Исследовательская работа «Анализ качества природных вод Нижневартовского района»

Российская научно-социальная программа
для молодежи и школьников «Шаг в будущее»

Международный форум научной молодежи «Шаг в будущее»
(Россия, г. Москва, 25 марта – 30 апреля 2024 г.)

АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД НИЖНЕВАРТОВСКОГО РАЙОНА
Автор:

                                                        Арсеньев Владимир Александрович, ученик 9 класса,

                                                        муниципальное автономное учреждение

                                                        дополнительного образования города Нижневартовска

                                                        «Центр детского творчества».

Руководитель:

        Сапрыкина Альфия Равиловна,

                                                  педагог дополнительного образования высшей категории,

                       муниципальное автономное учреждение

                                              дополнительного образования города Нижневартовска

Я, Сапрыкина А.Р. подтверждаю, что данный̆ проект содержит не более 25 страниц, из них: текст
статьи и список литературы не более 14 страниц, приложения не более 10 страниц ‒
_________________________________________________________________________подпись

Тема: «Анализ качества природных вод Нижневартовского района»

Автор: Арсеньев Владимир Александрович

9 класс, МАУДО г. Нижневартовска «ЦДТ»

Аннотация

Вода — довольно простое вещество с химической точки зрения, однако при этом она обладает рядом необычных свойств, которые не перестают удивлять ученых. Экология воды — это важная часть экосистемы. Загрязнение воды в настоящее время стало серьезной проблемой мирового масштаба. Наиболее опасными процессами, влияющими на качество природных вод в Ханты-Мансийском автономном округе-Югре, являются нефтяное и солевое загрязнение. А значительная заболоченность приводит к повышенному загрязнению медью, марганцем, железом. Интересно, а какая вода в естественных водоемах Нижневартовского района? Соответствует ли она качественным показателям?

Цель: исследование экологического состояния природной воды Нижневартовского района по органолептическим и химическим показателям.

Задачи:

1. Изучить методику исследования.
2. Произвести отбор образцов воды на анализ.
3. Провести практическую работу по изучению органолептических, физических и химических свойств природной воды по сезонам.
4. Определить качество природной воды методом биотестирования с помощью семян огурца.
5. Сделать сравнительный анализ природной воды.

Методы исследования: теоретический (анализ литературных источников), экспериментальный (проведение экспериментов для определения качества природных вод), эмпирический (наблюдение, эксперимент), математический (построение таблиц).

Практическая значимость: данное исследование поможет получить информацию о состоянии качества природной воды Нижневартовского района и привлечь внимание общественности к проблеме загрязнения поверхностных и грунтовых вод.

Вывод: в процессе данного исследования проведена экспериментальная работа по определению качества природных вод Нижневартовского района, дана оценка экологического состояния водных ресурсов.

Тема исследовательской работы:

«Анализ качества природных вод Нижневартовского района»

Автор: Арсеньев Владимир Александрович

9 класс, МАУДО г. Нижневартовска «ЦДТ»

План исследования

Вода – это Н2О, то есть два атома водорода и один атом кислорода, но есть еще третье, превращающее эти атомы в воду, и никто не знает, что это такое. Слово «вода» происходит от древнегерманского «мокрый, текучий». В химии встречаются разные названия этого соединения, самые распространенные – это гидроксид водорода и оксид водорода. Вода оказывает существенное влияние на формирование климата и погоды.

Гипотеза: предположим, что качество поверхностных и грунтовых вод Нижневартовского района соответствует качественным показателям.

Предмет исследования: качество воды.

Объект исследования: природная вода из разных источников.

На первом этапе были изучены литературные источники качественных характеристик природных вод, их значение, также изучены методики определения органолептических и химических показателей природной воды.

На втором этапе проведено исследование органолептических и химических показателей природной воды (озерной, болотной, грунтовой, дождевой, талой).

Любое знакомство со свойствами воды начинается с определения органолептических показателей.  

Для этого был произведен отбор проб природной воды.

Проба №1 – озерная вода

Проба №2 – болотная вода

Проба №3 – грунтовая вода

Проба №4 – дождевая вода

Проба №5 – талая вода

Проба №6 – дистиллированная вода (контроль)

Исследование проводилось в Нижневартовском районе, в районе поселка Излучинск. Для определения органолептических показателей использовались визуальный, сравнительный метод. При исследовании были соблюдены следующие правила: для получения максимально достоверного результата были взяты  три пробы воды, а результат рассчитывали по среднему значению; чем меньше времени проходит после отбора воды перед ее анализом, тем точнее результат; выполняли эксперименты, строго следуя методическим рекомендациям. Работа выполнялась на базе Центра детского творчества. Исследование проводилось с 15 августа 2022 г. до 30.04.2023 г., в разное время года.

