Вплив антропогенного чинника на чистоту води у річках Харкова

У науково-дослідницькій роботі і проєкті з хімії на тему "Визначення впливу антропогенного чинника на чистоту води у річках міста Харкова" учениця 9 (10) класу дає опис значення води у природі, якості води природних водних об'єктів, проводить власні дослідження. Автор складає характеристику досліджуваних зразків води, робить їх органолептичний аналіз та визначає запах води у річках міста Харкова.

Докладніше про роботу:

Учениця 9 класу у дослідницькій роботі з хімії визначає вплив антропогенного фактора на чистоту води у річках міста Харкова, проводить самостійний аналіз зразків води з різних річок. Автором проєкту була взята проба відстоювання, проведено фізико-хімічний аналіз проб води, в результаті якого школяркою визначені значення маси суспендійованих домішок, маси розчинених у воді домішок, реакції середовища – рН та органічні забруднення.

Цей навчальний дослідницький проєкт з хімії з визначення впливу антропогенного чинника на чистоту води у річках Харкова стане корисним для учнів 9 і 10 класів школи. В індивідуальному проєкті (роботі) доведено, що фактори, які впливають на водні об'єкти з допомогою зміни поверхні річкових водозборів, особливо відчутно позначаються на екологічному стані малих річок України.

Зміст

Вступ
1. Основна частина.
1.1 Характеристика води, як речовини.
1.2 Значення води у природі.
1.3 Якість води природних водних об'єктів.
2. Власні дослідження.
2.1 Характеристика досліджуваних зразків.
2.2 Органолептичний аналіз зразків води.
2.2.1 Визначення коліру води.
2.2.2 Визначення запаху води.
2.2.3 Проба відстоювання.
2.3 Фізико-хімічний аналіз проб води.
2.3.1 Визначення маси суспендійованих домішок.
2.3.2 Визначення маси розчинених у воді домішок (загальної мінералізації).
2.3.3 Визначення реакції середовища – рН.
2.3.4 Визначення органічного забруднення.
Результати
Висновки
Рекомендації
Описок викоростаної літератури
Додатки

Вода - одне з найпоширеніших на Землі і незвичайних за своїми властивостями хімічних сполук. Без води неможливе існування самого життя. Вода – носій теплової та механічної енергії відіграє найважливішу роль в обміні речовиною та енергією між геосферами і географічними районами Землі.

Цьому багато в чому сприяють і її фізичні та хімічні властивості. На жаль, останнім часом інтерес дослідників до води заснований скоріше не на вивченні її незвичайних, унікальних і в той же час універсальних властивостей, а на дослідженні її екологічного стану, пошуку шляхів її очищення, її захисту від безцеремонного, безвідповідального ставлення до неї людини.

Результатом не завжди розумної господарської діяльності людини стало збільшення без поворотного водоспоживання (до повного виснаження водних джерел) і загрозливе забруднення природних вод, що вносить нерідко незворотні зміни у водний баланс та екологічні умови великих районів.

Це зумовило виникнення нового напряму гідрологічної науки – гідролого-екологічну, вивчає незворотні процеси і явища в природному середовищі і біосфері, що виникають в результаті інтенсивного антропогенного впливу, а також близькі та віддалені у часі наслідки цих впливів.

Найгострішою гідрологічною проблемою стало зміна якості природних вод і стану водних екосистем під впливом господарської діяльності людини. Стрімке поширення речовин антропогенного походження призвело до того, що на поверхні Землі практично не залишилося прісноводних екосистем, якість води яких не змінилося б в тій чи іншій мірі. Наслідком хімічних і фізичних впливів антропогенного походження є зміна складу донних відкладень і живої речовини водних об'єктів.

Фактори, що впливають на водні об'єкти допомогою зміни поверхні річкових водозборів, особливо відчутно позначаються на екологічному стані малих річок. Малі річки відіграють вирішальну роль у формуванні водних ресурсів.

Одна з основних особливостей малих річок – тісний зв'язок формування стоку з ландшафтом басейну. Це обумовлюєнадзвичайнувразливістьрічок при інтенсивному освоєнні водозбору. Забруднення річкових вод може носити промисловий, побутовий характер.

