Изучение экологического состояния реки Корень

В последние годы обостряется экологическая ситуация с состоянием малых рек. Химический состав их воды в конечном итоге определят экологическое состояние больших рек, которые относятся к одним из важнейших природных ресурсов. Реки используются для рыбного промысла, судоходства, во многом определяют климат, развитие сельского хозяйства, промышленности и энергетики в регионе, имеют рекреационное значение. Источниками загрязнения природных поверхностных вод являются промышленные и бытовые сточные воды, стоки животноводческих комплексов, нефтепродукты. Химические реагенты, используемые в сельском хозяйстве, удобрения и ядохимикаты. Загрязняющие вещества изменяют качества природных водоёмов, их химический состав и органолептические свойства.

Белгородская область относится к числу вододефицитных областей Центрального Черноземья. (1) На её территории протекает 470 водотоков суммарной длиной 3903 км. На 1 км 2 площади приходится 0,14 км речной сети. Природная водообеспеченность в Белгородской области в 2,5 раза ниже средне российской и несколько ниже средне региональной.

Одной из малых рек Белгородской области является река Нежеголь, протекающая через промышленный город Шебекино, а так же её приток – река Корень. Последнюю можно отнести к водным объектам рыбохозяйственного назначения (РХН), так как по её руслу находятся несколько рыбхозов, один из которых ниже села Плоское.

Краткий литературный обзор. Биохимическое загрязнение природных поверхностных вод

Источники и виды загрязнения водоёмов

Под загрязнением окружающей среды понимают поступление в биосферу любых твёрдых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или видов энергии ( теплоты, звука, радиоактивности и т. п. ) в количествах, оказывающих вредное влияние на человека, животных и растения как непосредственно, так и косвенным путём.

Экологические последствия загрязнения природных вод многообразны, но в конечном итоге они ведут к постепенной деградации водных экосистем.

Среди многочисленных загрязнений вод необходимо выделить следующие:

- Биологическое загрязнение: растения, животные, микроорганизмы и способные к брожению вещества;

-Физическое загрязнения: нагревание, электромагнитные поля, радиоактивные вещества;

- Химическое загрязнение: токсические или изменяющие состав водной среды вещества.

Опасными источниками биологического загрязнения могут быть предприятия биосинтеза, в сбросах которых присутствуют живые клетки микроорганизмов.

Сброс в воды рек и морей органических веществ, вызывает сильное бактериологическое заражение воды, что служит причиной распространения инфекционных заболеваний.

Наибольший вклад в загрязнение вод органикой вносят сточные воды.

Физическое загрязнение связано с изменениями физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров среды.

Температура- это один из важнейших факторов, влияющих на выживание растений и животных. Повышение температуры приводит к уменьшению концентрации кислорода в воде, а значит к активизации процессов брожения в загрязнённых водоёмах. Нагревание воды уменьшает видовое разнообразие, как флоры, так и фауны водоёмов. Кроме того, повышается активность паразитирующих организмов.

Все электромагнитные поля в водной среде распространяются в виде токов различной частоты. Максимальное значение силы тока наблюдаются при пересечении ЛЭП рек, озёр и других водоёмов. Негативное влияние электромагнитного излучения проявляются, прежде всего, на нерестилищах, так как икра очень чувствительна к воздействию тока.

Из перечисленных видов загрязнений особенно выделяются по своей опасности - химические источники загрязнений.

Проникновение в водную среду различных токсикантов и веществ, изменяющих естественный состав воды, представляет исключительную опасность для природных экосистем и человека. В настоящее время в Мировой океан ежегодно поступает более 30 тыс. различных химических соединений в количестве до 1,2 млрд. тонн

Источники загрязнения могут быть двух типов: стационарными и линейными. Стационарными или точечными являются постоянно действующие источники с известным их точным местоположением, сбрасывающие очищенные стоки в любой пригодный водоём. Такими источниками являются: города, промышленные предприятия, коммунальные хозяйства. Если сточные воды поступают в природные водоёмы с обширных поверхностей суши, попадая сначала в многочисленные ручьи и речушки, и, достигая более крупных озёр и рек, загрязняют их во множестве точек, то такой источник называют линейным или не точечным источником загрязнения. Линейными источниками загрязнения являются транспорт и сельское хозяйство.

Химические вещества, поступающие в окружающую среду в виде жидких, газообразных и твёрдых отходов. В зависимости от целей и задач исследований их классифицируют по различным показателям:

-это источники поступления их в среду (промышленные, транспортные, энергетические, сельскохозяйственные, бытовые и другие загрязнители);

-преимущественно загрязняемые объекты (атмосферный воздух, вода, почва, продукты питания, жилища и т. д. );

- характер действия на живой организм (общие токсические, канцерогенные, мутагенные, эмбриотоксические, аллергенные и другие);

-степень опасности (разные классы опасности) и т. д.

