Лабораторная работа № 2. Определение показателей, характеризующих загрязнение воды
Цель работы:
ознакомиться с показателями качества окружающей среды.
Задачи:
1) Изучить основные показатели, используемые для оценки качества воды.
2) Освоить методики оценки показателей качества воды.
Теоретическая часть
Значение воды в жизни общества трудно переоценить, поскольку количество и качество воды оказывает влияние на все виды хозяйственной, культурной, социальной и экологической деятельности человека.
Возможность получения пресной воды была одной из главных предпосылок зарождения цивилизации, существования людей и развития любого производства. Человечеству нужна не просто вода и не любая вода, а вода пресная и определенного качества. Запасы пресной воды на Земле чрезвычайно малы. По расчетам специалистов, суммарные запасы пресных вод суши не превышают 2,5% от общего количества воды на земле, причем абсолютное ее большинство находится в виде льда Антарктиды, Гренландии и горных ледников. Т.о., запасы легко доступной пресной воды оцениваются в 0,007% от общего количества воды на Земле.
Современный экологический кризис породил проблему дефицита пресной воды, которая имеет два главных аспекта:
1) рост потребления воды на хозяйственные нужды,
2) загрязнение природных вод, в результате чего вода становится непригодной для использования.
Проблема загрязнения природных вод приобретает главное значение в странах с достаточным увлажнением и развитием речной сети, к числу которых относится и Беларусь.
Анализ сброса в водные объекты Беларуси загрязняющих веществ позволяет сделать вывод, что антропогенная нагрузка на водные системы страны в последнее десятилетие XX в. выросла в связи с увеличением сбросов хлоридов, сульфатов, нитритов, нитратов, аммонийного азота и тяжелых металлов. Наиболее существенный рост установлен для металлов, сульфатов и соединений азота. В целом в водные объекты Республики Беларусь в 2000 г. сброшено:
- взвешенных веществ – 15 тыс.т,
- хлоридов – 78 тыс.т,
- сульфатов – 64 тыс.т,
- органических веществ – 11 тыс.т,
- нефтепродуктов - 230 т,
- азота нитратного – 2,7 тыс т,
- фосфатов - 300 т,
- меди 18 т и 491 т других металлов (железа, цинка, никеля, хрома)
Наряду с перечисленными веществами в составе сточных вод встречаются свинец, фтор, фенолы, кобальт и радониды.
Наиболее опасным является загрязнение водных объектов тяжелыми металлами, высокие концентрации которых вызывают ряд тяжелых заболеваний.
Ртуть отличается высокой токсичностью для любых форм жизни. В организм человека ртуть может попадать с продуктами питания растительного и животного происхождения, продуктами моря, атмосферным воздухом и водой. При всех путях поступления ртуть накапливается преимущественно в почках, селезенке и печени. Органические соединения ртути (метилртуть и этилртуть) легче других соединений ртути накапливаются в организме и, легко связываясь с белками, концентрируются в головном мозге, в том числе и эмбриона, где их содержание может оказаться в 1,5-2 раза выше, чем у матери. БОЛЕЗНЬ МИНАМАТА – ртутная интоксикация организма, обусловленная употреблением в пищу рыбы из водоемов, загрязненных ртутью. Заболевание характеризуется поражением центральной нервной системы, расстройством речи, ухудшением зрения и слуха. У детей, рожденных от считавшихся здоровых матерей, через некоторое время после рождения развивались симптомы поражения центральной нервной системы – от легких спастических параличей до тяжелого психического поражения и слабоумия.
Кадмий обладает высокой способностью накапливаться в тканях живых организмов. В организм поступает в основном с пищей (до 80%), из атмосферного воздуха и при курении. Кадмий относится к числу сильно ядовитых веществ. Главной мишенью биологического действия кадмия являются почки. Хронический кадмиевый токсикоз получил название БОЛЕЗНЬ ИТАЙ-ИТАЙ. К группе повышенного риска относятся женщины 40 лет и старше, беременные, кормящие матери, дети, люди с заболеваниями печени и почек. Симптомами заболевания являются боли в пояснице и нижних конечностях, остеопороз, дисфункция почек.
Свинец поступает в организм человека с продуктами растительного происхождения (около 90%), с водой и атмосферным воздухом. Механизм токсического действия свинца заключается в блокировании функциональных групп белков, в том числе ферментов. Симптомами отравления свинцом являются нейромышечные эффекты – парезы и параличи. Наиболее чувствительны к свинцу быстрорастущие и эмбриональные клетки. Воздействие свинца на эмбрион приводит впоследствии к психическим расстройствам и умственной отсталости детей. Кроме того, свинец воздействует на кроветворную и пищеварительную систему, почки. Существует прямая зависимость между концентрацией свинца в питьевой воде (если она больше 0,8 мг/л) и частотой психической отсталости детей, а также смертностью от рака почек и всех видов лейкемий.
