Биоэкология ЙошкарОла, 2005 3 ббк 28. 708
 Скачать 7.87 Mb.
|
|
привкусы, балл Цветность, Прозрачность, см Осадок Температура, С 2.1.3. Определение рН воды водоемов Измерение рН при контроле качества природной и питьевой воды проводится практически повсеместно. Реальная концентрация ионов водорода выражается в единицах водородного показателя, или рН. Шкала рН идет от 0 (крайне высокая кислотность, через точку 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне высокая основность. Эти цифры – отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода, выраженной в граммах на литр. Например, рН=1 означает, что концентрация Н составляет 10 -1 , или 0,1 гл рН = 2 – 10 -2 , или 0,01 гл, и т.д. В точке рН = 7 концентрация Н составляет 10 -7 (0,0000001) гл, но при этом концентрация ОН такая же. Значение рН легко измерить с помощью индикаторной бумаги. Такая бумага содержит пигменты, легко отдающие или присоединяющие ионы водорода в зависимости от рН среды и меняющие при этом цвет. Полоску индикаторной бумаги опускают в раствори сверяют ее цвет с прилагаемым эталоном. Для всего живого вводе (за исключением некоторых кислотоустойчивых бактерий) минимально возможная величина рН = 5; дождь, имеющий рН<5,5, считается кислотным. В отсутствие любых загрязнителей у дождевой воды обычно слабокислая реакция (рН = 5,6), поскольку в ней легко растворяется углекислый газ из воздуха с образованием слабой угольной кислоты. У пресноводных озер, ручьев и прудов рН воды обычно составляет 6–7, и организмы адаптированы именно к этому уровню. В питьевой воде допускается рН = 6-9. Болотная вода бывает обычно кислая (рН = 4-5) за счет органических кислота нормальная, чистая вода имеет значение, близкое к нейтральному (6,5-8,5). Принято считать, что значение рН от 5,5 до 8,5 является оптимальным для развития водных форм жизни. Резкое изменение рН в водоеме может привести к растворению вводе некоторых соединений и отравлению водных организмов. Если значение рН неожиданно сдвинулось в кислую или щелочную сторону – следует обратить внимание на возможные промышленные выбросы (Фи- зико-химические методы, 1997). ЗАДАЧА Определить рН в пробах воды из разных водоемов. Ход работы. Опускают в исследуемую воду кусочек универсальной индикаторной бумаги и сравнивают ее цвет с цветной шкалой. Определяют значение рН. 2. Можно измерить кислотность воды с помощью рН-метра (рис. 12). Для этого споласкивают зонд рН-метра дистиллированной водой, опускают его в пробу исследуемой воды и снимают показания рН. Вновь ополаскивают зонд дистиллированной водой перед тем, как поместить его на хранение в буферный раствор. Повторяют опыт с пробами воды из различных источников. 3. Можно определить рН дождевой воды. Для этого необходимо поставить мерный цилиндр или сосуд под открытым небом. После каждого выпадения осадков сливают воду и измеряют ее рН. Рис. 12. рН-метр 4. Данные оформляют в табл. 8 и делают выводы Таблица 8 Значения рН воды из различных водоемов Пробы воды рН Оборудование и материалы 1) универсальная индикаторная бумага или рН- метр 2) пробы воды из разных источников. 29 2.1.4. Определение содержания растворенного вводе кислорода Кислород является одним из важнейших растворенных газов, постоянно присутствующих в поверхностных водах, режим, которого в значительной степени определяет химико-биологическое состояние водоемов. Один из важнейших показателей качества воды – содержание в ней кислорода. Главными источниками поступления кислорода в поверхностные воды служат процессы абсорбции его из атмосферы и про- дуцирование в результате фотосинтетической деятельности водных организмов. Абсорбция кислорода из атмосферы происходит на поверхности водоема. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, степени насыщения воды кислородом и повышением атмосферного давления. Продуцирование кислорода в процессе фотосинтеза протекает в поверхностном слое водоема, толщина которого зависит от прозрачности воды и колеблется от нескольких десятков сантиметров до нескольких десятков метров. Кислород может также поступать в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно им перенасыщены. Аэрация (обогащение глубинных слоев воды кислородом) происходит в результате перемешивания, в том числе ветрового, водных масс, вертикальной температурной циркуляции и т.