Анализ подземных и поверхностных вод

Грунтовые воды относятся к разновидностям подземных вод, которые залегают на водоупоре, расположенном ближе к поверхности. На территориях с влажным климатом происходит развитие интенсивных процессов инфильтрации, а также подземного стока, что приводит к выщелачиванию грунтов и горных пород. В некоторых случаях происходит излишнее их испарение, что приводит к засолению почвы. Поэтому стандартный анализ грунтовой воды, когда выполняются инженерно-геологические изыскания для проектирования зданий (сооружений), считается обязательным.

Стандартный анализ грунтовой воды выполняется в условиях лаборатории для получения показателей минерализации образца, его жесткости, агрессивности по отношению к различным материалам строительства (в первую очередь к стали, бетону и алюминиевым оболочкам кабелей), электропроводность и т.д. Минерализацией следует считать сумму всех минеральных веществ, которые растворены в грунтовой воде. Данный показатель получается методом выпаривания исследуемого образца. Следует различать такие степени минерализации грунтовых вод:

Жёсткость грунтовой воды определяется исходя из наличия ионов кальция и магния. Эти химические показатели важны при бурении скважин для поиска пресной воды населению. Также под застройку домов (коттеджей, сооружений) геология участка исследуется на показатель чистоты и безопасности для проживания в данной местности. А, как известно грунтовые воды являются главными показателями чистоты грунта.

Проводя инженерные изыскания на отводимом участке (площадке) важно учитывать фактор агрессивности грунтовых вод. Грунтовые воды могут оказывать разрушающий эффект для бетона и других строительных материалов. Для этого в условиях лаборатории стандартный анализ грунтовой воды выполняется также для получения показателя агрессивности. Агрессивность грунтовых вод бывает таких типов:

• выщелачивающая;
• общекислотная;
• сульфатная;
• магнезиальная;
• углекислотная

СП 11-105-97 Часть I. Общие правила производства работ Приложение Н (обязательное)

Показатели химического состава подземных и поверхностных вод
и методы их лабораторных определений при инженерно-геологических изысканиях

Показатели химического состава воды

Коррозионная активность воды к оболочкам кабелей

Метод испытания или обозначение государственного

стандарта на методы определения

температура в момент взятия пробы, °С

вкус и привкус при температуре 20 °С

Примечание — При проведении комплексных изысканий состав определяемых компонентов следует устанавливать с учетом требований СП 11-102-97

Результаты анализа грунтовой воды позволяет определить уровень ее рН. Если он пребывает ниже уровня нейтрального значения, которое составляет 7 единиц, то вода является кислотной. В таком случае она может разрушать бетон, вне зависимости от того, какого типа портландцемент использован в нем. Степень разрушения также зависит от вида и концентрации кислоты, возможности непрерывного обновления кислоты, скорости течения и давление грунтовой воды на бетон, расхода цемента, непроницаемости бетона и типа заполнителя.

Сама по себе величина рН является определяющим фактором вида или концентрации присутствующей кислоты, ведь это всего лишь мера степени кислотности. В качестве предварительных данных измерения рН очень полезны и позволяют получить представление о наличии или отсутствии кислот. Однако в большинстве случаев необходимым является проведение химического анализа, при котором определяется характер и концентрация кислоты. Как правило, кислотность естественных грунтовых вод, которые имеют низкий рН, вызвана органическими кислотами и растворенной углекислотой, а также, в отдельных случаях, сернистой и серной кислотой, которая поступает из соединений серы в торфяных грунтах. По мере увеличения интенсивности агрессивного воздействия можно повышать качество бетона, например, увеличивать расход цемента с более низким водоцементным отношением.

В зависимости от типа агрессивности грунтовых вод проектировщик принимает решения по выбору материала для строительства строения, а также глубины фундамента.

Анализ грунтовой воды необходим для получения детальной информации об участке исследований. Зная особенности данной жидкости можно своевременно предотвратить неприятные последствия: разрушение, усадка фундамента, трещины на здании, сезонное подтопление и т.д. Для этого проектировщики на первоначальных стадиях проектирования объекта планируют защитные мероприятия (дренажную систему), а также по возможности выбирают более подходящий для данной среды тип фундамента. Для зданий, не имеющих подвальных помещений и при высоком уровне грунтовых вод достаточно просто изолировать стены строения от влаги (не дать возможности поднятию уровня грунтовых вод по стенам). В некоторых случаях выполняют гидроизоляцию фундамента. В любом случае, необходимо учитывать тот факт, что грунтовые воды неблагоприятно влияют на строение в разные времена года (особенно зимой и во время таяния) и заранее принимать меры по их устранению.

источник

Вода — основа жизни на Земле. Она есть как на поверхности, в грунте, под землей. Каждая из этих категорий имеет свое название – это, соответственно, поверхностные, грунтовые и подземные воды.

В последние несколько десятилетий крупномасштабный характер приняло загрязнение атмосферы. Загрязнение постоянно наносит ущерб водохранилищам, рекам, озерам, морям. Рано или поздно различными путями загрязнение из атмосферы проникает в почву. Основной, самой серьезной проблемой гидросферы является загрязнение океанов. Из атмосферы загрязнения (тепловые, физические, химические, биологические) проникают в почву, и ведет к ухудшению качества и изменению состава подземных вод.

К подземным водам также относятся артезианские и ключевые воды. Артезианская вода, как правило, находится в глубоких слоях, залегающими между двумя не подверженными проникновению воды грунтами. Такие воды также называют напорными, так как при наличии большого давления вода из таких скважин бьет фонтаном.

Некоторые виды грунтовых вод находят выход на поверхность. Их называют ключевыми. Ключи могут появляться из нижних слоев и в результате обнажения пластов (например, на склонах оврагов, балок).

Различают следующие категории поверхностных вод:

Расположенные на суше поверхностные воды характеризуются течением. Они временно либо постоянно находятся в поверхностных водных объектах.

Природный водный поток называется рекой. Текут реки в выработанном ими углублении (естественном русле). Питаются реки за счет подземного или поверхностного стока. Крупные реки с разветвленными притоками образует речную систему. Та часть поверхности суши, с которой река собирает воды, называется водосборной площадью, а водосборная площадь вместе с верхними слоями почвы – речным бассейном. Реки распространены по поверхности планеты неравномерно.

Моря являются частью Мирового океана. Характеризуются обособленным положением по отношению к океанам и замедленным водообменом, объясняющимся ограниченной связью с открытой частью. Интересный факт: в Библии морями называли любые водные пространства – океаны, моря, заливы, озера.

Болотами называют участки суши, характеризующиеся повышенным увлажнением. На этих территориях обычно почва обладает повышенной кислотностью и низкой плодородностью.

Озера также относятся к категории поверхностных вод. Озеро – водоем естественного происхождения. Это углубление в суше, в которое вода стекает и там скапливается. Частью Мирового океана озера не являются. К поверхностным водам также относятся более мелкие водоемы – лиманы, ручьи, водохранилища и прочие. Воды суш (так по-другому называют поверхностные воды) могут быть как пресными, так и солеными.

Подземные воды являются частью водных ресурсов планеты. С точки зрения геологии такие воды рассматривают как подземные ископаемые. Подземные воды разделяют на три вида: грунтовые, почвенные и межпластовые.

Между частицами почвы под землей находятся почвенные воды. Такие воды могут быть гравитационными (такими, которые могут перемещаться из-за влияния силы тяжести), либо связанными (теми, что удерживаются молекулярной силой).

Межпластовые воды расположены ниже других подземных вод. Они находятся между двумя слоями. От грунтовых вод межпластовые отличаются тем, что они имеют более постоянный уровень и меньше подвержены различным временным изменениям.

Эту разновидность вод различают по условиям, а которых они движутся в водоносных слоях. Они движутся в:

• Слои гальки, песка, гравия
• В трещинах сцементированных (скальных) пород

По глубине залегания подземные воды разделяются на три категории:

• Карстовые (в гипсах, доломитах, известняке)
• Жильные (в граните, песчаниках)
• Поровые (в обломочных породах, песках)

Для обнаружения подземных вод проводятся мероприятия по геологической разведке. Обнаружить воду под землей можно следующими способами:

• исследование температур
• бурение опорных скважин
• взрывные работы, цель которых – определить скорость распространения и отражения звука
• проведением опытных откачек
• геоморфологическая оценка
• радоновый метод

Под поверхностью земли существует так называемый водоносный горизонт, расположен он на первом слое. Грунтовые – это гравитационные воды, которые находятся именно в этом слое. Грунтовая вода может находиться как в порах пород, так и в рыхлых породах. Также они могут находиться в трещинах хорошо сцементированных пород. Грунтовые воды залегают не глубоко, в связи с чем их уровень подвержен значительным сезонным колебаниям. Из-за своего расположения данный вид воды более других подвержен загрязнению.

На появление и режим грунтовых вод главное влияние имеют метеорологические условия. К ним относятся:

Также на режим таких вод имеет влияние хозяйственная деятельность (добыча полезных ископаемых, откачка воды, строительство гидравлических сооружений) и гидравлические условия.

Эта категория вод считается относительно легкодоступной, что дает возможность активно использовать их для водоснабжения населенных пунктов, промышленности. Чтобы добывать грунтовые воды и использовать их в хозяйственной деятельности, бурят скважины и роют колодцы.

Качество грунтовых вод может быть разным. К основным их характеристикам относятся:

Интенсивность инфильтрации и подземного стока зависит от влажности климата. Чем выше влажность, тем активнее происходят эти процессы. Надо отметить, что грунтовые воды могут быть достаточно агрессивными. Воды с высокой кислотностью оказывают разрушающее влияние на бетон, другие стройматериалы. Поэтому перед строительством различных сооружений обязательно проводится исследование грунтовой воды на агрессивность.

источник

Обобщение данных по техногенным гидрохимическим аномалиям на примере территории Воронежской области и г.Воронежа.

Экологическое состояние гидрогеологических систем (ГГС) зависит от защищенности водоносных горизонтов, вида и интенсивности техногенной нагрузки. На территории Воронежской области подземные воды характеризуются разнообразными условиями распространения, включая изолированные и открытые с поверхности системы. Наиболее подвержены воздействию первые от поверхности водоносные горизонты, относящиеся к зоне активного водообмена. Определяющим моментом техногенного воздействия на ГГС в условиях Воронежской области являются крупные водопотребители и техногенные системы, формирующие и накапливающие промышленные и бытовые отходы. Состояние подземных вод главным образом определяют эксплуатационный отбор подземных вод и поступление в водоносные горизонты техногенных стоков и инфильтрата.

