Методические подходы определения санитарно-гигиенических показателей окружающей среды (110

Ход работы

Из первоначального раствора соли тяжелого металла методом последовательных разбавлений в пять раз готовят растворы с концентрацией 0,1 М, 0,002 М, 0,004 М, 0,0008 М, 0,00016 М, 0,000032 М и воды в качестве кон-

троля. 8 мл этих растворов добавляются в чашки Петри, содержащие по 100 семян выбранного растения. Одновременно в эти же чашки Петри добавляется раствор Трилона Б до концентрации 10 мМ. Чашки Петри устанавливаются в темное место, и через 7 дней производится подсчет проросших семян.

На основании полученных результатов составляется график зависимости прорастания семян от концентрации тяжелого металла, и действие на него комплексона. Произвести сопоставление нейтрализующего действия Трилона Б с концентрацией соли тяжелого металла.

Работа 5. Зависимость функционального состояния организма от содержания микро- и макроэлементов

Основы метода

Выращивание растений на искусственных питательных смесях (методы водных и песчаных культур) широко используют при изучении корневого питания растений.

Исключая из питательной смеси какой-либо элемент, можно узнать, необходим ли он растению. Если элемент необходим, то растение, исчерпав собственные запасы этого элемента, резко сокращает рост, а затем совсем перестает расти и даже отмирает, тогда как отсутствие ненужного растению элемента не влияет на рост. Удаляя из смеси соль, содержащую исключаемый элемент, нужно заменить ее другой с таким расчетом, чтобы остающиеся элементы были в том же количестве, как и в полной смеси, и чтобы раствор имел примерно такое же осмотическое давление.

Материалы и оборудование: 1) чистая культура гриба Aspergillus niger; 2) растворы, приготовленные на дистиллированной воде: 20%-ная сахароза; 1,2%-ный NH4NO3; 0,4%-ный KH2PO4; 0,4%-ный MgSO4; 0,2%-ный KCl; 0,8%-ный NaCl; 5%-ная лимонная кислота; 3) бюретки для указанных растворов с воронками (7 шт.); 4) 0,1%-ный раствор FeSO4 в капельнице; 5) колбы емкостью 100–250 мл с ватными пробками и резиновыми колечками (5 шт.); 6) микробиологическая петля; спиртовка; пробирка со стерильной водой; 7) стерильная пипетка (трубочка); 8) почва; 9) весы технические; 10) разновесы; 11) кусок кальки для взвешивания почвы; 12) спички; 13) стаканы химические (5 шт.); 14) бумажные фильтры (5 шт.); 15) препаровальная игла; сушильный шкаф.

Ход работы

Для кратковременных опытов с водными культурами удобно использовать плесневый гриб аспергилл (Aspergillus niger), для которого условия

11

минерального питания примерно те же, что и для высших растений (отличие лишь в том, что он не нуждается в кальции).

Полная питательная смесь для выращивания гриба должна содержать источник углерода (сахар), N, P, K, Mg, S и Fe, а также микроэлементы (при использовании обычных реактивов добавлять микроэлементы не обязательно, так как они содержатся в виде небольших примесей в так называемых химически чистых солях).

При помощи культуры аспергилла можно также ориентировочно определить питательные достоинства почвы. Для этого гриб выращивают на растворе без фосфора, но с добавкой исследуемой почвы (10 г на 200 мл раствора). Если на этой среде развитие гриба будет хуже, чем на полном растворе, то это указывает на необходимость внесения в данную почву фосфорных удобрений. Аналогично ставят опыт в отношении калия (при этом вносят в смесь без калия 6 г почвы на 200 мл).

Лимонную кислоту добавляют для создания кислой среды, благоприятной для гриба, но препятствующей развитию других микроорганизмов. Элективность среды освобождает от необходимости стерилизации растворов (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Соотношение микро- и макроэлементов при наведении растворов для культивирования гриба Aspergillus niger

После приготовления питательных смесей сделать посев гриба. Для этого из колбы с чистой культурой гриба захватить микробиологической петлей, проведенной через пламя спиртовки, кусочек мицелия или споры и перенести в пробирку со стерильной водой, а оставшийся на петле материал сжечь на пламени спиртовки. Перемещать содержимое пробирки, вращая

еемежду ладонями. Набрать стерильной пипеткой полученную суспензию

ивнести во все колбы одинаковое количество. Закрыть колбы ватными

12

пробками, осторожно взболтать (не смачивая пробок) и поставить в термостат при температуре 30–35 °С.