Анализ полученных результатов

Если сравнить органолептические показатели исследуемых проб природной воды, то  можно отметить следующее: взвешенных частиц, а, значит, мутности нет только в дождевой и дистиллированной воде. В остальных пробах воды были выявлены незначительные отклонения, самая мутная вода оказалась болотная; анализ цветности воды показал, что самая светлая вода – это дождевая, в остальных пробах цвет воды определен, как светло-желтая. Прозрачность воды показала следующие результаты: непрозрачная вода оказалась в пробе №2 (болотная вода), малопрозрачная в пробах №1, 3, 5 (озерная, грунтовая и талая вода), прозрачная в пробе №2 (дождевая) и контрольной воде.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод:

• самые хорошие показатели оказались в пробе №4 (дождевая вода): взвешенных частиц и запаха нет, вода прозрачная, светлая;
• в пробах №1 и №2 есть небольшое количество взвешенных частиц (0,02 в болотной воде – проба №2 и 0,01 в грунтовой воде – проба №3), вода имеет светло-желтую цветность, средне-мутную прозрачность, запаха нет в пробе №3 (грунтовая вода), а в пробе №2 (болотная вода) запах природного происхождения болотный;  
• самые плохие показатели в пробе №2 (болотная вода), здесь имеются не только взвешенные частицы 0,02, но и болотный запах, цвет светло-коричневый, прозрачность мутная.

Подводя итоги, можно отметить, что по органолептическим показателям самый лучший результат у дождевой воды, самый неудовлетворительный показатель у болотной воды.

На третьем этапе провел исследование по определению химических показателей воды, которым относятся:

1. содержание кислорода в природной воде;
2. жёсткость – это показатель содержания кальция и магния;
3. водородный показатель (рН);
4. биогенные элементы (аммоний/аммиак, нитриты, нитраты)
5. содержание ионов железа.

Исследования проводились в лабораторных условиях МАУДО города Нижневартовска «ЦДТ» с помощью химических препаратов. Изучив методику измерения параметров воды, было проведено исследование в разные времена года.

Оценка результатов исследования на выявление содержания кислорода в воде показала:

1. Озерная вода имеет бледно-лилово-розовую окраску, что говорит о 6 мг/л.
2. Болотная вода имеет желтую окраску. Предельно-возможная концентрация растворенного кислорода составило 16 мг/л.
3. Грунтовая вода имеет лилово-розовую окраску, что говорит о 2 мг/л.  
4. Дождевая вода имеет слабо-лилово-розовую окраску. Это означает, что содержимое  растворенного в воде кислорода равно 4 мг/л.
5. Талая вода имеет бледно-розовую окраску. Это означает, что содержимое растворенного в воде кислорода равно 8 мг/л.
6. В контрольно образце с дистиллированной водой окраска стала бледно лилово-розовой, что соответствовало 6 мг/л.

Величина рН во всех образцах природной воды была в пределах нормы – 6-6,5, только болотная вода показала значение 5,5, что является кислой средой, это происходит за счет гуминовых кислот, которые образуются при разложении растительных останков, а вот pH грунтовых вод 7, что немного выше среднего показателя. 

Результаты исследования природных вод на жесткость показали, что во всех образцах вода мягкая.

Концентрация нитритов в поверхностных водах (пробы №1, №2) составляет сотые доли миллиграмма в 1 дм3; в грунтовой воде (проба №3) концентрация нитритов выше (сотые доли миллиграмма в 1 дм3). В дождевой и талой воде нитриты не обнаружены. Сезонные колебания содержания нитритов характеризуются отсутствием их зимой и появлением весной при разложении неживого органического вещества. Наибольшая концентрация нитритов наблюдается в конце лета, их присутствие связано с активностью фитопланктона. Осенью содержание нитритов уменьшается.

Концентрация нитратов в поверхностных водах оказалась выше, чем в грунтовых водах, так как почва выступает своеобразным фильтром на пути передвижения нитратного азота. Анализ грунтовой воды показал повышенное содержание нитратов, что говорит об отсутствии потребителей нитратов: фитопланктонов и денитрофицирующих бактерий, которые при недостатке кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ. В талой и дождевой воде нитратов не обнаружено.

Аммиак/аммоний не обнаружен ни в одной из проб воды, что говорит о том, что эти вещества уже перешли в нитриты и нитраты.

Концентрация железа в природных водах подвержена сезонным колебаниям: в летний и зимний период концентрация железа в поверхностных водах увеличивается, весной и осенью уровень железа значительно снижается из-за перемешивания водных масс. В болотных водах содержание железа повышенное, так как происходит соединение ионов железа с растворенными солями гуминовых кислот. Наибольшие концентрации железа  наблюдаются в подземных водах с низким значением pH.

На четвертом этапе определения качества природной воды был выбран метод биотестирования. В качестве тест-объектов были выбраны семена огурца, проведены опыты на всхожесть семян, их рост и развитие в лабораторных условиях.

Биотестирование показало следующие результаты – лучшие показатели были у опытных образцов №3,4,5,6, которые поливали дождевой, талой, грунтовой, дистиллированной водой; худшие результаты показали образцы №1,2 (озерная и болотная вода).

В ходе выполнения исследовательской работы была изучена  литература об особенностях природной воды, об экологическом состоянии водных объектов Нижневартовского района. Освоена методика определения органолептических, химических показателей качества природной воды, изучен метод биотестирования, проведена оценка качества воды. Цель данного исследования выполнена, гипотеза частично подтверждена, что природная вода соответствует нормативным показателям. Но использовать ее для питья нельзя, так как в ней обнаружены биохимические загрязнения и повышенное содержание железа. Значимость данного исследования состоит в том, что по показателям качества воды можно судить об экологическом состоянии Нижневартовского района. От качества природной воды зависит не только здоровье человека, но и жизнедеятельность всех живых организмов.

Состояние воды – это важный вопрос сохранения окружающей среды. Оно способно изменить планету и сделать качество жизни совершенно другим. Экологические проблемы, связанные с загрязнением воды, находятся под пристальным вниманием государственных и общественных организаций.

