СВОЙСТВА ВОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБ ВОДЫ НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ЛЯНТОРА
ИСПОЛНИТЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО ДЕЙСТВИЯ
Работу выполнила ученица средней школы №5 города Лянтора Галимуллина Алина под руководством учителя биологии и химии Мустафиной Г.Г..
Исследование началось с посещения центрального водосбора города, где состоялась беседа с начальником водосбора Дубининой Татьяной Викторовной. Она показала объект водосбора, рассказала о методах добычи воды и последующие действия для осветления воды (мембранное фильтрование, осаждение, коагуляция, флокуляция и химическое осаждение).
Следующий этап исследования – посещение лаборатории химического анализа города Лянтора, где Алина наблюдала и конспектировала исследования лаборантами питьевой, дистиллированной воды и воды из скважины. Лаборанты выполняли 4 анализа: обнаружение железа в воде, получение данных окисляемости, щелочности и жесткости воды.
Затем Алина произвела забор воды с разных объектов города и провела с руководителем последующий химический анализ в школьной лаборатории: выявление жесткости, кислотности воды, наличие железа и углекислого газа.
Вода необходима для жизнедеятельности; количество ее, выделяемое жизненными процессами, должно вновь пополняться. Поэтому первостепенным вопросом нашего питания является постоянное возмещение воды путем введения в организм в свободном виде и как составную часть пищи (Ширширина Н.В. Волгоград, 2008).
Есть несколько показателей, которые являются основными для определения хорошая вода или плохая. Жесткая вода просто неприятна на вкус, в ней излишне много кальция. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к накоплению солей в организме, и в конечном итоге, к заболеванию суставов (артриты, полиартриты), к образованию камней в почках, желчном и мочевом пузыре.
Хотя очень мягкая вода не менее опасная, чем излишне жесткая. Мягкая вода способна вымывать из костей кальций, минеральные вещества и полезные органические вещества, в том числе и полезные бактерии. У человека может развиться рахит, если пить такую воду с детства, у взрослого человека становятся ломкие кости.
Высокое содержание железа приводит к неблагоприятному воздействию на кожу. Именно поэтому из-за воды с высоким содержанием железа на коже может возникнуть раздражение или при длительном применении шелушение (Возная Н. Ф.,М., 1979).
Речная вода не только обогащается растворенными веществами, но нередко и теряет их. Например, часть углекислоты улетучивается, вследствие этого выпадают кальций, магний и железо, содержавшиеся ранее в виде солей. Часто наблюдается так называемый эффект самоочищения рек, когда под влиянием солнечного света и кислорода воздуха происходит разложение органических веществ и гибель микроорганизмов (Перельман А.И., М., 1982).
Цели исследования: изучение свойств воды; экологических проблем; освоение способов анализа воды и получение результатов качества воды.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить литературные источники о свойствах воды и экологических проблем.
2. Практически ознакомиться с методикой определения жесткости воды, рН воды и ионов железа в воде.
3. Провести анализ воды с различных объектов города Лянтора.
Место исследования – это объекты города Лянтора.
2. Искусственное озеро в Центральном парке.
3. Река Пим, протекающая в черте города.
5. Река Вачим, проток реки Пим.
Вода добывается с Артезианских скважин глубинными насосами (глубина 300-350м.). Подается на станцию дигозации, где происходит удаление углекислого газа и обогащение кислорода. Откуда поступают в контактные резервуары (происходит окисления из II валентного Fe до III валентного Fe ). Выпадает осадок в виде хлопьев.
Контактные резервуары второго подъема подается на станцию обезжелезивания на фильтра (загрузка кварцевого песка). Всего 28 фильтров. Пропускная способность станции 16000 куб. метров (общая способность 32000 куб. метра). Вода проходит через песок, где очищается от примесей и Fe оттуда подается на РЧВ – резервуар чистой воды. Сорневыми насосами второго подъема подается потребителю. Кольца нет, и поэтому отсюда вода не возвращается, она остается в городе (со слов начальника водосбора Дубининой Т.В.).
источник
Для контроля качества питьевой воды используют методы определения, указанные для:
- микробиологических и паразитологических показателей в таблице 1;
- обобщенных показателей в таблице 2;
- некоторых неорганических веществ в таблице 3;
- некоторых органических веществ в таблице 4;
- некоторых вредных химических веществ, поступающих и образующихся в процессе обработки воды, в таблице 5;
- органолептических свойств питьевой воды в таблице 6;
- радиационной безопасности питьевой воды в таблице 7.
Таблица 1 — Методы определения микробиологических и паразитологических показателей
Наименование показателя
Метод определения, обозначение НД
Микробиологические и паразитологические показатели для централизованных систем питьевого водоснабжения
Микробиологические показатели для нецентрализованных систем питьевого водоснабжения
* Действует до утверждения соответствующего государственного стандарта.
Таблица 2 — Методы определения обобщенных показателей качества питьевой воды
Метод определения, обозначение НД
Измеряется рН-метром, погрешность не более 0,1 рН
Общая минерализация (сухой остаток)
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) анионо-активные
Флуориметрия, спектрофотометрия (ГОСТ Р 51211)
* Действует до утверждения соответствующего государственного стандарта.
Таблица 3 — Методы определения содержания некоторых неорганических веществ в питьевой воде
Наименование показателя
Метод определения, обозначение НД
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия |7]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [11]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Флуориметрия (ГОСТ Р 51210)
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [11]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [15]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [11]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [16]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Инверсионная вольтамперометрия [18]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [11]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Инверсионная вольтамперометрия [19]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [21]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [16]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-абсорбционная спектрометрия (ГОСТ Р 51212)
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [11]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Инверсионная вольтамперометрия [18]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [21]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Эмиссионная пламенная фотометрия (ГОСТ 23950)
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Турбидиметрия, гравиметрия (ГОСТ 4389)
Фотометрия, потенциометрия с ионоселективным электродом (ГОСТ 4386)
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [30]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия [11]*
Атомно-эмиссионная спектрометрия [8]*
Инверсионная вольтамперометрия [35]*
* Действует до утверждения соответствующего государственного стандарта.
Таблица 4 — Методы определения содержания некоторых органических веществ в питьевой воде
Наименование показателя
Метод определения, обозначение НД
Газожидкостная хроматография (ГОСТ Р 51209)
Газожидкостная хроматография (ГОСТ Р 51209)
2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота)
Газожидкостная хроматография [36]*
Газожидкостная хроматография [37]*
Газожидкостная хроматография [38]*
Таблица 5 — Методы определения вредных химических веществ, поступающих и образующихся в процессе обработки воды
Наименование показателя
Метод определения, обозначение НД
Хлор остаточный свободный
Хлор остаточный связанный
Хлороформ (при хлорировании воды)
Газожидкостная хроматография [40]*
Формальдегид (при озонировании воды)
Активированная кремнекислота (по Si)
* Действует до утверждения соответствующего государственного стандарта.
Таблица 6 — Методы определения органолептических свойств питьевой воды
Наименование показателя
Метод определения, обозначение НД
Измерение мутномером с погрешностью определения не более 10 %
* Действует до утверждения соответствующего государственного стандарта.
Таблица 7 — Методы определения радиационной безопасности питьевой воды
Наименование показателя
определения
При выборе аттестованных методик принимают во внимание следующее:
- диапазоны измерений;
- характеристики погрешности;
- наличие средств измерений, вспомогательного оборудования, стандартных образцов, реактивов и материалов;
- оценку влияющих факторов;
- квалификацию персонала.
