Материал: m31313
Химический состав воды и методы его изучения
При рыбоводных работах особое внимание уделяется изучению кислородного режима водоемов, так как наличие в воде растворенного кислорода – обязательное условие для существования большинства водных организмов. Потребность в кислороде у отдельных видов рыб различна. Так, для нормальной жизнедеятельности лососевых концентрация кислорода должна быть 8-11 мг/л, а для карповых – 5-8 мг/л. При концентрации кислорода около 3,0 мг/л карп становится беспокойным, хуже питается, а при падении кислорода до 1,2-0,6 мг/л (в зависимости от температуры воды) возникает угроза гибели рыбы. От насыщения воды кислородом зависит жизнедеятельность рыб. При падении содержания кислорода ухудшаются условия питания рыб, снижается их рост, понижается устойчивость ко многим неблагоприятным факторам внешней среды, в том числе к ядам промышленных и бытовых сточных вод.
Содержание растворенного в воде кислорода зависит от двух групп процессов, проходящих одновременно в водоеме. С одной стороны, это процессы, обогащающие воду кислородом (к ним относятся фотосинтез растений, а также поступление его из атмосферы), с другой стороны – уменьшающие его содержание в воде.
Мощный источник обогащения воды кислородом – процесс фотосинтеза водных растений. Интенсивность его зависит от развития водорослей, температуры и освещения воды. Второй источник – атмосфера, кислород которой может поглощаться поверхностными слоями воды. Насыщение воды кислородом этим путем значительно ускоряется при интенсивном разбрызгивании, течении, ветровом перемешивании.
Кислород расходуется на различные окислительные процессы, в том числе и на дыхание водных организмов. Потребление кислорода рыбами приводится в табл. 3. Значительное количество кислорода используется на окисление органических веществ. За сутки донные отложения на 1 м2 дна поглощают от 0,4 до 1,6 г кислорода. Не съеденный рыбой 1 кг корма, окисляясь, поглощает от 10 до 50 г кислорода.
В результате изменения температуры воды, освещенности и влияния других факторов в водоемах наблюдаются периодические сезонные и суточные колебания в количестве кислорода, растворенного в воде. Поэтому рыбовод обязан постоянно контролировать содержание кислорода в воде.
Определение содержания растворенного кислорода в воде проводится по методу Винклера. Он основан на способности гидрата закиси марганца реагировать в щелочной среде с кислородом, растворенным в воде. Гидрат закиси марганца связывает кислород с образованием осадка гидрата окиси марганца. После добавления кислоты осадок растворяется, и раствор в зависимости от количества выделившегося йода окрашивается в коричневый цвет различной интенсивности. Выделившийся йод титруют раствором гипосульфита. По количеству гипосульфита, израсходованного на титрование пробы, рассчитывают количество кислорода.
Пробу на кислород берут с помощью батометров или других приспособлений. Из батометра пробу переносят в специальные кислородные склянки с притертыми пробками. После этого приступают к фиксации кислорода. Для этого в склянку объемом 100- 150 мл вводят 2 мл раствора хлористого марганца MnCl2 и 2 мл раствора едкого натра с йодистым калием (NaOH+KI). Пипетки с реактивами погружают в склянку и затем по мере выливания из них реактива должна быть своя пипетка, помеченная каким-либо способом. После прибавления хлористого марганца и щелочи склянки закрывают, и содержимое тщательно перемешивают. Когда осадок опустится на дно, склянку открывают и пипеткой вводят 5 мл серной кислоты (1:4) или концентрированной соляной кислоты. Затем склянку закрывают и перемешивают.
После растворения осадка из склянки берут пипеткой 50 или 100 мл исследуемой воды, переносят в коническую колбу на 200-250 мл и титруют 0,01 н. или 0,02 н. раствором гипосульфита до слабо-желтого цвета. После этого к пробе добавляют 1 мл крахмала и окрасившийся в синий цвет раствор титруют до обесцвечивания. Учитывают все количество гипосульфита, пошедшее на титрование.
