Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Учебно-исследовательская работа по курсу химии МОНИТОРИНГ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД МАЛОЙ РЕКИ «ГОРОДНЯ» В ПАВОДКОВЫЙ ПЕРИОД Выполнили студенты группы Т02-02 Алферовская П. С., Колокольников Г. А. Научный руководитель доцент Ананьева Елена Алексеевна Москва 2014

Цель: Исследовать на примере реки (р. Городня), находящейся в черте г. Москвы, влияние мегаполиса на состояние поверхностных вод в паводковый период. Введение

река в Москве, вторая по длине и расходу воды после Сетуни правый приток Москвы-реки в черте города; Длина 16 километров, из которых 13,5 километров Городня течёт в открытом русле (включая пруды). В низовьях река сильно загрязнена. Гордня:

Городня: Расположение: Начинается у пересечения Соловьиного проезда и ул. Рокотова (по другим данным рядом с метро Новоясеневская), пересекает Битцевский лесопарк, далее в открытом русле протекает в северной части района Чертаново Южное, затем по подземной трубе течёт к станции Покровская Курского направления. На территории района Царицыно она большей частью запружена, образуя Царицынские и Борисовские пруды, пересекает районы Зябликово, Братеево и впадает в Москву- реку у Бесединских мостов через МКАД.

Городня: На схеме:

Точка отбора:

Загрязнения водных систем происходит в результате первичного выпадения газо-аэрозольных выбросов автомобильного транспорта и их вторичной миграции с водными потоками на поверхности, при поступлении водных сбросов при эксплуатации автодорог. Также наблюдается загрязнение естественными органическими продуктами жизнедеятельности. Причины загрязнения:

1) Выхлопные газы автомобилей, содержащие газовую и аэрозольную фракции. 2) Испарение горюче-смазочных материалов. 3) Пылевые частицы от истирающихся деталей машин. 4) Продукты коррозии автомобилей и компоненты антикоррозийных покрытий. 5) Компоненты дорожного полотна. 6) Смыв загрязнений с полотна дороги талыми водами, дождями и поливочными машинами. 7) Смыв противогололедных смесей талыми водами и дождями. 8) Автозаправочные станции и мойки автомобилей. Особенности загрязнений от транспортных потоков в черте города.

общая жесткость нефтепродукты анионные поверхностно-активные вещества перманганатный индекс воды водородный показатель (pH) анионы : хлориды, нитраты, сульфаты катионы металлов: Железо, Алюминий, Кальций, Хром, Медь, Магний, Марганец, Свинец, Литий, Кремний, Калий, Натрий Из-за основных источников загрязнения появляется необходимость анализа следующих показателей:

Комплексонометрическое определение жесткости воды. Жесткость – свойство природной воды, определяемое присутствием в ней растворенных солей щёлочноземельных металлов, главным образом солей кальция и магния. Химические и физико-химические методы измерений.

Нефтепродукты смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые из нефти и нефтяных газов. Измерение массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природной и сточной воды на анализаторе жидкости Флюорат-02.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) Нафта Бензин Дизельное топливо Керосин Мазут Остаточные нефтяные топлива Прочие нефтепродукты Резина Масла Гудрон Прямогон Газоконденсат Битум Основные нефтепродукты

– это способ определений нефтепродуктов в различных водных пробах, характеризующийся простотой аппаратного оформления, быстротой исследований и высокой чувствительностью (с нижней границей диапазона определений в мг/л). В основе флюориметрического метода лежит экстракция нефтепродуктов гексаном, экстракт при необходимости очищается и производятся исследования интенсивности возникающей благодаря оптическому возбуждению флуоресценции экстракта. Среди характерных отличий метода стоит отметить также отсутствие мешающих сколько-нибудь значимых воздействий липидов и малые объемы забираемых для производства анализов проб. Флуориметрический метод

Экстракция- процесс разделения смеси жидких или твердых веществ с помощью селективных растворителей-экстрагентов, в основе процесса: -диффузия - равномерное распределение вещества В флюориметрическом методе используется для: -отделения нефтепродуктов от воды -концентрирования исследуемого вещества Флуориметрический метод