Через неделю отметить состояние культуры: размер и характер мицелия, спороношение и т. п.

Определить массу мицелия. Для этого взять 5 сухих бумажных фильтров, пронумеровать их и взвесить. Сложить фильтры «гармошкой», проколоть центры фильтров иглой (для ускорения фильтрации), вложить их в воронки, вставленные в стаканы. Сначала слить на фильтр декантацией (не взбалтывая) раствор, затем перенести мицелий при помощи микробиологической петли (петлю на стол не класть, не пропустив ее через пламя горелки!). При переносе мицелия из колбы № 4 не допускать попадания на фильтр частичек почвы. После полного стекания жидкости высушить фильтры в сушильном шкафу при 100–105 °С, подложив под влажные фильтры кусок бумаги. Взвесить фильтры с высушенным материалом и по разности с чистым фильтром определить сухую массу мицелия.

Записать результаты в табл. 3, указав для 4-го варианта тип почвы (если исследовали разные почвы, записать данные для всех образцов).

Т а б л и ц а 3

Состояние культуры гриба Aspergillus niger после 7 дней развития

На основании полученных результатов состояния мицелия исследуемого гриба сделать вывод о зависимости скорости роста и развития культуры гриба от содержания микро- и макроэлементов в питательном растворе. Установить необходимые элементы для развития организма и элементы, которые не оказывают существенного влияния на развитие организма.

13

§2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА КАЧЕСТВА ВОДЫ

Внашей стране за основу приняты «естественные» нормативы качества воды (т.е. базирующиеся на биологической оценке степени вредоносности нормируемого вещества как при разработке санитарно-гигиенических норм, так и рыбохозяйственных нормативов). Это является большим шагом по сравнению с «техническими» нормативами, так называемыми «standards», принятыми за основу в США. В последние годы там появились и биологические нормативы «criteria», но они не являются обязательными. Технические нормативы определяются возможностями существующих методов оценки сточных вод, и они более практичны. Биологические нормативы, в свою очередь, дают возможность оценивать реальное состояние водных экосистем и применять более эффективные методы ликвидации загрязнений.

Загрязнением водоемов называется любое отрицательное действие (нарушение или ухудшение условий водопользования), вызванное поступлением или появлением в водоеме веществ, связанных прямо или косвенно с деятельностью человека. Различают три вида загрязнений:

1)первичное загрязнение – вызванное поступлением загрязняющих веществ и процессами непосредственного их превращения. В цикле первичного загрязнения могут появляться вторичные и последующие загрязняющие вещества;

2)вторичное загрязнение – развивается как следствие первичного загрязнения и представляет собой новый цикл загрязнения;

3)повторное загрязнение – вызванное повторным выносом загрязняющих веществ вследствие первичного загрязнения. Например, вынос осевших на дно или вмерзших в лед нефтепродуктов во время паводка или таяния льда.

Источники загрязнения водных объектов могут быть организованными, с локализованным местом поступления и устройствами для сброса (хо- зяйственно-бытовые стоки, промышленные сточные воды); неорганизованными, не имеющими локализованного места сброса и устройств иди приспособлений для сброса (лесосплавы, смывы удобрений с полей, заносы пестицидов при авиаобработках); полуорганизованные, имеющие одно из двух перечисленных условий (буровые вышки, смывы с территорий складов, предприятий транспорта и др.).

По времени действия загрязнение водоемов может быть постоянным (поступающим в течение всей вегетационной части года), периодическим (водоем не успевает восстанавливать свои свойства в промежутках между поступлением загрязняющих веществ) и разовым (водоем успевает восстанавливаться).

14

Интенсивность прямого действия загрязняющих веществ оценивается следующими параметрами:

–остролетальными концентрациями, вызывающими гибель живых организмов в течение нескольких часов до 10 суток;

–хроническими летальными концентрациями, вызывающими гибель живых организмов в более длительные сроки;

–сублетальными концентрациями (угнетающими), нарушающими основные жизненные функции – рост, размножение, обмен веществ;

–стимулирующими концентрациями;

–недействующими концентрациями.