[1] МИ 2427-97 Рекомендация. ГСИ. Оценка состояния измерений в испытательных и измерительных лабораториях
[2] МУК 4.2.671-97 Методические указания. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Методы санитарно-микробиологического анализа питьевой воды. Утверждены Минздравом России. М., 1997
[3] МУК 4.2.668-97 Методические указания. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Санитарно-паразитологическое исследование. Утверждены Минздравом России. М., 1997
[4] ИСО 8467-93 Качество воды. Определение перманганатного индекса. Указания по внедрению нового ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора». Утверждены Минздравом СССР. М., 1986
[5] РД 52.24.476-95 Методические указания. ИК-фотометрическое определение нефтепродуктов в водах. Утверждены Росгидрометом
[6] РД 52.24.488-95 Методические указания. Фотометрическое определение суммарного содержания летучих фенолов в воде после отгонки с паром. Утверждены Росгидрометом. ИСО 6439-90 Качество воды. Определение фенольного индекса с 4-амино-антипирином. Спектрометрические методы после перегонки
[7] РД 52.24.377-95 Методические указания. Атомно-абсорбционное определение металлов (Al, Ag, Be, Cd, Со, Cr, Сu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn) в поверхностных водах суши с прямой электротермической атомизацией проб. Утверждены Росгидрометом
[8] ИСО 11885-96 Качество воды. Определение 33 элементов атомно-эмиссионной спектрометрией с индуктивносвязанной плазмой
[9] МУК 4.1.057-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.057-96 — МУК 4.1.081-96. Методы контроля. Химические факторы. Измерение массовой концентрации веществ люминесцентными методами в объектах окружающей среды. Утвержден Минздравом России, М., 1996
[10] УМИ-87 Унифицированные методы исследования качества вод. Часть 1, кн. 2, 3. Методы химического анализа вод. СЭВ, М., 1987
[11] РД 52.24.377-95 Методические указания. Атомно-абсорбционное определение металлов (Al, Ag, Be, Cd, Со, Сr, Си, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn) в поверхностных водах суши с прямой электротермической атомизацией проб. Утверждены Росгидрометом
[12] ИСО 9390-90 Качество воды. Определение бората. Спектрометрический метод с использованием азометина-Н
[13] МУК 4.1.057-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.057-96 — МУК 4.1.081-96. Методы контроля. Химические факторы. Измерение массовой концентрации веществ люминесцентными методами в объектах окружающей среды. Утвержден Минздравом России, М., 1996
[14] РД 52.24.436-95 Методические указания. Фотометрическое определение в водах кадмия с кадионом. Утверждены Росгидрометом
[15] ИСО 5961-94 Качество воды. Определение кадмия атомно-абсорбционной спектрометрией. ИСО 8288-86 Качество воды. Определение содержания кобальта, никеля, меди, цинка, кадмия и свинца. Спектрометрический метод атомной абсорбции в пламени. РД 52.24.377-95 Методические указания. Атомно-абсорбционное определение металлов (Al, Ag, Be, Cd, Со, Сr, Си, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn) в поверхностных водах суши с прямой электротермической атомизацией проб. Утверждены Росгидрометом
[16] РД 52.24.377-95 Методические указания. Атомно-абсорбционное определение металлов (Al, Ag, Be, Cd, Со, Сr, Си, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn) в поверхностных водах суши с прямой электротермической атомизацией проб. Утверждены Росгидрометом. ИСО 8288-86 Качество воды. Определение содержания кобальта, никеля, меди, цинка, кадмия и свинца. Спектрометрический метод атомной абсорбции в пламени
[17] МУК 4.1.063-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.057-96 — МУК 4.1.081-96. Методы контроля. Химические факторы. Измерение массовой концентрации веществ люминесцентными методами в объектах окружающей среды. Утвержден Минздравом России, М., 1996
[18] РД 52.24.371-95 Методические указания. Методика выполнения измерений массовой концентрации меди, свинца и кадмия в поверхностных водах суши инверсионным вольтамперометрическим методом. Утверждены Росгидрометом
[19] РД 52.24.378-95 Методические указания. Инверсионное вольтамперометрическое определение мышьяка в водах. Утверждены Росгидрометом
[20] РД 33-5.3.02-96 Качество вод. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации мышьяка в природных и очищенных сточных водах титрометрическим методом с солью свинца в присутствии дитизона
[21] РД 20.1:2:3.19-95 Методики выполнения измерений бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы в питьевых природных и сточных водах
[22] РД 52.24.494-95 Методические указания. Фотометрическое определение никеля с диметилглиоксимом в поверхностных водах суши. Утверждены Росгидрометом
[23] РД 52.24.380-95 Методические указания. Фотометрическое определение в водах нитратов с реактивом Грисса после восстановления в кадмиевом редукторе. Утверждены Росгидрометом
[24] ИСО 7890-1-86 Качество воды. Определение содержания нитратов. Часть 1. Спектрометрический метод с применением 2,6-диметилфенола. ИСО 7890-2-86 Качество воды. Определение содержания нитратов. Часть 2. Спектрометрический метод с применением 4-фторфенола после перегонки. ИСО 7890-3-88 Качество воды. Определение содержания нитратов. Часть 3. Спектрометрический метод с применением сульфосалициловой кислоты
[25] ИСО 10304-1-92 Качество воды. Определение растворенных фторида, хлорида, нитрита, ортофосфата, бромида, нитрата и сульфата методом жидкостной ионной хроматографии. Часть 1. Метод для вод с малыми степенями загрязнения. ИСО 10304-2-95 Качество воды. Определение растворенных бромида, хлорида, нитрата, нитрита, ортофосфата и сульфата методом жидкостной ионной хроматографии. Часть 2. Метод для загрязненных вод
[26] ИСО 6777-84 Качество воды. Определение нитритов. Молекулярно-абсорбционный спектрометрический метод
[27] МУК 4.1.065-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.057-96 — МУК 4.1.081-96. Методы контроля. Химические факторы. Измерение массовой концентрации веществ люминесцентными методами в объектах окружающей среды. Утвержден Минздравом России, М., 1996
[28] ПНД Ф 14.1:2:4.41-95 Методика выполнения измерений массовой концентрации свинца криолюминесцентным методом в пробах природной, питьевой и сточной воды на анализаторе жидкости «Флюорат-02». Утверждена Минприроды России
[29] МУК 4.1.067-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.057-96 — МУК 4.1.081-96. Методы контроля. Химические факторы. Измерение массовой концентрации веществ люминесцентными методами в объектах окружающей среды. Утвержден Минздравом России, М., 1996
[30] РД 52.24.377-95 Методические указания. Атомно-абсорбционное определение металлов (Al, Ag, Be, Cd, Со, Сr, Си, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn) в поверхностных водах суши с прямой электротермической атомизацией проб. Утверждены Росгидрометом. ИСО 9174-90 Качество воды. Определение содержания общего хрома. Спектрометрические методы атомной абсорбции
[31] РД 52.24.446-95 Методические указания. Фотометрическое определение в водах хрома (VI) с дифенилкарбазидом. Утверждены Росгидрометом
[32] МУК 4.1.062-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.067-96 — МУК 4.1.081-96. Методы контроля. Химические факторы. Измерение массовой концентрации веществ люминесцентными методами в объектах окружающей среды. Утвержден Минздравом России, М., 1996
[33] ИСО 6703-1-84 Качество воды. Определение содержания цианидов. Часть 1. Определение общего содержания цианидов. ИСО 6703-2-84 Качество воды. Определение содержания цианидов. Часть 2. Определение содержания легко выделяемых цианидов. ИСО 6703-3-84 Качество воды. Определение содержания цианидов. Часть 3. Определение содержания хлористого циана
[34] МУК 4.1.058-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.057-96 — МУК 4.1.081 -96. Методы контроля. Химические факторы. Измерение массовой концентрации веществ люминесцентными методами в объектах окружающей среды. Утвержден Минздравом России, М., 1996
[35] РД 52.24.373-95 Методические указания. Методика выполнения измерений массовой концентрации цинка в поверхностных водах суши инверсионным вольтамперометрическим методом. Утверждены Росгидрометом
[36] РД 52.24.438-95 Методические указания. Методика выполнения измерений массовой концентрации дикотекса и 2,4-Д в поверхностных водах суши газохроматографическим методом. Утверждены Росгидрометом
[37] МУК 4.1.646-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.646-96 — МУК 4.1.660-96. Методы контроля. Химические факторы. Методические указания по определению концентраций химических веществ в воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Утверждены Минздравом России, М., 1996
[38] РД 52.24.473-95 Методические указания. Газохроматографическое определение летучих ароматических углеводородов в водах. Утверждены Росгидрометом. МУК 4.1.650-96 Сборник методических указаний МУК 4.1.646-96 — МУК 4.1.660-96. Методы контроля. Химические факторы. Методические указания по определению концентраций химических веществ в воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Утвержден Минздравом России, М., 1996
[39] РД 52.24.440-95 Методические указания. Определение суммарного содержания 4-7-ядерных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в водах с использованием тонкослойной хроматографии в сочетании с люминесценцией. Утверждены Росгидрометом
[40] РД 52.24.482-95 Методические указания. Газохроматографическое определение летучих хлорзамещенных углеводородов в водах. Утверждены Росгидрометом
[41] РД 52.24.492-95 Методические указания. Фотометрическое определение в водах формальдегида с ацетилацетоном. Утверждены Росгидрометом
[42] ПНД Ф 14.1:2:4.120-96 Методика выполнения измерений массовой концентрации формальдегида флуориметрическим методом в пробах природной, питьевой и сточной воды на анализаторе жидкости «Флюорат-02». Утверждена Минприроды России
[43] РД 52.24.432-95 Методические указания. Фотометрическое определение кремния в виде синей (восстановленной) формы молибдокремневой кислоты в поверхностных водах суши. Утверждены Росгидрометом. РД 52.24.433-95 Методические указания. Фотометрическое определение кремния в виде желтой формы молибдокремневой кислоты в поверхностных водах суши. Утверждены Росгидрометом
[44] ИСО 7027-90 Качество воды. Определение мутности
[45] ИСО 9696-92 Качество воды. Измерение «большой альфа»-активности в неминерализованной воде. Метод с применением концентрированного источника
[46] ИСО 9697-92 Качество воды. Измерение «большой бета»-активности в неминерализованной воде
[47] МИ 2334-95 Рекомендация. ГСИ. Смеси аттестованные. Порядок разработки, аттестации и применения
[48] МИ 2335-95 Рекомендация. ГСИ. Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа
Оборудование для контроля качества питьевой воды можно посмотреть в Каталоге оборудования, в соответствующих разделах.