В следующих исследованиях проведу исследование и анализ качества питьевой воды, узнаю про очищение воды от хлора.

Тема исследовательской работы:

«Анализ качества природных вод Нижневартовского района»

Автор: Арсеньев Владимир Александрович

9 класс, МАУДО г. Нижневартовска «ЦДТ»

Научная статья

СОДЕРЖАНИЕ

  ВВЕДЕНИЕ

Самое важное, уникальное по свойствам и составу вещество нашей планеты - это вода. Твердая, жидкая, в виде пара – она нужна и важна любая. Вода — довольно простое вещество с химической точки зрения, однако при этом она обладает рядом необычных свойств, которые не перестают удивлять ученых. Экология воды это важная часть экосистемы. Загрязнение воды в настоящее время стало серьезной проблемой мирового масштаба. Наиболее опасными процессами, влияющими на качество природных вод в Ханты-Мансийском автономном округе-Югре являются нефтяное и солевое загрязнение. А значительная заболоченность приводит к повышенному загрязнению медью, марганцем, железом. Интересно, а какая вода в естественных водоемах Нижневартовского района? Соответствует ли она качественным показателям?

Гипотеза: предположим, что качество поверхностных и грунтовых вод Нижневартовского района соответствует качественным показателям.

Цель: исследование экологического состояния природной воды Нижневартовского района по органолептическим и химическим показателям.

Задачи:

6. Изучить методику исследования.
7. Произвести отбор образцов воды на анализ.
8. Провести практическую работу по изучению органолептических, физических и химических свойств природной воды по сезонам.
9. Определить качество природной воды методом биотестирования с помощью семян огурца.
10. Сделать сравнительный анализ природной воды.

Методы исследования:

1. теоретический – анализ литературных источников о воде, об экологическом состоянии открытых водоемов Нижневартовского района; изучение методики определения органолептических свойств и химического состава воды;
2. экспериментальный, включающий проведение экспериментов для выявления качества воды;
3. эмпирический – наблюдение, эксперимент;
4. математический – построение таблиц.

Предмет исследования: качество воды.

Объект исследования: природная вода из разных источников.

Практическая значимость: данное исследование поможет получить информацию о состоянии качества природной воды Нижневартовского района и привлечь внимание общественности к проблеме загрязнения поверхностных и грунтовых вод.

   I.  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1    Вода известная и неизвестная

«Вода – это Н2О, то есть два атома водорода и один атом кислорода, но есть еще третье, превращающее эти атомы в воду, и никто не знает, что это такое», – Девид Герберт Лоренц. Вода является важнейшим веществом всех живых организмов на Земле. Слово «вода» происходит от древнегерманского «мокрый, текучий». В химии встречаются разные названия этого соединения, самые распространенные – это гидроксид водорода и окись водорода. У воды нет цвета, вкуса, запаха. У нее нулевая калорийность. В ней сочетается простота и сложность. Вода имеет всего 3 атома: 2  - водорода и 1 кислорода. Ученые не могут понять, как они между собой взаимодействуют. Ведь такое соединение, согласно химическим законам, должно быть газообразным, а вода жидкая. Известно, что вода в природе существует в 3 состояниях: твердом, жидком и газообразном. Но уже сегодня ученые выделяют более 20 состояний воды, из которых только 14 – это вода в замерзшем состоянии. Удивительно, но вода это единственное вещество на Земле, плотность которого в твердом состоянии меньше, чем в жидком. Именно поэтому лед не тонет, а водоемы не промерзают до самого дна.

Еще один факт: вода — универсальный растворитель. По количеству и качеству растворенных в воде элементов и минералов ученые выделяют приблизительно 1330 видов воды: минеральная и талая, дождевая и роса, ледниковая и артезианская и т.д.

Что еще мы знаем о воде? То, что она состоит из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода знают все. А вот о том, что они притягиваются друг к другу водородной мостиковой связью знают не все. Эта связь объясняет ее основные свойства: поверхностное натяжение, капиллярность (способность молекулы H2O перемещаться в узких пространствах), увеличение плотности воды с понижением температуры до 4оС (ниже этого градуса плотность уменьшается).

Жидкая водная оболочка Земли называется гидросферой, а твёрдая — криосферой. Вода выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений.

Вода оказывает существенное влияние на формирование климата и погоды. Водяные пары обладают высокой теплоемкостью и низкой теплопроводимостью, свойствами, которые смягчают сильные перепады температуры, аккумулируя солнечное тепло, выравнивают годичные и суточные колебания температуры. Вода, возвращающаяся в атмосферу путем эвапотранспирации (круговорот воды), поддерживает леса, пастбища, газоны и позволяет получать урожаи культур. Вода разрушает, растворяет и транспортирует неорганические вещества, способствует отложению осадочных пород и образованию почвы.

Природная вода никогда не бывает абсолютно чистой и всегда содержит примеси. Примеси поступают в воду из окружающей среды (ОС) в процессе её круговорота. Вода, испаряясь, поступает в атмосферу, конденсируется и возвращается на поверхность Земли в виде осадков, образуя поверхностные и подземные стоки и водоемы. Подземные стоки создаются при просачивании атмосферной влаги в более или менее глубокие слои осадочных горных пород, где вода собирается над водонепроницаемыми пластами, стекает по ним и выходит вновь на поверхность земли в местах выхода этих пластов, сливаясь с поверхностными стоками. По руслам ручьев и рек вода перемещается к озерам, морям, водохранилищам, завершая этим природный круговорот.