При возбуждении в ближней УФ области спектра флуоресцируют только полиядерные углеводороды. Поскольку их доля мала и зависит от природы нефтепродукта, наблюдается очень сильная зависимость аналитического сигнала от типа нефтепродукта. Флуориметрический метод

Селекция световых потоков осуществляется специально подобранными светофильтрами. В качестве источника света используется импульсная ксеноновая лампа высокого давления, обеспечивающая достаточные световые потоки во всем спектральном диапазоне оптических методов - от жесткого ультрафиолета до красной границы видимого света. При помощи микропроцессорной системы анализаторов производится вычисление концентрации определяемых веществ с использованием предварительно построенной градуировочной зависимости в соответствии с методиками выполнения измерений. Флуориметрический метод

Схема флюората

Значение нефтепродуктов в промышленности сложно переоценить, однако некоторые из фракций, содержащихся в нефти, весьма токсичны, причем их токсичность возрастает по мере увеличения концентрации этих фракций при поглощении или растворении их в водной системе. ПДК для питьевой воды 0,1 мг/л Низкокипящие насыщенные углеводороды и некоторые ароматические соединения (бензол и ксилол) токсичны и в разной степени растворимы в воде. Токсичность нефтепродуктов:

серьезные нарушения физиологической активности, эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами, болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм, изменения в биологических особенностях среды обитания. Общее воздействие нефтепродуктов на водную среду:

Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при диссоциации воды. Если ионы ОН- в воде преобладают - то есть рН>7, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ - рН

Для определения рН в работе используется pH-метр. Он позволяет измерять pH в широком диапазоне и более точно (до 0,1 единицы pH), чем с помощью индикаторов. Ионометрический метод определения pH основывается на измерении милливольтметром-ионометром ЭДС гальванической цепи, включающей специальный стеклянный электрод, потенциал которого зависит от концентрации ионов H+ в окружающем растворе. Способ отличается удобством и высокой точностью.

Потенциометрический метод анализа основан на определении концентрации вещества по величине потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор Для измерения потенциала используют гальванический элемент, состоящий из индикаторного электрода и электрода сравнения. Потенциометрический метод анализа

Электрод, по потенциалу которого судят о концентрации определенных ионов, называется индикаторным. Потенциал индикаторного электрода определяют относительно электрода сравнения, потенциал которого не зависит от концентрации определяемого иона и сохраняет постоянство в процессе измерения. Потенциометрический метод анализа

Равновесие диссоциации воды, рН воды

Конструкция одного из наиболее распространенных ИСЭ – стеклянного – приведена на рис Этот электрод содержит мембрану из специального стекла, контактирующую как с внешним (анализируемым), так и с внутренним раствором электролита, содержащего определяемый ион в стандартной концентрации (раствор НС1). Во внутренний раствор электролита погружен электрод сравнения (хлорсеребряный). Его назначение состоит в осуществлении обратимого перехода от ионной проводимости, характерной для мембраны и растворов электролитов, к электронной проводимости, имеющей место в металлическом токоотводе, что происходит за счет реакции, в которой расходуются ионы и образуются электроны. Ag 0 + Cl – AgCl +e – Стеклянный Электрод Рис Схема стеклянного электрода: 1 – мембрана из специального стекла; 2 – внутренний раствор электролита; 3 – слой плохо растворимой соли AgCl; 4 – серебряная проволока; 5 – токоотвод; 6 – припой; 7 – корпус электрода.

Кислотность среды имеет важное значение для множества химических процессов, и возможность протекания или результат той или иной реакции часто зависит от pH среды. Концентрация в растворе ионов водорода часто оказывает влияние на физико-химические свойства и биологическую активность белков и нуклеиновых кислот, поэтому для нормального функционирования организма поддержание кислотно-основного гомеостаза является задачей исключительной важности. Значение pH:

Для определения рН в работе используется pH-метр. Он позволяет измерять pH в широком диапазоне и более точно (до 0,1 единицы pH), чем с помощью индикаторов. Ионометрический метод определения pH основывается на измерении милливольтметром-ионометром ЭДС гальванической цепи, включающей специальный стеклянный электрод, потенциал которого зависит от концентрации ионов H+ в окружающем растворе. Способ отличается удобством и высокой точностью. Определение водородного показателя (pH) потенциометрическим методом

Перманганатный индекс воды – общая концентрация кислорода, соответствующая количеству иона перманганата, потребляемому при обработке данным окислителем в определенных условиях определенной пробы воды. Определение перманганатного индекса.