В пределах Воронежской области подземные воды являются основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения. На территории области взято на учет 1437 водопользователей и около 1.7 тыс. групповых и одиночных водозаборов, которые включают около 8.5 тысяч эксплуатационных скважин. Общее количество извлеченной подземной воды составляет 951,21 тыс.м 3 /сут или 27,1% от величины прогнозных ресурсов. Наиболее интенсивно эксплуатируется неоген-четвертичный водоносный комплекс, на который приходится 74% от общего количества извлекаемой подземной воды. Доля водоотбора от суммарных прогнозных эксплуатационных ресурсов этого комплекса составляет около 36%. Основная нагрузка приходится на г. Воронеж, где из неоген — четвертичного комплекса отбирается 53,4% от общей величины извлекаемых в области подземных вод. На наиболее крупных водозаборах г.Воронежа и области, охваченных наблюдательной государственной опорной сетью, истощение запасов подземных вод основных водоносных горизонтов не наблюдается, водозаборы работают в пределах допустимых понижений уровней подземных вод. Использование разведанных запасов подземных вод на водозаборах составляет 30-90%, сработка допустимых понижений — 4-63%.

В целом Воронежская область обеспечена ресурсами подземных вод, однако, отдельные крупные водопотребители ощущают значительный дефицит в хозяйственно-питьевой воде, что требует постановки геологоразведочных работ по изысканию источников водоснабжения.

Негативным фактором техногенного воздействия являются все возрастающие масштабы загрязнения подземных вод основных эксплуатационных и связанных с ними смежных водоносных горизонтов. Техногенные комплексы и объекты области представлены предприятиями различных отраслей тяжелой (машиностроительная, химическая, строительная, горно-добывающая и др.) и легкой (пищевая, перерабатывающая и др.) промышленности, сельского хозяйства, коммунально-бытовой сферы. Распределение техногенной нагрузки имеет преимущественно линейно-узловой характер: вдоль трасс транспортных магистралей, с повышением интенсивности нагрузки в узлах пересечения, как правило в районах крупных населенных пунктов. На этих участках в результате проникновения сбросов сточных вод или инфильтратов складируемых отходов, особенно в условиях, когда водоносные горизонты являются незащищенными, наблюдается загрязнение подземных вод. В последние годы это явление имеет прогрессирующий характер.

Наиболее стойкие и опасные загрязнения подземных вод находятся в г.Воронеже (некаль от бывших полей фильтрации завода СК им.Кирова в районе ВПС-6,9, тяжелые металлы и нитраты по многим ведомственным водозаборам г.Воронежа) на коммунальных водозаборах в городах области: Лиски, Острогожск, Россошь (нитраты), в г.Павловске (нитраты и аммиак), в г.Борисоглебске (тяжелые металлы), в райцентре Грибановский (верховодка — тяжелые металлы и пестициды), в с.Лещаное под райцентром Воробьевка (верховодка — нитраты), в пос.Нижний Кисляй (нитраты). Особую тревогу вызывают участившиеся случаи загрязнения подземных вод нефтепродуктами — это район нефтебазы г.Воронеж, появление нефтепродуктов в районе централизованного водозабора N9, разлив ГСМ на предприятии «Богатырь» г.Лиски, на предприятии АООТ «Графское» п.Краснолесный, загрязнение значительной площади газоконденсатной смесью под г.Острогожск и др.

В пределах многих сельских населенных пунктов развивается загрязнение грунтовых вод (верховодка) компонентами азотной группы (нитраты, нитриты, аммиак), вызванное бытовыми отходами. Традиционным источником хозпитьевого водоснабжения в селах и поселках являются колодцы, каптирующие эти горизонты и, как правило, не контролируемые инспекционными службами.

Значительное количество техногенных объектов располагаются в зоне влияния водозаборов крупных населенных пунктов, являются потенциальными источниками загрязнения подземных вод и в настоящее время не изучены. К ним относятся: полигоны и свалки ТБО, очистные сооружения в пределах селитебных зон, отстойники и поля фильтрации различных предприятий, склады ядохимикатов, нефтебазы и др.

По данным областной экологической службы в пределах Воронежской области из 571 действующих мест размещения отходов лишь 299 являются санкционированными и только 6 гидрогеологически обследованы. Эксплуатирующийся в г.Воронеже полигон ТБО в карьере Средний работает с нарушениями природоохранных требований. На большинстве свалок захоронение отходов ведется стихийно и бесконтрольно. Эти обстоятельства оказывают негативное влияние на состояние подземных вод, приводят к образованию очагов и областей загрязнения.

Под очагом загрязнения подземных вод понимается место сосредоточения некондиционных вод в пределах водоносного горизонта с повышенными концентрациями вредных веществ, сформировавшееся под влиянием техногенного воздействия. Распространение в пределах водоносного горизонта некондиционных подземных вод из очагов загрязнения образуют область загрязнения. Подземные воды в очагах и областях загрязнения, как правило, аномальны по отношению к естественно сложившимся гидрохимическим условиям района и зачастую, не пригодны для практического использования. Уровень техногенного изменения подземных вод обусловлен характером и интенсивностью техногенного воздействия и степенью защищенности водоносных горизонтов.

В системе ГВК «Подземные воды» службой мониторинга состояния недр по Воронежской области все выявленные и обследованные очаги загрязнения подземных вод взяты на учет. Следует отметить, что работы по выявлению и обследованию очагов загрязнения носили ограниченный характер, поэтому фактическое положение дел имеет более высокие масштабы, чем отражены в настоящей работе.

На территории Воронежской области зарегистрировано 91 очаг загрязнения подземных вод. Основная их часть приходится на промрайон г.Воронежа — 44 очага. Территориальное распределение объектов загрязнения подземных вод в пределах г.Воронежа, областей подземного стока показаны на схеме (рис.1).

При наличие большого количества объектов загрязнения возникает вопрос о сопоставительной оценке. Наиболее подходящим в этом отношении является геоэкологический подход, который оценивает ситуацию в ГГС с позиции вредности присутствующих ингредиентов. Для условий г. Воронежа использованы:

1. Обобщенные характеристики каждого очага загрязнения подземных вод в виде суммарного показателя загрязнения (СПЗ) по I, II, III, IV классам опасности и общенормируемым (не токсичным) компонентам. Результаты представляются в относительных к предельно-допустимым концентрациям (ПДК) значениях (рис.2, 5). При разбросе данных берутся максимальные концентрации присутствующих ингредиентов, что позволяет судить о наибольшей интенсивности их поступления в ГГС.
2. Поэлементная характеристика СПЗ каждого объекта с целью оценки вклада отдельных токсичных загрязняющих компонентов (рис.6). Для удобства сопоставительной оценки ингредиенты группируются по классам опасности и выражаются в относительных к ПДК значениях и (или) в весовых формах, как показано в таблице 1.
3. Распределение встречаемости вредных химических веществ в концентрациях превышающих ПДК, необходимое для установления преобладающей элементной структуры в пределах отдельных объектов обобщения (рис.3).

Для условий г. Воронежа объекты обобщения рассматриваются на четырех уровненной основе, включая:

• Территорию г. Воронежа
• Области подземного стока
• Районы по преобладающей техногенной нагрузке
• Участки очагов и областей загрязнения подземных вод

В связи с тем, что территория г. Воронежа относится к гидрохимическому региону с повышенным содержанием в пресных подземных водах железа и марганца, при проведении оценок эти элементы выделены в отдельную группу природно-техногенных аномалий, т.е. их присутствие обусловлено как природными, так и техногенными факторами, причем степень каждого из них установить весьма сложно.

В пределах 44-х зарегистрированных очагов техногенного загрязнения подземных вод г. Воронежа, веществ, относящихся к I классу опасности, не установлено. Высоко опасные элементы и соединения (II класс опасности) отмечены в 32 случаях. Опасные и умеренно опасные (III+IV классы опасности) выделены в пределах 33 очагов загрязнения, вредные нормируемые показатели — 20 проявлений. На диаграммах (рис.2) приведены обобщенные характеристики ингредиентного состава в пределах выявленных очагов загрязнения подземных вод по максимальным концентрациям с группировкой по II, III+IV классам опасности и общенормируемым показателям (сухой остаток, жесткость общая). В связи с аномально повышенными содержаниями нефтепродуктов 750 — 8600000 ПДК, т.е. чистый нефтепродукт, сопоставительная оценка этих очагов загрязнения на диаграммах не приводится. Наибольшую интенсивность загрязнения по веществам II класса опасности с суммарной концентрацией от 10 до 100 ПДК подземные воды имеют в 9-ти случаях. Для веществ III и IV классов опасности суммарные концентрации более 100 ПДК отмечены на 6-ти участках.

В правобережной части города, в области подземного стока в Воронежское водохранилище находятся 22 очага загрязнения подземных вод, а в области подземного стока в р.Дон — 14 очагов (рис.2). В первом случае они территориально приурочены к площадям 20-ти промышленных предприятий тяжелой, легкой и пищевой промышленностей и к 2-м объектам крупных транспортных артерий (ж/д станциям). Во втором случае к полигонам и свалкам ТБО — 3 объекта, к очистным сооружениям, полям фильтрации, открытому хозфекальному коллектору, 5 объектов — к сельским населенным пунктам свалкам, юго-западному кладбищу, 3 объекта — к промышленным предприятиям.

На левобережной части города, в области подземного стока в Воронежское водохранилище, располагаются 8 очагов загрязнения. Это территории трех промышленных предприятий, бывшие поля фильтрации завода СК им.Кирова, район отстойников и шламонакопителей ТЭЦ-1, два крупные хранилища нефтепродуктов, южный фланг водозабора N 9.

Основное количество очагов загрязнения подземных вод сконцентрировано в пределах промышленной и городской селитебной зон правобережной (центральной) части г.Воронежа образуя обширную область загрязнения. В целом область насчитывает около 18 техногенных гидрохимических аномалий с невыдержанными по площади и составу проявлениями.

В левобережной части г.Воронежа наибольшее развитие очаги загрязнения подземных вод получили на южной и юго-восточной окраинах г.Воронежа. В районе бывших полей фильтрации завода СК им.Кирова расположена обширная область загрязнения подземных вод некалем.

На юго-восточной окраине г.Воронежа в районе крупных нефтебаз ВФ АООТ «Воронежнефтепродукт» и комбината «Красное Знамя» установлено наличие линзы чистого нефтепродукта и некондиционных подземных вод по содержанию нефтепродуктов.

С целью установления превалирующей элементной (вещественной) структуры в пределах техногенных гидрохимических аномалий — очагов загрязнения неоген-четвертичного комплекса проведена оценка распределения встречаемости вредных химических веществ в концентрациях, превышающих ПДК (рис.3).

Основными химическими элементами и соединениями в пределах 44 выявленных очагов загрязнения подземных вод территории г.Воронежа являются: NO₃, B, Cd, Li, Cl, NH₄, Br, Na. Из общего числа 92-х элементо-проявлений на их долю приходится 72, что составляет в целом 78.3% встречаемости. На долю Cr +6 , нефтепродуктов (н.п.), Pb, Ni, СПАВ приходится 15 элементо-проявлений или 16.3% встречаемости. Co, F, Ba, Al, NO₂ характеризуются единичными проявлениями, на их долю приходится 5.4% встречаемости. Следует отметить высокую частоту превышения нормативов по общенормируемым показателям: сухой остаток и жесткость общая, по 14 проявлений или 31.8% от общего числа очагов загрязнения.

