Изучение качества воды в Суздальских озерах

Суздальские озера находятся в черте города Санкт - Петербурга и являются излюбленным местом отдыха горожан, в связи с чем к качеству воды в этих озерах предъявляются повышенные требования.

Нами было проведено исследование воды этих озер на содержание в ней соединений азота в виде нитратов, нитритов и аммонийных солей.

Химический анализ воды проводили в аккредитованной экоаналитической лаборатории СПГТУ РП.

Результаты показали, что в первом и втором озерах содержание азота во всех трех формах невелико и не достигает предельно допустимых концентраций ( ПДК ). В третьем озере наблюдается значительное превышение ПДК по нитритам и аммонийным солям. Содержание азота нитритов достигает 0.44 мг/л при ПДК равном 0.08 мг/л, а содержание аммонийного азота составляет 0.38 мг/л при ПДК 0.50 мг/л.

Одновременно был проведен анализ снежного покрова озер, загрязнение которого вместе со стоками от жилой застройки на берегу озер вносят свой отрицательный вклад в состояние воды.

Результаты исследования имеют практическое значение :

данные анализов внесены в банк данных об экологическом состоянии водоемов Ленинградской области.

 

Вступление

Есть в Санкт-Петербурге озера , носящие название Суздальских . Это чистейшие ключевые озера всегда манили к себе петербуржцев . Здесь строили дачи и летние дворцы , купались летом и катались на санях зимой . Здесь водилась рыба и гнездились птицы Но времена изменились. Вблизи озер на месте вырубленных лесов вырос огромный жилой район, появилась большая промышленная зона " Парнас ". Были проложены шоссейные и железные дороги, по ним двинулись потоки машин и тяжелые железнодорожные составы. Птицы стали покидать привычные гнездовья , звери уходили подальше от человека , в загрязненных водоемах погибала рыба .

И хотя Суздальские Озера лишь крохотный уголок нашего общего дома, их судьба не может не волновать.

В своей работе мы попытаемся хотя бы разобраться в причинах загрязнения этих озер .

Зимой 1996 года нами были взяты пробы воды и снега, анализ которых был проведен в лаборатории аналитической химии Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров под руководством сотрудников лаборатории

Круговорот азота

Азот является элементом исключительно важным для органической жизни. Около 16 - 17 % его входят в состав всех белковых веществ, служащих основой всех живых организмов. В природе рассматриваемый элемент непрерывно проходит определенный цикл весьма многообразных превращений.

Малая устойчивость азотистых соединений в условиях высоких температур и избытка водяного пара заставляет предполагать, что при образовании земной коры и ее в дальнейшем охлаждении большая часть азота атмосферы сохранилась в свободном состоянии. Такие азтотсодержащие минералы, как нитриды, если и возникали в значительных количествах, то должны были быть погребены в глубоких слоях Земли, изолированных от ее поверхности громадными массивами более летучих и легких пород.

Необходимые для развития более высокоорганизованной материи - живого вещества - соединения связанного азота могли образоваться на поверхности земной коры лишь после достаточного ее остывания. Необыкновенно частые и мощные электрические разряды в теплой и очень влажной атмосфере отдаленных геологических эпох обуславливали частичную диссоциацию водяного пара на элементы и энергичное связывание атмосферного азота в  NO . Окись азота переходила затем в NO2 и азотную кислоту, которая вместе с дождем попадала в почву и взаимодействовала с имевшимися в последней солями. Т. о. первичным образованием соединений связанного азота Земля, повидимому, обязана грозам  ( 1 ).

С развитием на ней органической жизни соли азотной кислоты послужили важнейшим материалом для выработки растениями основы их тканей - белковых веществ. Из растений белки частично переходят в организм животных, экскременты животных и их трупы, а также останки самих растений возвращают почве взятый из нее связанный азот. Под воздействием особых видов бактерий упомянутые останки “гниют”, т. е. претерпевают ряд сложных биохимических изменений, причем в конечном счете содержавшийся в них связанный азот переходит в аммиак и соли аммония ( 2 ) ( 3 ) .

Эти конечные продукты вновь усваиваются растениями, частично подвергаются дальнейшей переработке в соли азотной кислоты ( 4 ) ( 5 ).

 

2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 172 ккал ( 5 )

2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 26 ккал ( 5 )

5C + 4KNO3 = 2K2CO3 + 2CO2 + 2N2 + 360 ккал ( 6 )

2N2 + 6H2O + 3C + 83 ккал = 4NH3 + 3CO2 ( 7 )

NH3 + HNO3-  NH4NO3 ( 5 )

2NaNO3 -  2NaNO2 + O2   ( 5 )

Нитриты

Нитриты появляются в воде главным образом в результате биохимического окисления аммиака или восстановления нитратов. В поверхностных водах в присутствии достаточных количеств кислорода при высоких значениях окислительно-восстановительного потенциала доминируют процессы биохимического окисления.