источник
Вода, являясь слабым электролитом, в малой степени диссоциирует на ионы Н + и ОН — . В водных растворах произведение концентрации этих ионов называется ионным произведением воды (Kв, Kw), которое является постоянным и равно 10 -14 при 25 °С. Для работы на практике используется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода pH = -log10[H + ], введенный в использование Соренсеном в 1909 году.
Метод определения величины pH проб воды основан на определении концентрации иона водорода, которую находят по величине электродвижущей силы гальванического элемента, состоящего из двух полуэлементов — электродов (ЭДС равна разности потенциалов этих электродов).
Измерение pH — это перевод значений концентрации ионов водорода в электрическое напряжение, возникающее между измерительным электродом и электродом сравнения.
Потенциометрический (от лат. Potentia — сила мощность) метод исследования основан на зависимости равновесного электродного потенциала Е от термодинамической активности компонентов электрохимической реакции: аА + bВ + . ↔ mМ + рР + . и описывается уравнением Нернста.
где Е — стандартный потенциал, R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, F — постоянная Фарадея, n — число электронов, участвующих в реакции, а, b, …, m, р … — стехиометрические коэффициенты при компонентах реакции А, В, …, М, Р [4].
При замене логарифма на десятичный уравнение принимает вид:
где [Ох] — концентрация окисленной формы, моль/л; [Red] — концентрация восстановленной формы моль/л.
В потенциометрии один из электродов является индикаторным, а другой — электродом сравнения (вспомогательным электродом). Потенциал индикаторного электрода зависит от активности определяемого иона. Потенциал электрода сравнения нечувствителен к изменению активности определяемого иона и имеет постоянное значение. Таким образом, ЭДС гальванического элемента, составленного из индикаторного электрода и электрода сравнения, задается активностью определяемого иона в растворе.
Наиболее широкое практическое применение нашел стеклянный индикаторный электрод, который можно использовать в широком диапазоне pH и в присутствии окислителей.
Стеклянный электрод — это ион-селективный мембранный электрод, состоящий из ион-селективной мембраны (рис. 1) на конце тонкостенной стеклянной трубки, наполненной раствором кислоты или соли (электролита), в который для контакта погружен внутренний электрод сравнения (например, хлорсеребряный). Поверхность стекла такого шарика в растворе приобретает потенциал, величина которого зависит от концентрации водородных ионов в растворе [5].
Рис. 1. Схематическое изображение стеклянной мембраны [6]
Содержащиеся в стекле ионы натрия обмениваются в растворе с ионами водорода, которые с анионным остатком образуют слабодиссоциированные кремниевые кислоты до установления равновесия. На границе «стекло-раствор» возникает потенциал, величина которого определяется только концентрацией ионов водорода.
Особенностью стеклянного электрода является его потенциал асимметрии, появляющийся в связи с наличием разных потенциалов на внутренней и на внешней поверхности стеклянного электрода. Потенциал асимметрии зависит от состава и толщины стекла электрода и может иметь значение от нескольких милливольт в случае тонкостенных электродов из мягкого стекла до сотых долей вольта у толстостенных электродов из тугоплавкого стекла.
Величина потенциала асимметрии изменяется, поэтому определение pH растворов производят по калибровочному графику «pH — потенциал». В случае если потенциометр для измерения pH градуирован в единицах pH, прибор следует каждый раз регулировать по точному буферному, раствору. Для уменьшения потенциала асимметрии стеклянный электрод выдерживают в воде или в 0,1 М соляной кислоте.
Стандартные потенциалы и крутизна электродной функции электродов зависят от температуры, поэтому pH-метры имеют приспособления для коррекции последнего эффекта. Современные измерительные приборы в основном снабжены автоматической температурной компенсацией, осуществляемой с помощью электрической цепи, в которую включена термопара, погруженная в анализируемый раствор. Такая компенсация влияния температур позволяет прокалибровать электрод при одной какой-либо температуре и затем — без дополнительной корректировки — работать с ним при любой температуре [7]. При ручной температурной компенсации требуется ввод значения температуры раствора для корректировки показаний pH в соответствии с температурой. При работе с pH-метром для исключения вероятности ошибки оператора, следует учитывать, позволяет ли использование данного прибора автоматически учитывать разность температур электрода сравнения и анализируемого раствора либо существует необходимость осуществлять температурную компенсацию вручную. Перед проведением температурной компенсации необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации выбранного прибора.
Постоянные времени стеклянных электродов пропорциональны толщине мембраны и лежат в пределах 1 — 10 с. Время установления потенциала увеличивается с понижением температуры, с уменьшением скорости протекания раствора и при загрязнении электродов. Существуют электроды, которые можно использовать при повышенных температурах [8]. Со стеклянными электродами можно проводить измерения pH даже в присутствии окислителей, восстановителей, каталитических ядов, а также в присутствии ионов тяжёлых металлов.
Электродом сравнения, отражающим эталонное напряжение системы, служит насыщенный хлорсеребряный электрод. В последнее время появились в продаже комбинированные электроды, которые интегрируют цепи измерительного электрода и электрода сравнения в один корпус и снабжены хлорсеребряными внутренними электродами сравнения.
Хлорсеребряный электрод (Ag/AgCl) состоит из серебряной (платиновой) проволоки, покрытой хлоридом серебра, и погруженной в раствор хлорида калия — обычно молярной концентрации 3 (3,5) моль/л (во избежание растворения хлористого серебра в концентрированном хлоридном растворе с образованием хлорсеребряных комплексов раствор хлористого калия перед погружением электрода насыщают хлористым серебром).
Методика ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97 (издание 2004 г) обеспечивает получение результатов анализа с погрешностью, не превышающей значений, приведённых в таблице 1.
Диапазон измерений, значения показателей точности, повторяемости
и воспроизводимости методики
Показатель точности (границы погрешности при вероятности Р = 0,95), ±Δ
Показатель повторяемости (среднеквадратическое отклонение повторяемости), σ r
Показатель воспроизводимости (среднеквадратическое отклонение воспроизводимости), σ R
Значения показателя точности методики используют при:
— оформлении результатов анализа, выдаваемых лабораторией;
— оценке деятельности лабораторий на качество проведения испытаний;
— оценке возможности использования результатов анализа при реализации методики в конкретной лаборатории.
Универсальный иономер ЭВ-74 в комплекте с автоматическим термокомпенсатором ТКА-4 (ТКА-5) или pH-метр со стеклянным электродом измерения и электродом сравнения
Весы лабораторные, 2-го класса точности по ГОСТ 24104 1 (Весы лабораторные общего назначения специального или высокого класса точности, с наибольшим пределом взвешивания 300 г по ГОСТ OIML R 76-1 или по ГОСТ Р 53228)
1 ссылочный стандарт утратил силу, поэтому следует руководствоваться заменяющим стандартом
Электрод измерительный типа ЭСЛ-43-07, ТУ 25-05.2224
Электрод измерительный типа ЭСЛ-63-07, ТУ 25-05.2234
Электрод вспомогательный типа ЭВЛ-1МЗ, ТУ 25-05.2181
(или электрод стеклянный типа ЭС-1, исп. ЭС-10301, ЭС-10302, ЭС-10601, ЭС-10602 по ГОСТ 22261-94 и ТУ 4215-012-89650280-2009 типа ЭСЛ-43-07, ТУ 25-05.2224)
Термостат или баня водяная, поддерживающие постоянную температуру с точностью ±0,2 °С (при необходимости исключения погрешности, возникающей при отсутствии автоматического термокомпенсатора, измерение проводят в термостатируемой пробе)
Секундомер механический (часы или таймер лабораторный)
Промывалка полиэтиленовая вместимостью 250 см 3
Мешалка магнитная и палочка для извлечения магнитных элементов
Дистиллятор или установка любого типа для получения воды дистиллированной по ГОСТ 6709 или воды для лабораторного анализа степени чистоты 2 по ГОСТ Р 52501
Допускается использование средств измерения, вспомогательного оборудования с аналогичными или лучшими метрологическими и техническими характеристиками.