д. Потребление кислорода вводе связано с химическими и биохимическими окислениями органических и некоторых неорганических веществ (Fe 2+ , Mn 2+ , NH 4 + , NO 2 - , H 2 S, CH 4 , H 2 и др, а также с дыханием водных организмов. Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Растворенный кислород в поверхностных водах находится в виде молекул О. Растворимость его растет с понижением температуры, минерализации и повышении давления. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может быть от 0 до 14 мг/л и подвержено значительным сезонными суточным колебаниям, которые зависят в основном от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать 2,5 мг/л растворенного кислорода. В речных водах наиболее высокие концентрации наблюдаются обычно в осеннее время, наиболее низкие – зимой, когда в результате образования ледяного покрова прекращается поступление кислорода из атмосферы. Дефицит кислорода чаще наблюдается в эвтрофированных водоемах, а также в водоемах, содержащих большое количество загрязняющих и гумусовых веществ. Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала ив значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг О 2 /л. Понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыб и неблагоприятно сказывается на их состоянии. ЗАДАЧА Выявить влияние экологических факторов (различной температуры и минерализации) на содержание растворенного вводе кислорода. Принцип метода основан на использовании растворенного кислорода, содержащегося в определенном объеме воды, для окисления гидроксида марганца (II) в гидроксид марганца (III): MnSO 4 + 2NaOH = Mn(OH) 2 + Na 2 SO 4 4Mn(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Mn(OH) 3 . Гидроксид марганца (III) окисляет в кислой среде KI с образованием свободного йода в количестве, эквивалентном кислороду 2Mn(OH) 3 + 3H 2 SO 4 + 2KI = 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + I 2 + 6H 2 O I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 = 2NaI + Na 2 S 4 O 6 . Ход работы. Пробы воды (аквариумная, горячая питьевая, дождевая, холодная питьевая) отбирают в стеклянные емкости (100-150 мл) с притертой пробкой. Для этого вода должна переливаться через край склянки. Заполненную до краев склянку закрывают притертой пробкой, чтобы под ней не было пузырьков воздуха. 2. Склянки помещают в чашки Петри и фиксируют кислород. При этом в склянки, ближе к дну, при помощи пипетки вносят 1 мл раствора MnSO 4 или MnCl 2 и 1 мл щелочного раствора KI. Отмечается выпадение осадока бурого цвета. Склянки закрывают пробками, при этом из них выливается 2 мл исследуемой воды в чашку Петри, затем содержимое склянок перемешивают путем перевертывания. 3. Перед титрованием (через 10 мин, так как осадок хорошо должен осесть) к пробе приливают 2 мл H 2 SO 4 (1:1). Раствор соляной кислоты вносят пипеткой в нижнюю часть склянки, при этом часть жидкости сливается через край, что для определения значения не имеет. Склянку закрывают пробкой, и содержимое тщательно перемешивают. При этом осадок Mn(OH) 3 бурого цвета должен раствориться. После этого, для титрования, всю пробу переливают в коническую колбу вместимостью мл и титруют Н раствором тиосульфата натрия при непрерывном помешивании до слабо-желтого цвета, после чего добавляют мл 1%-ного раствора крахмала и продолжают титровать до исчезновения синей окраски. 31 4. Количество Na 2 S 2 O 3 , израсходованное на титрование выделившегося йода, эквивалентно количеству кислорода в растворе. 5. Рассчитывают количество растворенного вводе кислорода. Расчет содержания растворенного вводе кислорода производят по формуле , / , 1000 8 2 1 л мг V V Н А Х где Х – содержание растворенного вводе кислорода А – объем тиосульфата натрия, пошедший на титрование пробы, мл Н – нормальность тиосульфата натрия с учетом поправки 8 – эквивалентная масса кислорода, соответствующая 1 мл Н раствора тиосульфата натрия, г V 1 – объем пробы, взятой для титрования, мл (100-150); V 2 – объем реактивов, добавленный до образования Mn(OH) 2 , (мл 1000 – множитель для перевода в мг. 5. Данные оформляют в табл. 9 и делают выводы. Таблица 9 Содержание растворенного вводе кислорода (мг/л) Характеристика пробы воды Х, мг/л Оборудование и материалы 1) стеклянные