Дипломная (вкр): Дослідження стану річки Сіверський Донець за показниками біогенного насичення

Послаблення в каламутній воді інтенсивності світла з глибиною наводить до більшого поглинання сонячної енергії поблизу поверхні. Поява теплішої води в поверхні зменшує перенесення кисню з повітря у воду, знижує щільність води, стабілізує стратифікацію. Зменшення потоку світла також знижує ефективність фотосинтезу і біологічну продуктивність водоймища.

Визначення прозорості води - обов'язковий компонент програм спостережень за станом водних об'єктів. Збільшення кількості грубодисперсних домішок і каламутності характерний для забруднених і евтрофних (низовинних стоячих, таких, що знаходяться в першій стадії заболочування) водойми.

Жорсткість води - певна властивість води, яку пов'язують з розчиненими в ній з'єднаннями магнію і кальцію, тобто наявністю у воді катіонів цих елементів (при підвищенні температури солі цих металів випадають в осад і утворюють вельми міцні відкладення). Жорсткість води багато в чому визначає придатність води для використання як промислових, так і в побутових цілях. Виникненням накипу ми "вдячні" саме жорсткій воді.

Жорсткість води прийнято обчислювати сумою мілімолей іонів кальцію і магнію на 1 літр води (ммоль/л). 1 моль/л відповідає кількості будь-якої речовини в мг/л, рівному його молекулярній масі, розділеній на валентність. Величина 1 ммоль/л говорить про вміст в 1 літрі води 20,04 мг/л кальцію або 12,1 би мг/л магнію. Для зручності користуються величиною мг-екв/л, яка відповідає моль/м³. Крім того, в зарубіжних країнах широко використовуються такі одиниці жорсткості, як німецький градус, французький градус, американський градус, ррт карбонату кальцію. Виділяють 2 типи жорсткості води:

-           тимчасова - карбонатна жорсткість, обумовлена присутністю на ряду з кальцієм, магнієм і залізом гідрокарбонатних аніонів;

-           постійна - некарбонатна жорсткість, характеризується присутністю сульфатних, нітратних і хлоридних аніонів, солі кальцію і магнію яких прекрасно розчиняються у воді;

-           загальна жорсткість визначається як сумарна величина наявності солей магнію і кальцію у воді, тобто сумою карбонатної і некарбонатної жорсткості.

Прийнято класифікувати жорсткість води таким чином:

-           м'яка вода - жорсткість 3,0 мг-екв/л і більш

-           середня жорсткість - від 3,0 до 6,0 мг-екв/л

-           жорстка вода - понад 6,0 мг-екв/мл.

Причиною жорсткості води є підземні поклади вапняків, гіпсу, доломітів, які розчиняються в підземних водах, а також частково, інших процесів розчинення і вивітрювання гірських порід. Зазвичай в маломінералізованих водах переважає (до 70%-80%) жорсткість води, обумовлена іонами кальцію (хоча в окремих випадках магнієва жорсткість може досягати 50-60%). Із збільшенням міри мінералізації води вміст іонів кальцію (Са2+) швидко падає і рідко перевищує 1 г/л. Вміст же іонів магнію (Мg2+) у високомінералізованих водах може досягати декількох грамів, а в солоних озерах - десятків грамів на один літр води [30].

В цілому, жорсткість поверхневих вод менше жорсткості вод підземних. Жорсткість поверхневих вод схильна до помітних сезонних коливань, досягаючи зазвичай найбільшого значення в кінці зими і найменшого в період повені, коли рясно розбавляється м'якою дощовою і талою водою. Морська і океанська вода мають дуже високу жорсткість (десятки і сотні мг- екв/дм³).

Прийнятність жорсткості води для питних потреб залежить від конкретних місцевих умов. Жорстка вода має гіркуватий смак і негативно впливає на органи травлення, органолептичні властивості води відповідають низькому рівню [26].

Проте м'яка вода з жорсткістю менше 2 мг-екв/л має низьку буферну ємкість і може, залежно від значення рН і інших параметрів впливати на корозійну активність водоводов (в даному випадку підвищувати їх стійкість і працездатність). У теплотехніці в деяких випадках проводять спеціальну хімпідготовку води з метою досягнення оптимального і ефективного співвідношення між жорсткістю води і її корозійною активністю.