Возможность использования других средств измерений подтверждается в ходе процедуры оценки пригодности методики при внедрении прибора и методики измерений в конкретной лаборатории.
Колбы мерные 2 — 100 (1000) по ГОСТ 1770 (вместимостью 100 и 1000 см 3 , 2 класс точности)
Стаканы химические Н-2-50 (100) по ГОСТ 25336 (из термостойкого стекла вместимостью 50; 100 см 3 )
Воронки конические В ХС по ГОСТ 25336
Конические колбы Кн-2-200 ТХС по ГОСТ 25336
Бутыли из полиэтилена (ПЭНД) и стекла для отбора и хранения проб и растворов с плотно закрывающейся крышкой.
Цилиндры мерные вместимостью 50 и 100 см 3 по ГОСТ 1770, 2 класс точности
Пипетки градуированные вместимостью 5 и 10 см 3 по ГОСТ 29227, 2 класс точности.
Допускается использование лабораторной посуды с аналогичными или лучшими характеристиками.
Стандарт-титр для приготовления буферных растворов по ГОСТ 8.135
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709 или вода для лабораторного анализа 2-ой степени чистоты по ГОСТ Р 52501
Фильтры обеззоленные «белая лента» по ТУ 6-09-1678
Спирт этиловый ректификованный технический
Ткани хлопчатобумажные бязевой группы по ГОСТ 11680 (ГОСТ 29298-2005)
Все реактивы должны быть квалификации ч.д.a.(analytical reagent grade) или х.ч.
Можно также использовать уже готовые буферные растворы производства фирмы HANNA, Testo и т.д.
4.1. При выполнении анализов необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007.
4.2. Электробезопасность при работе с электроустановками по ГОСТ Р 12.1.019.
4.3. Организация обучения работающих безопасности труда по ГОСТ 12.0.004.
4.4. Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009.
Помещение, рабочие столы и поверхности должны содержаться в чистоте. После завершения работ проводится влажная уборка рабочих поверхностей дезинфицирующими средствами, разрешенными к использованию в установленном порядке. Работник, выполняющий анализ, использует в ходе работы перчатки, халат и закрытую сменную обувь.
Выполнение измерений может производить химик-аналитик, владеющий техникой потенциометрического анализа и изучивший инструкцию по эксплуатации иономеров и рН-метров.
Измерения проводятся в следующих условиях:
температура окружающего воздуха (20 ± 5) °С;
атмосферное давление (84,0 — 106,7) кПа (630 — 800 мм рт. ст.);
относительная влажность не более 80 % при t = 25 °C;
напряжение сети (220 ± 22) В;
частота переменного тока (50 ± 1) Гц.
Нормальное условие работы большинства приборов производится от сети переменного тока напряжением (220 ± 22) В, частотой (50 ± 1,0) Гц.
При напряжении питания сети, отличным от 220 В, оборудование может комплектоваться дополнительно трансформатором, что позволит всегда обеспечивать необходимые условия выполнения измерений.
Отбор проб производится в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб» (следует использовать в работе ГОСТ 31861-2012 «Вода. Общие требования к отбору проб», ГОСТ Р 56237-2014 «Вода питьевая. Отбор проб на станциях водоподготовки и в трубопроводных распределительных системах»).
7.1. Пробы отбирают в полиэтиленовые бутыли до края, предварительно ополоснутые отбираемой водой, не оставляя пузырьков воздуха (особенно важно при отборе водопроводной или грунтовой воды, так как СO2 в воздухе образовывает угольную кислоту, что может привести к уменьшению pH). Объем пробы должен быть не менее 100 см 3 .
7.2. В связи с тем, что на величину pH влияют газы (двуокись углерода, которая дополнительно может абсорбироваться из воздуха; аммиак, сероводород, газы, образующиеся в ходе биологических процессов, связанных с жизнедеятельностью планктонных организмов) пробу анализируют в день отбора проб (не позднее 6 часов с момента отбора пробы в соответствии с ГОСТ 31861-2012 «Вода. Общие требования к отбору проб», для чего в лаборатории должна быть грамотно построена логистическая система, позволяющая доставлять образцы в лабораторию в течение нескольких часов, учитывая возможные проблемы на дорогах и при осуществлении проботобора), не консервируют. Транспортируют отобранные пробы при температуре ниже температуры отбора проб.
7.3. При отборе проб составляют сопроводительный документ, в котором указывают:
цель анализа, предполагаемые загрязнители (необходимые по усмотрению пробоотборщика, примечания);
дата, место, время, метод отбора;
тип воды (питьевая ((не)центрапизованного водоснабжения), бутилированная, сточная, техническая и т.д) номер пробы;
должность, фамилия отбирающего пробу, температура окружающего воздуха, пробы воды.
Необходимо учитывать, что определение pH относится к измерению изменяющейся во времени и при контакте с атмосферным воздухом величины и не подлежит параллельному отбору. Определение pH сточных вод рекомендуется проводить как в испытательной лаборатории, так и на месте отбора проб (с использованием калиброванного перед выездом портативного pH-метра, включенного в Госреестр СИ, руководствуясь инструкцией по пользованию) параллельно с измерением температуры воды, окружающего воздуха и визуального осмотра пробы и места её отбора для выявления нестабильности определяемого показателя [9].
При измерении pH питьевой воды необходимо руководствоваться требованиями ГОСТ Р 56237-2014, в п. 4 которого указана необходимость проведения расширенных исследований, подтверждающих отсутствие статистически достоверных различий между результатами, полученным на месте отбора проб и в лаборатории, для определения pH в испытательной лаборатории (центре).
8.1.1. Подготовку иономера или pH-метра, а также электродов, проводят в соответствии с руководством (инструкцией) по эксплуатации.
Перед проведением измерений следует открыть заливочное отверстие, закрытое пробкой или съемным кольцом на поверхности проточного вспомогательного электрода сравнения (в зависимости от конструкции электрода). После завершения цикла измерений отверстие проточного вспомогательного электрода сравнения следует закрыть.
Сосуд проточного вспомогательного электрода сравнения должен периодически пополняться электролитом — раствором хлористого калия (или гелем в зависимости от конструкции электрода).
До и после калибровки или проверки прибора электроды промывают дистиллированной водой, удаляют избыток влаги фильтровальной бумагой или обтирают тонкой мягкой тканью.
8.1.2. Калибровку 2 прибора проводят по буферным растворам согласно инструкции к прибору.
2 Калибровка (РМГ 29-2013) — «Совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных метрологических характеристик этого средства измерений». Калибровка осуществляется для установления эмпирической связи между измеряемой ЭДС и pH.
Перед каждой серией измерений проводят проверку работы прибора по буферным растворам с целью контроля стабильности градуировочной характеристики (ежедневно прибор проверяют по двум буферным растворам и один раз в неделю по всем буферным растворам (1,65 (1,68); 4,01; 6,86 (7,01); 9,18; 12,43 (12,45)), охватывающим диапазон pH анализируемых растворов, который указан в области аккредитации испытательной лаборатории. Для уменьшения погрешности измерений рекомендуется проводить калибровку при температуре близкой к температуре анализируемых растворов.
Измерение pH в буферных растворах повторяют три раза, каждый раз вынимая электроды из него и вновь погружая их в буферный раствор при измерении.
В современных приборах встроен микропроцессор, благодаря которому значения pH стандартных буферных растворов запоминаются, и рассчитывается уравнение градуировочной характеристики в координатах «потенциал — pH» методом наименьших квадратов.
За норматив контроля при настройке прибора по буферным растворам используется норматив точности, указанный в эксплуатационной документации на средство измерения.
В нерабочее время электроды хранят в дистиллированной воде, либо согласно условиям хранения, прописанным в инструкции по его эксплуатации (водопроводная вода, 0,1 Н раствор хлорида калия и т.д.).
При измерении pH и калибровке pH-метров и иономеров используются буферные растворы — это растворы специального состава, содержащие смесь слабой кислоты и её соли (или слабого основания и его соли) и обладающие способностью сохранять pH при разбавлении, добавлении небольшого количества сильных кислот и оснований. Как правило, буферные растворы представляют собой смеси растворов слабых кислот, слабых оснований и их солей.