Значним джерелом забруднення водойм (малих річок) можуть бути побутові стічні води, які несуть з собою фізіологічні виділення людини, кухонні помиї, забруднення від миття, прання білизни і миття приміщень, а також деякі тверді відходи: папір, обривки тканин, сміття. У цих стоках 60% складають органічні речовини.

Вельми несприятливий вплив на водойми та водостоки мають поверхнево-активні речовини (ПАР), які містяться головним чином в побутових стоках, оскільки ПАР все більше використовують як миючий засіб. Водні розчини ПАР мають неприємний смак і запах, дають стійку піну, поява якої у водоймах не тільки неприємно з точки зору естетики, але й перешкоджають аерації, погіршуючи тим самим біохімічну очисну здатність водойм.

Крім того, в піні концентруються інші органічні забруднення і різні мікроорганізми (у тому числі викликають захворювання людини) в такій мірі, що зміст їх в піні може перевищувати концентрацію у воді в сотні разів. ПАР мають здатність емульгувати інші забруднюючі речовини, і робити їх більш стійкими до окислення; навіть у невеликих кількостях припиняють ріст водоростей та іншої водяної рослинності.

Крім того, навіть такі нешкідливі, здавалося б, гігієнічні препарати, як шампунь від лупи, і то можуть пошкодити водойми, так як діючим початком противоперхостних шампунів є, наприклад, солі цинку і селену –члена ряду токсичних металів.

Відмінною здатністю побутових стічних вод є їх бактеріальне забруднення: в одному кубічному міліметрі води можуть міститися десятки мільйонів бактерій, у тому числі хвороботворних, а також яйцяглистів. Кількість побутових стічних вод приблизно відповідає кількості споживаної водопровідної води.

Велике значення мають також і зливові стоки, які змивають в річки забруднень з поверхні землі: при сильнихзливах і затяжних дощах їх кількість може перевищувати побутові стоки, а концентрація забруднюючих речовин у них бути високою. Тому збереження в чистоті верхніх шарів ґрунту і промислових майданчиків і особливо запобігання забруднення їх хімічними відходами має істотне значення для охорони річок від забруднення.

Річки дуже чутливі до всіх сторонніх втручань і необхідно дбайливе їх збереження та раціональне використання їх вод. Завдання, отже, полягає в тому, щоб всіляко зберігати ріки від забруднення.

Мета роботи: визначити вплив антропогенного чинника на водойми міста Харкова.

Завдання роботи:

1. Провести аналіз літературних джерел з данної теми;
2. Провести органолептичний аналіз води;
3. Провести лабораторний аналіз води;
4. Сформувати висновок спираючись на результати дослідження.

Об’єкт дослідження:

• зразок №1 вода відібрана на річці Немишля біля Немишлянського водосховища,
• зразок №2 вода відібрана на річці Харків біля Журавлівського водосховища., зразок №3 вода відібрана з річки Харків біля Гімназичної набережної,
• зразок №4 вода відібрана з річки Лопань біля Олексіївського водосховища,
• зразок №5 вода відібрана з річки Лопань на Суздальських рядах,
• зразок №6 вода відібрана з невеликого струмка, що протікає через Салтівський жилий масив та впадає в Журавлівське водосховище.

Предмет дослідження: показники якості води.

Методи дослідження: емпіричний,теоретичний

Вода́, Н2O — хімічна речовина у вигляді прозорої, без барвної рідини без запаху і смаку, (в нормальнихумовах). У природі існує у трьох агрегатних станах — твердому, рідкому і газоподібному. Молекула води складається з одного атома оксигену і двох атомів гідрогену.

Вода — одна із найголовніших речовин, потрібних для органічного життя. Рослини та тварини містять понад 60 % води за масою. На Землі водою покрито 70,9 % поверхні. Вона здійснює у природі постійний кругообіг, випаровуючись з поверхні й повертаючись на неї у вигляді атмосферни опадів. Вода має велике значення для економіки: сільського господарства й промисловості. Прісні води, придатні для пиття, становлять лише 2,5 % від загальної кількості води на Землі. Нестача води може стати однією з найгостріших проблем людства в найближчі десятиліття.