Структура встречаемости элементов в очагах загрязнения по областям подземного стока несколько отличается от обобщенного вида. В пределах междуречья Дон-Воронеж выделен следующий перечень основных вредных химических веществ по порядку частоты проявления (рис.3): NO₃, B, Li, Cd, Cl, Br, Na, NH₄, Cr +6 . В пределах левобережной части структура элементного ряда частоты проявления следующая: нефтепродукты, B, Cd, Pb, NH₄, Cl, СПАВ.

Наиболее интенсивные и токсичные загрязнения подземных вод происходят в пределах крупных свалок, полигонов ТБО и коммуникаций очистных сооружений.

Проблема удаления ТБО и обеспечение санитарной очистки городской территории Воронежа стоит весьма остро. До 1993 года специально подготовленного места не было. Захоронения велись стихийно на необорудованных площадях: карьер ТОО «Формматериалы», свалка ТБО юго-западная и др. С вводом полигона ТБО в карьере «Средний» южнее г. Семилуки положение со складированием отходов г.Воронежа несколько нормализовалось. Тем не менее работа полигона происходит с нарушениями природоохранных требований. Система сбора высоко токсичного инфильтрата из тела свалки не обеспечивает его изоляцию от водоносных горизонтов, что приводит к значительному загрязнению подземных вод.

Принцип обобщения данных на уровне отдельного очага загрязнения подземных вод рассматривается на примере полигона ТБО, расположенного в отработанной части карьера ТОО «Формматериалы» (Тамбовский карьер). Полигон располагается на территории Подгоренского месторождения формовочных песков (рис.4) в пределах западной окраины города практически примыкая к жилой зоне. Месторождение разведано в 1954г., и с 1957г. разрабатывается ТОО «Формматериалы». За время эксплуатации месторождения нарушено около 50 га земель, из них 40 га отработанного пространства преимущественно занята бытовыми и промышленными отходами. Используемый до 1995г. в г.Воронеже полигон ТБО в Тамбовском карьере сооружен с нарушениями природоохранных требований. Главным образом это отсутствие системы изоляции фильтрата образующегося в теле складируемых отходов.

В гидрогеологическом отношении в пределах участка повсеместно распространен водоносный неоген-четвертичный комплекс. Представлен средне- и крупнозернистыми песками. Мощность водовмещающих пород 12-20м, воды безнапорные. Питание комплекса осуществляется за счет атмосферных осадков и талых вод. Поток грунтовых вод имеет северо-западное направление, в сторону р.Дон. Подошвой неоген-четвертичного комплекса являются верхнедевонские глины. С поверхности комплекс не защищен и подвержен загрязнению.

На полигоне накапливались бытовые и промышленные отходы. В основном это умеренно опасные и не токсичные вещества. В результате отсутствия контроля за привозимыми отходами и химических преобразований в теле ТБО образовались токсичные вещества 2-го и 3-го классов опасности. Наиболее опасным является жидкий фильтрат, образующийся путем проникновения атмосферных осадков и ливневых стоков в накопленную массу ТБО. Фильтруясь, вода накапливает большое количество вредных веществ, превращаясь в высоко концентрированный раствор многих токсичных веществ. В основании полигона отсутствует система гидроизоляции и сбора фильтрата, что определяет его прямое попадание через песчаные отложения в продуктивный водоносный горизонт и загрязнение подземных вод. Это привело к образованию очага загрязнения в водоносном неоген-четвертичном комплексе и обострению экологической ситуации.

Наибольшая интенсивность загрязнения подземных вод отмечена на северо-западном борту карьера (рис.4) в области выхода потока подземных вод с территории свалки ТБО (скважина N2). Подземные воды имеют аномально повышенную концентрацию солей и щелочную реакцию среды, сухой остаток достигает 2,03 г/дм 3 , pH = 9,14 (таблица1). Как показано на диаграмме (рис.5), очаг загрязнения подземных вод в основном определен содержанием опасных и высоко опасных химических веществ. Суммарное содержание веществ 3 класса опасности достигает 146,99 ПДК; 2 класса -до 29,23 ПДК; 4 класса — до 4,74 ПДК; не токсичные — до 8,73 ПДК.

Основные химические элементы и соединения, присутствующие в подземных водах в концентрациях более 10 ПДК являются: железо, аммоний, бор (рис.6). Причем по сравнению с предыдущими годами отмечается тенденция к увеличению концентрации ингредиентов.

Дальнейшее обобщение результатов по техногенным гидрохимическим аномалиям на территории Воронежской области и г. Воронежа целесообразно продолжить в виде их паспортизации и картографирования, включая техногенные объекты — потенциальные источники загрязнения. Паспортизацию желательно проводить в рамках стандартных площадей (топопланшеты среднего и крупного масштабов) и по административным районам, что позволит произвести обобщение информации на любом уровне. С целью оперативной оценки и получения сопоставительных параметров о качественном составе подземных вод по различным объектам обобщения необходима выработка и включение стандартного подхода в состав задач решаемых информационно — компьютерными системами мониторинга состояния недр.

Приведенные в настоящей работе данные доказывают высокую степень техногенного преобразования ГГС на площади г. Воронежа. Учитывая особое положение г. Воронежа в пределах региональной области формирования подземного стока основных артезианских бассейнов Центрального региона России вопрос о создании крупного природно-техногенного полигона в его границах является весьма актуальным. Организация комплексной геологоэкологической системы слежения на участках крупных промышленно-селитебных зон с целью комплексной оценки состояния всех компонентов ГГС, динамики их развития и факторов их определяющих.

Эффективность проводимых природоохранных мероприятий во многом определяется созданием оптимальной системы слежения за состоянием недр и техногенных объектов. В настоящее время большинство участков преобразования недр не имеют специализированную наблюдательную сеть, что требует дальнейшего решения, особенно в зонах крупного техногенеза.

источник

От каких факторов зависит качество поверхностных вод? Зачем нужен химический анализ состава вод суши, что он позволяет выявить. Что такое поверхностные воды, их классификация и особенности. Характеристика качества поверхностных вод. Очистка вод суши, различные методы, их преимущества и недостатки. Качество поверхностных вод напрямую связано с климатическими и геологическими особенностями региона. Химический анализ различных водоёмов позволяет выявить различные элементы и микроорганизмы, чтобы сделать выводы о пригодности данных вод для жизнедеятельности человека.

Поверхностными водами называются водотоки, собирающиеся на поверхности земли в крупные водоёмы. Все они делятся на:

• Озёрные водоёмы
• Речные воды
• Болотные скопления
• Морские водоёмы

Данные воды могут находиться в комплексе поверхностных водных объектов непостоянное время или на протяжении длительного промежутка времени (постоянно). В перечень водных объектов включаются болота, озёра, моря, реки и другие скопления воды. Вода в этих водоёмах может быть пресной или солёной.

Чистота поверхностных вод может быть разной. В процессе движения воды по суше она собирает и несёт в своих потоках различные минеральные элементы, части грунта и песка. Некоторые из частиц могут осесть на дно в процессе движения, некоторые растворятся, а другие попадут в большой водоём. Так во время прохождения потоком скалистой местности, различных препятствий и водопадов вода насыщается частицами кислорода. За счёт наличия различных органических и неорганических веществ, кислорода и при достаточном поступлении солнечного света в воде развивается и процветает множество форм жизни. Это простейшие, грибы, представители водной флоры, рыбы и ракообразные. За счёт опавшей с деревьев листвы в составе воды появляются ионообменные смолы.

Химический и физический состав поверхностной воды способен со временем меняться. А природные катаклизмы могут вызвать молниеносное изменение состава и чистоты таких вод. Поэтому так важно постоянно контролировать качество поверхностных вод.

Основное влияние на качество поверхностных вод оказывают такие факторы:

• Климатические изменения
• Геологические особенности

Точнее говоря, влияние оказывает не каждый фактор по отдельности, а их совокупность. Если говорить о климатическом факторе, то основное влияние оказывает частота и объём выпадающих осадков. Не менее важна и экологическая ситуация в данном районе. С дождевой водой водоёмы насыщаются нерастворёнными частицами пыли, пепла, микроорганизмами, растительной пыльцой, грибными спорами и различными бактериями. Не меньшее воздействие на состояние вод суши оказывает хозяйственная и промышленная деятельность человека. Так, атмосферные выбросы с различных предприятий попадают с осадками в воду. Это могут быть частицы серы и азота.

Среди геологических факторов можно назвать особенности русла рек, а именно то, какими породами оно образовано. Например, известняковое русло даёт прозрачную воду с высокой жёсткостью. А в русле, образованном непроницаемыми породами, образуется мягкая и мутная водная среда. Это связано с попаданием в водоток большого числа взвешенных частиц различного происхождения.

Анализ поверхностных вод позволяет выявить показатели из трёх разных групп:

1. Ионные составляющие воды и общий уровень насыщения минералами. Уровень минерализации воды вычисляется по принципам «венецианской» экологической концепции, а ионные составляющие находятся по методике Алекина.
2. Группа эколого-санитарных показателей, куда относятся насыщенность воды торфом и сапробность. В данном случае рассматриваются показатели, влияющие на биотические и абиотические составляющие жидкостных систем, а именно бактериологические, гидрофизические и гидрохимические показатели. Все они выполняют важные функции при жизнедеятельности системы. В группу гидрофизических показателей попадают такие характеристики воды, как цвет, мутность, количество взвешенных части. К гидрохимическим показателям можно отнести кислотность среды, насыщенность кислородом, концентрацию азотных содержаний и фосфорных включений, а также окисляемость среды. Гидробиологические показатели характеризуют способность системы к самозагрязнению и самоочищению, описывают биологическую активность колоний.
3. Концентрация токсических веществ и радионуклеидных компонентов. Данный показатель характеризует наличие в водной среде элементов, поступающий с дренажных, промышленных, почвенных или бытовых загрязнителей. Также к данной группе относится загрязнение воды веществами техногенного происхождения, к которым можно отнести частицы фармакологических препаратов, ПАВы, отравляющие вещества, пестициды, углеводороды, цианиды и др.

Химический анализ поверхностных вод позволяет выявить различные загрязнения, которые должны быть удалены перед подачей воды в трубопроводы. Принципы очистки поверхностных вод подразумевают дезинфекцию с целью уничтожения всех опасных микроорганизмов, к которым относятся микроскопические водоросли, бактерии, вирусы.

Существует несколько методов очистки поверхностных вод:

• Окислительная методика (хлорирование)
• Облучение ультрафиолетом

Хлорирование воды – это самый недорогой метод очищения вод от вредных микроорганизмов. Конечно, для этого могут использоваться различные реагенты, но хлор наиболее доступный. Однако его вредность может изменить состав воды в худшую сторону. Более эффективным, менее опасным является обработка озоном, но цена такой процедуры будет намного выше.