Зважені тверді речовини є виглядом забруднення, негативні наслідки якого пов'язані із зміною об'ємів вступу зважених речовин у водні об'єкти в результаті господарської діяльності. Зважені речовини поступають у водні об'єкти з територій країн басейну і виносяться з річковим стоком в гирлову частину річки. їх накопичення в гирловій частині річки наводить до формування вогнищ можливого забруднення прибережного шельфу.

Водневий показник (рН). Визначення рН водного середовища є показником концентрації у воді іонів водню. Існує шкала значень рН від 0 до 14, згідно з якою водний розчин зрН-7 нейтральний, розчин з рН менше 7 кислий, а з рН більше 7 лужний. Для більшості мешканців водних екосистем оптимальне значення рН не повинне значно відхилятися в бік кислотності чи лужності. Значення рН водойми залежить від багатьох факторів, насамперед від вмісту у воді органічних речовин, тобто від того, водойма евтрофічна чи оліготрофічна. Окиснення органічних речовин редуцентами супроводжується виділенням у воду вуглекислого газу, який підвищує кислотність води, а отже, знижує рН. Якщо рН досліджуваної водойми менше ніж 7 або більше за 8,5 і ніяких природних причин цього явища не встановлено, то джерело забруднення водойми буде штучного походження. До промислових підприємств, що найсильніше впливають на рН водних джерел" належать хімічні заводи, заводи штучних добрив, деревообробні й паперові комбінати, молочні комбінати й металургійні підприємства. рН водних джерел значною мірою знижують кислотні дощі, головною причиною яких теплові електростанції і металургійні комбінат.

У природних водах азот амонійний може перебувати у вигляді вільних молекул. В загальному азоті природних вод прийнято виділяти органічну і мінеральну форму. Основними джерелами надходження азоту є процесі, які відбуваються всередині водойми, газообмін з атмосферою, атмосферні опади та антропогенне забруднення. Різні форми азоту в процесі його коло обміну можуть трансформуватися, переходячи з однієї форми в іншу. Азот належить до найважливіших лімітуючи біогенних елементів. Високий вміст азоту у воді прискорює процеси евтрофікації водойм, тобто бурхливий розвиток мікроскопічних водоростей, "цвітіння" водойм, загибель риб та інших водних організмів, тобто кардинально порушує стан водних екосистем.

Показник якості води, що характеризує інтенсивність забарвлення води й зумовлений вмістом забарвлених сполук; виражається в градусах платиново- кобальтової шкали. Визначається шляхом порівняння забарвленої випробуваної води з еталонами [25].

Забарвлення природних вод обумовлена головним чином присутністю гумусових речовин і сполук тривалентного заліза. Кількість цих речовин залежить від геологічних умов, водоносних горизонтів, характеру грунтів, наявності боліт і торфовищ в басейні ріки. Стічні води деяких підприємств також можуть створювати досить інтенсивне забарвлення води.

Забарвлення природних вод коливається від одиниць до тисяч градусів. Розрізняють "натуральний колір", обумовлений тільки розчиненими речовинами, і "вдаваний колір", викликаний присутністю у воді колоїдних і зважених часток, співвідношення між який значною мірою визначаються розміром рН. Гранично припустимий розмір забарвлення у водах, використовуваних для питних цілей, складає 35 градусів по платиново-кобальтовій шкалі. Відповідно до вимог до якості води в зонах рекреації забарвлення води не повинно виявлятися візуально в стовпчику висотою 10 см.

Високе забарвлення води погіршує її органолептичні властивості і має негативний вплив на розвиток водяних рослинних і тваринних організмів у результаті різкого зниження концентрації розчиненого кисню у воді, що витрачається на окислювання сполук заліза і гумусових речовин [2, 3].

Найголовнішим показником являється розчинений кисень. Розчинені у воді гази визначаються при характеристиці впливу води на корозійні властивості по відношенню до металу і бетону, а також у воді може утворюватися кисень в результаті життєдіяльності зелених рослин, які заселяють близькі до поверхні шари води. Розчинність чистого кисню, який виділяється зеленими рослинами у 5 разів більше, ніж розчинність кисню з повітря, в якому вміст газу складає 21%, тому що розчинність кисню у воді зумовлюється його парціальним тиском. Концентрація кисню у воді залежить від температури і забруднення води. Максимально можлива концентрація кисню у воді при розчину у ній повітря при температурі 0°С - 14,56 мг/л. Наявність у воді аміаку, заліза, нітритів, легко окиснюваних органічних речовин, порушує рівновагу, обумовлююче розчинність кисню з повітря, і понижує його концентрацію у воді. Вміст іонів водню у природних водах визначається в основному кількісним співвідношенням концентрацій вугільної кислоти і її іонів.

