|
|
Ответы по экологии1. 1. Предмет экологии. История развития экологии
Эвтрофикация водоемов
Попав в природные водоемы (например, соединений фосфора и азота), биогенные элементы становятся питательной средой для микроорганизмов, в том числе - сине-зеленых водорослей. Продукты жизнедеятельности сине-зеленых - аллергены, токсины, уже на прямую воздействующие на человека. Особенно интенсивно водоросли размножаются в хорошо прогретой воде, то есть летом. Именно поэтому некоторые из нас обнаруживают после купания в заливе на своем теле красные пятна. А если выпить такой воды, даже при условии, что она кипяченая, можно сильно отравиться. Процесс антропогенного эвтрофирования, вызывая быстрые и подчас необратимые нарушения функциональных связей экосистемы, приводит к ухудшению качества воды, подрыву полезной продуктивности, а иногда и к полной утрате природных ресурсов озера. Основные отрицательные последствия этого процесса - массовое развитие планктонных водорослей, появление неприятного запаха и вкуса воды, увеличение содержания органических веществ, снижение прозрачности и увеличение цветности воды. Перенасыщение воды органическим веществом стимулирует развитие сапрофитных бактерий, в том числе болезнетворных, а также водных грибов. В результате жизнедеятельности некоторых водорослей, особенно сине-зеленых, возникают токсические эффекты, приводящие к заболеваниям животных, а в отдельных случаях и человека («гаффская» и «сартландская» болезни).
На окисление огромного количества новообразованного органического вещества расходуется значительная часть содержащегося в озерной воде растворенного кислорода. В результате ценные в промысловом отношении породы рыб (лососевые, сиговые), требовательные к высокому качеству воды, вытесняются низкосортными видами, менее в этом отношении чувствительными.
Когда из реки отводят воду, экологические последствия могут затронуть не только ее саму. Болота вдоль множества рек пересохли, так как больше не подпитываются периодическими паводками, что привело к гибели огромного количества водной дичи и других видов растений и животных, обитавших в этих местах.
Проблема касается и эстуариев, т. е. заливов, в которых пресная вода рек постепенно смешивается с морской. Они принадлежат к числу самых продуктивных экосистем Земли; это прекрасные места размножения для многих видов рыб, моллюсков и водных птиц. Когда речной сток сокращается, в эстуарии поступает меньше пресной воды, растет их соленость и сильно изменяется экология.
Падение уровня грунтовых вод и истощение их запасов. В настоящее время потребление грунтовых вод превышает по скорости пополнение их запасов. В лучшем случае при этом становится дороже качать воду, но со временем скважины могут просто пересохнуть.
Проблема стоит особенно остро в регионах с низким количеством осадков, где скорость пополнения очень невелика, а потребность в грунтовых водах высока из-за недостатка поверхностных водоемов.
Сокращение поверхностных вод. Падение уровня грунтовых вод влияет и на поверхностные водоемы. Вспомните, что ручьи, реки и озера в значительной мере питаются за счет родников, представляющих собой выходы грунтовых вод на поверхность. По мере падения уровня грунтовых вод количество воды, вытекающей из родника, сокращается и в конце концов он иссякает, когда уровень грунтовых вод падает ниже точки его выхода. Следовательно, это падение приводит к сокращению стока родников и, таким образом, всех поверхностных вод, что усугубляет все упомянутые выше экологические проблемы. Просадка грунта. Веками грунтовые воды вымывали в недрах земли полости, покуда эти пространства были заполнены водой, она сама отчасти поддерживала вышележащие породы и почвы. Когда уровень грунтовых вод падает, эта опора исчезает, и может происходить постепенное опускание поверхности суши, называемое просадкой грунта.
Из-за истощения запасов грунтовых вод возникает еще одна проблема - подток соленой воды. В приморских районах родники могут находиться ниже уровня океана. Пока уровень грунтовых вод на суше выше уровня океана, в водоносном горизонте сохраняется давление, поддерживающее постоянный отток пресной воды в океан, причем колодцы, расположенные вблизи него, также дают пресную воду. Однако понижение уровня грунтовых вод или большая скорость их потребления могут снизить давление в водоносном горизонте, что позволит проникать в него, а следовательно, и в колодцы соленой воде.