Занимая промежуточное положение между атмосферой и литосферой, гидросфера постоянно находится в тесной взаимосвязи с ними. Поэтому загрязнение воды отрицательно скажется на состоянии других оболочек нашей планеты и приведёт к изменениям в них.

1.2    Водные объекты Нижневартовского района и их экологическое состояние

Нижневартовский район расположен в средней части бассейна реки Обь. Среднее Приобъе, в пределах Нижневартовского района, характеризуется обилием озер, которые размещены на сильно заболоченной территории. Реки полноводные, с обширными поймами и широкими долинами. По территории Нижневартовского района протекает более 2 тыс. рек и ручьев, общая протяженность водотоков района составляет около 40 тыс. километров. Питание рек района смешанное: талые воды, осадки и грунтовые воды. Для рек характерно сильно растянутое половодье, пониженная пропускная способность и пониженная дренирующая роль, что является одним из важных факторов переувлажнения и заболачивания территории. На территории расположено большое количество озер (в среднем 6,3% от общей площади). Озера распределяются по территории неравномерно: наибольшее количество озер расположено в правобережной части водосбора р. Обь. Преобладают водоемы с площадью зеркала менее 1 км2. Средних и крупных озер мало.

Средняя заболоченность Нижневартовского района составляет около 40%. Развитию процессов интенсивного заболачивания в основном способствуют: высокая степень увлажнения, замедленный сток поверхностных вод, многолетняя мерзлота, близкое к поверхности залегание грунтовых вод. Сведения о химическом составе пресных подземных вод свидетельствуют о том, что подземные воды Нижневартовского района не соответствуют требованиям ГОСТ 2874-82 и нормам ПДК (предельно-допустимые концентрации) из-за существенного превышения нормативов по органолептическим показателям - мутности, цветности и по содержанию примесей железа, марганца.

Антропогенными загрязнителями поверхностных и подземных вод Нижневартовского района являются: нефть и нефтепродукты, поступающие в водоемы и на площадь водосбора при авариях нефтепроводов, при горении факелов, разливах содержимого шламовых амбаров, со сточными водами; минеральные соли, входящие в состав пластовых и подтоварных вод, а также жидкой фазы буровых растворов; тяжелые металлы, СПАВ, полиакриламиды и другие компоненты буровых растворов. Основными источниками загрязнений поверхностных вод являются нефтегазодобывающие предприятия, сточные воды городов и поселков, в летний период - самоходный и нефтеналивной флот.

1. 3  Показатели качества природной воды

Оценка качества окружающей среды предполагает сравнение ее состояния с определенными качественными показателями естественного ненарушенного состояния природных объектов или фоновыми показателями среды, которые устанавливаются на основе специальных исследований или в результате экспертных оценок.

Природные воды – это очень сложные растворы различных веществ, в отличие от химически чистой воды. Они различаются по своему химическому составу, по общей концентрации растворенных веществ и формам их соединений, количественному соотношению между компонентами состава. Это обусловлено сложностью состава веществ, находящихся в природе, и от условий, в которых происходили взаимодействия этих веществ с водой.

В природных водах присутствуют живые организмы, жизнедеятельность которых изменяет химический состав воды. Происходит создание органического вещества в процессе извлечения растительными и животными организмами из воды химических элементов и возврат химических элементов в воду после отмирания этих организмов. Существенно изменяет состав воды и деятельность человека. (Юрков, 1962).

Концентрация примесей в природной воде характеризует ее свойства, совокупность которых определяет качество самой воды. Показатели качества природной воды можно разделить на биологические, когда учитываются все живые организмы (гидробионты) и определяется общая численность бактерий; химические, включающие общую жесткость, активную реакцию, окисляемость и сухой остаток и физические, к которым относятся температура, цветность, взвешенные вещества, запах и вкус.

В водных системах всегда в том или ином количестве присутствуют различные неорганические вещества, которые играют определенную роль в жизнедеятельности всех живых организмов: водородный показатель (рН), общая жесткость (qH), фосфаты (PO4), аммиак/аммоний (NH3/NH4), нитраты (No3), нитриты (NO2), железо (Fe).

Величина рН один из важнейших показателей качества природной воды. Для большинства речных вод величина рН колеблется  в пределах 6,5 – 8,5, в болотах вода кислее за счет гуминовых кислот - там pH 5.5 – 6.0, в подземных водах pH обычно выше.  Величина рН природной воды постоянно меняется, это зависит от многих причин: температуры, глубины грунтовых вод. Для большинства животных и растений, обитающих в воде, пригодным для жизни является специфический уровень кислотности. Даже незначительное её изменение приводит к их гибели. При значении водородного показателя ниже 4 или выше 10 погибает почти вся рыба, а многие животные не выживают в среде, где рН менее 3 и больше 11.

Общая жесткость воды (qH) – это концентрация ионов магния и кальция. Воду в зависимости от ее общей жесткости принято классифицировать следующим образом: очень мягкая – жесткость до 5o qH, мягкая – 5-10o qH, средней жесткости – 10-20o qH, жесткая – 20-30o qH, очень жесткая свыше 30o qH.

Аммиак (NH3) в природной воде образуется при разложении азотсодержащих органических веществ, то есть в результате жизнедеятельности рыб и других обитателей водоемов, а так же разложения растений. Аммиак хорошо растворим в воде с образованием гидроксида аммония (NH4) и при разложении является токсичным веществом, делающим невозможным процесс дыхания рыб. Аммоний менее токсичен, но не безопасен. Основными источниками поступления аммиак/аммония в природные воды являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды.