Восстановление нитратов с образованием нитритов протекает в условиях дефицита кислорода в придонных слоях воды и в донных отложениях. В совокупности с другими ингредиентами концентрация нитратов и ее динамика и распределение в водоеме могут служить важными показателями названных выше процессов. Присутствие в повышенных концентрациях нитритов может свидетельствовать о загрязнении водоема.

Нитраты

Нитраты являются конечным продуктом биохимического окисления аммиака, образующегося главным образом в результате распада белковых веществ.

В поверхностных водах нитраты обычно присутствуют в заметных количествах за исключением периода интенсивного развития фитопланктона в водоемах, когда содержание нитратов может падать до исчезающе малых величин.

Повышенная концентрация нитратов может свидетельствовать об имевшем место в предшествующий период фекальными загрязнении водоема.

Сведения об изменениях в концентрации нитратов и соотношений между концентрациями остальных форм азота могут быть использованы для характеристики интенсивности процессов самоочищения и самоочищающей способности водоемов.
Аммонийный азот

В поверхностных водах аммонийный азот находится главным образом в виде ионов аммония и недиссоциированных молекул NH4OH.

Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано с процессами деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложением мочевины. Увеличение концентрации ионов аммония наблюдается поэтому в периоды отмирания водных организмов, особенно в зонах их скопления: в придонном сливе водоема, в слоях повышенной плотности фито -  и бактериопланктона. Ионы аммония могут образовываться в результате анаэробных процессов восстановления нитратов и нитритов. Значительное количество ионов аммония поступает в природные воды с атмосферными осадками. Высокие концентрации ионов аммония характерны для поступающих в водоемы сточных вод и промстоков предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности.

Повышенное содержание ионов аммония указывает на ухудшение санитарного состояния водоема.
Методика проведения анализов

Нитраты определялись на приборе ЭКОТЕСТ - 01 с помощью специальных электродов.

Нитриты - на фотоколориметре с реактивом Грисса по интенсивности окраски раствора.

Азот аммонийный - тем же методом ( по интенсивности окраски ) с фенолом и гипохлоритом.

Результаты представлены в таблице, из которой следует, что содержание нитратов во всех озерах очень высокое и достигает 34 мг/л при ПДК 40 мг/л.

Содержание нитритов в 1-м и 2-м озерах не выше 0.04 мг/л, но в 3-м озере их показатель в 5 раз превышает ПДК.

Наименьшее содержание ионов аммония в 1-м и 2- озерах, а в 3-м озере оно превышает ПДК. Это связано как с тем, что у берегов находятся заросли камыша, а также с тем, что у края воды стоят жилые постройки, стоки из которых попадая в озер, загрязняют его.

Однако, загрязнение озер происходит не только из-за сбросов грязных вод, но и из-за загрязнения атмосферы.

Анализ снежного покрова, сделанный в пробе снега 4 апреля 1996 года, показал, что в атмосферных осадках присутствуют нитраты, нитриты и аммонийный азот, которые вносят свой вклад в общее содержание азота в воды озер.
Результаты анализов проб снега и воды, взятых на Суздальских Озерах.

 

№	Место отбора проб	Нитриты NO2 ПДК 0.08 мг/л	Нитраты NO3 ПДК 40 мг/л	Ион NH4 ПДК 0.5 мг/л
1.	1-е озеро, середина	0.001	26.6	0.025
2.	1-е озеро, берег	0.04	30.0	0.005
3.	2- озеро, купальня	0.025	24.0	0.19
4.	протока во 2-е озеро	0.02	27.8	0.19
5.	3-е озеро, середина	0.438	34.2	0.78
6.	3-е озеро, берег	0.310	33.8	0.87
7.	Снег. 2-е озеро	0.085	0.7	0.38

 

Заключение.

Проведенные исследования показали, что оценка качества окружающей  среды невозможна без знания химии, ее законов и умения применять их на практике. Регулярные анализы воды Суздальских озер позволили установить закономерности изменения ее состава и выявить причины загрязнения этих озер. На основе мониторинга ( постоянного планомерного наблюдения ) озер станет возможным  предложить методы  очистки их воды.

 

Л и т е р а т у р а

1. В. В. Некрасов “Курс Общей Химии “

 

2. “ Унифицированные методы анализа вод СССР “ В. 1. 

        Л. Гидрометиздат 1978 г.

 

3. Ф. Г. Фельдман, Г. Е. Рудзитис “ Химия “

         М. “Просвещение”  1990 г.