В настоящее время река Нева и притоки испытывают на себе существенную антропогенную нагрузку, интенсивность которой не имеет тенденции к снижению.
В связи с этим особенно актуальными становятся вопросы, связанные с поступлением загрязняющих веществ в реку Неву и в Невскую губу Финского залива. Поступление загрязняющих веществ с части водосбора реки Невы ниже Ладожского озера, в том числе с территории Санкт-Петербурга, в значительной степени осложняет экологическую обстановку в Финском заливе.
Для изучения состояния вод реки Невы нами было проведено исследование, в результате которого были определены некоторые физико-химические показатели в ее поверхностных и донных водах.
Выбор показателей качества воды определялся наличием оборудования и реактивов, имеющихся в химико-аналитической лаборатории колледжа.
Отбор проб производился на двух участках реки Невы: на Октябрьской набережной от дома № 68 до дома № 86 корпус 1(Рис.1) и на Рыбацком проспекте между домами № 25 и № 51 корпус 1 (так же 5 точек).
Рис.1. Расположение точек отбора проб на Октябрьской набережной
Рис. 2. Расположение точек отбора проб на Рыбацком проспекте
Выбор показателей качества воды определялся наличием оборудования и реактивов, имеющихся в химико-аналитической лаборатории колледжа.
Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН, образующихся при диссоциации воды. Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН-, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН<7)- кислую. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН [1].
Показатель рН для отобранных проб мы определяли при помощи метода прямой потенциометрии [2]. Для измерения pH использовали pH-метр И-510 со стеклянным (индикаторным) электродом и с хлорсеребряным электродом (электрод сравнения), содержащий раствор KCl концентрацией 3,0 М.
Среднее значение рН по точкам отбора проб определяли по следующей формуле:
, где
рНх и рНу — вдвоем только поверхностные или только донные значения рН одной точки отбора. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Распределение значения показателя рН в поверхностных и донных водах реки Невы на Октябрьской набережной и Рыбацком проспекте
|
Точки отбора |
рН воды |
|
|
|
Поверхностные |
Донные |
|
Октябрьская набережная |
||
|
1 |
7,49 |
7,43 |
|
2 |
7,505 |
7,60 |
|
3 |
7,59 |
7,615 |
|
4 |
7,60 |
7,595 |
|
5 |
7,57 |
7,54 |
|
∑рН |
7,551 |
7,556 |
|
Рыбацкий проспект |
||
|
6 |
7,73 |
7,86 |
|
7 |
7,80 |
7,76 |
|
8 |
7,78 |
7,79 |
|
9 |
7,805 |
7,82 |
|
10 |
7,83 |
7,82 |
|
∑рН |
7,789 |
7,81 |
Рис. 3. Распределение значения показателя рН в поверхностных и донных водах реки Невы на Октябрьской набережной и Рыбацком проспекте
На представленном рис. 3 точки отбора 1–5 расположены против течения реки Невы и по степени близости к предприятию ОАО «ГОЗ Обуховский Завод». Чем ближе точка отбора проб находится к предприятию, тем в большей степени значение рН поверхностных и донных вод смещается в щелочную сторону, а чем дальше от предприятия, тем более показатели рН поверхностных и донных вод близки к нейтральному значению. Таким образом, можно предположить, что на данном участке завод оказывает незначительное влияние на акваторию реки Невы. В свою очередь, на исследуемом отрезке Рыбацкого проспекта, (точки 6–10) значения рН поверхностных и донных вод выше. На основании того, что пробы отбирались против течения, можно предположить, что источником загрязнения является судостроительный завод «Пелла», который находится в районе города Отрадное. В целом водородный показатель реки Невы имеет на данных участках имеет нейтральный и слабощелочной характер.
Под щелочностью природных или очищенных вод понимают способность некоторых их компонентов связывать эквивалентное количество сильных кислот. Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых при обработке вод для водоснабжения. Вместе со значениями рН, щелочность воды служит для расчета содержания карбонатов и баланса угольной кислоты в воде [1]. Значение данного показателя производилось по следующей методике: к исследуемому образцу аликвотной части раствора (10 мл) было добавлено 0,2 мл соляной кислоты (HCl) и 2 капли индикатора фенолфталеина. Далее осуществлялось титрование рабочим раствором NaOH (0,1М) и расчет по формуле:
Щ = 
, где
N (NaOH) — нормальность NaOH (н);
V (NaOH) — объем титранта, пошедшего на титрование (мл);
1000 — перевод из мл в л;
V (воды) — объем анализируемой воды (мл).