Различают два вида воздействий химических загрязняющих веществ на организм человека: специфическое, приводящее к возникновению определённых заболеваний в результате избирательного воздействия на органы и системы организма, и неспецифическое, при котором действие элементов способствует росту болезней, этиологически связанных с другими факторами. Специфическое действие проявляется при значительных дозах поллютантов, неспецифическое – при низких. Специфическое действие характерно для большинства загрязняющих веществ, в том числе ртути, кадмия, свинца, мышьяка, фтора.

Независимо от того, имеют загрязнения физический или химический характер. Общий для них являются способы проникновения в рассматриваемую систему, утечка или просачивание с последующим переносом, перенос речным потоком, взаимодействие и перенос на поверхности разделов воздух – вода, и вода – осадок. Однако при любых условиях проникающие в систему загрязнения будут находиться либо в растворённой форме, либо в виде взвеси. В некоторых они переводятся в эти формы в результате взаимодействия с гидросферой. Дальнейшая судьба загрязнения зависит от его реакционной способности и доступности реакционных центров физического, химического или биологического происхождения.

Основная причина загрязнения водоёмов – сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, коммунальным и сельским хозяйством. Если город в сутки потребляет 600 тыс. м3 воды. То это даёт около 500 тыс. м 3 сточных вод. Остатки удобрений, ядохимикатов и других вредных веществ, вымываемые из почвы, попадают в водоёмы и загрязняют их.

Сточные воды – это воды, используемые на бытовые или производственные нужды и получившие при этом дополнительные примеси, изменившие их первоначальный химический состав или физические свойства, а так же воды, стекающие с территорий населённых пунктов, промышленных предприятий и сельскохозяйственных полей в результате выпадения осадков.

В настоящее время в водоёмы земного шара выпускается около 500 км3. сточных вод в год, в том числе около 200 км3. промышленных; очищаются же не более 50 % и большую часть этого объёма дают города.

По характеру воздействия на природные водоёмы различные сточные воды можно разделить на несколько групп.

Тепловое загрязнение возникает при использовании воды для отвода избыточной теплоты. Экологическая опасность теплового загрязнения природных водоёмов связано с высокой скоростью процессов жизнедеятельности водных организмов, что может вызвать перестройку и разбалансировку экосистемы.

Загрязнение минеральными солями создаёт опасность для одноклеточных организмов, обменивающихся ими с внешней средой путём осмоса. Минерализация вод в водооборотных системах приводит к ухудшению их технологических характеристик.

Загрязнение вод взвешенными частицами ухудшает прозрачность воды, уменьшается интенсивность фотосинтеза, способствует заиливанию дна в зонах низкой скорости течения. Взвешенные частицы могут оказывать неблагоприятное воздействие на жизнедеятельность гидробионтов – фильтратов. Кроме того, взвешенные частицы служат эффективными сорбентами различных загрязняющих веществ. оседая на дно, они могут стать источниками вторичного загрязнения водной среды.

Загрязнение вод нефтепродуктами создаёт опасность возникновения нефтяной плёнки на поверхности воды, препятствует газообмену с атмосферой. Особенностью нефтяных загрязнений является способность захватывать и концентрировать другие загрязнения, например тяжелые металлы и пестициды. Основной источник загрязнения в городах – автомобильный транспорт, поверхностный сток с городских территорий в период снеготаяния и ливневых дождей. Некоторые из фракций, содержащиеся в нефти весьма токсичны. В состав высококипящих фракций входят канцерогенные вещества. Нефть сама по себе тоже токсична. Она эмульгируется, образующие эмульсии могут быть токсичными и физически действовать на организмы, вызывая удушье.

Загрязнения вод органическими веществами – красителями, фенолами, СПАВ, пестицидами и другими синтетическими веществами создаёт опасность возникновения токсикологической ситуации в водоёме и влияет на внутри водоёмные процессы окисления и восстановления. Пестициды разрушают многие организмы, входящие в цикл питания, на стадии личинок, подавляют фотосинтез планктона и вызывают утончение яичной скорлупы у птиц, питающихся рыбой. Фосфаты, как продукт гидролиза ПАВ, воздействуют на растения. Являясь питательной средой для растений. Они могут вызвать их интенсивный рост. Это выражается в загрязнении раннее чистых водоёмов, где по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом, что ухудшает условия существования и других форм жизни в воде. ПАВ резко ухудшают органолептические свойства воды и снижают её способность насыщаться кислородом; изменяют химический состав природных вод и естественный ход протекающих в них химических и биохимических процессов.

Массовое применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений привело к появлению ядохимикатов в атмосфере, почвах и природных водах, загрязнению биогенными элементами водоёмов, водотоков и сельскохозяйственной продукции (нитраты, пестициды и т. п. )

Загрязнение вод биогенными элементами приводит к возникновению вторичных эффектов самозагрязнения водной среды. Биогенные элементы и патогены поступают в водоёмы в виде отходов животноводства и птицеводства, стимулируя развитие сине – зелёных водорослей, снижая содержание избыточного кислорода в воде, вызывая заморы рыбы.