Буферные растворы, используемые в качестве рабочих эталонов pH, готовят в соответствии с ГОСТ 8.135 или инструкцией изготовителя (не относится к уже готовым буферным растворам).
Как правило, для определения pH применяют 5 основных модификаций стандарт-титров с характеристиками, указанными в таблице ГОСТ 8.135 «ГСИ. Стандарт-титры для приготовления буферных растворов — рабочих эталонов pH 2-го и 3-го разрядов. Технические и метрологические характеристики. Методы их определения», в соответствии с требованиями стандарта и технических условий на стандарт-титры (3,56; 4,01; 6,86; 9,18; 12,45). Рабочие эталоны буферных растворов 2-го разряда готовят из стандарт-титров, изготавливаемые с навесками соответствующих химических веществ, упакованных в герметичную тару.
Эксплуатационная документация на стандарт-титры должна содержать следующую информацию: назначение; разряд рабочих эталонов pH — буферных растворов, приготавливаемых из стандарт-титров; номинальное значение pH буферных растворов при 25 °С; объем буферных растворов в дм 3 ; методику (инструкцию) приготовления буферных растворов из стандарт-титров; срок годности стандарт-титра.
Рабочие эталоны pH готовят растворением содержимого стандарт-титров в свежеперегнанной дистиллированной воде. Для приготовления растворов со значением pH > 6 дистиллированную воду необходимо прокипятить в течение 30 минут для удаления растворенной углекислоты, быстро охладить и плотно закрыть флакон. Использовать дистиллированнную воду, освобожденную от СО2 следует в день приготовления. При подготовке стеклянной посуды не допускается использовать синтетические моющие средства.
В процессе приготовления буферного раствора из стандарт-титров исполнитель может допустить ошибку, вследствие чего погрешность pH раствора будет превышать нормируемую (для 2 разряда погрешность составляет ±0,01 ед. рН), об этом необходимо помнить при выполнении измерений и сравнивать показания прибора для установленного значения pH, фиксируя значения ЭДС в милливольтах.
В продаже так же имеются уже расфасованные по ампулам модификации стандарт-титров со значениями pH 1,68; 7,01; 12,45. Приготовление из них рабочих эталонов проводится согласно с инструкцией изготовителя.
Рабочие эталоны pH хранят в плотно закрытой стеклянной или пластмассовой (полиэтиленовой) посуде в затемненном месте при температуре не выше 25 °С. Срок хранения рабочих эталонов не более 1 месяца с момента приготовления, за исключением насыщенных растворов гидротартрата калия и гидрооксида кальция, которые готовят непосредственно перед измерением pH и которые хранению не подлежат
Буферные растворы должны быть использованы только один раз. Не следует выливать обратно во флакон использованный раствор.
8.2.6. Приготовление насыщенного раствора хлористого калия (для вспомогательного электрода).
35 г хлористого калия помещают н коническую колбу с притертой пробкой и добавляют 100 см 3 дистиллированной воды.
Срок хранения в закрытой стеклянной емкости не ограничен.
8.2.7. Приготовление раствора соляной кислоты молярной концентрации 0,1 М
Раствор готовят соответствующим разбавлением концентрированной соляной кислоты. 9 см 3 концентрированной соляной кислоты плотностью 1,17 г/см 3 (8,5 см 3 концентрированной соляной кислоты плотностью 1,19 г/см 3 ) медленно вливают в колбу вместимостью 1000 см наполовину заполненную дистиллированной водой, и медленно доводят объем раствора дистиллированной водой.
Возможно использование стандарт-титров, содержащих определенное количество соляной кислоты.
Срок хранения — не более 6 месяцев.
Измерения pH на приборе проводят согласно инструкции к прибору. Для удобства использования прибором, а также для единообразной эксплуатации всеми сотрудниками лаборатории, допущенными к проведению анализа, для каждого имеющего в лаборатории прибора необходимо составлять краткую инструкцию по эксплуатации средства измерений и размещать ее на рабочем месте.
В случае использования ЭВ-74:
Анализируемую пробу объемом около 30 см 3 помещают в химический стакан вместимостью 50 см 3 . Объём пробы должен полностью покрывать чувствительные элементы электродов и оставлять достаточный зазор для магнитной мешалки.
Электроды промывают дистиллированной водой, обмывают исследуемой водой, погружают в стакан с анализируемой пробой. При этом шарик стеклянного измерительного электрода необходимо полностью погрузить в раствор, а солевой контакт вспомогательного электрода должен быть погружен на глубину 5 — 6 мм. Электроды не должны касаться стенок химического стакана. Одновременно в стакан погружают термокомпенсатор.
Отсчет величины pH по шкале прибора проводят, когда показания прибора не будут изменяться более чем на 0,2 ед. рН 3 в течение одной минуты 4 , через минуту измерение повторяют, если значения pH отличаются не более чем на 0,2 ед. рН, то за результат анализа принимают среднее арифметическое значение. Если желаемая точность не достигается, то необходимо определить причину расхождения. 5
3 Погрешность измерения не должна превышать столько ед. pH, сколько прописано в инструкции на прибор.
4 Время установления стабильного значения определяется в соответствии с инструкцией прибора.
5 Возможные источники ошибок: температурный эффект (если электрод прокалиброван при одной температуре, а измерения проводятся при другой температуре, то погрешность измерений зависит от примененного способа температурной компенсации. Для наиболее точных измерений анализируемый и буферный растворы должны быть одной температуры); недостаточное перемешивание; загрязнение электрода, мембраны; влияние посторонних веществ (щелочная ошибка, взаимодействие фторид-ионов со стеклянной мембраной); недостаточное время установления постоянного потенциала на электроде (при очень высоких и низких значениях pH реакция будет медленной и иногда требует нескольких минут)
После измерений электроды ополаскивают дистиллированной водой и протирают фильтровальной бумагой или мягкой тканью.
Если возникает необходимость обезжирить электрод, то его протирают мягкой тканью, смоченной этиловым спиртом и затем несколько раз ополаскивают дистиллированной водой и протирают мягкой тканью.
При необходимости электрод регенерируют погружением на 2 часа в 0,1 М раствор соляной кислоты и далее тщательно промывают дистиллированной водой.
При измерении pH в газированной воде по запросу заказчика и при условии документального оформления можно делать ее дегазацию, т.е. удаление из воды свободной углекислоты, путем ее аэрации и создание тем самым условий, при которых растворимость газа в воде становится близкой к нулю и как следствие наблюдается повышение pH.
Парциальное давление диоксида углерода в атмосферном воздухе близко к нулю (0,03 — 0,04 %), поэтому создаются благоприятные условия для диффузии удаляемого газа из воды в пропускаемый через нее воздух. Вода аэрируется в дегазаторах согласно их инструкции.
10.1. За результат измерения принимают значение pH, которое определяют по шкале прибора.
10.2. За результат анализа Xcp принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений Х1 и Х2:
источник
Estimation of the Moscow river water ecological quality according to phytoplankton charateristics
Фролова Г. И.
Galina I. Frolova
Московский эколого-биологический центр
[581.526.325.2 + 556.531.5: 556.114] (282.247.412.2)
Произведена оценка качества воды реки Москвы методом биоиндикации на примере фитопланктона на участке Строгино-Коломенское и выше г. Москвы в районе г. Звенигорода. Исследован таксономический состав и проведен сравнительный анализ альгоценозов на разных участках реки Москвы. Дана оценка количественных характеристик речного фитопланктона. Фитопланктонное сообщество рассмотрено во взаимосвязи с основными химическими компонентами речной экосистемы.
Ключевые слова : фитопланктон; таксономический состав; биомасса; количественные характеристики фитопланктона; сапробность.
В период наступления человека на природу, увеличение масштабов городов, роста количества транспорта и промышленных объектов, возникает проблема сохранения водных объектов и качества воды в них, а также их биоты. Экологическое состояние любой территории может быть оценено путем изучения качества воды ее водоемов, на формирование которого оказывают как многие элементы природной среды, так и антропогенные факторы (Белякова, Тумбинская, 1997; Ганьшина, Смирнов, 1982; Охапкин, 1998, 2001; Охапкин, Юлова, 1996; Первакова, 1972). Возросшие масштабы хозяйственной деятельности в бассейнах водных объектов вызывают изменения состояния поверхностных и подземных вод, причем, как правило, негативные последствия таких воздействий на малых и средних водотоках и водоёмах проявляются быстрее и острее (Охапкин, 1998, 2001; Охапкин, Юлова, 1996).