У природі вода відіграє надзвичайно важливу роль. Важливими є процеси кругообігу води в природі — випаровуючись, вода переноситься на величезні відстані і там випадає у вигляді дощу і снігу. Вологість повітря і кількість атмосферних опадів є найважливішими факторами, що регулюють клімат і погоду.

Природні води є також одним з найважливіших геологічних факторів, що змінюють зовнішній вигляд земної поверхні, розмиваючи гори й утворюючидолини (вивітрюваннягірськихпорід). Вона руйнуєгірські породи не тільки механічно, а й хімічно, реагуючи з ними з утворенням інших речовин. При цьому, природні води збагачуються, в першу чергу, розчинними мінеральними речовинами, збільшуючи свою мінералізацію.

Вода має величезне значення в житті людини, тварин і рослин. Вона потрібна рослинам для розчинення поживних речовин ґрунту. Нестача води у ґрунті призводить до погіршення живлення рослин і зниження врожаю сільськогосподарських культур. Тому для забезпечення у ґрунті води здійснюють цілий комплекс агрохімічних заходів.

Сукупність процесів всмоктування, розподілу, споживання та виділення води й солей в організмі людини (і тварин) називається водно-сольовим обміном. Він забезпечує стабільність осмотичної концентрації, іонного складу та кислотно-лужної рівноваги в середині організму [12].

Усі процеси травлення і засвоєння їжі людиною і тваринами відбуваються у водному середовищі. Надмірна втрата води організмом (до 10 — 20 %) може призвести до загибелі. Щоденна потреба дорослої людини у воді становить 2,5—4 дм3. Вода є одним з шести основних харчових елементів здорового харчування людини поряд з вуглеводами, білками, жирами, вітамінами і мінералами.

Якість води природних водних об'єктів, що використовуються для господарсько-питного водопостачання, купання, спортивних занять, організованого відпочинку, з лікувальною метою, а також підземних вод повинна відповідати певним санітарним нормам. З цією метою повинні реалізовуватися заходи з охорони вод від забруднення.

Зразок №1 вода відібрана на річці Немишля біля Немишлянського водосховища (особливість річки - проходження каналізаційного колектору по дну).

Зразок №2 вода відібрана на річці Харків біля Журавлівського водосховища.

Зразок №3 вода відібрана з річки Харків біля Гімназичної набережної.

Зразок №4 вода відібрана з річки Лопань біля Олексіївського водосховища.

Зразок №5 вода відібрана з річки Лопань на Суздальських рядах.

Зразок №6 вода відібрана з невеликого струмка, що протікає через Салтівський жилий масив та впадає в Журавлівське водосховище.

У додатоку 1 представлене місце відбору проб.

2.2.1. Визначення коліру води

Колір природних вод обумовлена наявністю, насамперед гуматів заліза (залізних солей гумінових кислот), а також стічними побутовими водами, які потрапляють у річки. Підвищеної кольоровістю володіє вода річок, що мають болотний тип живлення.

Каламутну воду перед аналізом на кольоровість слід відфільтрувати.

В скляні циліндри наливають окремо досліджувану і дистильовану воду. На тлі білого аркуша паперу при денному освітленні воду розглядають зверху і збоку. На основі цього оцінюють кольоровість, тобто вказують спостережуваний колір бурий, жовтий і т. д.). При відсутності забарвлення вода вважається безбарвною.

2.2.2. Визначення запаху води

Запахи води можуть бути пов'язані з життєдіяльністю водних організмів (вищих водних рослин, водоростей і ін.), а також з'явитися при їх відмирання. Це природні запахи. Буває і так, що в річку потрапляють і виробничі стічні води і побутові води з домішками певного запаху (феноли, формальдегід і ін). Це штучні запахи. Силу запаху оцінюють за п'ятибальною шкалою.

Шкала представлена у додатку 2.
У колбу з притертою пробкою наливають досліджувану воду (2/3 об'єму) і сильно струшують в закритому стані. Потім відкривають і відразу ж відзначають характер та інтенсивність запаху.

