка Малая Черемшанка Большая Черемшанка Питьевая вода Согласно СанПин мутность воды не должны превышать 1,5 мг/дм3 воды. 17 Определение запаха воды. Приложение 5 Чесноковка Малая Черемшанка Большая Черемшанка Питьевая вода 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Категория 1 Гигиенические требования к качеству водыцентрализованных систем питьевого водоснабжения ­ максимальный допустимый балл – 2. Определение содержания растворённого кислорода в пробе воды. Приложение 6 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Категория 1 Чесноковка Малая Черемшанка Большая Черемшанка Питьевая Вода 18 12 10 8 6 4 2 0 Количество кислорода предельно допустимый показатель 5 мг/л воды. Определение сульфатов. Приложение 7 Чесноковка Малая Черемшанка Большая Черемшанка Питьевая вода Категория 1 Согласно СанПин допускается 500 мг сульфатов на 1 литр воды. Обнаружение фенолов. Приложение 8 19 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Категория 1 Фенольный индекс 0,25 мг/л Чесноковка Малая Черемшанка Большая Черемшанка Питьевая вода Приложение 9 20 21 22 23 24