Самым безопасным и эффективным способом очистки воды является её обработка ультрафиолетовыми лучами. За счёт попадания таких лучей в ядра клеток структура ДНК необратимо повреждается, чем вызывает нарушения в репродуктивной способности микроорганизмов.

Хотите оценить качество поверхностных вод? Такой химический анализ вы можете заказать в нашей лаборатории, позвонив по указанным на сайте телефонам.

источник

Министерство образования и науки Республики Бурятия

Селенгинский район, Управление образованием,

Гусиноозерская гимназия, г. Гусиноозерск

Федеральная научно-образовательная программа творческого и научно-технического развития детей и молодежи «Юность, наука, культура»

«Сравнительный анализ поверхностных и подземных вод на хлориды, общее железо, сульфаты.

учениц 10а класса Гусиноозерской гимназии

Калмыковой Саши и Сунгатуллиной Жени

1. Характеристика качества подземных и поверхностных вод.

Актуальность темы: На данный момент единственный источник питьевой воды в городе Гусиноозерске — озеро Гусиное. Нашей целью было провести анализ воды в озере и 3-х скважинах по содержанию в ней хлоридов, общего железа и сульфатов.

Цель работы: Выявить безопасность питьевой воды по данным анализам.

Предмет исследования: Питьевая вода в скважинах и в озере Гусином.

Хозяйственно-питьевое водоснабжение г. Гусиноозерск осуществляется за счет поверхностных вод оз. Гусиного. Открытый водозабор в условиях постоянно ухудшающейся экологической обстановки, при быстром загрязнении вод озера промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми стоками, не может гарантировать достаточно высокий уровень качества воды, используемой в питьевых целях.

Разведочные работы по изысканию источника хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Гусиноозерск за счет подземных вод проводятся с конца 50-х годов.

В 1978-81 гг. Селенгинской геологоразведочной экспедицией проведены поисковые и разведочные работы в северном борту Гусиноозерской впадины, в результате которых выявлено два перспективных участка: «Ельник», расположенный в 2-3 км северо-западнее Гусиноозерской ГРЭС, и «Загустай», находящийся в 1,5-3 км северо-восточнее ГРЭС. На обоих участках проведена предварительная разведка и ориентировочно оценены эксплуатационные запасы подземных вод в количестве 15 тыс. м.куб./сут на участке «Ельник» и 11 тыс. м.куб./сут – на участке «Загустай». Качество подземных вод удовлетворяет требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» по всем показателям, за исключением повышенного содержания фтора и железа. В связи с некондиционностью по фтору и железу подземные воды выявленных месторождений признаны непригодными для питьевого водоснабжения и дальнейшие исследования на месторождения были прекращены.

Ранее считалось, что все воды с концентрацией фтора более 1,5 мг/л являются потенциально опасными, вызывающими поражение населения эндемическим флюорозом (разрушение зубов, изменения скелета). В последнее десятилетие, с развитием нового направления гидрогеологии – геохимии подземных вод хозяйственно-питьевого назначения, изучен ряд проблем, связанных с воздействием вод различного химического состава на организм человека. Конкретное рассмотрение вопроса о связи проявления эндемического флюороза с особенностями химического состава подземных вод показало, что возникновение флюороза определяется степенью превышения активности фтора над активностью кальция и в значительной мере контролируется соотношением ионов фтора и кальция. При величине F/Ca 9. Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой, оставляют стоять 5 минут для развития окраски. Измеряют оптическую плотность окрашенного раствора, используя фиолетовый светофильтр, по отношению к 50 куб. см. дистиллированной воды, в которую добавлены те же реактивы. Массовую концентрацию общего железа находят по градуировочному графику.

Определение содержания сульфатов.

Метод определения массовой концентрации сульфатов основан на способности сульфатов образовывать с ионами свинца слаборастворимый осадок PbSO. В точке эквивалентности избыток ионов свинца реагирует с дитизоном с образованием комплексного соединения. При этом окраска раствора изменяется из сине-зеленой в красно-фиолетовую.

Проведение анализа. Отбирают 20 мл подготовленной анализируемой воды (фильтрованную пробу пропускают через катионитовую колонку), помещают в колбу, добавляют 40 мл ацетона и индикатора (дитизон в бензойной кислоте) в таком куоличестве, чтобы раствор был сине-зеленого цвета. Пробу титруют раствором нитрата свинца при постоянном перемешивании до перехода окраски в красно-фиолетовую.

Массовую концентрацию сульфатов в анализируемой воде находят по формуле:

Сх = 48,03 * Vт * C b * 1000 / V , где

Cx – массовая концентрация сульфатов в воде, мг/куб. дм.

Vт – объем раствора нитрата свинца, израсходованного на титрование, куб. см.

C b – концентрация раствора нитрата свинца, моль/куб. дм.

V – объем пробы, взятый для титрования после катионирования, куб. см.

Хлориды Общее железо Сульфаты

Скважина 1 5,5 мг/л 0,01 мг/л 2,4 мг/л

Скважина 2 4,0 мг/л 0,065 мг/л 2,4 мг/л

Скважина 3 61,25 мг/л 0,115 мг/л 427,4 мг/л

оз. Гусиное 11,5 мг/л 0,09 мг/л 53,3 мг/л

Согласно СНиП для питьевой воды содержание хлоридов должно составлять не более 350 мг/л, сульфатов не больше 100 мг/л, а содержание общего железа не должно превышать 0,3 мг/л.

В настоящее время водоснабжение г. Гусиноозерска базируется на поверхностных

водах озера Гусиное. Забор воды производится двумя водозаборными сооружениями — водозабором «Водоканал» производительностью 20 тыс. м3/сутки, расположенном

в северо-восточной части озера и водозабором шахты «Гусиноозерская»

производительностью 6 тыс. м3/сутки, расположенном в 0.7 км южнее базы

Нами было проведено исследование питьевой воды из озера и 3-х скважин. В результате исследования по хлоридам, общему железу и сульфатам, лишь проба воды из скважины 3 (п. Восточный) превышает санитарные нормы по сульфатам в 4 раза и не пригодна для питьевых нужд; все остальные пробы соответствуют нормам по тем анализам, которые мы делали.

На данный момент город использует только один источник питьевой воды -Гусиное озеро. Ввиду плохой экологии, населенному пункту Гусиноозерску, необходимы резервные источники питьевой воды, например скважины, среди которых проводились изыскательские работы в 90-х годах, мы считаем, что эти работы необходимо продолжить.

Исключительная роль в обеспечении водопотребителей качественной пресной водой отводится пресной подземной воде. Особое внимание к пресной подземной воде обусловлено, прежде всего, тем, что она, как источник водоснабжения, имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с поверхностными водами. Основное — она лучше по своему составу и вкусу подходит для питьевого водоснабжения и надежнее защищена от загрязнения.

Ухудшение здоровья людей с заболеваниями желудочно-кишечного тракта при использовании водопроводной воды, а также состояние городского водозабора и городских подземных коммуникаций, не исключающих возможность аварийных ситуаций, вызывает необходимость использования альтернативных источников водоснабжения. Источниками водоснабжения в таких ситуациях могут служить родники (источники) подземных вод.

источник

По обеспеченности водными ресурсами Республика Беларусь находится в благоприятных условиях. Имеющихся ресурсов природных вод вполне достаточно для удовлетворения как современных, так и перспективных потребностей страны в воде. Водообес- печенность на одного жителя Беларуси составляет 3,6 тыс. м 3 , в том числе подземными водами 1,4 тыс. м 3 . Это выше, чем в Англии (2,6 и 1,0 соответственно), Нидерландах (0,7 и 0,25) и Украине (1,0 и 0,2). Самые высокие показатели обеспеченности водой имеют Норвегия (89,0 и 27,5) и Россия (9,0 и 2,0).

Поверхностные водные ресурсы представлены главным образом речным стоком, который в средние по водности годы составляет 57,9 км 3 (табл. 7.1). Около 55 % годового стока приходится на реки бассейна Черного моря, 45 % — Балтийского. В многоводные годы общий речной сток увеличивается до 92,4 км 3 , а в маловодные (95 % обеспеченности) снижается до 37,2 км 3 в год.

Ресурсы речного стока в разрезе бассейнов основных рек Беларуси

Водные ресурсы в средний по водности год,

Формирующиеся в пределах страны

Большая часть речного стока (34 км 3 , или 59 %) формируется в пределах страны. Приток воды с территории соседних государств (России и Украины) равен 23,9 км 3 в год (41 %). Общий объем воды, аккумулированный в озерах республики, достигает 6-7 км 3 , а в 153 водохранилищах — 3,1 км 3 .

Пресные подземные воды являются одним из наиболее цепных возобновляемых природных ресурсов. Они распространены па территории Беларуси повсеместно. Их естественные ресурсы составляют 15,9 км 3 в год, прогнозные — 18,1 км 3 в год, причем более половины из них гидравлически связаны с речными. Величина естественных и прогнозных ресурсов зависит от условий формирования подземных вод, которые наиболее благоприятны в центральной, северо-восточной и западной частях страны.

По состоянию на 2005 г. в стране разведано 256 месторождений и участков подземных вод с общими эксплуатационными запасами 6586 тыс. м 3 /сут, или 13 % суммы прогнозных ресурсов. Распределение ресурсов и запасов подземных вод по бассейнам основных рек представлено в табл. 7.2. Эксплуатируются в основном неглубоко залегающие (50-200 м) водоносные горизонты, имеющие тесную гидравлическую связь с вышележащими горизонтами подземных вод и поверхностными водотоками.

Ресурсы и запасы подземных вод в бассейнах основных рек Беларуси

Прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод, тыс. м 3 /сут

Разведанные эксплуатационные запасы подземных вод по категориям, тыс. м 3 /сут

Наиболее крупные месторождения подземных вод с разведанными запасами более 40-50 тыс. м 3 /сут расположены в районах крупных промышленных центров и населенных пунктов Минской, Гомельской, Витебской и Гродненской областей.

Использование природных вод. Начиная с 90-х гг. XX в. наметилась тенденция к снижению объемов забора воды как из поверхностных, так и подземных источников. Среднегодовой забор воды из природных водных объектов Республики Беларусь составляет около 1800 млн м 3 , в том числе из поверхностных водных объектов — 800 млн м 3 , из подземных — 1000 млн м 3 (табл. 7.3). Самым крупным потребителем воды среди городов страны является Минск.

Основные показатели водопользования в Республике Беларусь

Объемы воды, млн м 3 в год

Забрано воды из природных водных объектов

па хозяйственно-питьевые нужды

на производственные нужды

в рыбном прудовом хозяйстве

Расходы воды в системах оборотного

и повторно-последовательного водоснабжения

Потери воды при ее транспортировке

Сброшено сточных вод в поверхностные водные объекты:

загрязненных и недостаточно очищенных

нормативно-чистых (без очистки)

Мощность очистных сооружений, после которых сточные воды сбрасываются в водные объекты

Использование воды па хозяйственно-питьевые нужды остается основной составляющей в применении свежей воды по республике. Суточное водопотребление на одного жителя страны в 2012 г. составляет в среднем около 180 л. Вместе с тем потребление питьевой воды па душу населения по городам республики существенно выше, чем в большинстве стран Европы (120-150 л в сутки). Наибольшее удельное водопотребление па хозяйственно-питьевые нужды отмечено в Минске, Гродно, Могилеве, Гомеле и Бобруйске.