Характер влияния загрязняющих веществ на водоемы и водные организмы подразделяется на три основные группы, которые принято называть лимитирующими показателями вредности (ЛПВ).

1.Общесанитарный ЛПВ. Включает в себя изменение трофии водоемов, снижение концентрации растворенного кислорода, изменение солености и температуры среды, механическое загрязнение твердыми и жидкими веществами.

2.Токсикологический ЛПВ. Отражает прямое токсическое действие веществ на водные организмы.

3.Хозяйственный (рыбохозяйственный) ЛПВ. Показывает порчу товарного качества промысловых водных организмов.

Существует две группы нормативов для загрязняющих веществ, поступающих в водную среду.

1.Нормативы поступления загрязняющих веществ, при которых сохраняются охраняемые данным нормативом свойства водоемов и их населения, – предельно допустимый сброс (ПДС).

2.Нормативы содержания, при которых охраняемые свойства водоема не нарушаются, – предельно допустимая концентрация (ПДК).

ПДК устанавливается по наименьшей пороговой концентрации с учетом следующих сторон действия: стабильности вредных веществ в воде, влияния их на санитарный режим (способность к самоочищению) водоемов, влияния на органолептические свойства воды, влияния на здоровье населе-

ния, использующего воду. Указанные показатели относятся к ПДКВ и считаются санитарно-гигиеническими. Существует еще один вид ПДК, отражающий не только санитарно-гигиенические требования к качеству воды,

но и экологические – ПДКР.В. (рыбохозяйственных водоемов). Рыбохозяйственная ПДК – это такая максимальная концентрация за-

грязняющего вещества, при постоянном наличии которой в водоеме не наблюдается отрицательных последствий для рыбохозяйственного использования водоема. Следует учитывать, что загрязняющие вещества в водоемах не всегда присутствуют постоянно. В этом случае используют значения предельно допустимых разовых концентраций (ПДРК). Это такая макси-

15

мальная первоначально созданная в водоеме концентрация однократно попадающего туда вещества, при которой это вещество и вредные продукты его распада не вызывают отрицательных последствий для рыбохозяйственного использования водоема.

Рыбохозяйственное нормирование включает в себя следующие аспекты: оценки влияния вещества на гидрохимический режим водоема (концентрация растворенного в воде кислорода, окисляемость по Кубелю, БПК5 и БПК20, изменение содержания трех форм азота – ионов аммония, нитритов и нитратов), на кормовую базу рыб (водоросли, зоопланктон и бентос), на микроорганизмы, на рост и развитие рыбы (икру, молодь и взрослых особей), ее товарные качества, а также оценку скорости разрушения загрязняющего вещества.

По степени опасности загрязняющих веществ для ПДКР.В. подразделяются:

1)особоопасные (ПДК с содержанием загрязняющих веществ менее 0,0001 мг/л), предусматривающие отсутствие вредного вещества в воде;

2)опасные (токсичные, но стабильные), лимитирующиеся по ПДК;

3)токсичные (стабильные и не накапливающиеся);

4)экологические, лимитирующиеся по общесанитарному ЛПВ. Вторым нормируемым показателем, используемым для охраны водной

среды от загрязнений, является предельно допустимый сброс (ПДС). В соответствии с ГОСТом, под предельно допустимым сбросом веществ в водный объект понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

ПДС устанавливается с учетом ПДК веществ в местах водопользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды. При сбросе веществ с одинаковыми ПДК ПДС устанавливается так, чтобы с учетом примесей, поступивших водоем или водосток от вышерасположенных выпусков, сумма отношений концентраций каждого вещества в водном объекте к соответствующим ПДК не превышала единицы.

Проекты ПДС разрабатываются и утверждаются для предприятий и организаций, имеющих или проектирующих самостоятельные выпуски сточных вод в водные объекты, прежде всего в зонах повышенного загрязнения в целях соблюдения ПДК в контрольных створах водопользования. Утверждаются проекты ПДС органами природопользования, комитетом охраны природы. Величины ПДС действительны только на установленный период, после чего подлежат пересмотру.