Нитриты (NO2) это соли азотистой кислоты, они представляют собой промежуточную ступень в цепи бактериальных процессов окисления аммония до нитратов (нитрификация - только в аэробных условиях) и, напротив, восстановления нитратов до азота и аммиака (денитрификация - при недостатке кислорода). В поверхностных водах нитриты находятся в растворенном виде. Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления NO2 в NO3, что указывает на загрязнение водного объекта, т. е. является важным санитарным показателем.

Нитраты (No3) это соли азотной кислоты. Соли азотной кислоты (нитраты) – конечные продукты минерализации органических веществ бактериями, присутствующими в почве и в воде с достаточным содержанием кислорода. Присутствие в воде нитратов без аммиака и нитритов указывает на завершение процесса минерализации. Одновременное содержание в воде аммиака, нитритов и нитратов свидетельствует о незавершенности этого процесса и продолжающемся, опасном в эпидемическом отношении загрязнении воды. Некоторые нитраты и нитриты образуются при вымывании дождем окислов азота, которые являются результатом разряда молнии или поступают из антропогенных источников. В природных чистых водах нитратов, как правило, немного.

Повышенная концентрация ионов аммиак/аммония и нитритов обычно указывает на свежее загрязнение водоема, а содержание нитратов на загрязнение в предшествующее время.

Железо (Fe) является важным микроэлементом для нормального роста и развития водных растений и одним из ключевых элементов, участвующих в процессе фотосинтеза. Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. Количество железа в поверхностных водах зависит от химического состава воды, pH и частично от температуры. Значительные количества железа поступают с подземным стоком. Являясь биологически активным элементом, железо влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме.

   II.   ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 2.1  Отбор проб природной воды 

Исследование проводилось в Нижневартовском районе, в районе поселка Излучинск. Для оценки качества пресной природной воды были взяты образцы атмосферной (дождевой, талой), поверхностной (болотной, озерной), подземной (грунтовой). В работе использовались визуальный, сравнительный метод. При исследовании были соблюдены следующие правила: для получения максимально достоверного результата были взяты  три пробы воды, а результат рассчитывался по среднему значению; чем меньше времени проходит после отбора воды перед ее анализом, тем точнее результат; выполнял эксперименты, строго следуя методическим рекомендациям. Работа выполнялась на базе Центра детского творчества. Исследование проводилось с 15 августа 2022 г. до 30.04.2023 г., в разное время года.

2.2   Органолептические характеристики природной воды

Любое знакомство со свойствами воды начинается с определения органолептических показателей. Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды. К таким характеристикам относятся цветность, мутность, прозрачность, запах воды. Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем.

С целью установления показателей качества природной воды органолептическим методом, были проведены исследования по содержанию взвешенных частиц, цветности, запаха, прозрачности, температуры в разные времена года: летом 2022 г. (исследование №1), осенью 2022 г. (исследование №2), зимой 2023 г. (исследование №3), весной 2023 г. (исследование №4). Проведен сравнительный анализ органолептических показателей (таблица №1).  

Исследование влияния температуры воды на ее качество

Температура воды – важнейший фактор, влияющий на протекание в водоеме физических, химических, биохимических и биологических процессов, от которых в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. 

Оборудование: водный термометр.

Ход работы: водный термометр помещал в исследуемую воду на 2 минуты на глубину 10 см. Не вынимая термометра из воды, определял температуру воды. Исследование проведено с опытными образцами воды в разное время года. Результаты занесены в таблицу.

Исследование мутности

Мутность воды – это мера содержания в ней взвешенных частиц, различных по происхождению. Это могут быть частицы глины, ила, песка, планктонные организмы.

Оборудование: лабораторные весы, бумажный фильтр.

Ход работы: взвесил бумажный фильтр, определил массу фильтра, она составила 500 мг/л, отфильтровал 1литр природной воды, высушил использованный фильтр, взвесил высушенный фильтр и определил его массу, разница массы фильтра до и после фильтрования показывает количество взвешенных частиц. Исследование мутности воды проведено с каждым видом исследуемой воды в разное время года. Данные занесены в таблицу.

Исследование цвета воды

Цвет природной воды обусловлен наличием в нем кислот, загрязнений, соединений железа, цветущих водорослей. Для описания цвета воды использовал обычные его названия: желтый, светло-желтый, зеленоватый, бурый и т.д. Экспертиза цветности воды была проведена со всеми образцами воды и разное время года. Результаты занесены в таблицу №1.

Определение запаха воды

Оборудование: пробы воды, колба с притертой крышкой.

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250-350 мл поместил 100 мл испытуемой воды (t = 20°С). Колбу закрыл пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешал вращательными движениями,  после чего открыл пробку и определил характер и интенсивность запаха. То же повторил с нагретой до 60°С водой. Характер и интенсивность запаха каждого вида природной воды, в разное время года определял сначала при t = 20°С, затем при t = 60°С. Данные занес в таблицу.

Определение прозрачности воды

Оборудование: пробы воды, стеклянный мерный цилиндр высотой 30 см, газетный лист.

Количество взвешенных частиц в воде влияет на ее прозрачность. Прозрачность исследуемой воды оценивается по одной из характеристик: прозрачная, малопрозрачная, непрозрачная.