Расчет количества кислорода О2, растворенного в воде, проводится по следующей формуле, мг/л:
,
где П – количество 0,01 н. раствора гипосульфита, израсходованного на титрование пробы, мл;
К – поправка на нормальность гипосульфита;
N – нормальность раствора гипосульфита;
О – объем пробы, мл;
о1 – объем прибавленных реактивов, мл;
8 – коэффициент пересчета на кислород (1 мл 0,01 н. раствора гипосульфита соответствует 0,08 мг кислорода).
Например, на титрование пробы пошло 7,1 мг гипосульфита; поправочный коэффициент К раствора гипосульфита 0,9; объем пробы, взятой на титрование, 100 мл. Содержание кислорода О2, растворенного в воде, равно
мг/л.
При анализе кислородного режима водоема важно знать не только абсолютное количество кислорода, растворенного в воде, но и его относительное содержание – процент насыщения от нормы при данной температуре.
По относительному содержанию кислорода судят о напряженности окислительных процессов в водоеме.
Расчет.
Предположим, что содержание кислорода в водоеме составляет 5,7 мг/л. Температура воды 24°С. Необходимо рассчитать относительное содержание кислорода. Из табл. 5 находим, что при данной температуре должно быть 8,33 мг/л растворенного в воде кислорода.
Тогда относительное содержание кислорода составит:
8,33 – 100
5,7
– х 
.
Таблица 5. Содержание кислорода, растворенного в воде в зависимости от температуры
Т,°С |
Равновесные концентрации кислорода, мг/л |
|||||||||
0,0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
14,65 14,25 13,86 13,49 13,13 12,79 12,46 12,14 11,84 11,55 11,27 11,00 |
14,61 14,21 13,82 13,46 13,10 12,76 12,43 12,11 11,81 11,52 11,24 10,98 |
14,57 14,17 13,79 13,42 13,06 12,72 12,40 12,08 11,78 11,49 11,22 10,95 |
14,53 14,13 13,75 13,38 13,03 12,69 12,36 12,05 11,75 11,47 11,19 10,93 |
14,49 14,09 13,61 13,35 13,00 12,66 12,33 12,02 11,72 11,44 11,16 10,90 |
14,45 14,05 13,68 13,31 12,96 12,62 12,30 11,99 11,70 11,41 11,14 10,87 |
14,41 14,02 13,64 13,28 12,93 12,59 12,27 11,96 11,67 11,38 11,11 10,85 |
14,37 14,98 13,60 13,24 12,89 12,56 12,24 11,93 11,64 11,35 11,08 10,82 |
14,33 13,94 13,56 13,20 12,86 12,53 12,21 11,90 11,61 11,33 11,06 10,80 |
14,29 13,90 13,53 13,17 12,82 12,49 12,18 11,87 11,58 11,30 11,03 10,77 |
Продолжение табл. 5
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 |
10,75 10,50 10,26 10,03 9,82 9,61 9,40 9,21 9,02 8,84 8,67 8,50 8,33 8,18 8,02 7,87 7,72 7,58 7,44 |
10,72 10,48 10,24 10,01 9,79 9,58 9,38 9,19 9,00 8,82 8,65 8,48 8,32 8,16 8,01 7,86 7,71 7,56 7,42 |
10,70 10,45 10,19 9,99 9,77 9,56 9,36 9,17 8,98 8,81 8,63 8,46 8,30 8,14 7,99 7,84 7,69 7,55 7,41 |
10,67 10,43 10,17 9,97 9,75 9,54 9,34 9,15 8,97 8,79 8,62 8,45 8,29 8,13 7,98 7,83 7,68 7,54 7,40 |
10,65 10,40 10,15 9,95 9,73 9,52 9,32 9,13 8,95 8,77 8,60 8,43 8,27 8,11 7,96 7,81 7,66 7,52 7,38 |
10,62 10,38 10,12 9,92 9,71 9,50 9,30 9,12 8,93 8,75 8,58 8,42 8,25 8,08 7,95 7,80 7,65 7,51 7,37 |
10,62 10,36 10,10 9,90 9,69 9,48 9,29 9,10 8,91 8,74 8,56 8,40 8,24 8,07 7,93 7,78 7,64 7,49 7,35 |
10,57 10,33 10,08 9,88 9,67 9,46 9,27 9,08 8,90 8,72 8,55 8,38 8,22 8,05 7,92 7,79 7,62 7,48 7,34 |
10,55 10,31 10,08 9,86 9,65 9,44 9,25 9,06 8,88 8,70 8,53 8,37 8,21 8,05 7,90 7,75 7,61 7,47 7,32 |
10,52 10,28 10,06 9,84 9,63 9,42 9,23 9,04 8,86 8,68 8,52 8,35 8,19 8,04 7,89 7,74 7,59 7,45 7,31 |
К
олориметрический
метод определения кислорода.
