РЕАЛИЗАЦИЯ ПРАКТИКО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОЕКТА Химический состав воды рек Уфа и Байки

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРАКТИКО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОЕКТА

«ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОДЫ РЕК УФА И БАЙКИ

КАРАИДЕЛЬСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН»

Лыгин С.А., Кабирова Л.Р., Пурина Е С.

Бирский филиал Башкирского государственного университета

         Самым широко используемым богатством современности является вода - великий дар природы, непременная составляющая всего живого и необходимое условие для большинства производственных процессов. Башкортостан называют республикой тысяч рек и озер. Так, например, одним из многогидрообъектных районов республики является Караидельский район, по территории которого протекают такие реки как: Караидель (Уфа), Бердяш, Урюш, Юрюзань, Байки и др. Проблема чистоты этих рек волнует жителей всей республики Башкортостан и Караидельского района в частности, как одних из значимых водных ресурсов.

         В данной работе рассмотрены некоторые химические показатели качества воды. Исследование проводилось в несколько этапов:

1. Теоретическая часть. Рассмотрение проблемы чистоты рек и основные загрязняющие вещества.

2. Практическая часть. Влияние химических показателей на качество воды рек Уфа и Байки.

3. Анализ результатов проведенного эксперимента.

Теоретическая часть

         Увеличение антропогенной нагрузки на водные экосистемы влияет на химический состав поверхностных вод, вызывая увеличение содержания тяжелых металлов, продуктов нефтепереработки и нефтехимии, и тем самым приводит к нарушению экологического состояния водотоков.

         Отходов, загрязняющих окружающую среду, и воду в частности будет тем меньше, чем лучше они будут использоваться в качестве сырья для другого производства.

На сегодняшний день водным ресурсам грозят истощение и порча. Человечество почти полностью зависит от поверхностных вод суши – рек и озер, которые подвергаются наиболее интенсивному воздействию. Вода рек и озер покрывает потребности человечества в питьевой воде, используется на орошение в сельском хозяйстве (на это уходит более 70% всей пресной воды), в промышленности, служит для охлаждения атомных и тепловых электростанций. Потребление воды постоянно растет, и одна из опасностей – исчерпание ее запасов.

         Основными неорганическими (минеральными) загрязнениями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадают в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи организмом. Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упоминать предприятия пищевой промышленности и сельского хозяйства [9].        

         Источниками загрязнения и засорения водоемов являются – недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых, лесоматериалов, сбросы водного и железнодорожного транспорта, пестициды и т.д. [9].

Кислотность водного объекта

         К опасным загрязнениям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 ÷ 11,0), и способных изменить рН водной среды до значений ниже 4,0 или выше 9,0 которые могут иметь природные воды [5, 7].

Жесткость воды

         Жесткость может быть временной или постоянной:

         - временная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, которые при длительном кипячении воды разлагаются с выделением диоксида углерода и выпадающих в осадок карбонатов кальция и магния; жесткость воды при этом уменьшается;

         постоянная жесткость остается после кипячения воды в течение 1ч. В естественных условиях ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются микробиальные процессы, протекающие в почвах, донных отложениях, а также сточные воды различных промышленных предприятий, стоки с сельскохозяйственных угодий. Вода жесткостью менее 4 мг/л эквивалента характеризуется как мягкая; от 4,0 до 8,0 – средней жесткости; от 8,0 – до 12,0 – жесткая; более 12,0 – очень жесткая [5, 7].

Нефтепродукты

         Нефть и нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных в глобальном масштабе и опасных токсичных веществ, вызывающих тяжелые экологические последствия при загрязнении ими водных объектов.

         Нефтепродукты относятся к загрязнителям антропогенного влияния на водные объекты, поступают со сточными водами предприятий нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, химической, с автотрасс, стоянок, а также при авариях водного транспорта [7].

Фенолы

Фенолы могут образовываться в природных водах в результате естественных процессов метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ.