Цель нашей работы – оценить качество воды реки Москвы на участке Строгино-Коломенское (территория города Москвы) методом биоиндикации на примере изменения состояния фитопланктона в период 2008-2009 гг., а также провести альгологические исследования реки выше города Москвы в районе города Звенигорода.
В задачи входило: исследовать таксономический состав майских, июльских и сентябрьских альгоценозов шести станций реки Москвы в 2008 году и семи станций в 2009 году; провести их сравнительный анализ, охарактеризовать особенности экологии фитопланктона, оценить количественные характеристики речного фитопланктона, определить качество воды по фитопланктону, рассмотреть фитопланктонное сообщество во взаимосвязи с основными химическими компонентами речной экосистемы.
Исследования мы проводили весной (в мае), летом (в августе) и осенью (в сентябре). Пробы на реке в 2008 году отбирали на шести станциях в черте города Москвы, в 2009 году добавили еще одну станцию выше города Москвы, в районе города Звенигорода (рис. 1). Станции отбора проб привязаны к гидрохимическим створам наблюдений Московского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.
Рис. 1. Станции отбора проб:
1) р. Москва, в районе г. Звенигород, 2) р.Москва, Строгинский мост, 3) р.Москва, Шелепихинский мост, 4) р.Москва, Воробьевская набережная, 5) р.Москва, Креснолужский мост, 6) р.Москва, Нагатинский мост, 7) р.Москва, Братеевский мост.
За период наблюдений в реке Москве было отобрано 39 проб фитопланктона. В пробах были выявлены 56 таксономических единиц фитопланктона, из которых более 50% составляют диатомовые водоросли, что не противоречит данным других авторов (Белякова, Тумбинская, 1997). Таксономический состав, эколого-географическая характеристика и встречаемость на станциях представлены в Приложении.
Среди встреченных водорослей были представители 4-х отделов: диатомовых, зеленых, синезеленых, эвгленовых, 37 – виды-индикаторы органического загрязнения. В основном, это водоросли β и o-β сапробной ориентации (Унифицированные методы исследования…, 1975; Унифицированные методы…, 1977). На протяжении наблюдений по видовому разнообразию и биомассе в воде реки доминировали диатомовые водоросли. В мае месяце – представители родов Aulacosira, Nitzscia, Navicula и Stephanodiscus, в августе – представители родов Aulacosira, Nitzscia, Stephanodiscus, в сентябре – Navicula, Aulacosira и Stephanodiscus. Летом субдоминантами по видовому разнообразию и численности отмечались зеленые (представители родов Scenedesmus, Pediastrum) и синезеленые (чаще всего Aphanizomenon flos—aquae). 5 видов водорослей были встречены на всех 6-ти станциях.
Основу флористического списка водорослей создают космополиты (71% видов с известными данными по географическому распространению), пресноводные формы (индифференты – 59%). Отношение к pH среды известно для 25 таксонов, из которых 37% — алкалифилы и 24% — индифференты (Охапкин, 1998; Унифицированные методы исследования…, 1977).
За период наблюдений общая численность фитопланктона в реке изменялась от 40 до 10126 тыс. кл/л, биомасса – от 0,1 до 4,8 мг/л. По биомассе трофность водотока определялась от олиготрофного до политрофного (Охапкин, 1998). Высокие значения общей численности и биомассы весной и летом были обусловлены крупноклеточными диатомовыми водорослями, а биомассы – большим количеством летом зеленых водорослей, летом и осенью – синезеленых, хотя «цветения» воды отмечено не было. Максимальное количество видов – от 29 до 33 – определялось в пробах реки Москвы в районе г. Звенигорода, минимальное – 5-6 видов – на участке реки, протекающей по центру города. За период наблюдений общая численность фитопланктона и его биомасса коррелировали между собой с коэффициентом корреляции r=0,78 (Рис. 2).
Рис. 2. Изменение общей численности фитопланктона на станциях.
Величины индексов сапробности для каждой пробы (таблица 1) свидетельствуют о соответствии воды III –IV классам качества (вода умеренно загрязненная – загрязненная) (Гусева, 1956; Унифицированные методы исследования…, 1975; Унифицированные методы…, 1977).
Таблица 1. Изменение индексов сапробности в реке Москве
Наиболее загрязненной отмечена станция 5 (р. Москва, Нагатинский мост), где среди массовых отмечались α-β и α-мезосапробы. По данным Московского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в воде исследуемых станций концентрации азота аммонийного и нефтепродуктов стабильно превышали рыбохозяйственные ПДК.
Основными факторами развития фитопланктона являются элементы питания – биогены – фосфор, азот, кремний (Охапкин, 2001; Охапкин, Юлова, 1996). Нами отмечена положительная достоверная связь между концентрациями азота аммонийного и биомассой: (r = 0,71), а также содержанием общего фосфора и биомассой (r = 0,52), содержанием кремния и биомассой (r = 0,52). Между железом и биомассой также установлена положительная связь (r = 0,54) (данные по гидрохимии предоставлены Московским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды).
Корреляционная связь биомассы и содержания химических веществ описывается прямой линией или экспоненциальной кривой (рис. 3, 4, 5, 6).
Рис. 3. Соотношение общей биомассы и содержания азота аммонийного в воде реки
Рис. 4. Соотношение общей биомассы и содержания фосфатов в воде реки.
Рис. 5. Соотношение общей биомассы и содержания кремния в воде реки.
Рис. 6. Соотношение общей биомассы и содержания железа в воде реки.
Ингибирующее действие на фитопланктон оказывали нефтепродукты. Между биомассой фитопланктонных организмов и содержанием нефтепродуктов установлена отрицательная линейная зависимость (r = -0,52), (рис.7).
Рис. 7. Соотношение общей биомассы и содержания нефтепродуктов в воде реки
По результатам исследования были выявлено 56 таксономических единиц фитопланктона из четырех отделов (диатомовые, зеленые, синезеленые, эвгленовые) с преобладанием диатомовых; при этом 37 таксономических единиц – виды-индикаторы органического загрязнения. Максимальное количество видов (29-33) определялось в пробах реки Москвы в районе г. Звенигорода, минимальное (5-6) – на участке реки, протекающей по центру г. Москвы. Показано, что основу флористического списка водорослей создают космополиты. Отмечена положительная достоверная связь между концентрациями аммонийного азота, общего фосфора, содержанием кремния и железа – и биомассой фитопланктона. Наблюдалось ингибирующее действие нефтепродуктов на общую биомассу фитопланктонных организмов.
Таксономический состав фитопланктона исследуемого участка реки Москвы
Примечание : для эколого-географических характеристик видов и внутривидовых таксонов приняты следующие обозначения:
1 – сапробность : X – ксеносапробный, 0 – олигосапробный, m – мезосапробный, β – β–мезосапробный, α – α–мезосапробный, p – полисапробный;
2 – местообитание : П – планктонный, О – обитатель обрастаний, Б – бентосный, Л – литоральный, Э – эпибионтный;
3 – распространение : к – космополитный, а – альпийский, с-а – северо-альпийский, б – бореальный, ст – субтропический, = — вид малоизученный в биографическом отношении;
4 – галобность : Мг – мезогалоб, Ог – олигогалоб, Гб – галофоб, И – индифферент, Гл – галофил;
5 – отношение к pH : Ал – алкафил+алкабионт, Ин – индифферент, Ац – ацидофил+ацидобионт.
1. Белякова Г.А., Тумбинская Л.В. Фитоопланктон реки Москвы на участке от Коломенского до Бесед. М., 1997. С. 78–93.
2. Ганьшина Л.А., Смирнов Н.С. Количественное изучение фитопланктона реки Москвы // Биологические науки. 1982. №3. С. 63–68.
3. Гусева К.А. Методы эколого-флористического исследования водорослей // Жизнь пресных вод СССР. М.- Л., 1956. Т.4. №1. С. 122–159.
4. Охапкин А.Г. Видовой состав фитопланктона как показатель условий существования в водотоках разного типа // Ботан. журн. 1998. Т. 83. №9. С. 1–13.
5. Охапкин А.Г. Структура и сукцессия речного фитопланктона // Малые реки: Современное экологическое состояние, актуальные проблемы: тез. докл. 2001. С. 155.
6. Охапкин А.Г., Юлова Г.А. Эколого-флористические особенности фитопланктона эвтрофированных водотоков системы Средней Волги // Эколого-физиологические исследования водорослей. Ярославль, 1996. С. 77-79.
7. Первакова Т.П. Оценка санитарного состояния реки Москвы по многолетним наблюдениям // Процессы загрязнения и самоочищения реки Москвы. М.: Стройиздат, 1972. С. 96-103.
8. Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 3. Методы биологического анализа вод. М., 1975. 176с.
9. Унифицированные методы исследования качества вод. Атлас сапробных организмов. М., 1977. 227 с.
опубликовано — декабрь 2012 г.
Estimation of the Moscow river water ecological quality according to phytoplankton charateristics
Galina I. Frolova
Evaluated with bioindication method was the quality of the Moscow river water by the example of phytoplankton. The study was carried out in the Strogino and Kolomenskoye Moscow city districts as well as outside the city in upstream flow of the Moscow river near Zvenigorod. Algacenosis taxonomic structure and its comparative analysis at different sections of the Moscow river were evaluated. Quantitative characteristics of the river phytoplankton were estimated. Phytoplankton community was examined in its interconnection with basic chemical components of the river ecosystem.
Key words : phytoplankton; taxonomical structure; biomass; phytoplankton quantitative characteristics; saprobity.
Фролова Галина Ивановна — Frolova Galina Ivanovna
кандидат биологических наук
зам. директора Эколого-биологического центра (The Ecology and Biology Center).
Корреспондентский адрес: Россия, г. Москва, ул. Одесская, д. 12А; тел. (495) 318-00-03
источник
Стандартные методы определения органических веществ в сточных водах основаны, главным образом, на применении проверенных, чаще всего колориметрических методов анализа [4]. Колориметрический метод используется для определения концентрации в сточной воде фенолов, формальдегида, аминов, пиридиновых оснований, ароматических углеводородов, синтетических моющих веществ, лигносульфоновых кислот, пестицидов и др. [4, 5]. Эти методы просты, не требуют применения сложной дорогостоящей аппаратуры и могут быть использованы различными предприятиями и организациями.[ . ]
Этот метод не рекомендуется для определения содержания органических веществ в сточных водах, для этой цели следует определить ХПК по ИСО 6060. Метод определения перманганатного индекса достаточно эффективен при анализе большого количества проб воды. Стандартный метод определения перманганатного индекса воды устанавливает ИСО 8467. Метод в основном предназначен для исследования вод, используемых человеком в быту: питьевой воды, минеральной воды, воды из колодцев и источников, а также воды для плавательных бассейнов. Он применим для вод с концентрацией иона хлорида менее 300 мг/л. Пробы с перманганатным индексом более 10 мг/л перед анализом необходимо разбавить. Нижний предел определения 0,5 мг/л.[ . ]
Сущность метода. В процессе анализа измеряют э. д. с. электродной системы, в которой индикаторным является электрод, чувствительный к иону фтора, а электродом сравнения — проточный хлорсеребряный. Чувствительной частью фторидного электрода служит мембрана из монокристалла фторида лантана, активированного европием (II). Измерения проводятся в среде с высокой и постоянной ионной силой при поддержании pH в оптимальном для фторидного электрода диапазоне (pH = 5 + 8). Методика позволяет определять 1,9—0,00019 г/л фтора в сточных водах (стандартное отклонение от ±0,15 до ±3%).[ . ]
Для рутинных анализов, используемых главным образом для оценки качества природных, питьевых и сточных вод, разработан перечень стандартных методик, допущенных к использованию для определения содержания различных компонентов, в число которых входят макро- и микроэлементы, ионы, органические и неорганические соединения. Такой перечень существует на международном уровне (стандарты ИСО) и в масштабах России [134, 135]. В настоящее время он пересматривается, в процессе пересмотра устаревшие методики заменяются новыми. В [10] приведен указатель соответствия методик по стандартам ИСО аттестованным методикам, допущенным к использованию в России. Среди методов, надежно зарекомендовавших себя в практике анализа вод, атомно-абсорбционные, атомно-эмиссионные, титриметрические, фотоколориметрические, а также электрохимические. При выполнении рутинных анализов вод по методикам, включенным в перечень, следует тщательно соблюдать все указанные рекомендации, в противном случае возникает риск получения ошибочных данных.[ . ]
Предлагаемые методы анализа городских сточных вод в основном согласуются с унифицированными методами исследования качества вод, рекомендуемыми совещанием руководителей водохозяйственных органов стран — членов СЭВ, и с другими международными стандартными методами.[ . ]
Существующие стандартные методики [4] чаще всего удовлетворяют требованиям к анализу неорганических веществ в сточных водах. Тем не менее, для повышения точности и надежности, а также уменьшения времени, затрачиваемого на определение, широко используются инструментальные методы определения концентрации неорганических веществ в сточных водах: газов (02, С02 и других)—газовая хроматография [17]; ионов тяжелых металлов [18] — тонкослойная хроматография [19], полярография [4, с. 175, 284, 290, 300, 305], атомно-абсорбционная спектрофотометрия [20], пламенная спектрофотометрия [21], нейтронная активация [22]; анионов — спектрофотометрия с лазерным возбуждением [23], флуоресцирующая спектрофотометрия [24] и др.[ . ]
Анализируемыми и сравниваемыми параметрами промышленных сточных вод были: общее содержание органического углерода (ООУ), содержание неорганического углерода, органического азота, бикарбонатов щелочных металлов (pH между 8,3 и 4,5) и содержание ароматических веществ. Анализ бикарбонатов щелочных металлов и органического азота проводили стандартными методами. Ароматические вещества анализировали по поглощению ультрафиолетовой части спектра при длине волны 253,7 нм.[ . ]
Разработана схема анализа сточных и природных вод на содержание нормируемых тяжелых металлов, включающая их предварительное экстракционное концентрирование в виде диэтилдитиокарбаминатов, разделение методом тонкослойной хроматографии и визуальное или денситометрическое определение соответствующих комплексов непосредственно в хроматографических зонах. Относительное стандартное отклонение при определении металлов при содержании на уровне ПДК находится в пределах 0,1.[ . ]
Азот в форме нитритов и нитратов в природных и обработанных водах обычно определяют колориметрическими способами. Например, обычный анализ на нитрат проводят с использованием сульфофеноло-вого реактива. Интенсивность желтой окраски, появляющейся в результате реакции с нитратами, прямо пропорциональна их концентрации в пробе. Окрашенная проба с неизвестной концентрацией сравнивается со стандартными растворами с известными концентрациями (используют цилиндры Несслера, колориметр или спектрофотометр). Анализ на нитрит основан на появлении красно-пурпурной окраски, появляющейся в результате реакции нитрита с двумя органическими реагентами — сульфаниловой кислотой и 1-нафтиламингидрохлоридом. Проведение анализов на нитриты и нитраты в сточных водах намного труднее из-за высоких концентраций различных примесей, таких, как хлориды и органические вещества. В «Стандартных методах» [2] описано пять методов анализа на нитраты. Каждый из них включает специальную предварительную очистку сточной воды для отделения взвеси, устранения окраски и удаления других ингибирующих веществ.[ . ]
Значительный интерес при анализе сточных вод представляет содержание сульфид- и сульфат-ионов, для определения которых широко применяют как прямые, так и косвенные полярографические методы. Метод квадратно-волновой полярографии применяют для определения в промышленных сточных водах сульфид-ионов на фоне 1М NaOH, к которому в присутствии свинца добавляют комплексон III до концентрации 9-10 2Л/. Определению не мешают 100-кратный избыток сульфат-, сульфит-, тио-сульфид-ионов и меркаптанов в сточных водах сульфат-целлюлоз-ное стандартное отклонение составляет ±3%. Погрешность полярографического определения при совместном присутствии сульфид-ионов и меркаптанов в сточных водах сульфат-целлюлоз-ных заводов по методике, разработанной во Всесоюзном научно-исследовательском институте бумаги [55], находится в пределах 5%. Пределы обнаружения для меркаптанов равны 4—5 мг/л и для сульфат-ионов 2,5—3,2 мг/л. Подробно описаны различные полярографические способы определения цианид-ионов в сточных водах аммиачного и бензольного отделения, в водах внутризаводского коллектора и в сточных водах, выводимых за пределы коксохимических предприятий [56]. Для устранения влияния сопутствующих примесей на полярографическое определение цианид-ионов в сточных водах отделяют цианид-ионы дистилляцией. Выделенные таким образом цианид-ионы поглощают раствором К2С03 или КОН и анализируют полярографическим методом с наложением прямоугольного напряжения. Изучено влияние сопутствующих анионов на определение цианид-ионов без предварительного их отделения отгонкой.[ . ]
Белки мешают определению и их устраняют осаждением с гидроокисью цинка. Так как осадок уносит с собой и часть моющих веществ, то нужно применить метод стандартной добавки (вариант Б). При анализе сильно загрязненных сточных вод получаемые результаты являются только ориентировочными.[ . ]