НОРМАТИВЫ СОДЕРЖАНИЯ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ РАЗЛИЧНОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

В гидросферу поступает большое количество загрязняющих веществ из различных источников. Несмотря на значительную ёмкость поглощения и устойчивость по отношению к загрязняющим веществам существуют определённые пределы и уровни техногенного воздействия на окружающую среду, превышение которых приводит к необратимым последствиям.

Для предотвращения негативных последствий воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды необходимо знать их определённые уровни, при которых возможно нормальная жизнедеятельность и функционирование организмов. Основной величиной экологического нормирования содержание вредных химических соединений в компонентах природной среды являются предельно допустимая концентрация (ПДК). ПДК – максимально допустимые концентрации, при которых вещества не оказывают прямого или опосредованного влияния (при воздействии на организм в течении всей жизни) и не ухудшают гигиенические условия водопользования. При определения ПДК учитывается не только влияние загрязняющих веществ на здоровье человека, но и его воздействие на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) разработаны международные стандарты питьевой воды и в них отдельные компоненты нормируются как обязательные, другие – как желательные. Этой же международной организацией разработан Европейский стандарт качества питьевой воды.

В нашей стране нет единых общегосударственных норм качества воды, поскольку её пригодность определяется конкретными требованиями отдельных видов водопользования.

В «Правилах охраны поверхностных вод» предусмотрена охрана водных объектов трёх видов водопользования: источников хозяйственно – питьевого водопользования; водных объектов культурно – бытового и рекреационного водопользования; водоёмов рыбохозяйственного водопользования. Кроме того, сброс сточных вод определяется « Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами».

Для воды установлены предельно допустимые концентрации более чем 1100 химических соединений и ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) более 60 веществ, которые объединены в три группы по следующим лимитирующим показателям вредности (ЛПВ): санитарно – токсикологическому (с. – т. ); общесанитарному (общ). ; органолептическому (орг. ). ЛПВ учитывается при одновременном содержании нескольких вредных веществ. В соответствии с классификацией химических веществ по степени опасности они разделены на четыре класса: 1 класс – чрезвычайно опасные, 2 – высоко-опасные, 3 – опасные, 4 – умеренно опасные. В основу классификации положены показатели, характеризующие степень опасности для человека веществ загрязняющих воду, в зависимости от общей токсичности, кумулятивности, способности оказывать отдалённые побочные явления.

Состав и свойства воды водного объекта в пунктах хозяйственно – питьевого (ХПН) и культурно – бытового назначения (КБН) не должны превышать нормативы.

Гигиенические требования к составу и свойствам воды водных объектов в пунктах хозяйственно – питьевого и культурно – бытового водопользования.

Показатели состава и свойств воды водного объекта Для централизованного или нецентрализованного Категория водопользования для купания, хозяйственно-питьевого водоснабжения спорта и отдыха , а так же для водоёмов в черте населённых мест.

Взвешенные вещества Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на

0,25 мг/л 0,75 мг/л

Плавающие примеси На поверхности водоёма не должны обнаруживаться плавающие плёнки, пятна минеральных масел и скоплений других примесей

Запахи, привкусы Вода не должн6а приобретать несвойственных ей запахов и привкуса интенсивностью более 1 балла, обнаруживаемых.

Непосредственно, при пос-

ледующем хлорировании

Окраска Не должна обнаруживаться в столбике воды

20 см. 10 см.

Температура Летняя температура воды, в результате спуска сточных вод ,не должна повышаться более чем на

30С по сравнению с средне месячной температурой самого жаркого месяца года за последние 10

Водородный показатель (рH) Не должен выходить за пределы 6,5 –8,5

Минеральный состав Не должен превышать по сухому остатку 1000,0 мг/л, в том числе хлоридов 350,0 мг/л, сульфатов

500,0 мг/л.

Растворённый кислород Не должен быть менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч. дня.

БПК полное Полная потребность воды в кислороде при 20 0 С не должна превышать

3 мг/л 6

ХПК Не должно превышать 30,0 мг/л

Возбудители заболеваний Вода не должна содержать возбудителей заболеваний.

Лактозоположительные кишечные палочки Не более 5000,0 в дм3

Колифаги в бляшкообразующих единицах Не более 100 в дм3

Жизнеспособные яйца гельминтов Не должно содержаться в 1 дм3

Химические вещества Не должны содержаться в концентрациях, превышающих ПДК или ОДУ.

Самые высокие требования предъявляются к питьевой воде. ГОСТ на воду, используемую для питья и в пищевой промышленности, благоприятные для человека органолептические показатели воды: вкус, цвет, запах, прозрачность, а так же безвредность её химического состава и эпидемиологическую безопасность.

Для водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, установлены нормативы качества воды применительно к двум категориям:

1- использование водных объектов для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;

2- использование водных объектов для других рыбохозяйственных целях. Требования к содержанию ядовитых веществ в воде объектов рыбохозяйственного назначения более высокие, чем для водных объектов другого назначения (ХПН и КБН, сточных вод).