Снижение потребления объясняется процессом упорядочения приборного учета объемов забираемой и передаваемой потребителям воды в жилищно-коммунальном хозяйстве, а также усилением позитивных тенденций ресурсосбережения. Инструментальным учетом на 2012 г. охвачено 90 % забора воды из природных водных источников и 93 % сброса сточных вод в природные водные объекты. Всего учетом охвачены более 4000 водопользователей, на балансе которых имеются 260 водозаборов из поверхностных водных объектов и 3800 водозаборов подземных вод.

Выпуски сточных вод имеют около 3000 предприятий, в том числе 267 предприятий выпускают сточные воды непосредственно в поверхностный водный объект. За пределы водного объекта поступают сточные воды от 3500 выпусков.

Зарегистрировано дальнейшее снижение потребления воды питьевого качества на производственные нужды. Тенденция снижения использования воды на производственные нужды, наблюдавшаяся в предыдущее пятилетие, сохранилась (с 529 млн м 3 в 2000 г. до 419 млн м 3 в 2012 г.). Сохранились темпы снижения использования воды в сельском хозяйстве. Объем использования воды этой отраслью сократился с 155 млн м 3 в 2000 г. до 105 млн м 3 в 2012 г.

Без изъятия воды из водных объектов используют поверхностные водные ресурсы гидроэнергетика (6 тыс. кВт установленной мощности), рыбное хозяйство (1100 прудов), водный транспорт (протяженность рек и каналов с гарантированными глубинами — 2,5 тыс. км).

В 2012 г. по сравнению с 2000 г. отмечено увеличение объемов воды в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения.

По сравнению с 2000 г. уменьшился сброс сточных вод в поверхностные водные объекты с 1173 до 1138 млн м 3 , а также загрязненных и педостаточноочищеппых сточных вод. Наибольший объем нормативно-чистой воды сброшен в водные объекты предприятиями сельского хозяйства, главным образом предприятиями прудового рыбного хозяйства. Отраслями промышленности сброшено 86,0 млн м 3 нормативно-чистых сточных вод, большая часть которых приходится па энергетику — 78,4 млн м 3 .

В сфере промышленного производства наибольший вклад в водоотведение вносит энергетика, несколько меньший объем сточных вод образуется в нефтехимической отрасли и топливной промышленности. Сточные воды этих отраслей вместе со сточными водами пищевой промышленности составляют 93 % всех образующихся в промышленной сфере сточных вод.

Практически весь объем (98 %) нормативно-чистых сточных вод, отводимых в водотоки промышленными предприятиями, формируется тремя отраслями промышленности: электроэнергетикой, пищевой и нефтехимической.

источник

Отбор проб воды из различных водоисточников. Определение органолептических показателей. Компоненты минерального состава. Консервация, транспортировка и хранение проб воды. Химический состав стекла лабораторной посуды. Коллоидная кремниевая кислота.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полевые методы исследования поверхностных и грунтовых вод

Отбор пробы воды является важной частью ее анализа, необходимым условием получения правильных результатов. Ошибки, возникающие из-за неправильного отбора проб, в дальнейшем исправить невозможно. Особую трудность вызывает отбор представительной пробы, состав которой соответствует составу анализируемого объекта. Реально отобранные для анализа пробы по составу в большей или меньшей степени отличаются от анализируемого объекта, что и является основной причиной погрешностей анализа. Условия, которые следует соблюдать при отборе проб, настолько разнообразны, что нельзя дать подробных рекомендаций для всех случаев в соответствии со всеми требованиями. В конкретных условиях следует руководствоваться целями исследования и общими принципами, регламентирующими отбор проб воды для анализов из различных водоисточников. минеральный химический вода

Основные принципы, которые необходимо соблюдать при отборе проб:

· место для отбора пробы воды должно соответствовать целям анализа,

· проба воды должна быть представительной пробой,

· отбор, хранение, транспортировка и работа с пробой должны проводиться так, чтобы не произошло изменений в содержании определяемых компонентов или в свойствах воды;

· объем пробы должен быть достаточным и должен соответствовать применяемой методике анализа.

Место для отбора пробы выбирают в соответствии с целями анализа и с учетом всех обстоятельств, которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы. Так, при отборе проб поверхностных и подземных вод необходимо внимательно обследовать все источники поступления воды в водоем, выявить возможные источники загрязнения водоема.

Место для отбора проб сточных вод выбирают только после подробного ознакомления с технологией производства, расположением цехов, системой канализации, назначением и работой отдельных элементов станции очистки и т.д.

В соответствии с целями анализа проводят разовый или серийный отбор проб. При разовом отборе пробу берут один раз в определенном месте и рассматривают результаты одного анализа. Этот способ применяется в редких случаях, когда результатов единичного анализа достаточно для суждения о качестве исследуемой воды (например, при постоянстве состава воды, как это наблюдается для глубинных грунтовых вод). В большинстве случаев состав воды изменяется в зависимости от места и времени отбора пробы, в этих случаях проводят серийный отбор проб. При анализе серии взятых проб определяется изменение содержания отдельных компонентов с учетом места, времени отбора или обоих этих факторов. Полученные результаты обрабатываются статистически. Типичным примером серийного отбора проб является зональный отбор. Пробы отбирают с различной глубины по выбранному створу водохранилища, озера, пруда и т.д. Другой распространенный тип серийного отбора проб — отбор через определенные промежутки времени, позволяющий следить за изменением качества воды во времени или же в зависимости от ее расхода. При этом можно получить сведения о сезонных или дневных изменениях качества воды.

Различают два основных вида проб: простую и смешанную. Простую пробу получают путем однократного отбора всего требуемого количества воды. Анализ простой пробы дает сведения о составе воды в данный момент в данном месте. Смешанную пробу получают, сливая простые пробы, взятые в одном и том же месте через определенные промежутки времени или отобранные одновременно в различных местах обследуемого объекта. Эта проба характеризует средний состав воды исследуемого объекта или средний состав за определенный период времени (за час, смену, день и т.д.), или, наконец, средний состав с учетом как места, так и времени. Смешанную пробу нельзя отбирать за период больше одних суток. При необходимости более длительного хранения пробу консервируют. Смешанную пробу нельзя использовать для определения тех компонентов и характеристик воды, которые легко изменяются со временем (растворенные газы, pH и т.д.). Эти определения проводят в каждой составляющей пробы отдельно.

Количество пробы, которое необходимо отобрать, зависит от числа определяемых компонентов. Чаще всего, это 1-2л воды. При отборе проб следует обращать внимание (фиксировать в протоколе) на сопровождавшие отбор проб гидрологические и климатические условия, такие как осадки и их обилие, паводки, застойность водоема и др.

В качестве сосудов для отбора и хранения проб обычно используют бутыли из химически стойкого стекла. Закрывают их резиновыми или стеклянными притертыми пробками. В специальных случаях используют полиэтиленовые бутыли или термосы. Посуда для отбора проб должна быть чистой. Чистота посуды обеспечивается предварительным мытьем ее горячей мыльной водой (стиральные порошки и хромовую смесь не использовать!), многократным споласкиванием чистой теплой водой. В дальнейшем для отбора проб желательно использовать одну и ту же посуду. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тщательно моют, ополаскивают не менее трех раз отбираемой водой и закупоривают стеклянными или пластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде. Между пробкой и отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5-10 мл. В общую посуду отбирают пробу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.

Влияние материала лабораторной посуды на состав пробы. Материалы, из которых изготовлена лабораторная посуда, могут быть не только источниками загрязнений, но и причиной уменьшения концентрации определяемых компонент в анализируемой пробе воды.

Стекло. Различные сорта стекла отличаются друг от друга по составу и химической стойкости. Стекло немного растворимо в воде, полученные растворы имеют слабую щелочную реакцию главным образом за счет содержания гидроксидов калия и натрия. Вода при 180С выщелачивает за 7 дней из лучших сортов стекла до 70 мг Na2O с 1 м2 поверхности, с повышением температуры эта величина существенно увеличивается. Наибольшей щелочностью характеризуются обычные сорта лабораторного стекла, меньшей щелочностью — стекло пирекс. В водные растворы в небольших количествах могут переходить химические элементы, входящие в состав стекла: кремний, бор, кальций, железо и др.

Химический состав стекла лабораторной посуды, %

Сорт SiO2 B2O3 Al2O3 Na2O K2O CaO MgO MnO ZnO As2O3

№23 68,6 2,5 3,89 9,7 6,1 8,4 0,8 — — —

пирекс 80,5 12,0 2,0 4,0 1,0 0,5 — — — —

кварцевое 99,91 — 0,01 0,04 0,03 — 0,01 — — —

Таким образом, растворимость стекла может быть причиной увеличения концентрации натрия, калия, кальция, железа и др. в анализируемой пробе. Согласно ГОСТ 9111-59, при кипячении в течение 3 часов с 2н. раствором гидроксида натрия даже в случае химически стойкого стекла допускается потеря 0,06 г стекла на каждые 100 см2 его поверхности.

Под действием воды происходит гидролиз силикатов с образованием коллоидной кремниевой кислоты, образующей на поверхности стекла плотную пленку, затрудняющую дальнейшее растворение стекла. Поэтому для уменьшения загрязнения проб вследствие растворения стекла рекомендуется обработка стеклянных сосудов водяным паром. Однако при этом следует учитывать, что кремниевая кислота может вести себя как ионит, т.е. обмениваться катионами и анионами с раствором, находящимся в сосуде. В этом случае говорят об адсорбции (поглощении) поверхностью стекла растворенных веществ. Установлено, что адсорбция на стекле зависит от сорта стекла, рН раствора, концентрации раствора. В большей степени происходит адсорбция катионов, меньше — адсорбция анионов. Для уменьшения (или предотвращения) адсорбции из разбавленных растворов на поверхности стеклянной посуды рекомендуется использовать посуду, изготовленную из более стойких сортов стекла (пирекс, кварцевое) или проводить специальную обработку поверхности стекла. Внутреннюю поверхность стекла можно покрыть тонким слоем парафина или лучше гидрофобизировать поверхность обработкой 3%-ным раствором метилтрихлорсилана CH3SiCl3 в четыреххлористом углероде с последующим нагреванием при 1200С в течение 1 часа.

Фторопласт-3 (полимер трифторхлорэтилена), тефлон (полимер тетрафторэтилена). Посуда из этих материалов отличается высокой химической стойкостью. Даже концентрированные кислоты и концентрированные растворы щелочей не влияют на эти материалы в широком интервале температур и длительном воздействии. В изделиях из фторопласта-3 можно выполнять операции при температурах до 1000С, из тефлона (фторопласта-4) — при температурах до 2500С. Химически стойкой является посуда из полиэтилена. Однако на поверхности фторопластов и полиэтилена сорбируются некоторые катионы в заметных количествах.