Среднее значение щелочности (Щ) определялось по точкам отбора проб:
, где
Щх и Щу — вдвоем только поверхностные или только донные значения рН одной точки отбора.
Щелочность обуславливается мг-экв NaOH в 1 л H2O, так как 1 мг-экв NaOH = 40, то щелочность не должна превышать 40 (мг-экв/л). Результаты измерений представлены в таблице 2.
Таблица 2
Распределение значения щелочности в поверхностных и донных водах реки Невы на Октябрьской набережной и Рыбацком проспекте
|
Точки отбора |
Щелочность |
|
|
Поверхностные |
Донные |
|
|
Октябрьская набережная |
||
|
1 |
37,5 |
39 |
|
2 |
40 |
37,5 |
|
3 |
36,5 |
38 |
|
4 |
38 |
39 |
|
5 |
36 |
37,5 |
|
∑щ |
37,6 |
38,2 |
|
Рыбацкий проспект |
||
|
6 |
36 |
36,5 |
|
7 |
36,5 |
37,5 |
|
8 |
37 |
37,5 |
|
9 |
38,5 |
36,5 |
|
10 |
37,5 |
39,5 |
|
∑щ |
37,1 |
37,5 |
Рис. 4. Распределение значения щелочности в поверхностных и донных водах реки Невы на Октябрьской набережной и Рыбацком проспекте
При анализе рис. 4 можно видеть, что показатель щелочности вод реки Невы имеет повышенное значение. В среднем, донные воды имеют большую щелочность по сравнению с поверхностными, что может быть связано с тем, что почва имеет свойство накапливать в себе вредные вещества. Наиболее высокие значения показателя наблюдаются на исследуемом участке у Володарского моста, что можно объяснить близостью автомобильной трассы. Мост периодически моют, в зимний период его посыпают солью, а с приближением весны снег, содержащий эту соль, тает, в результате чего и происходит увеличение значений щелочности в Неве. Так же на щелочность реки Невы может влиять работа судостроительного завода «Пелла».
Для анализа образцов воды использовали современный спектрофотометрический метод, основанный на законе светопоглощения Бугера — Ламберта — Бера:
I =
, где
I — интенсивность света, прошедшего через раствор;
- интенсивность света, падающего на раствор;
— коэффициент поглощения света, является величиной постоянной, характерен для каждого окрашивающего вещества и зависит от природы этого вещества;
с — концентрация окрашиваемого вещества в растворе;
l — толщина светопоглощающего раствора, характеризуется размером кюветы и ее толщиной.
Работу производили на спектрофотометре ПЭ-5300ВИ, в качестве стандартного раствора использовали дистиллированную воду.
При помощи оптической плотности можно установить наличие тяжелых металлов в воде [3]. Причинами присутствия таких элементов могут быть сточные воды с различных промышленных объектов черной и цветной металлургии, предприятий машиностроения.
Железо очень важный элемент и от него зависят различные биологические процессы. Оно влияет на интенсивность развития фитопланктона, от него зависит качество микрофлоры в водоёмах.
Вода с большим количеством железа характеризуется плохими вкусовыми качествами. Она имеет неприятный вяжущий вкус и непригодна для промышленных целей.
В основном соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в поверхностные воды путём выщелачивания разных минералов (крокоит, хромит, уваровит).
Деятельность человека так же влияет на загрязнение окружающей среды этими соединениями. Основными источниками загрязнения хромом являются: кожевенные заводы, гальванические цеха, текстильные и химические предприятия. При больших концентрациях в окружающей среде, данные загрязнители могут вызвать раковые заболевания у животных и человека.
Свинец в реках и озерах находится во взвешенной и растворённой форме (минеральные и органоминеральные комплексы). Также свинец находится в виде нерастворимых веществ: сульфатов, карбонатов, сульфидов. Даже при малых количествах он может стать причиной интоксикации. Выведение этого тяжелого металла из организма протекает очень медленно, и он способен накапливаться в почках, костях и печени. Неорганические соединения свинца нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов, вызывая у детей умственную отсталость, заболевания мозга. Попадая в клетки, свинец дезактивирует ферменты, так же может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления.
Среднее значение оптической плотности (А) по точкам отбора проб:
, где
Ах и Ау — вдвоем только поверхностные или только донные значения рН одной точки отбора. Результаты измерений в таблице 3.
