Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Учебно-исследовательская работа по курсу химии МОНИТОРИНГ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД МАЛОЙ РЕКИ «ГОРОДНЯ» - презентация

1 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

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

3 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:

4 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.

5 Городня: На схеме:

6 Точка отбора:

7 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:

8 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.

9 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:

10 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.

11 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.

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

13 – 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

14 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

15 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

16 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

17 Схема флюората

18 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:

19 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:

20 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

21 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.

22 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

23 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

24 Равновесие диссоциации воды, рН воды

25

26 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.

27 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:

28 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

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

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

31 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

32 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

33 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.

34 Некоторые примеры полученных результатов: Используется норматив для рыбохозяйственных водоемов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

44 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.).

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

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

47 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.

48 Погода в период с по

49 Погода в фото:

50

51 08.09

52 Сравнение с результатами прошлых лет: 1. Общая жесткость.

53 2. Нефтепродукты.

54 3. Пермагнганатный индекс.

55 4. Водородный показатель (pH).

56 5. Хлориды.

57 Железо

58 Хром

59 Марганец

60 Свинец

61 Кремний

62 Спасибо за внимание!