Таким образом, при отборе и хранении проб воды из различных водоисточников полезно выполнять следующие правила:

· выбирать посуду их химически стойких материалов,

· уменьшать поверхность соприкосновения раствора с материалом посуды, для чего использовать круглодонные колбы.

После отбора проб делается запись, в которой указывают вид и происхождение воды, точное место, день и час отбора, способ консервирования. Если анализ воды проводится не на месте отбора пробы или не в тот же день в лаборатории, то пробу консервируют. Необходимость консервирования обусловлена тем, что некоторые характеристики воды при хранении изменяются (температура, pH, содержание различных газов; некоторые вещества могут выпасть в осадок, другие, наоборот, раствориться и т.д.). В неконсервированной пробе могут также протекать различные биохимические процессы, вызванные деятельностью микроорганизмов или планктона. Для полного анализа воды следует отобрать пробу в несколько бутылей, в которые добавляют различные консервирующие вещества. В нормативных документах (ГОСТ, ИСО, МВИ и др.)определены правила и рекомендации, которые следует выполнять для получения репрезентативных проб из различного вида водоисточников.

Пробы из рек и водных потоков отбирают в следующих целях: мониторинг качества воды в бассейне реки, установление источников загрязнения, их влияния на водные экосистемы, определение влияния вод притоков на состояние исследуемого водного потока.

Качество воды в реках носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следует отбирать в одно и то же время суток, а продолжительность сезонных исследований должна быть не менее года.

Пробы из озер,прудов отбирают с теми же целями, что и пробы воды из рек. Отбор проб из озер должен быть тщательно спланирован для получения информативных достоверных данных. Озера и пруды представляют собой, как правило, слабопроточные водоемы с малой скоростью перемещения различных слоев воды. Они могут иметь значительную неоднородность свойств воды как по горизонтальным, так и по вертикальным направлениям. В больших глубоких водоемах может появляться внутренняя циркуляция воды.

Пробы воды из водопроводных сетей проводят для определения качества воды, а также для определения источников загрязнения воды. Для получения представительной (репрезентативной) пробы следует соблюдать ряд правил:

· перед отбором пробы водопроводную воду спускают в течение 15 — 20 мин для того, чтобы «ушли» накопившиеся загрязнители;

· для отбора воды не используют концевые участки водопроводных сетей, а также участки с трубами малого диаметра (менее 1,2 см);

· для отбора проб используют участки водопровода с интенсивным перемешиванием потока (краны вблизи клапанов, изгибов труб);

· при отборе проб вода должна медленно течь в пробоотборную емкость до ее переполнения.

Анализ воды из различных водоисточников в полевых условиях.

1. Определение температуры воды. Температура является важной гидрологической характеристикой водоема, показателем возможного теплового загрязнения. Тепловое загрязнение опасно тем, что вызывает интенсификации процессов жизнедеятельности гидробионтов, изменяет скорости течения химических и биохимических реакций, протекающих в водоеме. В условиях теплового загрязнения изменяется количество растворенного кислорода и других газов атмосферы, изменяются условия перемешивания различных слоев воды.

Температура является наиболее значимым внешним фактором, который должен в первую очередь учитываться при использовании полевых методов для анализа природных вод. В нормативных документах не определены условия применения полевых методов, однако практика химического анализа позволяет в качестве таких условий принять следующие:

— температура анализируемой воды 15 — 25 0С;

— температура воздуха 5 — 30 0С;

Ограничения по температуре воды и воздуха не распространяются на условия отбора проб. Температура должна обязательно контролироваться во время выполнения анализа, так как она является фактором, способным повлиять на результат определения концентраций.

Температура воды измеряется непосредственно на водоеме калиброванным термометром с ценой деления шкалы 0,1 — 0,5 0С.

Измерение температуры поверхностных слоев воды. Температура воды измеряется непосредственно на водоеме калиброванным термометром с ценой деления шкалы 0,1 — 0,5 0С. Термометр опускают на глубину 15 — 20 см, следят за изменением показаний. Когда в течение нескольких минут показания термометра не изменяются, отмечают последнее значение, как температуру поверхностного слоя воды (не вынимая термометр из воды). Измерения повторяют несколько раз, определяют среднее значение температуры, рассчитывают погрешность определения.

Измерение температуры глубинных слоев воды. Термометр устанавливают в пробоотборнике, который погружают на выбранную глубину, открывают, заполняют водой. Пробоотборник выдерживают на выбранной глубине 5-10 мин (для установления теплового равновесия), после чего поднимают и, не вынимая термометр, определяют значение температуры. Следует использовать пробоотборники опрокидывающегося типа, заполняемые водой на требуемой глубине.

2. Определение органолептических показателей качества воды.

Органолептическая оценка дает много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена в полевых условиях быстро, без каких-либо аналитических приборов или сложных приспособлений. Проведение точных органолептических измерений регламентируется международными стандартами ИСО 6658, ИСО 8589 и др.,определяющими методы и правила проведения органолептической оценки качества воды, требования к квалификации дегустаторов.

Определение цветности воды (качественный визуальный метод, по ГОСТ 1030). Методика качественного определения основана на установлении цвета воды при толщине слоя 10 см. Исследуемую воду наливают в пробирку до высоты слоя 10 см. Вместо пробирки можно использовать мерный цилиндр. Стекло пробирки (или цилиндра) не должно иметь окраски. Пробирка (или цилиндр) должна быть достаточно освещена. Рассматривают воду сверху, на белом фоне. Отмечают цвет воды: слабо- желтова тая, светло- желтоватая, желтая, интенсивно желтая, коричневатая, красно-коричневатая, другая (указать цвет или оттенок).

Определение запаха воды. Запах воды описывается субъективно, по ощущениям аналитика. Для определения запаха воды плоскодонную коническую колбу объемом 250 500 мл заполняют исследуемой водой на 1/3 объема, закрывают пробкой. Далее вращательным движением руки взбалтывают содержимое колбы при закрытой пробке. Пробку открывают и сразу же определяют запах, осторожно вдыхая воздух (выполнять правила техники безопасности такие же, как при определении запаха химических веществ). Если запах не обнаруживается явно, не отчетливый, то определение повторяют, нагрев предварительно колбу с водой на водяной бане до 600С ( При нагревании пробка должна быть приоткрыта). Далее интенсивность запаха оценивается по пятибалльной шкале (интенсивность запаха: нет — 0 баллов, очень слабая — 1 балл, слабая — 2 балла, заметная — 3 балла, отчетливая — 4 балла, очень сильная — 5 баллов).

Интенсивность запаха можно определить количественно как степень разбавления анализируемой воды другой чистой водой без запаха. Пороговое число запаха N определяется из соотношения:

V1 — начальный объем пробы воды, взятой для определений ( с запахом),

V2 — конечный объем воды после разбавления пробы чистой водой до исчезновения запаха.

В качестве чистой воды без запаха можно использовать дистиллированную воду. Чистую воду можно получить в полевых условиях обработкой природной воды активированным углем с последующим фильтрованием ( на обработку 1 л воды минимальное количество угля 1 г).

Определение вкуса и привкуса воды. Оценку можно проводить только у питьевой воды при отсутствии подозрений на ее загрязненность!! При определении воду не проглатывать. При определении вкуса и привкуса анализируемую воду набирают в рот и задерживают 3-5 с, не проглатывая. После определения вкуса воду сплевывают. Характер и интенсивность вкуса и привкуса определяют по пятибалльной шкале (интенсивность вкуса и привкуса: нет — 0 баллов, очень слабая — 1 балл, слабая — 2 балла, заметная — 3 балла, отчетливая — 4 балла, очень сильная — 5 баллов).

Определение мутности (прозрачности) воды. Определение можно проводить в полевых условиях при помощи диска Секки. Диск Секки представляет собой металлический диск диаметра 200 мм с шестью отверстиями, каждое из которых имеет диаметр 55 мм. Отверстия расположены по кругу диаметра 120 мм. Диск покрыт белым пластиком или белой краской. Диск прикреплен к нерастягивающемуся шнуру (цепи). При определении мутности диск опускают в воду на такую глубину, чтобы диск был едва заметен (еще заметен), измеряют длину погруженного в воду шнура (цепи). Для значений менее 1 м результат приводят с точностью до 1 см, для больших значений — с точностью до 0,1 м.

Мутность можно определять визуально в пробирке с исследуемой водой, заполненной также, как при определении цвета воды. Отличие состоит в том, что слой воды рассматривают сверху на темном фоне. Определяют следующие характеристики мутности воды: мутность не заметна, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо мутная, мутная, очень мутная.

Прозрачность воды (определяется ее цветностью и мутностью). Прозрачность воды можно определять при помощи диска Секи. Другой удобный метод основан на обнаружении стандартного шрифта через слой воды.

Для определений используют стеклянный цилиндр с внутренним диаметром не менее 2,5 см и высотой не менее 30 см. Дно цилиндра прозрачно. Цилиндр снабжен светозащитным экраном (черная плотная бумага). На белый лист наносится метка — четкий черный шрифт (3,5 0,35 мм) или черный крест. Цилиндр размещают на высоте 4 см над листом с шрифтом (или другой меткой). В цилиндр наливают воду до тех пор, пока метка еще отчетливо видна. Измеряют линейкой максимальную высоту столба жидкости, при которой метка еще видна отчетливо. Это значение высоты (см) характеризует прозрачность воды.

3. Определение рН воды. В полевых условиях может быть использован визуально-колориметрический метод определения рН. Метод основан на сравнении цвета водного раствора (при добавлении 4-5 капель универсального индикатора) с контрольной цветовой шкалой, полученной на основе буферных растворов с определенным значением рН и тем же универсальны индикатором.

Состав буферных растворов для приготовления контрольной шкалы

Объем 0,1 М раствора лимонной к-ты, мл

Объем 0,1 М раствора лимонной к-ты, мл

Контрольная шкала готовится следующим образом: в пробирки отбирают по 5 мл буферных растворов, добавляют по 4-5 капель универсального индикатора. Если шкала готовится в лабораторных условиях, следует предварительно проверить рН буферных растворов при помощи рН-метра (иономера).

Для определения рН воды в полевых условиях в пробирку отбирают 5 мл анализируемой воды, пипеткой добавляют 4-5 капель (0,1 мл) раствора универсального индикатора, перемешивают. Окраску раствора сразу же сравнивают с контрольной шкалой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы. Окраска раствора наблюдается по методике, используемой при определении цвета воды. рН воды принимается равным рН буферного раствора с наиболее близкой окраской.

4. Определение щелочности и кислотности воды. Шелочность и кислотность воды экспериментально определяют методом кислотно-основного титрования.