Трагедия Арала. В 1911-1960 гг. природньш комплекс Аральского моря и впадающих в него рек Амударьи и Сырдарьи находились в равновесном состоянии; так, в Арал поступало 56 км воды, приток грунтовых вод был
не менее 1 км ,с осадками поступало 9 км , объем моря составлял 1064 км , с испарениями терялось 66 км .
Море отступило под натиском цивилизованного варварства. В бассейне Аральского моря в самые многоводные годы находилось 56 км воды, сейчас не более 10-15 км3, так как вода разбирается на орошение. В связи со строительством Каракумского канала речной сток сократился в .1965 г. до 29,9 км3 в 1981-1987 гг. в Аральское море поступало 4,0-9,3 км3 воды, объем моря составлял 404 км3, т. е. сократился почти в 2,5 раза, при этом уровень моря понизился на 14 м, а соленость увеличилась в 2,5-3 раза. Таким образом, море потеряло биологическую продуктивность, в 1988 г. произошел раздел моря на Большое (342 км ) и Малое (121 км3). В результате засоления, загрязнения почвы нитратами, пестицидами погибли плодовые сады, произошло опустынивание на больших территориях. Вода сильно минерализована, кроме того, вода загрязнена удобрениями и ядохимикатами. высыхают рукава дельты, исчезают озерные системы, увеличивается повторяемость пыльно-солевых бурь. Опустыниваются территория прилегающие к Аралу, деградирует само море.
В экологической катастрофе Арала повинно сооружение главных-оросительных каналов: большого Ферганского, а также строительство большого количества водохранилищ. В 1982 г. основное русло Арата было перекрыто глухой насыпной плотиной и весь речной сток направили на орошение окружающих территорий.
Резко сократились рыбные запасы водоема, уменьшилась численность и изменился состав обитающих в нем микроорганизмов. Теперь Арал раньше и быстрее замерзает и дольше освобождается ото льда. Резко изменился климат региона. Арал утратил хозяйственное и транспортное значение Появилась проблема с трудоустройством и переселением живущих на его берегах людей.
Озеро Байкал - уникальный резервуар пресной воды. Объем Байкала 23015 км", площадь водосборного бассейна 588000 км . В Байкале водятся более 500 видов животных, 50 видов рыб, более 1200 видов растений, половина всех живых организмов обитает только в Байкале и нигде в мире не встречается.
В Байкале происходит самоочищение воды под действием мельчайших водорослей, рачков, которые извлекают из воды минеральные и органические вещества. В Байкал впадает 336 рек, а вытекает только одна река Ангара.
Предприятия химической, биологической и сельскохозяйственной отраслей способствуют загрязнению озера, разрушению биохимического и физического состава и структуры водных масс. До нормативных показателей очищается 15 % вод, с основным стоком Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (ЦБК) и Селенгинского целлюлозно-карбонатного комбината (ЦКК) поступает в воды Байкала до 70 % трудно растворимых органических веществ. В настоящее время не решена проблема перепрофилирования ЦБК и ЦКК, не реализован проект лесоустройства в водоохранной зоне, лишь частично построены природоохранные и очистные сооружения, мало используются биологически чистые топлива, не вос-ся биолог. ресурсы озер, не прекращается вырубка леса акватории Байкала.
45.Показатели качества воды: значения, от каких факторов зависят.
Физические (цвет, запах, вкус, наличие взвесей);
Химические (рН, жесткость, содержание ионов металлов, органических веществ, растворенного кислорода, ОВП и электропроводность);
Биологические (наличие гидробионтов и гидрофлоры); Бактериологические.
Цвет. Качественную оценку цветности воды производят, сравнивая ее с дистиллированной| водой. Для этого в стаканы из бесцветного стекла наливают исследуемую и дистиллированную воду и рассматривают их на фоне белой бумаги при дневном освещении сбоку и сверху. При наличии окраски указывают цвет воды (слабо-желтый, бурый); при отсутствии ее воду называют бесцветной.
Количественно цветность воды определяют методом колориметрии, сравнивая ее со шкалой эталонов, имитирующих эту цветность.
Запах. При оценке запаха сначала дают его качественную характеристику (болотный, землистый, гнилостный, рыбный, ароматический); затем оценивают запах воды по пятибалльной системе. Для этого воду наливают в колбу с притертой пробкой до 2/3 объема и сильно встряхивают в закрытом состоянии, затем открывают колбу и сразу же отмечают интенсивность запаха. Наличие запаха в очищенных водах свидетельствует о недостаточной степени очистки или неполном удалении использованных при очистке реагентов (например, хлора).