16

Работа 6. Определение химического состава вод

Основы метода

Определение наличия положительных или отрицательных ионов, содержащихся в исследуемой воде, посредством титрования с индикаторами. Кислотность вод обусловлена содержанием в них веществ, вступающих в реакцию с сильными щелочами. К ним относятся сильные (соляная, азотная и др.) и слабые (уксусная, сернистая и др.) кислоты, катионы слабых оснований (аммония, железа, алюминия и др.). Щелочность обусловлена содержанием в сточной воде веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами. К ним относятся сильные (едкий натр, едкое кали и др.) и слабые (аммиак, анилин и т. п.) основания, анионы слабых кислот (НСО3, Н2РО4 и пр.) анионы гуминовых кислот (НS, S2-).

Оборудование, реактивы, материалы: 1) исследуемые образцы вод; 2) колбы конические на 250 мл; 3) бюретки для титрования на 25 и 50 мл; 4) раствор едкого натрия 0,1 Н; 5) раствор соляной кислоты 0,1 Н; 6) фенолфталеин, 1%-ный раствор.

Ход работы Определение кислотности. Исследуемую воду отфильтровывают (50–

100), помещают в коническую колбу. Затем приливают 1 мл 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют 0,1 Н раствором едкого натра до неисчезающего розового окрашивания. Рассчитывают кислотность Х (мгэкв/л) по формуле:

X = a *к*1000 М (мг−экв/ л), V

где: а – количество 0,1 Н раствора едкого натра, израсходованного на титрование, мл; М – молярность раствора едкого натра; К – поправочный коэффициент для раствора едкого натра; V – объем сточной воды, взятый для определения, л.

Определение щелочности. 100 мл профильтрованной сточной воды помещают в коническую колбу, приливают 3–4 капли раствора фенолфталеина и титруют на белом фоне 0,1 Н раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски. Затем прибавляют 5–6 капель смешанного индикатора и продолжат титрование до перехода зеленой окраски в фиолетовую.

Рассчитывают щелочность Х (мг-экв/л) по формуле:

X = a *к*1000 (мг−экв/ л), V

где: а – количество 0,1 Н раствора соляной кислоты, израсходованное на титрование, мл; К – поправочный коэффициент для раствора соляной кислоты; V – объем исследуемой воды, л.

17

На основании полученных результатов исследования химического состава вод сделать заключение и установить соотношение результатов с установленными нормами природопользования, указанными в СанПиН 4630 – 88.

Работа 7. Определение жесткости воды

Основы метода

Вода – одно из наиболее важных и распространенных химических соединений на нашей планете. Хорошая растворяющая способность воды, обусловленная полярностью ее молекул, приводит к тому, что в природе она чаще всего встречается не в виде индивидуального химического соединения, а в виде сложной многокомпонентной системы, в состав которой входят минеральные вещества, газы, коллоидные и крупнодисперсные частицы, а также различные микроорганизмы. Растворенные в воде компоненты находятся друг с другом в равновесии, образуя комплексы различного состава. Содержание или концентрация тех или иных компонентов в природной воде зависит от вида водоисточника, температуры, времени года и многих других факторов.

Воду с растворенными в ней солями называют жесткой, а совокупность свойств такой воды – жесткостью. Жесткая вода образует накипь на стенках паровых котлов, отопительных приборов и бытовой металлической посуды. Она не пригодна для производства бумаги и крашения тканей, для приготовления пищи и напитков. В жесткой воде не пенится мыло, плохо развариваются овощи и мясо.

Согласно ГОСТ 6055-86 различают:

–карбонатную жесткость – это совокупность свойств воды, обусловленных присутствием в ней гидрокарбонатов кальция, магния и железа. Часто этот вид жесткости называют временной или устранимой;

–некарбонатную жесткость – совокупность свойств воды, обусловленных присутствием в ней сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов кальция, магния и железа. Этот вид жесткости также называют постоянной или неустранимой;

–общую жесткость, складывающуюся из карбонатной и некарбонатной жесткости. Она равна сумме концентраций ионов Са2+, Mg2+, Fе2+.

Количественно жесткость воды в России выражают единицами жесткости. За единицу жесткости принимают жесткость воды, в одном

литре которой содержится один миллимоль (ммоль) эквивалент ионов Са2+ или Mg2+. Числовое значение жесткости, выраженное в ммоль/л, совпадает со значением в моль/м3. Одна единица жесткости соответствует массовой концентрации ионов Са2+, равной 20, 4 мг/л, или ионов Mg2+, равной 12, 15 мг/л.

18

Устранение или снижение жесткости воды называют умягчением. Его осуществляют различными методами.