емкости с притертыми пробками вместимость мл 2) конические колбы на 250-300 мл 3) бюретки для титрования 4) штативы 5) пипетки на 1,2 мл 6) груши 7) фильтровальная бумага 8) чашки Петри. Реактивы 1) сульфат или хлорид марганца (II) раствор, растворяют 200 г MnSO 4 ∙ 2H 2 O (или 240 г MnSO 4 ∙4H 2 O или 212,5 г MnCl 2 ∙4H 2 O) в дистиллированной воде и доводят объем до 500 мл 2) щелочной раствора) растворяют 75 г KI в 50 мл дистиллированной воды б) растворяют 250 г NaOH или 350 г KOH в 250 мл дистиллированной воде, оба раствора смешивают и доводят объем до 500 мл 3) серная кислота пл. 1,84 г/мл, разбавленный раствор 1:1; 4) тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 ∙5H 2 O, 0,02 Н 5) крахмал, 1%-ный раствор (заварить. 2.1.5. Дихроматная окисляемость (химическое потребление кислорода − ХПК) Контроль содержания органических веществ в пробах воды является одной из наиболее важных составных частей экологического мониторинга состояния водных объектов. Присутствие вводе органических веществ, особенно легкоокисляемых, является важным фактором, определяющим кислородный баланс водоемов и условия жизни гидробионтов. На практике для мониторинга состояния водных объектов и определения содержания вводе органических примесей в большинстве случаев используют обобщенные показатели. В настоящее время такими показателями для определения суммарного содержания органических веществ вводе являются биохимическое (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК). Окисляемостью называется общее содержание вводе восстановителей органической и неорганической природы. По природе окислителя различают перманганатную, йодатную, бихроматную, цериевую окисляемости. Наиболее высокая степень окисления достигается вне- скольких модификациях методов бихроматной и йодатной окисляемо- сти, из которых более широкое распространение получили методы с применением бихромата в сернокислой среде в присутствии катализатора. Так как полное окисление органических веществ до углекислоты не достигается нив одном из распространенных методов, строгая стандартизация методики анализа является необходимым условием получения данных о содержании органических веществ в поверхностных водах. Наиболее обширная информация по окисляемости поверхностных вод получена методами перманганатной окисляемости в кислой среде и дихроматной окисляемости. Метод определения дихроматной окисляемости (химического потребления кислорода – ХПК) более точно характеризует содержание органических веществ, большинство соединений окисляется при этом на 95-100%. Такие органические вещества, как бензол, толуол, пиридин и др, не окисляются даже в присутствии катализатора. Нормативы ХПК водоемов хозяйственно-питьевого водопользования составляют 15 мг/л, культурно-бытового - 30 мг/л. ЗАДАЧА Определить химическое потребление кислорода вис- следуемых пробах воды из разных источников. Принцип метода основан на том, что дихромат калия в кислой среде действует как сильный окислитель, окисляя органические и неорганические вещества, с применением серной кислоты высокой концентрации дихромат калия позволяет окислить от 70 до 80% веществ. Ход работы. Для исследования берут воду из водоема, водопроводную, сточную из отстойников, дистиллированную (контроль. В коническую колбу, емкостью 250 мл, вносят пипеткой 1 мл исследуемой воды. Приливают 2 мл Н раствора дихромата калия и 7 мл серной кислоты, перемешивают встряхиванием, температура смеси при этом поднимается до 100 С. 2. Через 2 мин. смесь охлаждают до комнатной температуры. Медленно добавляют 100 мл дистиллированной воды, смесь перемешивают, при этом раствор разогревается и его необходимо охладить. Добавляют 5 капель индикатора (N-фенилантрониловую кислоту. Цвет пробы приобретет коричневый оттенок. 33 3. Избыток дихромата калия титруют Н раствором соли Мора до изменения окраски. При титровании окраска раствора приобретает фиолетовый оттенок, а затем становится бутылочно-зеленой. Это свидетельствует о том, что весь дихромат калия связан. 4. Одновременно необходимо провести холостой опыт с 1 мл дистиллированной воды согласно приведенной выше методике (п, 2, 3). 