Это объясняется тем, что рыбы очень чувствительны к содержанию вредных веществ в воде и, являясь звеном пищевой цепочки, способны к аккумуляции этих веществ.

Условия, при которых возможен сброс коммунально-бытовых и производственных сточных вод в водоёмы и водотоки, определяют «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» № 1166-74.

ПДК некоторых веществ в водах различного назначения приведены.

ПДК некоторых веществ в водах различного назначения.

Наименование вещества ПДК в водных объектов питьевого ПДК в водных объектах ПДК в сточных водах, мг/л.

назначения, мг/л. рыбохозяйственного назначения, мг/л.

1. аммиак по азоту 0,5

2. железо

3. кадмий 0,3 0,1*(0,5)** 0,3

4. медь 0,005 0,002

5. нитраты по NO3 1,0 0,001 0,09

6. нитраты по NО2 45. 0 40. 0 45. 0

7. ртуть

8. свинец 0,8*(0,02)**

9. сульфаты по SO4 отсутств. 0,003

10. хлориды по CL 0,03 0,1 0,21

11. хром (Сr3+)

12 хром (Сr6+) 500,0 100,0

13. цинк

14. жесткость 350,0 300,0

15. сухой остаток 0. 5

16. рН 0. 02*(0. 001)** 0. 1

5,0 0,01 1,0

1000,0 1000,0 1000,0

6,9 6,5-8,5 6-9

**-(20)

Следует отметить, что соблюдение ПДК не гарантирует сохранения качества среды на достаточно высоком уровне хотя бы потому, что влияние многих веществ в перспективе(отдаленные последствия ) и при взаимодействии их друг с другом(синергизм) еще слабо изучено, также как и эффекты накопления и повышения токсичности загрязнителей при переходе с одного трофического уровня на другой.

Необходимо отметить, что используемые в настоящее время методы оценки качества воды с помощью системы ПДК загрязняющих веществ не дают полного представления о состоянии природных вод и не являются достаточной гарантией их охраны от загрязнения.

Современная промышленность ежегодно синтезирует много новых веществ, установление их ПДК неизбежно запаздывает, тем более что, попадая в воду, эти вещества могут создавать новые, неисследованные комбинации соединений с неизвестными свойствами.

Таким образом, существующие ПДК, разработанные санитарно-гигиенической службой, далеко не полностью отражают влияние чужеродных веществ на водные экосистемы. необходима разработка экологических ПДК и оценка состояния природных вод не только по общесанитарным, органолептическим и химическим показателям, но и по биохимическим, микробиологическим характеристикам, отражающим уровень жизни гидробионтов.

САНИТАРНОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДОЁМОВ. ПОКАЗАТЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ

По развитию в водоёме тех или иных растений можно судить о его санитарном состоянии. Разработана биологическая система классификации степени загрязнения водоёмов.

Под сапробностью вод принято понимать уровень содержания в воде разлагающихся органических веществ. Он может быть определён по видовому составу и численности организмов – сапробионтов или биоиндикаторов.

Классификация качества воды по сапробности.

1 2 3 4

Класс са-пробности

1 1-2 2 2-3 3 3-4 4

Олиго-сапробный β- мезоса-пробный α- мезоса- Полиса-

пробный пробный

Уровень сапробности 1,0- 1,5- 1,8- 2,3- 2,7- 3,2- 3,5-4,0

1,5 1,8 2,3 2,7 3,2 3,5

Степень органического Чистая незагрязнённая Близкая к Грязная вода Очень грязная вода загрязнения вода не загрязнён-

водоёма ным водам, без значите-

льных количеств органических веществ, большом содержании растворённого кислорода и отсутствия вредных для организмов продуктов анаэробного распада

Любая биосистема обычно представлена значительным разнообразием видов. Чем больше это разнообразие, тем более устойчива экосистема. Загрязнение приводит к видовому объединению экосистем, поскольку большое число чувствительных видов гибнет. При этом общая численность организмов в загрязненных водоёмах может не изменяться или даже увеличиваться, если толерантные виды начинают интенсивно размножатся. Те виды, обилие которых максимально, являются видами-индикаторами, или биоиндикаторами.

Биоиндикация - это метод выявления загрязнений по индикаторным организмам и функциональному состоянию популяций и биоценозов. Биотестирование – исследование влияния различных веществ на живые организмы.

Все биоиндикаторы распределены по 5 классам сапробности для пресных вод с указанием степени сапробности – s, сапробного индекса – S и индикаторного значения вида – j.

