МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ИКРЯНИНСКАЯ СОШ»

АСТРАХАНСКАЯ  ОБЛАСТЬ ИКРЯНИНСКИЙ РАЙОН  СЕЛО ИКРЯНОЕ

научно-исследовательская работа

по теме:

« Химический анализ воды

 в системе гидропоники»

Авторы работы:

Филатова Владислава, 10 класс

89648853277

 Лучшева Гюльнара, 10 класс

89608660096

www.olenka.1984.2007@yandex.ru

Руководители:

Медведева Ольга Валериевна,

Юдина Инна Ивановна

2016 г.

Содержание

1. Введение……………………………………………………………..3-4
2. Методы и методические приемы………………………………….....4
3. Результаты исследования…………………………………………….4

3.1. Водородный показатель (pH)…………………………………...4-5

3.2. Качественные реакции на катионы свинца……………………….6

3.3.Качественные реакции на катионы железа (Fe+3)……………...6-7

3.4 Качественные реакции на катионы Cu…………………………….7

3.5. Качественные реакции на сульфат-ионы…………………………8

3.6.Определение соединений антропогенного происхождения …….9

4. Рекомендации по очистке воды для гидропоники ……………….10

5. Выводы……………………………………………………………….11

1. Введение

Объект исследования

Объектом исследования является обычная водопроводная вода, взятая из централизованного источника водоснабжения МБОУ«Икрянинская СОШ».

Цель: на основе качественного анализа  определить  качество воды используемой для гидропонного раствора.

Основные задачи:

1. Провести полный качественный анализ водопроводный воды.

2. Сделать вывод о пригодности водопроводной воды для приготовления  питательного раствора.

3. Разработать рекомендации по  подготовке  воды  для гидропонного  раствора.

 Гидропоника — это способ выращивания различных видов растений без почвы. Корни берут необходимые макро и микроэлементы из питательного  раствора, за качеством которого необходимо постоянно следить. Самый важный элемент в гидропонике — это вода, качество которой зависит от источника. Обычно используют родниковую, водопроводную или воду из скважин. Каждый из этих источников обладает своими особенностями. Мы задались вопросом, всякая ли вода подходит для приготовления питательных растворов в гидропонике?

Актуальность выбранной темы для исследования обусловлена тем, что использование  качественной воды является залогом успешного беспочвенного выращивания растений.  

Для начала рассмотрим требования, которым должна отвечать вода, используемая при гидропонной культивации растений:

• Содержание солей и минеральных веществ в воде должно быть минимальным. Вода должна быть мягкой, свободной от солей кальция и магния. Например, высокое содержание солей кальция в воде приводит к тому, что важнейшие элементы питания - фосфор, железо, марганец, алюминий, бор переходят в соединения, которое растения не могут усвоить;

• Присутствие токсичных примесей, инородных включений и растительных ядов недопустимо;

• Реакция среды должна быть нейтральная или слабокислая.

В таком случае, какая вода подойдёт? Водопроводная, колодезная или из скважины, речная или озёрная, дождевая или дистиллированная? Естественно, что каждый вид воды обладает своими особенностями и характеристиками, которые указывают на степень её пригодности для приготовления питательного раствора. Наша цель –  провести химический анализ воды, определить подходит ли водопроводная вода для гидропоники.

2. Методы и методические приёмы

Для анализа воды отобрана проба  водопроводной воды, проведён химический анализ ее свойств.

Метод химического анализа включает определение ионов в воде с помощью качественных реакций. Большинство известных элементов, входящих в состав вод в сравнительно больших количествах, существуют в виде ионов. Для доказательства наличия этих ионов в воде использовалась методика качественного химического полумикроанализа.

Качественный анализ пробы воды проводился по следующим показателям:

• Наличие в воде катионов  железа(III), свинца, меди, сульфат анионов.
• Определение соединений антропогенного происхождения.
• Определение pH.

3. Результаты исследования

3.1. Определение уровня pH с помощью лаборатории PASCO

Любые питательные вещества не сделают растение сильным, если будут для него плохоусвояемы.  Главным условием в определении доступности для растения питательных веществ, является кислотность раствора (pH). Обозначение pH - мера кислотных или щелочных свойств какого-либо раствора. Химически чистая вода нейтральна, и pH ее равен 7. Раствор со значением pH менее 7 будет кислым, а выше 7 - щелочным.
Знать это важно также и для нас, поскольку экспериментально было установлено, что питательный раствор для выращивания растений без почвы должен иметь pH между 5,5 и 6,5, то есть быть слабокислым. Если значение pH выше нейтрального, рост растений обычно задерживается, и чем выше будет значение pH, тем сильнее задержка роста. Объяснить это можно хотя бы тем, что высокое значение pH (от 7,0 и выше) приводит к переводу железа, марганца, фосфора, магния и кальция в нерастворимые и неусвояемые растением соединения. Поэтому всегда следует заботиться о том, чтобы раствор имел соответствующее значение pH (от 5,5 до 6,5).

Результаты эксперимента:

Вывод: уровень pH выше нормы, поэтому  при использовании водопроводной воды для приготовления питательного раствора понадобится снижение pH путем подкисления раствора.