2.2.3. Проба відстоювання

Відстоювання - виділення із стічних вод завислих речовин під дією сили тяжіння на песколовках (для виділення мінеральних домішок), відстійниках (для затримання більш дрібних осідають і спливаючих домішок), а також нафтоловушках, масло - і смолоуловителях. Різновидом цього методу є відцентрове відстоювання, використовуване в гідроциклоні і центрифугах.

При відстоюванні відбувається гравітаційне розділення води та завислих речовин, що мають щільність більше (вони опускаються на дно) або менше (домішки спливають) щільності води. Нерозчинні речовини (наприклад, пісок, шлак, скляна крихта та ін) крупністю 0,15-0,25 мм, що містяться в річковій воді, можуть накопичуватися у відстійниках, метантенках, знижуючи тим самим продуктивність цих споруд. Осад, що містить пісок, погано транспортується по трубопроводах.

Ми узяли однакові колби, в них налили по 1 дм3 води та залишили на 1 добу для відстоювання. Усі нерозчинні у воді речовини осіли на дно

2.3.1. Визначення маси суспендійованих домішок

На аптечних вагах зважили паперовий фільтр. Потім профільтрували через нього 500 мл води. Висушений на повітрі фільтр разом з осадом знову зважили. По різниці між масою фільтру з осадом і без нього визначили масу осаду.

Розрахунок маси зважених частинок ( г/л ) провели за формулою:

• мв= , де
• мв - маса зважених частинок, г/л;
• m1 - маса чистого сухого фільтра, г;
• m2 - маса висушеного фільтр з осадом, г;
• V - об'єм води, взятої для фільтрування, мл.

2.3.2. Визначення маси розчинених у воді домішок (загальної мінералізації)

Мірним циліндром відмірюють 100 мл відфільтрованої в попередньому досліді води і невеликими порціями виливали у велику чашку з нержавіючої сталі, попередньо зважену на аптечних вагах. Випарювання проводили на водяній бані.

Після випарювання чашку знову зважили, і різниця показала масу розчинних речовин. Помноживши її на 10, отримали вміст розчинених речовин в г/л (загальна мінералізація).

• мр = (m2 – m1) • 10 ,де
• мр – маса розчинених у воді домішок, г/л;
• m1 - маса чашки, г;
• m2 - маса чашки з сухим залишком, г.

Сухий залишок зберігається для наступних аналізів.

2.3.3. Визначення реакції середовища – рН.

pH, водневий показник — величина, що показує міру активності іонів водню (Н+) в розчині, тобто ступінь кислотності або лужності цього розчину.

pH нейтрального розчину становить 7, розчини із більшим значенням водневого показника є лужними, із меншими — кислими.

рН обчислюється як від'ємний десятковий логарифм активності іонів H+ (або, точніше, для водних розчинів — іонів гідроксонію [H3O+]) і є безрозмірною величиною:

pH= –lg [H+]

Отже для нейтральних розчинів значення pH рівне 7, для лужних — більше 7, для кислих — менше. рН абсолютно чистої води мусить мати значення 7. Але насправді такого майже ніколи не трапляється — наприклад, при контакті із повітрям у воді розчиняється вуглекислий газ, з якого утворюється вугільна кислота Н2СО3, внаслідок цього рН води падає до 5,7—6.

pH більшості відомих розчинів коливається між значеннями 0 та 14. Відомі розчини із значенням рН меншим нуля та більшим 14, але у таких випадках замість pH, як характеристики кислотності розчину, зазвичай користуються концентрацією кислоти або лугу.

Водневий показник водних розчинів можна приблизно визначити, використовуючи індикатори — сполуки, що змінюють забарвлення при протонуванні/депротонуванні. До найбільш розповсюджених індикаторів належать фенолфталеїн, лакмус, метилоранж тощо. Для визначення рН досліджуваних зразків ми занурювали смужку індикаторного папіру у воду. Зміну забарвлення порівнювали з індикаторною шкалою.