Высшие водные растения в системе сапробности

( по Sladecek, 1963, с изменениями)

Вид s j S

Маршанция изменчивая 0 4 1,0

Риччия сизая 0 4 1,3

Риччия плавающая 0 4 1,3

Ричичиокарпус натанс 0 4 1,2

сфагнум 0 5 1,0

Сальвиния плавающая 0 5 1,1

Хвощ речной 0 4 0,8

Уруть колосистая β 4 1,8

Роголистник тёмнр-зелёный β 5 1,9

Рдест разнолистный β 4 1,7

Рдест блестящий β-0 3 1,4

Рдест курчавый β 4 1,8

Рдест пронзённолистный β 4 1,7

Кубышка жёлтая β-0 3 1,7

Кувшинка белая β-0 3 1,4

Пузырчатка обыкновенная β 4 1,8

Многокоренник обыкновен. β 4 2,0

Элодея канадская β 3 1,85

Ряска горбатая β 4 2,0

Ряска малая β 3 2,25

Ряска тройчатая β-0 3 1,8

Горец земноводный β 3 1,75

Водокрас обыкновенный β-0 3 1,5

Стрелолист обыкновенный β-0 3 1,4

Но надо признать, что оценка качества воды по высшим водным растениям может иметь лишь вспомогательное значение, поскольку биологический анализ должен учитывать наличие водоема и степень количественного развития слагающих биоценозы видов в целом.

ГИДРОХИМИЧЕСКОЕ И САНИТАРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕКИ КОРЕНЬ

Цели и задачи исследования

Одной из важных проблем любого региона является обеспеченность его пресной водой. Источниками пресной воды в Белгородской области являются реки, водохранилища, пруды. К крупным рекам относятся реки протяженностью более 100 км: Северский Донец, Оскол, Ворскла, Тихая Сосна. Большинство рек области относятся к малым рекам. Изучение химического состава их воды представляется важным, так как они являются источником питания крупных рек.

Источником загрязнения природных вод может быть и сельскохозяйственное производство, растениеводство, связанное с применением минеральных удобрений и пестицидов, и сточные воды животноводческих комплексов.

Вышесказанное определило выбор объекта биологохимического исследования - река Корень.

Целью настоящей работы является исследование химического состава воды, выявление источников химического загрязнения, а также санитарное состояние воды. Для решения поставленных целей были выдвинуты следующие задачи:

-определение катионно - анионного состава воды,

-определение кислотно-основных свойств и жесткости воды.

- определение класса сапробности воды биоиндикаторным методом.

Гидрохимическое исследование

Отбор проб для анализа производится в соответствии со Стандартом 17. 1. 505-85 и Правилами отбора проб воды для анализа (35,36). Хранение проб соответствовало рекомендациям.

Методика хранения проб

Максимально рекомендуемое

Исследуемый Вид сосуда1) Методика хранения время хранения пробы до Примечания параметр начала анализа Примечание рН П или С Транспортировать 6 часов Как можно при температуре, быстрее, но ниже чем начальная 1-3 дня лучше сразу после

(24 ч. ) подкисление до отбора пробы рН<2 охлаждение до

Общая жесткость П или Несколько месяцев

Гидрокарбо- П или 24 часа Предварительно следует исследовать наты С на месте отбора железо П или БС Подкисление до рН < 2 НСl и 1 мес.

исключение контакта с атмосферным кислородом кадмий П или БС Подкисление до 1 мес.

медь БС >> 1 мес.

свинец БС или П >> 1 мес.

Ртуть общая БС Подкисление до рН<2 и Несколько месяцев Посуда для отбора должна быть чистой добавление К2Сr2O7 до окончательной концентрации

Хром общий П или БС Подкисление до рН<2 1 мес.

Хром(V1) П или БС Охлаждение до 2-50С Как можно быстрее

Цинк П или БС Подкисление до рН<2 1 мес.

Аммоний П или БС Подкисление до рН<2 H2SO4 24 часа(6 ч. ) Для концентраций<

охлаждение 2-50С 1 мг/л анализ выполняют на месте

Нитратный азот П или С Подкисление до р Н<2 и 24 часа охлаждение до 2-50С

Нитритный П или С Охлаждение до Как можно быстрее азот 2-50С

сульфаты П или С >> 1неделя хлориды П или С >> Несколь-

ко месяцев

1)П – полиэтиленовый

С - стеклянный

БС –боросиликатное стекло.

Определение активной кислотности рН. Кислотно – основные свойства воды, количественной характеристикой которых является водородный показатель рН, определяли потенциометрическим методом с помощью прибора –рН-метр/ионометрАНИОН-410 В1. Определение параметров раствора производится посредством измерения ЭДС и колориметрически. Для этого готовили серию раствора с известной электродных систем и автоматического вычисления параметров. Предварительно рН воды определяли, используя индикаторную бумагу. (38).

Катионно-анионный состав определяли качественными реакциями концентрацией данного катиона или аниона. Потом проводили с частным реактивом реакции обнаружения этого катиона в исследуемой воде. Полученную интенсивность окраски сравнивали с окраской приготовленных стандартных растворов (после добавления к ним данного реактива) и делали выводы о количественном содержании данного катиона в исследуемой воде. Анионы определяли аналогично (35; 38; 39).