Прозрачность. Прозрачность воды определяют по предельной высоте
столба воды, через который просматривается рисунок черного креста с
толщиной линий 1 мм и четырех черных кружочков диаметром 1 мм на
белом фоне. Определение выполняют в цилиндре, высотой 35 см, на дне
которого лежит фарфоровая пластинка с рисунком (питьевая вода должна
иметь прозрачность по кресту не менее 30 см). Прозрачность води
характеризует количество загрязняющих веществ, присутствующих в воде
во взвешенном и коллоидном состоянии.
.Мутность. Наличие в воде мути объясняется недостаточной степенью удаления грубодиспергированных неорганических и органических примесей. Мутность можно определить гравиметрическим методом, отделив взвеси фильтрованием через плотный фильтр.
Сухой остаток. Сухой остаток характеризует количество нелетучих веществ, содержащихся в сточных водах. Его выделяют1 выпариванием взятого объема анализируемой воды и определяют гравиметрическим методом. Потери при прокаливании осадка позволяют установить содержание органических веществ, находящихся в воде во взвешенном состоянии; разность между массой сухого осадка и потерями при прокаливании соответствует общей массе содержащихся в воде минеральных примесей.
Кислотность. Кислотность воды обусловлена присутствием в ней свободной угольной кислоты, а также других кислот или гидролитически кислых солей. Перед сбросом кислых стоков в водоем кислотность должна быть нейтрализована. Кислотность сточных вод определяют титриметрическим методом, используя в качестве индикатора фенолфталеин.
Щелочность. Щелочность воды зависит от присутствия в ней свободных щелочей и гидролитически щелочных солей. Общая щелочность сточных вод определяется титриметрически, путем титрования воды соляной кислотой по индикатору метиловому оранжевому. I Степень кислотности или щелочности сточных вод (рН) определяют потенциометрически с помощью специальных приборов - рН-метров.
Контроль активной реакции среды сточных вод необходим не только на выходе из очистных сооружений, но и на входе в них, поскольку для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, осуществляющих биохимическую очистку воды, требуется реакция среды, близкая к нейтральной (рН
6,5 - 8,5). При резком отклонении рН от этих значений процесс биохимической очистки может нарушиться и даже полностью прекратиться.
Азот, При анализе сточных вод определяют содержание азота
аммонийного (NH+4) и азота нитритов и нитратов (NO-2, NO-3).
Обычно концентрацию NH+4, NO-2и NO-3 определяют
колориметрическим методом, основанным на реакции этих ионов с соответствующими реактивами с образованием окрашенных соединений и с последующим определением интенсивности окраски на фотоколориметре.
Окисляемость. Окисляемость воды обусловлена наличием в ней органических веществ и легко окисляющихся неорганических соединений (Fe2+, сульфитов, нитритов, сероводорода и др.) и выражается массой кислорода, потраченного на окисление органических веществ, содержащихся в I л воды (мг О2*л-1). При ее определении в качестве окислителя органических веществ применяют КМп04 (перманганатная окисляемосеть).
Химическая потребность в кислороде (ХПК) (дихроматная окисляемость). ХПК дает представление о содержании в анализируемой воде органических веществ, способных к окислению сильными окислителями, и определяется титриметрически с использованием в качестве окислителя Дихромата калия.
Биохимическая потребность в кислороде (БПК). БПК - показатель, используемый для характеристики степени загрязнения сточных вод органическими примесями, способными разлагаться микроорганизмами с потреблением кислорода. БПК показывает, какое количество кислорода (мг*л-1) расходуется аэробными микроорганизмами на окисление органических примесей. Полное биохимическое окисление органических веществ в воде требует длительного времени. В лабораторных условиях обычно определяют биохимическое потребление кислорода за 5 суток или БПК5 (стандартное БПК). Сущность метода сводится к тому, что в анализируемой воде определяют содержание растворенного кислорода до и после термостатирования. Определение проводят йодометрическим методом.