Ход: налил в стеклянный мерный цилиндр высотой 30 см исследуемую воду. Цилиндр с водой поместил над текстом с расстояния 12 см, читал  сквозь водяной столб. Если текст не был виден, опускал колбу с водой до 5 см.

Анализ полученных результатов

Если сравнить органолептические показатели исследуемых проб природной воды, то  можно отметить следующее: взвешенных частиц, а, значит, мутности нет только в дождевой и дистиллированной воде. В остальных пробах воды были выявлены незначительные отклонения, самая мутная вода оказалась болотная; анализ цветности воды показал, что самая светлая вода – это дождевая, в остальных пробах цвет воды определен, как светло-желтая. Прозрачность воды показала следующие результаты: непрозрачная вода оказалась в пробе №2 (болотная вода), малопрозрачная в пробах №1, 3, 5 (озерная, грунтовая и талая вода), прозрачная в пробе №2 (дождевая) и контрольной воде.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод:

• самые хорошие показатели оказались в пробе №4 (дождевая вода): взвешенных частиц и запаха нет, вода прозрачная, светлая;
• в пробах №1 и №2 есть небольшое количество взвешенных частиц (0,02 в болотной воде – проба №2 и 0,01 в грунтовой воде – проба №3), вода имеет светло-желтую цветность, средне-мутную прозрачность, запаха нет в пробе №3 (грунтовая вода), а в пробе №2 (болотная вода) запах природного происхождения болотный;  
• самые плохие показатели в пробе №2 (болотная вода), здесь имеются не только взвешенные частицы 0,02, но и болотный запах, цвет светло-коричневый, прозрачность мутная.

Подводя итоги, можно отметить, что по органолептическим показателям самый лучший результат у дождевой воды, самый неудовлетворительный показатель у болотной воды.

2. 3   Химический анализ природной воды

Основными химическими показателями качества воды являются:

6. содержание кислорода в природной воде;
7. жёсткость – это показатель содержания кальция и магния;
8. водородный показатель (рН);
9. биогенные элементы (аммоний/аммиак, нитриты, нитраты)
10. содержание ионов железа.

Исследования проводилось в лабораторных условиях МАУДО города Нижневартовска «ЦДТ» с помощью химических препаратов. Изучив методику измерения параметров воды, было проведено исследование в разные времена года. Данные исследования были занесены в таблицу №2.

Исследование №1 Определение содержания растворенного кислорода в воде

Оборудование: бумажные фильтры, 30% серная кислота, 0,01 раствор перманганата калия.

Ход исследования: отфильтровать пробы воды. Затем к 10 мл, отфильтрованной воды добавить 0,5 мл. 30% - ной серной кислоты и 1 мл. 0,01 раствора перманганата калия, перемешать содержимое и оставить на 20 минут при температуре 20ºС.

Если раствор остался ярко-розовым, то содержание растворенного кислорода в воде можно считать = 1 мг/л., если окраска раствора стала лилово-розовой, то 2 мг/л., если слабо лилово-розовой, то 4 мг/л, если бледно-лилово-розовой цвет, то 6 мг/л., если бледно-розовой, то 8 мг/л., если желтый, то 16 мг/л. Данные занесены в таблицу.

Вывод: оценка результатов исследования на выявление содержания кислорода в воде показала:

7. Озерная вода имеет бледно-лилово-розовую окраску, что говорит о 6 мг/л.
8. Болотная вода имеет желтую окраску. Предельно-возможная концентрация растворенного кислорода составило 16 мг/л.
9. Грунтовая вода имеет лилово-розовую окраску, что говорит о 2 мг/л.  
10. Дождевая вода имеет слабо-лилово-розовую окраску. Это означает, что содержимое  растворенного в воде кислорода равно 4 мг/л.
11. Талая вода имеет бледно-розовую окраску. Это означает, что содержимое растворенного в воде кислорода равно 8 мг/л.
12. В контрольно образце с дистиллированной водой окраска стала бледно лилово-розовой, что соответствовало 6 мг/л.

Исследование №3 Определение содержания ионов водорода рН в воде 

Оборудование: пробы воды,  рН-метр.

Ход работы: исследование проводилось с пробами природной воды в разное время года, определение значений рН проводилось с помощью специального прибора «рН-метра», так как с помощью этого прибора можно получить более точные результаты. Данные занесены в таблицу.

Вывод: величина рН во всех образцах природной воды была в пределах нормы – 6-6,5, только болотная вода показала значение 5,5, что является кислой средой, это происходит за счет гуминовых кислот, которые образуются при разложении растительных останков, а вот pH грунтовых вод 7, что немного выше среднего показателя. 

Исследование №4 Измерение постоянной жесткости воды

Оборудование: тест-gH, инструкция, вода.

Ход работы: жесткость воды проводилась при t 20°C. Пробу анализируемой воды разделил на 2 части. Далее в колбу вместимостью 250 см3 налил одну часть исследуемой воды объемом 100 см3 и 5 см3 буферного раствора. Для приготовления 500 см3 буферного раствора в мерную колбу вместимостью 500 см3 было помещено 10 г. хлорида аммония, добавлено 100 см3 дистиллированной воды и 50 см3 25% раствора аммиака. Хорошо перемешал раствор и добавил дистиллированную воду до метки. Буферный раствор годен для использования не более 2 месяцев.

Далее добавил от 5 до 7 капель раствора индикатора (раствор трилона) и быстро перемешал. Данные занес в таблицу.