Щелочность воды обусловлена присутствием в воде оснований — веществ или ионов, способных присоединять Н+. К основаниям, обусловливающим щелочность воды, относятся: растворимые сильные основания — щелочи, слабые основания (гидроксид аммония), соответствующие определению оснований анионы двух- и трехосновных кислот. Щелочность воды определяется количеством сильной кислоты (соляной) израсходованной на титрование определенной пробы воды. Различают общую щелочность и свободную щелочность.

Свободная щелочность обусловлена наличием в воде щелочей, например, . Для определения свободной щелочи пробу воды титруют 0,1 н. или 0,05 н. раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина до значения рН 8,0-8,2 (интервал изменения окраски индикатора 8,2 — 10,0). Кривая титрования имеет вид:

Общая щелочность обусловлена наличием в воде как сильных растворимых оснований — щелочей (в достаточных концентрациях), так и слабых оснований (например, гидроксида аммония). Соли, образующиеся в результате взаимодействия соляной кислоты со слабыми основаниями, подвергаются гидролизу, в результате чего точка эквивалентности смещается в кислую область (рН в точке эквивалентности меньше 7). Как следствие, общая щелочность воды определяется титрованием в присутствии метилоранжа до значений рН 4,2-4,5. Кривая титрования имеет вид:

Кислотность воды обусловлена присутствием в воде оснований — веществ или ионов, способных взаимодействовать с гидроксид-ионом (сильные кислоты, слабые кислоты, катионы слабых оснований, в том числе органических аминов и др.). Кислотность воды определяется количеством щелочи KOH или NaOH, израсходованной на нейтрализацию раствора. Общая кислотность определяется при титровании до значений рН 8,2-8,4 в присутствии фенолфталеина в качестве индикатора. В этом интервале оттитровываются слабые кислоты , катионы слабых оснований (NH4+). Естественная кислотность природной воды обусловлена присутствием в воде органических кислот природного происхождения.

Определение некоторых компонент минерального состава

Минеральный состав воды отражает результат взаимодействия воды с почвобразующими минералами и породами, воздушной средой, а также результат протекания в воде различных химических, физико-химических и биологических процессов.

Карбонаты и гидрокарбонаты определяют природную щелочность воды. Определение карбонат- и гидрокарбонат-ионов основано на их реакции с сильной кислотой:

Определение карбонат-иона основано на реакциях:

Из-за гидролиза образующегося гидрокорбонат-иона точка эквивалентности сдвигается в щелочную область и титрование в целях определения карбонатов проводят в присутствии индикатора фенолфталеина. Таким методом возможно определить наличие карбонат-иона в водах, рН которых более 8,0-8,2.

Определение гидрокарбонат-иона основано на реакции:

Титрование проводят в присутствии метилоранжа (рН 4,1-4,5). Кроме того, следует учесть, что при титровании раствором кислоты исследуемой природной воды, содержащей свободные щелочи, может протекать реакция взаимодействия с кислотой гидроксид-ионов:

Таким образом, при титровании по фенолфталеину в реакции с кислотой участвуют ионы , а при титровании по метилоранжу — ионы (для щелочных вод). При анализе природных карбонатных вод на содержание карбонатов и гидрокарбонатов титрование можно проводить как последовательно в одной пробе, так и параллельно в разных пробах. Точность полученных результатов зависит от точности определения количества кислоты, расходуемой на титрование. Кривая титрования имеет несколько «ступеней».

Для работы в полевых условиях необходима склянка с меткой «10 мл», пипетка на 2 мл или 5 мл с резиновой грушей или медицинский шприц, растворы индикаторов, раствор соляной кислоты титрованный ( СЭКВ= 0,05 моль/л).

· проводят предварительное определение наличия карбонат-ионов, для чего в склянку с 10 мл исследуемой воды добавляют пипеткой 3-4 капли раствора фенолфталеина; при отсутствии окрашивания или слабо-розовом окрашивании считают, что карбонат-ион в такой воде отсутствует;

· если окрашивание было отмечено, то набирают в склянку новую порцию воды в 10 мл, добавляют пипеткой 3-4 капли раствора фенолфталеина и титруют пробу при помощи медицинского шприца (или пипетки) раствором соляной кислоты до слабо-розовой окраски; отмечают объем раствора соляной кислоты, затраченный на титрование по фенолфталеину VФ;

· набирают в склянку новую порцию воды в 10 мл , добавляют пипеткой 3-4 капли раствора метилоранжа и титруют пробу при помощи медицинского шприца (или пипетки) раствором соляной кислоты до слабо-розовой окраски; отмечают объем раствора соляной кислоты, затраченный на титрование по метилоранжу VМО;

· рассчитывают массовые концентрации анионов (не солей) в мг/л рассчитывают по формулам:

VК и VГК — объемы раствора соляной кислоты, израсходованного на титрование карбоната

и гидрокарбоната, мл; СНСl — нормальность раствора кислоты; 60 и 61 — эвивалентные массы )массы моля эквивалента) карбонат- и гидрокарбонат-ионов, 1000 — коэффициент пересчета.

В исследуемой воде не обязательно присутствуют все ионы: . Соответственно объем кислоты, затраченный на взаимодействие с карбонат-ионом или гидрокарбонат-ионом рассчитывается по формулам, приведенным в таблице:

Соотношение между экспериментальными значениями VФ и VМО

Объем кислоты, затраченный на реакцию с определенным ионом

Весь объем ислоты, затраченный на титрование

На основании полученных результатов титрования можно рассчитать карбонатную жесткость ЖК и щелочность воды, щелочность воды:

· карбонатная жесткость , мг-экв/л

· свободная щелочность , мг-экв/л

Сульфаты — распространенные компоненты природных вод. Определение сульфатов основано на реакции сульфат-ионов с катионами бария с образованием нерастворимой суспензии сульфата бария:

Один из простейших полевых методов определения сульфата основан на определении прозрачности столба воды, содержащего суспензию сульфата бария. Метод применим при концентрации сульфат-ионов не менее 30 мг/л. Анализ выполняют в прозрачной воде, при необходимости пробу фильтруют.

Для определений необходимо вначале приготовить простейший мутномер:

В каждое отверстие мутномера вставляют мутномерную пробирку с надетым на нее резиновым кольцом-фиксатором таким образом, чтобы нижняя ее часть была выдвинута в вырез мутномера на расстояние около 1 см (дно пробирки находится на расстоянии около 2 см от экрана).

· поместить в отверстие мутномера 2 пробирки пустые;

· в одну пробирку налить 20-30 мл воды, добавить пипеткой 2 капли раствора соляной кислоты (20%) и 14-15 капель раствора нитрата бария (насыщенный), закрыть пробирку пробкой и встряхнуть, затем оставить пробирку с раствором на 5-7 минут для образования белой суспензии; по истечении этого времени при закрытой пробки вновь перемешать суспензию;

· пипеткой переносят суспензию во вторую пустую пробирку до тех пор, пока в первой пробирке не появится изображение точки на дне ( если суспензия окажется слишком концентрированной, определение повторяют при разбавлении анализируемой воды дистиллированной водой вдвое), измеряют высоту столба суспензии в первой пробирке;

· продолжают переносить суспензию во вторую пробирку до тех пор, пока в ней не скроется изображение точки, измеряют высоту столба суспензии во второй пробирке;

· находят среднее арифметическое из двух полученных значение высоты столба суспензии, по таблице определяют концентрацию сульфат-иона в мг/л:

Высота столба суспензии, мм

Концентрация сульфат-иона, мг/л

Высота столба суспензии, мм

Концентрация сульфат-иона, мг/л

Хлориды. Метод определения хлоридов основан на титровании воды раствором нитрата серебра, в результате чего образуется суспензия хлорида серебра:

Для определения точки эквивалентности используется хромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра с образованием оранжево-бурого осадка хромата серебра :

Титрование можно проводить в пределах рН 5,0-8,0.

· в склянку с меткой «10 мл» наливают 10 мл исследуемой воды, добавляют 3 капли раствора хромата калия, закрывают пробкой, встряхивают;

· открывают пробку и титруют содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления бурой окраски, отмечают объем раствора нитрата серебра , затраченного на титрование;

· рассчитывают концентрацию хлорид-иона по формуле:

Определение биогенных элементов в природных водах

Биогенными элементами (биогенами) традиционно считаются элементы, входящие, в значительных количествах, в состав живых организмов. Круг элементов, относимых к биогенным, достаточно широк; это — азот, фосфор, сера, железо, кальций, магний, калий и др. В эколого-аналитическом контроле к биогенам относят компоненты природных вод , которые: 1) являются продуктами жизнедеятельности различных организмов 2) являются «строительным материалом» для живых организмов. В первую очередь к ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты и др.).

Нитраты обычно присутствуют в природной воде. Метод определения нитратов в полевых условиях основан на способности салициловой (орто-гидроксибензойной) кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты вступать в реакцию нитрования с образованием нитросалициловой кислоты, которая в щелочной среде образует окрашенную в желтый цвет соль.

Определению мешает хлорид-анион при массовой, концентрации более 500 мг/л и соединения железа при массовой концентрации более 0,5 мг/л. От влияния соединений железа освобождаются, добавляя сегнетову соль (тартрат калия-натрия); при концентрации хлоридов более 500 мг/л анализируемую воду разбавляют и определение повторяют.

Выполнение анализа. Поместить с помощью пипетки 1,0 мл анализируемой воды в стаканчик для выпаривания. Если в воде содержатся соединения железа в концентрации свыше 0,5 мг/л, , в стаканчик следует внести также 0,1 г сегнетовой соли. Содержимое стаканчика выпарить досуха на кипящей водяной бане в течение 10-15 мин. Охладить стаканчик до комнатной температуры в течение 5-10 мин.

Далее добавить в стаканчик пипеткой-капельницей 4-5 капель раствора салициловой кислоты так, чтобы смочить весь сухой остаток. Добавить другой пипеткой 26-27 капель концентрированной серной кислоты (около 0,5 мл). Сухой остаток смешать с кислотой стеклянной палочкой и растереть его по дну и стенкам стаканчика. Не вынимая палочку из стаканчика, оставить его содержимое на 5 минут. После этого добавить пипеткой 3-4 мл дистиллированной воды таким образом, чтобы обмыть внутренние стенки стаканчика, далее добавить к содержимому стаканчика 4-5 мл 20% раствора гидроксида натрия. При наличии в воде нитрат-ионов раствор в стаканчике окрашивается в желтый цвет. Содержимое стаканчика количественно перенести в склянку с меткой «10 мл», дистиллированной водой довести объем раствора до 10 мл. Окраску раствора сравнить с приготовленной заранее контрольной шкалой (0 — 50 мг/л нитрат-иона). За результат анализа принять значение концентрации нитрат-ионов в мг/л того образца шкалы, который более всего соответствует окраске полученного раствора. Если окраска содержимого склянки для колориметрирования окажется интенсивнее крайнего образца (50 мг/л), анализируемую воду разбавляют в 5 раз дистиллированной водой и определение повторяют. При вычислении результатов учитывают степень разбавления пробы.