В ряде случаев для определения кислорода
пользуются колориметрическим методом.
Для этого раствор, полученный после
действия на осадок кислотой, сравнивают
со стандартной шкалой. В качестве эталона
используют различным образом подготовленные
стандартные растворы и цветные шкалы,
изготовленные из целлофановой пленки,
окрашенные специальным красителем.
Колориметрическое определение лучше
проводить, используя компаратор (рис.
21).
Рис. 21. Компаратор (А); компаратор Соловьева (Б)
Колориметрический метод ускоряет работу, анализ может быть проведен непосредственно на водоеме.
Определение свободной углекислоты, карбонатов и бикарбонатов
Углекислота содержится в водоеме как в свободном состоянии (в виде газа, растворенного в воде), так и в виде ионов. Она может попадать в воду из атмосферы. Однако основным источником углекислоты в природной воде являются различные биохимические процессы, протекающие в воде и грунтах, с которыми вода соприкасается: окисление органических остатков, находящихся в воде и грунтах, а также дыхание водных организмов и др.
Углекислый газ, образующийся в указанных процессах, соединяется с водой, превращаясь в угольную кислоту: СО2+Н2О=Н2СО3.
Наличие в воде угольной кислоты способствует растворению карбоната кальция и переводу его в гидрокарбонат, обладающий большей растворимостью, чем карбонат кальция: CaCO3+Н2СО3=Са(НСО3)2. Вследствие растворения углекислых солей вода обогащается карбонатными и бикарбонатными ионами.
В
природных водах углекислота содержится
в свободном состоянии в виде газа,
растворенного в воде, – двуокиси углерода
или свободной углекислоты; в виде ионов
ˉ–
гидрокарбонат-ионов; в виде ионов
ˉ–
карбонат-ионов.
В
се
эти формы находятся в подвижном химическом
равновесии: Н2СО3
Н++
ˉ
2Н++
ˉ
Уменьшение содержания углекислоты в воде приводит, в свою очередь, к повышению рН воды, при исчезновении ее из раствора рН воды будет выше 8,4.
Свободная углекислота служит источником питания растений, использующих углерод для построения клеток и тканей, поэтому летом, в период усиленного развития водорослей (цветение водоемов), содержание ее может сильно колебаться. В светлое время суток зеленые растения ассимилируют углерод, в результате количество свободной углекислоты в воде быстро падает. Иногда она расходуется полностью с последующим распадом гидрокарбонатов и образованием карбонатов:
С а(НСО3)2 CaCO3+Н2О+СО2
Карбонат кальция малорастворим в воде и выпадает в осадок.
Как показывают многочисленные исследования, между концентрацией свободной углекислоты в воде и интенсивностью фотосинтеза водорослей существует определенная зависимость. Оптимальные условия для фотосинтеза наблюдаются при концентрации углекислоты в воде до 0,1-0,9%, при концентрации ее 1-5% интенсивность фотосинтеза снижается.
Высокая концентрация свободной углекислоты может отрицательно сказаться и на жизнедеятельности рыб, степень этого влияния зависит от вида рыбы (табл. 6).
Таблица 6. Влияние углекислоты на жизнедеятельность рыб (по Н.С. Строганову, 1962)
Рыба |
Концентрация углекислоты, мг/л, при которой наблюдается |
||
учащенное дыхание |
нарушение равновесия |
боковое или спинное положение |
|
Форель: ручьевая радужная Карп Линь |
36 36 55-73 110-128 |
50 50-70 202 385 |
100-147 147 257 440 |