Определение концентрации Fe2+. К 5 мл исследуемой воды добавить на кончике ножа 0,1г. KHSO4, 0,1 г. красной кровяной соли и сахарной пудры (1:9) и взболтать. Концентрацию ионов определяют по шкале:

Цвет раствора Содержание мг/л

Светло-сине-зелёный 6

Сине-зелёный 10

Синий 15

Ионное уравнение реакции: 3Fe2+ + 2 [ Fe (CN)6]3 =Fe3[ Fe(CN)6]2.

Определение концентрации Fe3+. К 5 мл воды прибавить 1-2 капли конц. НСl и 5 капель 10 % роданида аммония. Концентрацию ионов определяют по шкале:

Цвет раствора Содержание мг/л

Слабо-красновато-желтый 0,4

Желтовато-красный 1

Красный 3

Ярко-красный 10

Ионное уравнение реакции: Fe3+ + 3CNS = Fe (CNS)3

Определение концентрации Cl -. К 10 мл пробы воды прибавляют 3-4 капли азотной кислоты и приливают 0,5 мл раствора нитрата серебра. Концентрацию ионов определяют по шкале:

Состояние раствора Содержание мг/л

Опалесценция, слабая муть 10

Сильная муть 50

Хлопья осаждаются сразу 100

Белый объемный осадок >100

Ионное уравнение реакции: Ag++CL- = AgCL

Определение концентрации: SO42-. К 10 мл пробы воды прибавляют 2 – 3 капли HCl и приливают 0,5 мл раствора BaCl2. Концентрацию ионов определяют по шкале:

Состояние раствора Содержание мг/л

Слабая муть через несколько секунд 10

Слабая муть сразу 100

Сильная муть 500.

Большой осадок быстро оседает > 500

Ионное уравнение реакции: Ва2+ +SO42- = BaSO4.

Определение концентрации NO2-. К 5-10 мл исследуемой воды прибавляют на кончике шпателя реактив Грисса (смешивают 89 г. Вино -каменной кислоты, 10 г. сульфаниловой кислоты, 1г альфа -нафтиламина растёртых в порошок). Нагревают на водяной бане до 70 – 80 0 С. концентрацию ионов определяют по шкале:

Цвет раствора Содержание мг/л

Слабо-розовый 0,1

Розовый 0,2

Сильно-розовый 0,6

Ярко-розовый 2,0

Определение концентрации NH4 - К 5 мл. пробы воды прибавляют 3-4 кристалла сегнетовой соли (КN C4 H4 O6*4H2 O), взбалтывают до растворения и прибавляют 2 капли реактива Несслера, раствор взбалтывают(40). Концентрацию ионов определяют по шкале:

Цвет раствора Содержание мг/л

Слабо-желтоватый 0,03

Желтоватый 0,6

Светло-желтый

Желтый 2,0

Буро-желтый 7,0

Буро-желтый мутный 12,0

Темно-оранжевый осадок >12. 0

Определение карбонатной жесткости воды проводят методом кислотно-основного титрования. Карбонатная жесткость определяется титрованием определенного объема воды 0,1 н. раствором НСL в присутствии метилового - оранжевого до перехода из желтого в оранжевую. Расчет проводят по формуле:

Ж воды =С ( НСL) * V( HCL) * 1000/VA (моль/л)

Где, С (НСL)- нормальная концентрация раствора HCL, мл.

V (HCL)-объем кислоты, пошедшей на титрование, мл.

Va-объем воды, взятой на титрование, мл.

Определение общей жесткости воды проводят методом комплекнометрического титрования. Общую жесткость определяют титрованием определенного объема воды комплексоном в присутствии аммиачного буфера по ЭХУТ до перехода окраски из вино - красной в синюю. Расчет проводят по формуле:

Ж воды =С (К- I)*V(K-II)*1000/Va (ммоль/л)

Где, С (К-I)-нормальная концентрация раствора комплексона-I

V(K- II)- объем комплексона-II, пошедшего на титрование, мл.

Va –объем воды, взятой на титрование, мл.

Некарбонатную жесткость определяют по разности общей и карбонатной жесткости.

Биологическое исследование

Объект изучения: река Корень и её побережье с выраженными зарослями гидрофитов и прибрежно-водной растительностью.

Время наблюдения – начало августа.

Оборудование: грабли, скребки, принадлежности для записей и измерений растений, шнур (с нанесёнными 10 см. делениями).

Закладывается эколого-фитоценологический профиль (от берега до глубинной части водоёма). Измеряется расстояние от берега. На профиле отмечается протяжённость участков, занятых зарослями отдельных видов и поясами. Составляется карта растительности. Для определения наиболее распространённых макрофитов пользуются таблицей.

Обсуждение результатов исследования

В течении 2009 г. были совершены две экспедиции по реке Корень. Реку Корень исследовали от устья (проба №1 – село Крапивное), выше по течению (проба № 2 – с. Плоское, рядом расположен рыбхоз) и до истока

( проба № 3).