Вывод: результаты исследования показали, что во всех образцах вода мягкая.

Исследование №5 Измерения концентрации NH3/NH4 (аммиака и аммония) в природной воде

Определение концентрации аммиака проводил с помощью тест-комплекта «Аммиак-аммоний» согласно инструкции: прополоскать прилагающийся мерный стаканчик исследуемой водой, поместить в мерный стаканчик 5 мл исследуемой воды, добавить в воду шпателем 0,01 г. сегнетовой соли и 0,25 мг реактива Несслера, Содержимое пробирки перемешать круговыми движениями руки. Оставить на 2 минуты для завершения реакции. Поместить стаканчик на белый фон в центре прилагаемой цветовой шкалы и сопоставить цвет жидкости в стаканчике с цветовой шкалой. Определить значение концентрации ионов аммония в мг/л.

Вывод: аммиак/аммоний не обнаружен ни в одной из проб воды, что говорит о том, что эти вещества уже перешли в нитриты и нитраты.

Измерение NO2 (нитритов) в воде проводилось с помощью тест комплекта «Нитриты» согласно инструкции: прополоскал прилагающийся мерный стаканчик исследуемой водой, поместил в мерный стаканчик 5 мл исследуемой воды, добавил содержимое 1 капсулы реактива Грисса, закрыл стаканчик крышкой и перемешал круговыми движениями до полного растворения кристаллов реактива. Оставил стаканчик на 20 минут до полного завершения реакции. Поместил мерный стаканчик с тестируемым раствором на белый фон в центре цветовой шкалы. Сопоставил цвет раствора с цветовыми секторами шкалы и определил значение концентрации нитрит-ионов в мг/л.

Вывод: концентрация нитритов в поверхностных водах (пробы №1, №2) составляет сотые доли миллиграмма в 1 дм3; в грунтовой воде (проба №3) концентрация нитритов выше (сотые доли миллиграмма в 1 дм3). В дождевой и талой воде нитриты не обнаружены. Сезонные колебания содержания нитритов характеризуются отсутствием их зимой и появлением весной при разложении неживого органического вещества. Наибольшая концентрация нитритов наблюдается в конце лета, их присутствие связано с активностью фитопланктона. Осенью содержание нитритов уменьшается.

Измерение NO3 (нитратов) в воде проводил с помощью «Тест-нитрат» согласно инструкции: взболтать индикатор перед применением, прополоскать прилагающийся мерный стаканчик исследуемой водой, поместить в мерный стаканчик 5 мл исследуемой воды, добавить 1 лопаточку без горки порошка из контейнера, закрыть стаканчик крышкой и перемешать содержимое круговым движением руки в течении 15 секунд. Снять крышку и добавить 5 капель индикатора из флакона №1, закрыть стаканчик и перемешать содержимое 3-5 секунд. Снять крышку и добавить 5 капель индикатора из флакона №2, закрыть стаканчик и перемешать содержимое 3-5 секунд. Поместить мерный стаканчик с тестируемым раствором на белый фон в центре цветовой шкалы на 5-7 минут. Сопоставить цвет раствора с цветовыми секторами шкалы и определить уровень концентрации нитрат-ионов.

Вывод: концентрация нитратов в поверхностных водах оказалась выше, чем в грунтовых водах, так как почва выступает своеобразным фильтром на пути передвижения нитратного азота. Анализ грунтовой воды показал повышенное содержание нитратов, что говорит об отсутствии потребителей нитратов:  фитопланктонов и денитрофицирующих бактерий, которые при недостатке кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ. В талой и дождевой воде нитратов не обнаружено.

Исследование №6 Определение ионов железа Fe в воде проводил с помощью тест-комплекта «Железо общее». Ополоснул стаканчик анализируемой водой, затем  налил 10 мл исследуемой воды, добавил 4 капли раствора солянокислого гидроксиламина, закрыл пробкой и встряхнул для перемешивания раствора. Добавил 1,0 мл ацетатного буферного раствора и 0,5 мл раствора орто-фенантролина. После каждого добавления раствор перемешивал в течение 1-2 минут, после чего оставил на 20 минут для полного развития окраски. После этого поставил стаканчик с раствором на белый фон цветной шкалы и определил значение концентрации железа в мг/л. Нормой считается 0,2 – 0,3 мг/л.

Вывод: результаты проведенного исследования показали, что концентрация железа в природных водах подвержена сезонным колебаниям: в летний и зимний период концентрация железа в поверхностных водах увеличивается, весной и осенью уровень железа значительно снижается из-за перемешивания водных масс. В болотных водах содержание железа повышенное, так как происходит соединение ионов железа с растворенными солями гуминовых кислот. Наибольшие концентрации железа  наблюдаются в подземных водах с низким значением pH. Результаты данного исследования представлены в таблице №2. (Приложение 2)

 2.4  Оценка качества воды методом биотестирования

Для определения качества природной воды был выбран метод биотестирования. В качестве тест-объектов были выбраны семена огурца, проведены опыты на всхожесть семян, их рост и развитие в лабораторных условиях.