Для более точных лабораторных анализов лучше обратиться к стандартным французским методам AFNOR2, перечень которых приведен на с. 9-30—932, или к сборнику «Стандартные методы анализа воды и сточных вод» (American Public Health Association—1015, Eighteenth Streect NW Washington DS 20036).[ . ]
Разработан атомно-эмиссионный метод с электролитическим концентрированием для одновременного определения кадмия, платины, меди, свинца, олова и железа в природных и сточных водах с пределом обнаружения 10 8—10 6М. Относительное стандартное отклонение 0,15—0,20. Электролитическое концентрирование проводят в герметических ячейках, позволяющих одновременно проводить концентрирование на трех рабочих электродах. Концентрирование проводят одновременно с осаждением ртути в инертной атмосфере на торце графитового электрода, используемого непосредственно для атомно-эмиссионного анализа.[ . ]
В связи с расширением масштабов и областей промышленного использования вод и проблемой охраны водных ресурсов от загрязнений многие разработанные методики систематизированы и обобщены в ряде монографий (см., например, [3—6]), некоторые из них унифицированы. Однако такая унификация имеет чисто рекомендательное значение и пока не доведена до уровня государственных стандартов. Поэтому для оценки современного состояния методов анализа природных и сточных вод целесообразно ограничиться сопоставлением двух более или менее официальных документов: унифицированных методов, разработанных представителями стран — участников СЭВ [5], и стандартных методов, применяемых в США [6].[ . ]
Данные, полученные весьма схожим методом, показывают, что стандартные отклонения при сравнении результатов, полученных при анализе одних и тех же сточных вод различными лабораториями, составили менее 10 мг/л.[ . ]
Обновление поверхности золотого электрода происходит автоматически. Относительное стандартное отклонение определений составляет 2-3%.[ . ]
При разработке включенных в этот сборник методов анализа была использована литература по анализу вод (общие руководства, сборники стандартных методов различных стран, отдельные статьи в периодической литературе) и учтен очень большой опыт анализа разнообразных поверхностных и сточных вод, накопленный в аналитических лабораториях перечисленных стран.[ . ]
При санитарно-бактериологическом анализе сточных вод бактериальными показателями ее загрязнения чаще всего являются сапрофитные бактерии, способные расти на стандартных питательных средах и указывающие на наличие легко разлагающихся органических веществ, и бактерии — обитатели кишечника человека и теплокровных животных, указывающие на загрязнение воды фекальными массами. Метод заключается в определении в 1 мл воды общего содержания мезофильных аэробных и факультативных анаэробных бактерий, способных расти на питательном агаре при температуре 37±0,5°С в течение 24±2 ч, образуя колонии, видимые при увеличении в 5 раз.[ . ]
Настоящее третье издание методики существенно переработано и дополнено. В нее включены современные инструментальные методы анализа сточных вод с применением спектрофотометрии, газовой и газожидкостной хроматографии и флюорографии. Приведены новые методы определения фенолов, азокрасителей. Методика дополнена расчетами технологических параметров, характеризующих работу очистных сооружений, а также перечнем необходимого оборудования и посуды. Предлагаемые методы анализа городских сточных вод и воды водоемов согласуются с унифицированными методами исследования состава вод, рекомендованными совещанием руководителей водохозяйственных органов стран — членов СЭВ и с американскими стандартными методами исследования воды и сточных вод. Помимо этого, в книге даны отдельные определения, разработанные и принятые в лабораториях московских станций в результате многолетнего опыта, накопленного в процессе контроля очистных сооружений городской канализации.[ . ]
Нитрифицирующие бактерии могут повышать потребность в кислороде при анализах по определению БПК, как показано в уравнениях (3.7) и (3.8). К счастью, рост нитрифицирующих бактерий отстает от роста микроорганизмов, осуществляющих окисление углеродсодержащих веществ. Нитрификация обычно начинается через несколько дней после пятисуточного периода, в течение которого определяют БПК5 неочищенной сточной воды. В стоках, поступающих в очистные установки, и в воде водоемов могут быть обнаружены признаки ранней нитрификации, если проба имеет относительно высокую популяцию нитрифицирующих бактерий. Нет ни одного стандартного метода, рекомендуемого для предотвращения нитрификации; однако такие ингибирующие агенты, как тиомочевина или 2-хлор-6-трихлорметилпиридин при использовании специальной лабораторной методики можно применять для; прекращения образования нитратов.[ . ]
Воспроизводимость — метрологический параметр, характеризующий разброс результатов анализа относительно среднего значения. Она определяется случайными ошибками, обусловленными действием многих неконтролируемых факторов. Численно воспроизводимость характеризуется либо выборочной дисперсией 8 , либо стандартным отклонением 8, либо относительным стандартным отклонением 8г = 8/Х. Воспроизводимость зависит от определяемого содержания элемента и уменьшается с приближением к пределу обнаружения метода. В системе оценки качества вод различного состава (природных, питьевых и сточных) величины случайных погрешностей регламентируются государственным стандартом [124].[ . ]
В США для определения в питьевой воде и сточных водах применяется стандартный метод с галлиевой кислотой [0-69]. Полярографическим методом можно определить, ванадий в воде через 10 мин в концентрации 0,1 мг/л [0-21]. Определяется колориметрическим методом (чувствительность 1—50 мг/л, точность 2%) [10] фотометрическими методами [0-1]. После осаждения фосфатами и гидроксидами железа и магния ванадий определяется спектральным анализом в концентрациях 0,005—0,045 мг/л, чувствительность определения методом атомно—абсорбционной спектрофотометрии по данным [0-24] — 0,04 мг/л, по данным [0-18; 0-62] — 0,06 мг/л.[ . ]
Обязательные определения, которые следует выполнить на месте отбора проб, следующие: температура, pH, растворенный кислород, агрессивная С02. Определения, которые выполняют немедленно по получении проб сточных или речных вод в лаборатории, следующие: цвет, запах, прозрачность по стандартному шрифту, pH (по цветной шкале или потенциометрически, если почему-либо он не был определен на месте), кислотность или щелочность (титрованием с фенолфталеином и метиловым оранжевым), объем осадка (%), грубодисперсные примеси общие. Остальные определения, такие как солевой состав (сухой остаток общий), грубодисперсные примеси’прокаленные, ионы тяжелых металлов, хлориды, сульфаты и т. п., могут быть выполнены позже. Для определения цианидов и фенолов пробы в отдельных бутылках фиксируют щелочью из расчета 5 мл насыщенного раствора КОН на 0,5 л сточной воды. Методы химического анализа промышленных сточных вод опубликованы в специальной литературе [33, 78, 79].[ . ]
Манометрическое измерение БПК. При изучении ¡процесса потребления кислорода применяют манометрические аппараты, например респирометр Варбурга. Недавно в продаже появились упрощенные лабораторные манометрические устройства (рис. 3.16), но они не заменяют стандартного метода разбавления при определении БПК. Пробы сточной воды определенного объема помещают в склянки из коричневого стекла, причем объем пробы зависит от ожидаемого значения БПК. При проведении обычных анализов буферные растворы и питательные вещества не добавляют к пробам, так как предполагается, что неразбавленная сточная вода содержит достаточное количество питательных веществ для биологического роста, а ее буферная способность вполне достаточна для предотвращения изменения pH. Каждую склянку снабжают небольшой магнитной мешалкой, а в крышку каждой склянки помещают чашку, содержащую поглотитель углекислоты — гидроокись калия. Подготовленные склянки соединяют со ртутными манометрами. Пробы непрерывно перемешивают с помощью магнитных мешалок. Установка для перемешивания снабжена электромотором, обеспечивающим вращение каждого магнита. После первичного перемешивания, необходимого для установления равновесного состояния, крышки склянок закрывают плотнее, а на манометры надевают завинчивающиеся крышки, чтобы не допустить влияния барометрических колебаний давления на результаты измерений. Когда микроорганизмы поглощают растворенный в воде кислород, газообразный кислород абсорбируется из воздуха, находящегося в замкнутом пространстве склянки. Молекулы углекислого газа, вырабатываемого микроорганизмами, поглощаются раствором гидроокиси калия, находящимся в чашке под крышкой склянки, и превращаются в ион карбоната. Вследствие этого объем углекислого газа в замкнутом пространстве склянки равен нулю. Уменьшение объема воздуха в склянке, соответствующее потребности в кислороде, указывается на шкале манометра, проградуированной непосредственно в единицах измерения БПК, мг/л. Для поддержания температуры 20° С, требуемой для проведения стандартного анализа на БПК, всю установку помещают в термостат.[ . ]
источник