Результаты химического анализа речной воды представлены в таблице. По большинству показаний катионно – аннионого состава вода реки Корень соответствует нормативам для поверхностных природных вод (16; 19; 20). Однако концентрация отдельных ионов варьирует в довольно значительных пределах.

В верховьях реки Корень отмечается не значительная концентрация ионов трёхвалентного железа, несколько больше она ближе к устью (село Крапивное). В районе рыбхоза содержание железа не превышает рекомендуемого норматива (0,1 мг/л) для водоёмов рыбохозяйственного назначения, а в устье превышает этот норматив. Сказывается близость автомобильной дороги и техногенное воздействие промышленного города, в частности, его машиностроительного завода.

В водной среде чаще всего встречаются соединения трёхвалентного железа, как термодинамически более устойчивы. Двухвалентное железо обнаруживают в основном в грунтовых водах.

Ионы железа и их комплексы - наиболее распространённые катализаторы окислительно – восстановительных реакций в природной водной среде с участием Н2О2.

К природным процессам, обуславливающим поступление соединений железа в поверхностные воды, относится, прежде всего, процессы химического выветривания горных пород. Значительные количества железа поступают в водоёмы с подземным стоком, сточными водами.

Обычно концентрация железа в природных водах изменяется в широких пределах от мкг. до мн/л. в среднем в пресных водах содержится

10 –5моль/л Fe ( то есть 0,56 мг/л).

Наши исследования показали, что концентрация растворимых форм трёхвалентного железа в указанных местах реки и составляет от 10 % до 70 % от общего количества железа.

По содержанию ионов аммония (класс опасности 3), исследуемая речная вода удовлетворяет требования, предъявляемым к водоёмам культурно-бытового ( ПДК = 2 мг/л) и рыбохозяйственного назначения (ПДК = 0,5 мг/л ). Однако, в весенний период вода, в низовьях реки Корень, становится более загрязнённой по этому показателю.

Концентрация NH4+ приближается к предельно допустимому значению для водоёмов РХН и составляет 0,3 мг/л, наличие ионов аммония свидетельствует о процессах разложения, гниения органических остатков и поступление их с бытовыми и животноводческими стоками, особенно во время весеннего паводка.

Нитрит ионы NO2- присутствует в речной воде в небольших концентрациях (до 0,2 мн/л), не превышающих предельно допустимых значений для водоёмов ХПН (3,3 мг/л) и РХН (0,8 мг/л). Здесь приведены нормативные данные 1993 года (19). Нитрит ионы относятся ко второму классу опасности. Раньше действовали более строгие нормативы на их присутствие в водных объектах РХН (0,02 мг/л) (20. ). Если придерживаться этого, более жесткого норматива, то можно отметить превышение ПДК в 10 раз в реке Корень осенью (в районе рыбхоза). Опасность нитрит – ионов для человеческого организма заключается в том, что потребление воды или продуктов питания, в частности, речной рыбы, содержащих эти ионы ведёт к ряду заболеваний. Нитрит ионы переводят гемоглобин в метгемоглобин, возникает метгемоглобинемия – болезнь, при которой эритроциты не способны переносить кислород. Это приводит к сердечной недостаточности. В кислой среде нитриты реагируют с вторичными аминами, образуя нитрозоамины, многие из которых канцерогенны:

N-H + HONO → N-N=O + H 2O

Вторичный Азотистая нитрозо-

Амин кислота амин

По содержанию нитрат ионов (класс опасности 3) экологическое состояние исследуемой реки можно считать благополучным, так как эти ионы присутствуют в очень незначительных количествах, не превышающих 1 мг. /л. , в то время, как ПДК (NO3 ) для водоемов культурно-бытового назначения составляет 15 мг/л, а для водоемов рыбохозяйственного назначения 40 мг/л. Для питьевой воды у нас в стране принят такой же экологический стандарт(45мг/л) как для водоемов КБН (18;19;45). Анализ данных по содержанию аммонийного, нитритного и нитратного азота позволяет выразить происходящие в речной воде окислительно-восстановительные процессы следующими схемами:

NH4→ NO2 → NO3

Восстановленная окисленная форма форма

В октябре температура воды была значительно выше, чем в апреле, поэтому преобладали окислительные процессы. Свидетельством этому является увеличение практически во всех пробах концентрации ионов NO3 и уменьшение концентрации ионов NH4, изменения концентрации нитрит – ионов неоднозначны. Ниже приведены электронно-ионные уравнения окислительных процессов и значения соответствующих окислительно-восстановительных потенциалов (Е)

NH4-8e+3H2O→NO3- +1O H ; E=+0,87В

NH3-8e+9OH→NO3-+6 H2O ; Е=-0,12В

Отсюда следует, что окисление аммонийного азота в нитратный может идти в нейтральной или щелочной среде и для этого требуется окислитель, у которого Е > 0,87В. Для окисления нитритного азота в нитратный требуется более сильный окислитель. Окисление аммонийного азота в нитритный может идти в две стадии и на второй стадии требуется сильный окислитель. Таким образом, наблюдаемой весной увеличение концентрации восстановленных форм азота (NH4) при одновременном уменьшении окисленных(NO3) может свидетельствовать об ослаблении окислительных процессов в поверхностных природных водах в зимне-весенний период по сравнению с летне-осенним.