Таблица 3
Распределение значения оптической плотности в поверхностных и донных водах реки Невы на Октябрьской набережной и Рыбацком проспекте
|
Точки отбора |
Оптическая плотность |
|
|
Поверхностные |
Донные |
|
|
Октябрьская набережная |
||
|
1 |
0,079 |
0,089 |
|
2 |
0,0735 |
0,097 |
|
3 |
0,065 |
0,1145 |
|
4 |
0,048 |
0,045 |
|
5 |
0,0465 |
0,047 |
|
∑А |
0,0624 |
0,0785 |
|
Рыбацкий проспект |
||
|
6 |
0,079 |
0,089 |
|
7 |
0,0735 |
0,097 |
|
8 |
0,065 |
0,1145 |
|
9 |
0,048 |
0,045 |
|
10 |
0,0465 |
0,047 |
|
∑А |
0,0624 |
0,0785 |
Рис. 5. Распределение значения оптической плотности в поверхностных и донных водах реки Невы на Октябрьской набережной и Рыбацком проспекте
По рис. 5 можно проследить, что значения оптической плотности донных вод, в среднем выше, чем значения данного показателя для поверхностных вод. Это связано с тем, что почва имеет свойство накапливать в себе тяжелые металлы. Значения оптической плотности поверхностных вод выше по мере приближения к Володарскому мосту. На Рыбацком проспекте значения оптической плотности в несколько раз выше, чем на Октябрьской набережной. Возможно, это результат загрязнения реки Невы судостроительным заводом «Пелла», расположенного в городе Отрадное. Так же на оптическую плотность может повлиять мутность воды. В районе Рыбацкого проспекта вода более мутная, т. к. пробы воды отбирались у песчаного берега, а на Октябрьской набережной — вдоль гранитной набережной. В целом, оптическая плотность проб, отобранных на Рыбацком проспекте(0,119–0,340), в среднем, в 3 раза больше оптической плотности проб, отобранных на Октябрьской набережной (0,042–0,119).
Коэффициент пропускания — это отношение светового потока, прошедшего через слой, к световому потоку, падающему на слой. Коэффициент пропускания является мерой прозрачности слоя. Данные по этому показателю представлены в таблице 4.
Среднее значение коэффициента пропускания (мутности) — (Т) по точкам отбора проб:
, где
Тх и Ту — вдвоем только поверхностные или только донные значения рН одной точки отбора.
Таблица 4
Распределение значения коэффициента пропускания в поверхностных и донных водах реки Невы на Октябрьской набережной и Рыбацком проспекте
|
Точки отбора |
Коэффициент пропускания (%) |
|
|
Поверхностные |
Донные |
|
|
Октябрьская набережная |
||
|
1 |
82,15 |
81,6 |
|
2 |
82,35 |
80,15 |
|
3 |
86,1 |
76,75 |
|
4 |
89,5 |
90,25 |
|
5 |
89,8 |
89,75 |
|
∑Т |
85,98 |
83,7 |
|
Рыбацкий проспект |
||
|
6 |
74,8 |
65,9 |
|
7 |
65,2 |
48,5 |
|
8 |
72,45 |
46,65 |
|
9 |
73,6 |
57,5 |
|
10 |
64,1 |
56,4 |
|
∑Т |
70,03 |
54,99 |
Рис. 6. Распределение значение коэффициента пропускания в поверхностных и донных водах реки Невы на Октябрьской набережной и Рыбацком проспекте
Исследуя рис. 6, можно определить, что на Октябрьской набережной коэффициент пропускания гораздо выше, т. е. вода достаточно прозрачная. На Рыбацком проспекте вода более мутная, это связано с тем, что пробы отбирались у песчаного берега реки Невы, а пробы с Октябрьской набережной были отобраны в районе гранитной набережной, о чем уже упоминалось выше.
Таким образом, на основании полученных результатов, можно сделать вывод, что физико-химические показатели вод реки Невы ближе к нормативным на изученном отрезке Октябрьской набережной. На обозначенном участке Рыбацкого проспекта величины показателей так же не выходят за пределы нормативных. Так как данные отрезки Невы разделены Обуховским заводом, можно предположить, что очистные сооружения данного предприятия успешно справляются с очисткой вод, не только ликвидируя последствия их использования в собственном технологическом цикле, но и снижая количество загрязнителей, поступающих с водой, входящей на предприятие.
Литература:
1. Васильев В. П. Аналитическая химия. Часть 2. Физико-химические методы анализа [текст] Издательство: Дрофа, 2003 год. — 384 с.
2. Русин Г. Г. Физико-химические методы анализа в агрохимии [текст] Издательство: Агропромиздат, год 1990. — 303 с.;
3. Цитович И. К. Курс аналитической химии– 6-е изд., испр. и доп. — М.: Высшая школа, [текст] год 1994. — 495 с