Сущность термического метода обработки воды заключается в пред-

варительном нагревании воды до 70–80 оС или ее кипячении. Метод позволяет устранить только временную (карбонатную) жесткость, обусловленную наличием в воде хорошо растворимых гидрокарбонатов кальция, магния и железа. При этом катионы Са2+, Mg2+, Fe2+ осаждаются в виде нерастворимых соединений.

Химическая обработка воды позволяет устранить как временную жесткость, так и постоянную. Сущность его заключается в обработке воды специальными реагентами, образующими ионами, вызывающими жесткость, малорастворимые соединения. К числу таких реагентов относятся: сода Na2CO3, негашеная CaO и гашеная Ca(OH)2 извести, различные фосфа-

ты натрия (Na3PO4, Na6P6O18) и др.

Ионообменный метод – химический метод, широко используемый в промышленности, особенно в гидрометаллургии. Использование его для умягчения и деминерализации воды позволяет не только уменьшить ее жесткость, но и достичь ее глубокой очистки. Вода, подвергшаяся такой обработке, практически не содержит посторонних ионов: ни катионов, ни анионов. Метод основан на способности некоторых веществ, нерастворимых в воде, стехиометрически обменивать свои ионы на ионы внешней среды (воды, растворов электролитов). Вещества, обладающие такими свойствами, называют ионообменниками (ионообменными сорбентами) или сокращенно ионитами.

Оборудование, реактивы, материалы: 1) пипетки; 2) колбы на 250 мл; 3) метиленовый оранжевый; 4) вода; 5) 0,1 Н НCL; 6) бюретки; 7) 0,05 Н Трилон Б; 8) раствор соли эриохрома черного (или сухой порошок); 9) 0,1М фосфатный буфер.

Ход работы Определение временной жесткости воды. Пипеткой на 100 мл отбе-

рем в две чистые плоскодонные конические колбы (на 250 мл) по 100 мл водопроводной воды. В каждую из колб добавить по 3 капли раствора индикатора – метилового оранжевого (щелочной раствор имеет желтую окраску, а кислый – красную). В бюретку на 50 мл налить до приблизительного 0 значения 0,1Н раствор соляной кислоты и записать точное значение на-

19

чального положения уровня кислоты (по нижнему уровню мениска). Поставить обе колбы на лист белой бумаги. Одну из них оставить в сторону, она будет служит контрольным образцом для сравнения цвета растворов.

Во вторую по каплям, при непрерывном вращательном перемешивании прилить из бюретки 0,1Н раствора соляной кислоты до перехода окраски раствора от желтой до оранжево-красной и сравнить с цветом раствора, находящимся в первой колбе. В момент изменения окраски записать значение положения уровня раствора кислоты (по нижнему краю мениска) в бюретке и вычислить израсходованный на титрование объем соляной кислоты.

Процесс титрования повторить еще 2 раза с новыми порциями воды. Результаты титрования не должны отличаться. Если такое произойдет, то эксперимент придется повторить.

При добавлении метилового оранжевого индикатора в воду она становится желтой, а при добавлении потом туда соляной кислоты цвет меняется на красный.

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 ↑ + H2O

Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O + 2CO2 ↑

Рассчитать среднее значение объема кислоты, пошедшей на титрование, и по нему вычислить временную жесткость воды.

Vн = 0; VкHCL1 = Х мл; VкHCL2 = Y мл; VкHCL3= Z мл.

,

.

По полученным данным о жесткости воды можно утверждать, что вода очень мягкая, так как значение жесткости меньше 1,5 единиц по ГОСТ.

Определение общей жесткости воды. В бюретке (на 50 мл) заполнить

0,05 Н трилона Б до примерно нулевого деления и записать точное положение уровня по нижнему краю мениска. Пипеткой (на 100 мл) отобрать в две чистые плоскодонные конические колбы (на 250 мл) по 100 мл водопроводной воды, добавить в них 5 мл буферного раствора и сухой соли эриохрома черного и перемешать.

Поставить обе колбы на лист белой бумаги, затем одна из колб используется в качестве контрольного образца для сравнения цвета растворов. Во вторую, по каплям, при непрерывном вращательном перемешивании прилить из бюретки 0,05 раствора трилона Б до перехода окраски от одной капли из винно-красной в фиолетовую.

20