2.3.4. Визначення органічного забруднення

Основними джерелами органічного забруднення води є неочищені стічні води підприємств харчової і легкої промисловості, великі тваринницькі господарства, а також поверхневий стік, який приносить у водойми до 15% органічних забруднень. Стічні води, що містять суспензії органічного походження або розчинені органічні речовини, згубно впливають на стан водойм. В процесі осадження суспензії замулюють дно і затримують розвиток або повністю припиняють життєдіяльність донних мікроорганізмів, які беруть участь в процесі самоочищення вод. При загниванні донних відкладів утворюються шкідливі речовини, такі як сірководень, які призводять до забруднень всієї води в річці

Взяли дві пробірки, в першу налили кілька мілілітрів дистильованої води, в іншу - стільки ж досліджуваної води. В кожну пробірку додати по 2-3 краплі 1% розчину перманганату калію. У пробірці з дистильованою водою рожево-фіолетове забарвлення перманганату калію збережеться. Зникнення забарвлення або побуріння досліджуваної води вказує на наявність у ній органічних речовин (іноді неорганічних відновників).

Результати органолептичного та фізико-хімічного аналізу води представлені у вигляді таблиці у додатках. Аналізуючи данні, подані в таблиці №2, бачимо, що проби води відібрані в річках Лопані та Харків на околиці міста відносно чиста за оргонолептичними та фізико-хімічними показниками.

Після протікання через місто вже у центрі міста забруднення води суспендійованими домішками збільшилось у 12 разів, розчиненими речовинами, відповідно, у 1,3 рази якість вода погіршилась за показниками кольору, запаху,здвиг показника р-Н в кислу сторону та реакція окислення з перманганатом калія свідчить про значне забруднення органічними речовинами

Порівнюючи проби води з річки Лопань, відібрані на околиці міста та у центрі, визначили значне зростання рівня забруднення суспендійованими домішками у 13.4 разів, та розчиненими речовинами у 1,03 разів. Про значну кількість органічних речовин у воді з центра міста свідчить реакція з пермарганатом калію.

Як вказано в таблиці, вагому долю забруднюючих речовин в річку Харків вносять річка Немишля та струмок, що протикають через Салтівський жилий масив

Проведена дослідницька робота учениці 9 класу з хімії на тему "Визначення впливу антропогенного чинника на чистоту води у річках міста Харкова" показали, що вода в річках Харків і Лопань на околиці міста має не значне забруднення. При протіканні річок через місто вода значно забруднюється в тому числі органічними речовинами, про що свідчить зміна кольору, запаху, кількості осаду, збільшення маси суспензійованих та розчинених домішок, позитивна реакція з окисненням перманганату калія.

Аналіз проб води з річки Немишля та струмочку, що несуть свої води в річку Харків,ищо вони також значно забруднені.

Рекомендації

З висновків навчального індивідуального проєкту з хімії на тему "Визначення впливу антропогенного чинника на чистоту води у річках міста Харкова", проведеного ученицею 9 (10) класу можна надати наступні рекомендації: воду з природних водойм міста Харкова не рекомендовано використовувати для пиття та з обережністю використовувати для господарських потреб, воду з струмка що впадає в Журавлівське водосховище та з річок в центрі міста використовувати не можна взагалі.

З метою покращення якості води рекомендуємо жителям міста Харкова не утилізувати в річку та поблизу неї побутові та технічні відходи, дотримуватися кордонів санітарної зони на берегах річок.

Необхідно виявити фактори, що призводять до забруднення води при зливах або таїнні снігів та обмежити попадання її у річки.

Таблиця 1. Шкала сили запаху води

Запах	Інтенсивність	Оцінка в балах
Відсутній	Не відчувається	0
Дуже слабкий	Виявляєтьсятількидосвідченимдослідженням	1
Слабкий	Виявляєтьсяспоживачемлише в тому випадку, якщозвернутиувагу	2
Помітний	Легко виявляєтьсяспоживачем	3
Виразний	Вода маєсильний запах і непридатна для пиття	4
Дуже сильний	Вода маєрізкий запах і непридатна для пиття	5