Сухий залишок характеризує вміст у воді нелетких розчинених речовин (головним чином мінеральних) і органічних речовин, температура кипіння яких перевищує 105-110°С. Сухий залишок визначають гравіметричним і розрахунковим методами. Перед визначенням сухого залишку пробу необхідно фільтрувати або відстоювати для відділення від зважених речовин, природних вод, що визначає їхню питому електропровідність, змінюється в широких межах. Більшість рік має мінералізацію від декількох десятків міліграмів у літрі до декількох сотень. їхня питома електропровідність варіює від 30 мк/см до 1500 мк/см. Мінералізація підземних вод і солоних озер змінюється в інтервалі від 40-50 мг/дм3 до 650 г/кг (щільність у цьому випадку вже значно відрізняється від одиниці). Питома електропровідність атмосферних осадів (із мінералізацією від 3 до 60 мг/дм ) складає 20-120 мк/см [2].

Багато виробництв, сільське господарство, підприємства питного водопостачання пред'являють визначені вимоги до якості вод, зокрема, до мінералізації, тому що води, що містять велику кількість солей, негативно впливають на рослинні і тваринні організми, технологію виробництва і якість продукції, викликають утворення накипів на стінках котлів, корозію, засолення ґрунтів. Відповідно до гігієнічних вимог до якості питної води сумарна мінералізація не повинна перевищувати розміри 1000 мг/дм3. За узгодженням з органами санепіднагляду для водопроводу, що подає воду без відповідної обробки (наприклад, з артезіанських свердловин), припускається збільшення мінералізації до 1500 мг/дм³) [1].

Розділ 4. Результати досліджень та їх обговорення

.1 Оцінка екологічного стану річки Сіверський Донець за показниками біогенного насичення

Наші дослідження показали, що восени 2013 р. та навесні 2014 року параметри багатьох показників перевищували ГДК. Крім того, нами було проведено порівняння середніх значень досліджуваних показників в світлі сезонних відмінностей (табл. 4.1.). Зокрема, як восени 2013 року, так і на весні 2014 року параметри сухого залишку р. Сіверський Донець перевищують ГДК. Порівняння параметрів цього показника між сезонами не виявило достовірних відмінностей (табл. 4.1., рис. 4.1.)

Таблиця 4.1.

Параметри екологічних показників р. Сіверський Донець

Примітка: різниця між показниками достовірна - *р<0,05, ***р<0,001.

Таблиця 4.2.

Класифікація природних вод по мінералізації

Рис. 4.1. Параметри сухого залишку р. Сіверський Донець

Отже, за показником сухого залишку води р. Сіверський Донець не відповідають встановленим нормативам, що є одним з наслідків впливу на екологію річки господарської діяльності людини. Для оцінки за цим параметром можна застосувати класифікацію, наведену в таблиці 4.2.

Для більшості мешканців водних екосистем оптимальне значення рН не повинне значно відхилятися в бік кислотності чи лужності. Значення рН водойми залежить від багатьох факторів, насамперед від вмісту у воді органічних речовин, тобто від того, водойма евтрофічна чи оліготрофічна. Окиснення органічних речовин редуцентами супроводжується виділенням у воду вуглекислого газу, який підвищує кислотність води, а отже, знижує рН.

Рис. 4.2. Параметри водневого показника р. Сіверський Донець

Таблиця 4.3.

Класифікація природні води в залежності від рН

Якщо рН досліджуваної водойми менше ніж 7 або більше за 8,5 і ніяких природних причин цього явища не встановлено, то джерело забруднення водойми буде штучного походження. До промислових підприємств, що найсильніше впливають на рН водних джерел, належать хімічні заводи, заводи штучних добрив, деревообробні й паперові комбінати, молочні комбінати й металургійні підприємства. рН водних джерел значною мірою знижують кислотні дощі, головною причиною яких теплові електростанції і металургійні комбінат. Наші дослідження показали, що вода р. Сіверський Донець за показником рН не перевищує нормативи ГДК. Достовірних сезонних змін за цим показником не встановлено (табл. 4.1, табл. 4.3, рис. 4.2.).