Основными источниками антропогенного поступления фенолов в водные объекты являются сточные воды многих отраслей промышленности:

- химической;

- кокс- и нефтехимической;

- текстильной;

- целлюлозно-бумажной и др.

Фенолы в водах могут находиться в растворенном состоянии в виде фенолят, и свободных фенолов. Содержание фенолов в незагрязненных природных водах, как правило, не превышает десятых долей микрограмма в литре, редко повышаясь до единиц микрограммо в литре, например, при дефиците кислорода, обусловленном продолжительным периодом на некоторых водных объектах. Повышенное содержание фенолов свидетельствует о загрязнении водного объекта [1, 4, 6].

Металлы исследуемой водной среды

         Поступая в водную среду, тяжелые металлы вступают во взаимодействие с другими компонентами среды, образуя гидратированные ионы, оксигидраты, ионные пары, комплексные неорганические и органические соединения. Конкретная форма существования металлов зависит от их природы, природы ионов и молекул, от рН, температуры.

         В результате проведенного эксперимента в водной среде рек Уфа и Байки были обнаружены следующие металлы: железо, медь, кадмий, цинк, свинец и ртуть.

         Железо. В речных водах концентрация железа общего в большинстве случаев находится в пределах 0,01 ÷ 1,0 мг/л. Она подвержена сезонным изменениям, обусловленным участием этого металла в физико - химических и биологических процессах, активно протекающих в водной среде особенно в летний период. Основным природным источником поступления железа в поверхностные воды являются процессы химического выветривания горных пород. Значительная часть железа поступает также с подземным стоком. Антропогенное загрязнение водных объектов соединениями железа обусловлено их выносом со сточными водами предприятий горнодобывающей, металлургической и химической промышленности [3, 7].

         Содержание меди в природной пресной воде колеблется от 2 до 30 мкг/л, в морской - от 0,5 до 3,5 мкг/л. Повышенные концентрации меди (до нескольких граммов в литре) характерны для кислых рудничных вод. Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтовые воды, альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Также медь относиться к числу активных микроэлементов, участвующих в процессе фотосинтеза и влияющих на усвоение азота растениями. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Вместе с тем избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятные воздействия на растительные и животные организмы [2, 7].

Цинк попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов (сфалерит, цинкит, госларит, смитсонит, каламин), а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных красок, вискозного волокна и др.

В воде существует главным образом в ионной форме или в форме его минеральных и органических комплексов. Иногда встречается в нерастворимых формах: в виде гидроксида, карбоната, сульфида и др. Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост и нормальное развитие организмов. В то же время многие соединения цинка токсичны, прежде всего его сульфат и хлорид [2, 7].

         Кадмий: в природные воды поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий, гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами. Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой минеральные комплексы. Основной взвешенной формой кадмия являются его сорбированные соединения. Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов. В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах кадмий содержится, в субмикрограммовых концентрациях Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и человека. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами [2, 7, 10].

         Свинец: источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения минералов. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами. Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном состоянии. В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 л. Свинец содержится в выбросах предприятий металлургии, металлообработки, электротехники, нефтехимии и автотранспорта [2, 8, 10].

         В поверхностные воды соединения ртути могут поступать в результате выщелачивания пород, в районе ртутных месторождений, в процессе разложения водных организмов, накапливающих ртуть. Значительные количества поступают в водные объекты со сточными водами предприятий, производящих красители, пестициды, фармацевтические препараты, некоторые взрывчатые вещества. [2, 10].

Практическая часть

         Оценка качества воды проводилась по химическим показателям, для чего было выбрано две точки отбора: р. Байки (Т-1) и р. Уфа (Т-2) Караидельского района (рис.1), исследования проведены в течение сентября 2014г.

Рис. 1. Точки отбора пробы воды

Пробы отбирают в полиэтиленовые бутыли, предварительно ополоснутые отбираемой водой. Объем пробы должен быть не менее 100 см³.