В заранее стерилизованные, подписанные чашки Петри были помещены фильтры, затем в каждую чашку Петри добавлено 10 мл. тестируемой воды и в каждую чашку Петри заложено по 10 семян огурца. В качестве контроля была взята дистиллированная вода. Огурец предъявляет повышенные требования к влажности почвы и воздуха, для набухания семени нужно 36-42% воды от его абсолютно сухой массы, а для прорастания — на 20-25% больше. Огурцы не переносят полива холодной водой и водой, температура которой ниже температуры почвы. Для дыхания и нормального развития растениям необходим кислород, в котором особенно нуждается корневая система. При недостатке его в почве задерживается рост корневой системы, а при анаэробных условиях растение иногда переходит на нитратное дыхание, большая часть корней при этом отмирает. Семена огурцов при недостатке кислорода резко снижают энергию прорастания.

В течение всего эксперимента проводился контроль по параметрам: прорастание семян, особенности роста корневой системы. Наблюдение проводилось в осенний период, в течение 15 дней. Воздействие тестируемых вод на семена огурца оценивалось путем подсчета выросших корней и сравнения. Когда семена проросли и эксперимент с проростом семян закончился, проросшие семена были высажены в торфяные таблетки из перегноя и торфа, которые залил опытной водой так, чтобы вода полностью покрыла таблетку. Емкость для посадки накрыл прозрачной крышкой и поставил на подоконник, где много света. Полив выполнял с помощью разбрызгивания воды по поверхности.

Эксперимент продолжался, осуществлял полив образцами тестируемой природной водой, вел наблюдение за ростом саженцев огурца в течение 10 дней, подсчитывал количество появившихся листьев, обращал внимание на цвет листьев и упругость стеблей.  Данные записывал в таблицу №3. (Приложение 3)

Вывод: биотестирование показало следующие результаты – лучшие показатели были у опытных образцов №3,4,5,6, которые поливали дождевой, талой, грунтовой, дистиллированной водой; худшие результаты показали образцы №1,2 (озерная и болотная вода).

III.   АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Если сравнить органолептические показатели исследуемых проб природной воды, то  можно отметить следующее: взвешенных частиц, а, значит, мутности нет только в дождевой и дистиллированной воде. В остальных пробах воды были выявлены незначительные отклонения, самая мутная вода оказалась болотная; анализ цветности воды показал, что самая светлая вода – это дождевая, в остальных пробах цвет воды определен, как светло-желтая. По органолептическим показателям самый лучший результат у дождевой воды, самый неудовлетворительный показатель у болотной воды. Наибольшее содержание кислорода в болотной воде, наименьшее в грунтовой воде, выявлено, что количество растворенного кислорода находится в прямой зависимости от степени чистоты воды: чем чище вода, тем выше в ней содержание кислорода. рН среда во всех пробах воды имеет значения приближенные к нейтральным (6–7,5), что находится в пределах допустимой нормы для живых организмов, только в болотной воде рН составило 5,5, что относится к слабо-кислой среде. Вода   мягкая во всех образцах. Аммиак, нитриты, нитраты обнаружены в пробах воды №2 и №3 (грунтовая и болотная вода), что говорит о биологическом загрязнении, которое предполагает или присутствие в воде микроорганизмов или загрязнение сточными водами. Пониженное содержание растворенного в воде кислорода наблюдалось в образце №3 (грунтовая вода). Повышенное содержание железа отмечалось в пробах №2 и №3. Возможно, оно попадает в грунтовые воды при растворении грунтовых пород подземными водами, в болотной воде железо находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот, его называют органическое железо. В остальных пробах воды железо в допустимых нормах.  

Результаты, полученные с помощью различных методов, соответствуют друг другу. В целом состояние природной воды в Нижневартовском районе можно оценить как промежуточное между чистым и умеренно загрязненным, что соответствует 3 – 4 классу качества воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения исследовательской работы была изучена  литература об особенностях природной воды, об экологическом состоянии водных объектов Нижневартовского района. Освоена методика определения органолептических, химических показателей качества природной воды, изучен метод биотестирования, проведена оценка качества воды. Цель данного исследования выполнена, гипотеза частично подтверждена, что природная вода соответствует нормативным показателям. Но использовать ее для питья нельзя, так как в ней обнаружены биохимические загрязнения и повышенное содержание железа. Значимость данного исследования состоит в том, что по показателям качества воды можно судить об экологическом состоянии Нижневартовского района. От качества природной воды зависит не только здоровье человека, но и жизнедеятельность всех живых организмов.

Состояние воды – это важный вопрос сохранения окружающей среды. Оно способно изменить планету и сделать качество жизни совершенно другим. Экологические проблемы, связанные с загрязнением воды, находятся под пристальным вниманием государственных и общественных организаций.

В следующих исследованиях проведу исследование и анализ качества питьевой воды, узнаю про очищение воды от хлора.

        СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ашахмина Т. Я. Школьный экологический мониторинг – М.:АГАР,2000  
2. Исаев Д.С. Анализ загрязнений воды// Химия в школе. – 2001. - №5
3. Подземные воды | География. Реферат, доклад, сообщение, кратко, презентация,  лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест (doklad-referat.ru)
4. Харьковская Н.Л., Асеева З.Г. Анализ воды из природных источников// Химия в школе. – 1997. - №3. – С. 72
5. Мансурова, С.Е. Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города [Текст]: школьный практикум 9-11 классы / С.Е. Мансурова, Г.Н. Кокуева. – М. : Владос, 2001. – 112с.

Приложение 1

Таблица №1

Сравнительный анализ органолептических показателей природных вод Нижневартовского района

Приложение 2

Таблица №2

Концентрация химических веществ в природной воде

Приложение 3

Таблица №3

Дневник наблюдений за ростом и развитием семян огурца

Приложение 4

Биотестирование