Жесткость. Важнейшим показателем качества воды является жесткость - содержание в ней хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов кальция и магния. Различают карбонатную жесткость, обусловленную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, и некарбонатную, вызываемую присутствием в воде хлоридов и сульфатов кальция и магния. Суммарное содержание в воде всех солей кальция и магния составляет общую жесткость.
Общую жесткость определяют комплексонометрическим методом,
карбонатную - титрованием соляной кислотой в присутствии метилового
оранжевого,некарбонатную жесткость-по разности результатов этих
определений.
Биологические показатели качества воды - содержание гидробионатов и
гидрофлоры. Гидробиониты подразделяются на планктон (обитатели, пребывающие в толще воды от дна до поверхности). Bentos - обитатели, находащиеся на дне водоема, neisia - организмы, населяющие поверхностную пленку воды. Гидрофлора водных объектов определяется макро- и микрофитами. Макрофиты - высшая, водная растительность, микрофиты - водоросли. При отмирании и разложении макрофитов вода обогащается органическими веществами, ухудшаются органолептические свойства. Микрофиты поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактериологические показатели качества воды характеризуют безвредность воды относительно присутствия болезнетворных микроорганизмов. Важным бактериологическим показателем является содержание бактерии группы кишечной палочки в 1 л воды, которое определяет величину коли-индекса.
46.Методы анализа воды: гравиметрические, титриметрические, фотометрические, потенциометрические, вольтамперометрические.
Гравиметрический – основан на определении массы вещества. В ходе анализа вещество отгоняется в виде какого-либо летучего соединения или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения. Осадок взвешивается в виде соединения строго определенного состава, весовая форма по составу совпадает с осаждаемой. По весу высушенного или прокаленного осадка вычисляется содержание определенного компонента в данном образце. Достоинства: высокая точность, отсутствие необходимости калибровки, простота. Недостатки: значительный расход времени на выполнение анализа.
Титриметрический. Основан на точном измерении количества реактива израсходованного на реакцию с определенными веществами. Титрированный раствор – раствор, концентрация которого известна с высокой точностью. Титрование – прибавление титрованного раствора к анализируемому для точного определения эквивалентного количества. Момент титрирования – точка эквивалентности. Титрирующий раствор – титрант. Используются реакции кислотно-основного взаимодействия, удовлетворяющие требованиям, которые предъявляются к титриметрическим реакциям. Взаимодействие должно происходить полностью и с высокой скоростью. Достоинства: быстрота выполнения, простота оборудования, удобство выполнения серийных анализов, большой набор химических реакций. Недостатки: необходимость предварительной стандартофикации растворов титранта и калибровки мерной посуды.
Фотометрический. Измеряет поглощение света анализируемым раствором обычно после введения в него реактива, реагирующего с определенным компонентом сточной воды с образованием интенсивно поглощающего свет соединения. Приборы: Источник света – светофильтр – кювета с раствором – детектор. Конструкция прибора зависит от области спектра применения. Излучение выбирают такое, что бы соединение имело max светопоглощение, а примеси – min. Достоинства – широкая область применения, высокая чувствительность. Недостатки: калибровка аппаратуры, посуды.
Потенциометрия и потенциометрическое титрование. Потенциометрия основана на измерении небольших равновесных напряжений между электродами гальванической ячейки. Метод можно применять для установления активности веществ в растворе (прямая потенциометрия) и для нахождения точки эквивалентности при титриметрических определениях (потенциометрическое титрование). Прямая ПМ находит применение при определении рН растворов, а также многих ионов с использованием ионоселективных электродов. В анализе природных вод и питьевой воды ионоселективные электроды применяют для определения кадмия, меди, свинца, серебра, щелочных металлов, бромид-, хлорид-, цианид-, фторид-, иодид - и сульфид-ионов.
Вольтамперометрические методы анализа. Это совокупность методов исследования кривых ток-потенциал и их зависимостей от электродных реакций и концентраций определяемых веществ. Один из основных ВАМ методов – полярография. Метод заключается в получении и анализе кривых ток-потенциал на ртутном капельном электроде. Методом полярографии можно определить любые вещества, способные к эл-хим превращениям на электродах. Качественная информация следует из значения потенциала полуволны (φ1/2), количественная – из определения высоты волны (id).
Типичная полярографическая волна, используемая для качественного и количественного определения электродно-активных веществ. |
|
|
Скачать 1.93 Mb.