Влияние многолетнего поступления повышенных, но относительно малых доз свинца изучено хуже. Хроническая интоксикация развивается медленно. Вначале может наблюдаться только снижение адаптационных возможностей организма и иммунитета. Затем появляются общая слабость, головная боль, головокружение, неприятный вкус во рту, потеря аппетита, уменьшение массы тела, признаки анемии, запоры. Существует мнение о возможности мутагенного и канцерогенного действия свинца, усиливающегося при комбинированном действии с другими металлами.
Существует тенденция к увеличению естественного фона свинца во всех компонентах окружающей среды. В ходе эволюции человеческой цивилизации содержание свинца в окружающей среде возросло на 4 порядка – в 10000 раз.
Медь является биомикроэлементом, т.е. в небольших количествах медь содержится в тканях живых организмов. Опасен не только избыток меди, но и ее недостаток. Недостаток меди приводит к опасности разрыва стенок кровеносных сосудов, анемии, увеличению сердечно-сосудистых заболеваний. Механизм токсического действия меди связан с блокадой белков, в том числе ферментов. При хронической интоксикации медью и ее солями возможны функциональные расстройства нервной системы, печени и почек, изъязвление и перфорация носовой перегородки.
Цинк относится к наиболее распространенным токсическим компонентам крупномасштабного загрязнения Мирового океана. Избыточное поступление цинка в организм сопровождается снижением уровня кальция в крови и костях, нарушением усвоения фосфора. Цинк обладает кумулятивным (накапливающимся) токсическим эффектом даже при незначительном его содержании в окружающей среде. Цинк обладает мутагенным и канцерогенным действием, влияет на половую функцию у мужчин.
Антропогенные источники поступления в биосферу: выброс цинка в атмосферу при высокотемпературных технологических процессах, сточные воды химического (производство химических волокон), деревообрабатывающего, текстильного, бумажного, цементного производств, а также рудников и металлургических комбинатов. Серьезным источником поступления цинка в воду является вымывание его горячей водой из оцинкованых водопроводных труб.
Помимо тяжелых металлов, выраженное негативное воздействие на организм человека оказывают нитраты и нитриты.
Нитраты используются в качестве азотных удобрений. Они являются компонентом минерального питания растений. Присутствуя в растениях, нитраты в небольших количествах постоянно поступают в организм человека и животных. Человеческий организм способен нейтрализовать нитраты в небольших количествах без вреда для себя. Однако нерациональное применение минеральных удобрений приводит к избыточному накоплению нитратов в организме, с которым не справляются его адаптационные системы.
Нитраты накапливаются в основном в корнях и стеблях растений. Листья и корнеплоды богаче нитратами, чем плоды. Наиболее интенсивно накапливают нитраты черная редька, столовая свекла, листовой салат, щавель, редиска, сельдерей, шпинат, петрушка, укроп. Считается, что злаки, фрукты, ягоды не накапливают опасные концентрации нитратов.
Нитраты и нитриты добавляют в мясные и некоторые рыбные продукты с целью улучшения вкуса и запаха, стабилизации цвета, предотвращения развития патогенной микрофлоры.
Содержание нитратов в поверхностных и подземных водах варьирует в широких пределах в зависимости от геохимических условий, применения азотных удобрений, методов очистки сточных вод. В воде системы городского водоснабжения содержание нитратов обычно невысокое. Значительно большие концентрации нитратов обнаруживаются в грунтовых водах и колодезной воде в сельской местности, особенно в районах интенсивного земледелия и вблизи животноводческих комплексов.
Нитраты, поступающие в организм человека с водой, имеют особое значение, так как они в 1,25 раза токсичнее, чем нитраты в продуктах питания.
Нитраты легко усваиваются в организме человека, где они могут образовывать следующие соединения: нитриты, окислы азота, аммиак. Наибольшую опасность для человека представляют нитриты. При попадании нитритов в кровь они вступают в реакцию с гемоглобином. В итоге нарушается транспортная функция гемоглобина, кислород поступает в ткани в недостаточном количестве. Кроме того, нитраты рассматриваются как предшественники канцерогенных соединений. Методы кулинарной обработки продуктов позволяют снизить содержание нитратов в них:
1) очистка и удаление наиболее нитратных частей растения;
2) мытье и вымачивание продукта;
3) отваривание.
При кипячении воды нитраты из нее НЕ удаляются.