Нитриты. Нитрит-ионы являются промежуточными продуктами биологического разложения азотсодержащих органических соединений. Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийные соединения в нитриты в аэробных условиях. Некоторые виды бактерий в процессе своей жизнедеятельности также могут восстанавливать нитраты до нитритов, однако это происходит уже в анаэробных условиях. Нитриты часто используются в промышленности как ингибиторы коррозии, в пищевой промышленности как консерванты. В поверхностных водах нитриты, как правило, отсутствуют. Поэтому наличие в анализируемой воде повышенного содержания нитритов свидетельствует о загрязнении воды.

Метод определения концентрации нитрит-иона основан на его реакции в кислой среде (в виде азотистой кислоты) с реактивом Грисса (смесью сульфаниловой кислоты и альфа-нафтиламина). При этом протекают реакции диазотирования и азосочетания, в результате которых образуется азосоединение (азокраситель), имеющее пурпурную окраску:

Концентрацию нитрит-анионов определяют визуально-колориметрическим методом, сравнивая окраску раствора с контрольной шкалой образцов окраски.

Выполнение анализа. Налить анализируемую воду в колориметрическую пробирку до метки «5 мл».Добавить около0,05 г реактива Грисса. Перемешать содержимое пробирки встряхиванием до растворения смеси. Оставить пробирку на 20 мин. для завершения реакции. Провести визуальное колориметрирование пробы. Окраску раствора в пробирке на белом фоне сравнить с контрольной шкалой образцов окраски. Контрольная шкала образцов окраски для определения нитрит-иона (0; 0,02; 0,10; 0,50; 1,0 мг/л) готовится перед анализом в лабораторных условиях.

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. По этой причине катионы аммония в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водах. Повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обычно является признаком хозяйственно-фекальных загрязнений. Определение концентрации катиона аммония основано на его реакции с реактивом Несслера с образованием окрашенного в щелочной среде в желтый цвет соединения :

Мешающее влияние железа устраняют добавлением к пробе сегнетовой соли. Концентрацию катионов аммония определяют, сравнивая окраску полученного раствора с контрольной шкалой, приготовленной заранее в лабораторных условиях Контрольная шкала образцов окраски для определения катиона аммония приготовлена для концентраций 0; 0,2; 0,7; 2,0; 3,0 мг/л . ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л (или 2,0 мг/л по аммонийному азоту). Лимитирующий показатель вредности — общесанитарный.

Выполнение анализа. Налить 5 мл анализируемой воды в колориметрическую пробирку. Добавить туда 0,1 г сегнетовой соли, влить 1 мл реактива Несслера, перемешать содержимое пробирки. Оставить смесь на 1-2 мин. До завершения реакции. После этого на белом фоне сравните окраску раствора с окраской контрольной шкалы, определить концентрацию анализируемого компонента по окраске ближайшего по цвету образца контрольной шкалы.

Фосфор в природных водах может присутствовать в разных химических формах: в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4) и ее анионов, в виде мета-, пиро- и полифосфатов, в виде фосфорорганических соединений (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, фосфолипиды и др.).Фосфор может содержаться и в нерастворенном состоянии, присутствуя в виде взвешенных в воде труднорастворимых фосфатов, включая природные минералы, белковые, органические фосфорсодержащие соединения, остатки умерших организмов и др. Фосфор в твердой фазе в природных водоемах обычно находится в донных отложениях, однако может встречаться в загрязненных природных водах.

Фосфаты в природных водах определяются по реакции с молибдатом аммония в кислой среде. Образующийся при этом комплекс (продукт желтого цвета), далее под действием хлорида олова (II) — восстановителя- превращается в синий краситель сложного состава -«молибденовую синь»:

Концентрацию ортофосфатов в анализируемой воде определяют по окраске пробы, сравнивая ее с окраской образцов по контрольной шкале. Контрольная шкала образцов окраски для концентраций ортофосфатов (0; 0,2; 1,0; 3,5; 7,0 мг/л). В реакцию с молибдатом аммония из всех присутствующих в воде фосфатов непосредственно вступают только ортофосфаты. Для перевода в ортофосфаты всех соединений фосфора проводят: а) кислотный гидролиз (в присутствии серной кислоты), б) минерализацию пробы, которая заключается в кипячении пробы с добавлением кислоты и сильного окислителя — персульфата калия или перекиси водорода.

Выполнение анализа (ортофосфаты, общий фосфор). Налить в склянку 20 мл отстоянной воды. Добавить к пробе 15 капель сульфаминовой кислоты (для связывания нитритов), 1 мл раствора молибдата аммония. Склянку закрыть пробкой, перемешать содержимое, оставить на 5-10 мин для завершения реакции. Далее добавить в склянку 2-3 капли раствора хлорида олова, закрыть пробкой, перемешать. При наличии в пробе ортофосфатов раствор окрасится в синий цвет.

При анализе фосфатов в гидролизованной пробе непосредственно определяются сумма ортофосфатов и полифосфатов; концентрация же полифосфатов рассчитывается как разность между результатами анализа гидролизованной и негидролизованной пробы. Гидролиз полифосфатов протекает в присутствии серной кислоты (20%) при кипячении пробы, а также при проведении минерализации, т.к. ее проводят в сильнокислой среде. Диапазон определяемых концентраций ортофосфатов в воде при визуально-колориметрическом определении — от 0,2 до 7,0 мг/л. Определение визуально-колориметрическим методом возможно и при концентрации ортофосфатов более 7,0 мг/л после соответствующего разбавления пробы чистой водой.

При анализе загрязненных вод выполняются операции, позволяющие устранить мешающее влияние силикатов, соединений железа (III), сульфидов и сероводорода. При наличии сильнощелочной среды пробу необходимо нейтрализовать раствором серной кислоты до значений рН 4-8; если в анализируемой воде ожидается присутствие силикатов (более 50 мг/л) и соединений железа (III) (более1 мг/л), следует разбавить пробу перед анализом чистой водой. Влияние сульфидов и сероводорода устраняется добавлением в пробу нескольких капель перманганата калия (разбавленного раствора). Если в пробе возможно присутствие хроматов, следует изменить порядок прибавления растворов: первым прибавить раствор хлорида олова, затем сульфаминовую кислоту и только после этого — раствор молибдата аммония.

Для определения общего фосфора в фарфоровую чашку наливают 50 мл анализируемой воды, добавляют 0,5 г персульфата аммония и 1 мл серной кислоты (1:3). Пробу выпаривают досуха, подвергают термическому разложению (1600С, 6 часов), охлаждают до комнатной температуры. В чашку добавляют дистиллированную воду, раствор количественно переносят в мерную колбу. Отбирают аликвоту раствора 20 мл, определяют содержание ортофосфатов. Содержание общего фосфора определяют по градуировочному графику, построенному ранее для стандартных растворов.

Ионы металлов в природных водах. Наиболее опасно для гидробионтов загрязнение природных вод тяжелыми металлами (Cd, Pb, Zn, Cr, Ni, Co, Hg и др.). Тяжелые металлы в природных водах могут существовать в различных химических формах (виде растворимых солей, комплексных соединений , коллоидных частиц, осадков нерастворимых соединений) . Метод определения сумы тяжелых металлов в природных водах основан на групповой реакции катионов металлов (цинка, меди и свинца, а также некоторых других) с дитизоном, в результате которой образуются окрашенные в оранжево-красный цвет дитизонаты металлов. Реакцию проводят в слабощелочной среде благодаря чему определяются ионы металлов, находящиеся в воде в виде растворимых соединений. Металлы экстрагируют из воды органическим растворителем. Концентрацию суммы металлов определяют визуально-колориметрическим методом, сравнивая окраску раствора с контрольной шкалой образцов окраски.

Выполнение анализа. В делительную воронку налить 20 мл анализируемой воды. Прибавить в воронку 1 мл буферного раствора (рН=8) и 2 мл дитизона. Встряхивать воронку 20-30 мин, затем внести 2 капли раствора аммиака и снова встряхивать 20-30 с. Воронку оставить в вертикальном положении до полного разделения жидкости на два слоя — водный и органического растворителя. Далее нижний (органический) слой слить в пробирку. Окраску раствора в пробирке сравнить с контрольной шкалой, определить концентрацию сумы тяжелых металлов в пробе.

Железо всегда встречается практически во всех природных водах в различных химических формах, содержащих Fe2+ и Fe3+. При рН>3,5 железо (III) существует в водном растворе только в виде комплекса, постепенно переходящего в гидроксид. При рН>8 железо (II) тоже существует в виде аквакомплекса, легко окисляется до железа (III): Fe (II) ->Fe (III) ->FeO (ОН) хН2О. При анализе определяют суммарное содержание железа в воде во всех его формах, так называемого «общего железа».

Перевод железа в растворимую форму, пригодную для анализа, проводят, добавляя к пробе определенное количество сильной кислоты (азотной, соляной, серной) до рН 1-2. Метод определения железа в природных водах основан на способности катиона железа (II) в интервале рН 3-9 образовывать с орто-фенантролином комплексное оранжево-красное соединение. При наличии в воде железа (Ш), оно восстанавливается до железа (II) солянокислым гидроксиламином в нейтральной или слабокислой среде. Концентрацию железа в анализируемой воде определяют по окраске пробы, визуально сравнивая ее с окраской образцов на контрольной шкале.

Выполнение анализа. В склянку отобрать пробу воды объемом 10 мл. Определить рН воды, довести при необходимости рН до значения 4-5 , используя растворы гидроксида натрия (10%) или соляной кислоты (1:10). В склянку добавить 4-5 капель раствора солянокислого гидроксиламина (10%), содержимое перемешать. поочередно добавить 1,0 мл ацетатного буферного раствора и 0,5 мл раствора орто-фенантролина (0,1%). Раствор перемешать и оставить на 20 мин для развития окраски. Далее определите концентрацию железа общего, сравнивая цвет полученного анализируемого раствора с ближайшим по оттенку цветом образца контрольной шкалы

Консервирование и хранение проб воды

Анализы, проводимые в полевых условиях, не отличаются большой точностью. Результаты определений нельзя использовать для принятия управленческих и правовых решений. Как правило, при полевых исследованиях только отбирают пробы воды для дальнейших лабораторных исследований. Однако не все компоненты проб устойчивы, часть их в процессе переноса проб воды в лаборатории может быть безвозвратно потеряна вследствие испарения, окисления кислородом воздуха, биохимического окисления и др. Для предотвращения изменения состава анализируемых проб в процессе транспортировки и временного хранения в лаборатории применяют операции консервирования проб.

Универсальных консервирующих средств не существует, поэтому сразу отбирают несколько проб воды в разные емкости, в каждую из которых добавляют свой консервант, необходимый для сохранения определенных компонент пробы. В табл.1 приведены способы консервации, а также особенности отбора и хранения проб.

Таблица 1. Способы консервации, особенности отбора и хранения проб

Способ консервации и количество консерванта на 1 л воды

источник