Концентрация хлорид - и сульфат - ионов не превышает предельно допустимых значений для водоемов ХП и КБН.

Для этих водоемов ПДК хлорид – ионов составляет 350 мг/л, а сульфат-ионов-500 мг/л. Эти ионы относятся к мало опасным (класс опасности 4),однако следует заметить, что весной в устье реки Корень (близ Шебекино) содержание сульфат- ионов достигает предельно допустимого значения для водоемов рыбохозяйственного назначения (100 мг/л).

В районе рыбхоза (проба №2) вода соответствует требуемым нормативам как по концентрации хлорид и сульфат- ионов, так и по другим вышеназванным катионам и анионам.

Исследуемая речная вода имеет слабощелочную реакцию. Среднее значение рН за весь период наблюдения составляет 7,92, что не превышает установленного норматива 6,5-8,5 для водных объектов различного назначения: ХП, КБ и РХН. По среднему значению общей жесткости (60-74 ммоль *экв/л) вода в реке Корень относится к группе вод средней жесткости (4-8 ммоль*экв/л)

Как известно, жесткость воды обусловлена присутствием растворимых солей кальция и магния. Концентрация катионов кальция в исследуемой реке составляет 116-150 мг/л, содержание катионов магния почти на порядок меньше и составляет 14-23 мг/л, наибольшее суммарное количество этих ионов наблюдается в истоке реки Корень. В этой же точке отмечается и более высокое значение жесткости воды 7,5 ммоль*экв/л. Это дает основание предположить, что в районе водоносных горизонтов, питающих р. Корень есть залежи мела.

Жесткий характер и слабощелочная реакция природных вод Белгородской области обусловлены в основном природными факторами - распространением в нашей области месторождений мела, то есть карбоната кальция CaCO3 , который под действием содержащегося в воде углекислого газа может переходить в раствор в виде гидрокарбоната:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca (H C O 3) 2

Водный раствор образовавшейся соли имеет щелочную реакцию.

Аналогичные данные по кислотно-основным свойствам и жесткости были получены ранее для других водоемов Белгородской области и опубликованы в работах: Голдовской Л. Ф. , Перистого В. А. , Терентьевой С. А. (для Белгородского водохранилища); Голдовской Л. Ф. , Асташенко-Борзых Ю. (для реки Везелки)

Основную долю общей жесткости в реке Корень составляет карбонатная (временная) жесткость, среднее значение которой составляет 6,29. Она обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2. Доля некарбонатной (постоянной) жесткости невелика. Она обусловлена присутствием в воде других растворимых солей кальция и магния, в основном, сульфатов и хлоридов.

Причиной возникновения мочекаменной и желчекаменной болезни является повышенная жесткость белгородских природных вод.

При изучении водной и прибрежно-водной растительности наблюдается поясность распределения видов, так же наблюдается взаимосвязь распределения глубин и поясности растительности.

Можно выделить 3 пояса:

Зона Произрастающие виды

1. Прибрежно-водный пояс Ива козья

Камыш озёрный

Тростник обыкновенный

Рогоз широколиственный

Стрелолист обыкновенный

Калужница болотная

Хвощ приречный

Сусак зонтичный

Частуха подорожниковая

2. Пояс прикрепленных водных растений с плавающими Ряска трехдольная листьями и растений плавающих на воде Кубышка жёлтая

Телорез обыкновенный

Многокоренник обыкновенный

3. Пояс погружённых растений Рдест плавающий

Лютик водный

Роголистник

Зоны водной растительности в реке Корень

Степень органического загрязнения реки умеренная. Так как особой формой загрязнения реки является обогащение её биогенными элементами, то появляется потребность в самоочищении. Водная и прибрежно-водная растительность способна накапливать и использовать эти вещества, выступая активным участником процесса самоочищения. Заросли высшей водной растительности (камыш, рогоз и т. д. ) задерживают взвешенные частицы и прозрачность воды и содержание кислорода увеличивается, а содержание солевого аммиака уменьшается – это хорошие биофильтры. Телорез, водокрас, рдесты обладают способностью аккумулировать радиоизотопы. Ряски обладают способностью поглощать микроэлементы и также являются хорошими биофильтрами. Рогоз широколистный хорошо улавливает нефтяное загрязнение

1. Вода в реке Корень относится к группе слабо щелочных и средне жестких вод. Повышенное содержание кальция в истоке реки Корень дает основания предположить, что в районе водоносных горизонтов могут быть месторождения мела

2. При понижении температуры в реках увеличивается концентрация восстановленных форм азота (NO4) при одновременном уменьшении окисленных форм (NO3).

3. Воду реки Корень можно отнести к 2 классу сапробности - β –мезосапробный.