Перманганатный индекс является мерой загрязнения воды органическими и окисляемыми неорганическими веществами. Значение перманганатного индекса воды:

Хроматография – это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной. Неподвижной (стационарной) фазой обычно служит твёрдое вещество (сорбент) или плёнка жидкости, нанесённая на твёрдое вещество. Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу. Метод жидкостной хроматографии в определении хлоридов, нитратов, сульфатов

Сущность метода, используемого в наших анализах, заключается в следующем. Раствор исследуемой смеси вводят в «хроматографическую колонку» - стеклянную трубку, заполненную адсорбентом. Компоненты смеси адсорбируются в верхней части колонки, не разделяясь или разделяясь лишь частично; образуется первичная хроматограмма, затем её «проявляют». Для этого в колонку подают чистый растворитель (элюэнт), который десорбирует ранее адсорбированные вещества и перемещает их со своим потоком вниз по колонке. При движении по колонке происходят многократные акты адсорбции и десорбции, приводящие к разделению компонентов смеси в соответствии с законом адсорбционного замещения. Схема хроматографа: 1-емкость 2-прецизионный насос высокого давления 3-система ввода образца 4-элементы разделения 5-детектор 6-аналоговый регистратор 7-сливная емкость 8-in-line фильтр 9-входной фильтр

Атомно-эмиссионная спектроскопия (спектрометрия), АЭС атомно-эмиссионный спектральный анализ совокупность методов элементного анализа, основанных на изучении спектров испускания свободных атомов и ионов в газовой фазе. Метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно- связанной плазмой.

Некоторые примеры полученных результатов: Используется норматив для рыбохозяйственных водоемов.

1. Общая жесткость. Жёсткость обусловлена попаданием в реку солей жесткости (кальций и магний) с антигололедными препаратами.

2. Нефтепродукты. Нефтепродукты проникают в реку путём смыва загрязнений с полотна дороги и автозаправочных станций талыми водами и дождями.

Водородный показатель pH широко используется для характеристики кислотно-основных свойств различных биологических сред. 3. Водородный показатель (pH).

4. Пермагнганатный индекс. Источниками веществ, окисляемых кислородом, могут быть гниющие остатки листьев, животные останки, углеводороды и д.р.

5. Хлориды. Повышенное содержание хлоридов объясняется смыванием в водоём антигололедных препаратов.

6. Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно- связанной плазмой. Железо Алюминий Кальций Хром Медь Литий Магний Марганец Свинец Кремний Калий Натрий

Железо Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются продукты коррозии конструкций и сооружений (мосты), а также пылевые частицы истирающихся деталей автомобилей.

Марганец В поверхностные воды марганец поступает в виде присадки моторного топлива. Его содержание в реке превышает ПДК.

Медь Медь может появляться в результате коррозии медьсодержащих деталей (сплавов).

Свинец Поступает в природные воды в связи с использованием в качестве антидетонатора в моторном топливе транспортных средств, а также с поверхностным стоком с городских территорий (свалок, складов и д.р.).

Хром В поверхностные воды соединения хрома попадают вследствие коррозии и истирания деталей автомобилей.

Алюминий К источникам поступления алюминия в природные воды можно отнести: частичное растворение глин и алюмосиликатов, атмосферные осадки, пылевые частицы от истирающихся деталей машин.

Кремний Главным источником соединений кремния в природных водах являются процессы химического выветривания и растворения кремнийсодержащих минералов, например алюмосиликатов. Значительные количества кремния поступают в природные воды в процессе отмирания наземных и водных растительных организмов, с атмосферными осадками.

Погода в период с по

Погода в фото:

08.09

Сравнение с результатами прошлых лет: 1. Общая жесткость.

2. Нефтепродукты.

3. Пермагнганатный индекс.

4. Водородный показатель (pH).

5. Хлориды.

Железо

Хром

Марганец

Свинец

Кремний

Спасибо за внимание!