Данные эксперимента представлены в табл. 1 и на рис.3 в результате усреднения основных показателей за месяц. Анализ воды проводился в гидрохимической лаборатории с. Караидель Федерального Государственного учреждения по мониторингу водохозяйственных объектов бассейнов рек Белая и Урал. Гидрохимическая лаборатория в своей работе использует методы:

         - фотометрический;

         - инверсионно – амперометрический;

         - хроматографический;

         - спектрометрический;

В анализе воды использовались приборы (рис. 2) и соответствующие методики:

а                                    б                                    с

д                                    е

Рис. 2. Используемое оборудование:

а) - атомно-абсорбционный спектрометр «Квант – Z.ЭТА»;

б) - анализатор вольт амперометрический ТА - 4»;

с) - рН-метр «Анион-4152»;

д) -анализатор жидкости «Флюорат-02-5М»;

е) - хроматограф «Кристаллюкс – 4000 М».

Анализ проведенного эксперимента

По данным таблицы 1 показатель кислотности рек и нефтепродуктов находится в рамках ПДК. Повышенное содержание фенолов свидетельствует о загрязнении водного объекта. Как мы видим из табл. 1 в реке Уфа и Байки фенолы находятся ниже предела обнаружения, это свидетельствует о не загрязненности реки фенолятом и свободным фенолом, дефицита кислорода не наблюдается. Проведенные анализы показывают, что вода в реках жесткая и немного превышает ПДК. Это связано с большим содержанием известняков, в состав которых входят ионы кальция и магния обуславливающие именно общую жесткость.

Таблица 1

Химические показатели воды рек Уфа и Байки

Показатели содержания кадмия, свинца и цинка укладываются в значение ПДК 0,005 мг/л, 0,01 мг/л, 0,05 мг/л соответственно, а вот медь немного превышает, как мы видим из рисунка 3, в связи с тем, что территория Башкортостана богата содержанием медных руд. В исследуемой пробе ртуть не обнаружена. Эти данные указывают на то, что вода исследуемой реки Уфа и ее притока реки Байки не представляет токсической угрозы для жителей Караидельского района. На территории Караидельского района нет ни одного промышленного предприятия, которое наносило бы экологический ущерб окружающей среде. Район является благополучным как для жилья, так и в рекреационных целях. Это один из самых экологически чистых и красивых уголков республики. Природная красота, широта лесного и водного пространства, обилие рыбных запасов данного края является территорией отдыха для многочисленных туристов и любителей рыболовов не только из Республики Башкортостан, но и из других регионов страны.

Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в реках Уфа и Байки

Стоит задуматься, неужели нам всем не дорога собственная жизнь, которую мы незаметно для себя губим. К сожалению, объем загрязнений водоемов с каждым годом увеличивается во много раз. Но человек, понимая всю важность водных ресурсов в его жизнедеятельности, все равно продолжает их загрязнять. Таким образом, наша главная цель и задача на этот счет должна состоять в умении любить и бережно относиться к окружающей среде с самого раннего детства.

Список литературы:

1).Берне Ф., Кордонье Ж. Водочистка. Очистка сточных вод нефтепереработки. Подготовка водных систем охлаждения. — М.: "Химия",1997.

2).Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. — Л.: "Химия",1988.

3).Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VIII групп: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. — Л.: "Химия",1989.

4).Зенин А.А., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь.- Л.: Гидрометеоиздат,1988.

5).Косов В.И. Иванов В.Н. Охрана и рациональное использование водных ресурсов. Ч.1 Охрана поверхностных вод: уч. пособие.- Твер. гос. техн. ун-т, 1995.

6).Новиков Ю.И. Методы исследования качества воды водоемов. - М.: "Медицина", -1990.

7).Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши./ Под ред. А.Д. Семенова. — Л.: Гидрометеоиздат,1977.

8).Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов контроля вредных веществ в объектах окружающей среды. — М.,1991.

9). Туровский И.С. Обработка осадочных сточных вод. М.: Стройиздат. 1984.

10).Эйхлер В. Яды в нашей пище. - М.: "Мир", 1993.