5. Рассчитывают величину ХПК. Расчет величины ХПК производят по формуле , / , 1000 8 ) ( л мг V К Н В А ХПК где ХПК – окисляемость; А – объем раствора соли Мора, пошедший на титрование холостого опыта (дистиллированной воды, мл В – объем раствора соли Мора, пошедший на титрование пробы воды, мл Н – нормальность раствора соли Мора (0,1 Н К – поправочный коэффициент к титру раствора соли Мора V – объем анализируемой воды, мл 8 – эквивалентная масса кислорода, г/моль; 1000 – множитель для перевода в мг. 6. Данные оформляют в табл. 10 и делают выводы. Таблица 10 Окисляемость воды из разных источников, мг/л Характеристика пробы воды Количество раствора соли Мора, мл ХПК, мг/л пошедшего на титрование холостого опыта пошедшего на титрование пробы воды Оборудование и материалы 1) конические колбы с притертыми пробками, вместимостью мл 2) пипетки на 1, 2, 10 мл с грушами или мерные пробирки 3) бюретка для титрования на 25 мл, укрепленная на штативе 4) цилиндры на мл 5) фильтровальная бумага. Реактивы 1) серная кислота (концентрированная, пл. 1,84 г/мл; 2) дихромат калия Н раствор 3) Соль Мора (NH 4 ) 2 SO 4 · FeSO 4 · 6H 2 O, 0,1 Н раствор 4) N- фенилантраниловая кислота (индикатор, (250 г растворить в 12 мл 0,1 Н гидроксида натрия и разбавить дистиллированной водой до 250 мл. Контрольные вопросы 1. Что называется окисляемостью? 2. Какое значение этот показатель имеет для оценки качества воды 2.1.6. Биохимическое потребление кислорода (БПК) В природной воде водоемов всегда присутствуют органические вещества, природными источниками которых являются разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхождения. Кроме того, существуют техногенные источники органических веществ транспортные предприятия (нефтепродукты, целлюлозно-бумажные и лесоперерабатывающие комбинаты (лигнины), мясокомбинаты (белковые соединения, сельскохозяйственные стоки. Органические загрязнения попадают в водоем разными путями, главным образом, со сточными водами и дождевыми поверхностными смывами с почвы. В естественных условиях находящиеся вводе органические вещества разрушаются бактериями, претерпевая аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный вводе кислород. В водоемах с большим содержанием органических веществ большая часть растворенного кислорода потребляется на биохимическое окисление, лишая, таким образом, кислорода другие организмы. Показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание вводе органических веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК). Биохимическое потребление кислорода определяется количеством кислорода, требуемым для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях при температуре Св результате протекающих вводе биохимических процессов за определенный период времени (БПК за 3, 5, 7, 10 и 20 суток. Величина БПК увеличивается со временем, достигая максимального значения – БПК полн. , причем загрязнители различной природы могут повышать (понижать) значение БПК. Сначала происходит окисление биологически мягких, легкоокисляющихся веществ – это сахара, формальдегиды, спирты, фенолы и т.п., а затем – нормально окисляющихся веществ (нафтолы, крезолы, анионогенные ПАВ, сульфанол и т.п.) ив последнюю очередь – тяжело окисляющихся биологически жестких веществ (неионогенные ПАВ, гидрохинон и т.п.). ЗАДАЧА Определить биохимическое потребление кислорода в исследуемых образцах воды. Ход работы. Отбирают параллельно две пробы воды в стеклянные склянки с притертой пробкой, так, чтобы в ней оставался возможно меньший объем воздуха. Исследуемую воду из склянки № 1 переливают в коническую колбу и нагревают до +Сна водяной бане, после чего интенсивно взбалтывают в течение 1 мин для насыщения кислородом. 2. В дальнейшем сразу фиксируют растворенный кислород и определяют его содержание по Винклеру (А. Другую склянку (№ 2) с исследуемой водой ставят на 5 суток в термостат при +С или при комнатной температуре (Св темное место. 35 3. Через 5 суток содержимое склянки переливают в коническую колбу и определяют содержание оставшегося растворенного кислорода по Винклеру (А. 4. Расчет БПК 5 (мг/л) производят по формуле БПК 5 =А-А 1 , мг/л, где А – содержание растворенного кислорода в пробе вдень проведения эксперимента, мг/л; А содержание растворенного кислорода в пробе через 5 суток, мг/л. 5. Данные оформляют в табл. 11 и делают выводы. Таблица 11 Значения БПК, мг/л Варианты Количество кислорода, мг/л |