2. Обнаружение ионов свинца (Pb2+)

Реагент: хромат калия (10г К2СrO4 растворить в 90мл H2O)

В пробирку помещают 5мл пробы воды, прибавляют 1мл раствора реагента. Если выпадает желтый осадок, содержание катионов свинца более 100мг/л; если наблюдается помутнение раствора, концентрация катионов свинца более 20 мл/л, а при опалесценции – 0,1 мг/л.

Результаты эксперимента: раствор окрасился в желтый цвет, но осадок не обнаружен.

Вывод: ионы тяжелых металлов в пробах воды не обнаружены.

3. Обнаружение ионов железа (Fe3+)

  ПДК железа в питьевой воде составляет 0,3 мг/л по органолептическому показателю.  В листьях растений содержится много железа, и оно задействуется во многих процессах. Железо выпадает в осадок при высоком pH и не усваивается растениями.

В пробирку помещают 10 мл воды, прибавляют 2 мл HCI или HNO3,1-2 капли 3% H2O2. Добавляют 4 капли KCNS.

Результаты эксперимента: наблюдается слабое окрашивание

Вывод: в водопроводной воде были обнаружены следы ионов железа (III), соответствующие норме.

4. Обнаружение ионов меди

 При медной интоксикации изменяется окраска листьев до красной и буро-коричневой, что свидетельствует о разрушении хлорофилла. Кроме того, при избытке ионов меди и свинца, происходит угнетение роста, задержка развития растений.

Для определения ионов меди в фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемой воды, выпарить досуха, затем добавить 1 каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о присутствии ионов меди.

Результаты эксперимента:

Вывод: ионы тяжелых металлов в пробах воды не обнаружены.

5. Обнаружение сульфат-ионов

Содержание сульфат-иона в питьевых водах ограничено значением 500 мг/л. Для  сельскохозяйственных культур вода с содержанием сульфатов более 1 г/л непригодна.

 Качественное определение сульфатов с приближенной количественной оценкой проводят так:

В пробирку вносят 10мл исследуемой воды, 0.5 мл соляной кислоты (1:5) и 2мл 5%-ного раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфатов:

при отсутствии мути концентрация сульфат ионов менее 5мг/л;

при слабой мути, появляющейся не сразу – 5-10мг/л;

при слабой мути, появляющейся после добавления хлорида бария, -10-100мг/л;

сильная, быстро оседающая муть – высокое содержание сульфат –ионов (более 100мг/л).

Результаты эксперимента:

Вывод: для растений вода с содержанием сульфатов более 1 г/л непригодна.

6. Определение соединений антропогенного происхождения

Важным показателем загрязнения воды является перманганатная окисляемость. Окисляемость — это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей. Перманганатная окисляемость — это показатель общего количества органических веществ в воде.  Он не показывает, какие именно вещества присутствуют, но показывает, сколько их в сумме. Назван показатель по способу получения значения — в пробу воды добавляется марганцовка (перманганат калия). 

Налили в пробирки 2 мл фильтрата пробы, добавили несколько капель соляной кислоты. Затем готовят розовый раствор KMnO4 и приливают его к каждой пробе по каплям. В присутствии органических веществ KMnO4 будет обесцвечиваться. Можно считать, что органические вещества полностью окислены, если красная окраска сохраняется в течение одной минуты.

Результаты эксперимента: 1-я пробирка – исследуемая вода, 2-я пробирка – эталон для сравнения.

Вывод: водопроводная вода обесцвечивается, а значит содержит соединения антропогенного происхождения.

4. Рекомендации по очистке воды для гидропоники

Таким образом,  проведя качественный анализ, мы пришли к выводу:

в исследуемой воде были обнаружены ионы железа (Fe3+), сульфат ионы, соединения антропогенного происхождения, а так же было установлено, что уровень pH не соответствует средним показателям.

Поэтому:

1. При использовании водопроводной воды необходимо снижение уровня pH. Этого можно добиться путем подкисления   мягкими  кислотами: ортофосфорной,  либо лимонной кислотами.
2. Перед  приготовлением раствора необходима дополнительная очистка воды от соединений антропогенного происхождения.

Мы предлагаем несколько способов очистки воды.

•  Наиболее эффективным методом удаления из воды соединений антропогенного происхождения  признан сорбционный метод очистки на активном угле.  
• Большое распространение в быту получили фильтры-кувшины, в которых вода проходит через сменный картридж в нижний сосуд.
• Отстаивание воды.
• Самым радикальным способом очистки воды является ее дистилляция, когда в результате перегонки удаляются все примеси и растворенные соли.
• Особенно интересен  нам показался метод Биологической  очистки воды, основанный  на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ.  Используют такие виды высших водных растений, как камыш, водный орех, водный гиацинт. Например, ученые обнаружили, что на поверхности корневой системы водного гиацинта  перерабатываются разные органические загрязнители, то есть фактически, чем грязнее водоем, тем лучше чувствует себя растение.

5. Вывод

Результаты после предварительной  обработки водопроводной воды:

Химический анализ воды после сорбции углем  показал снижение уровня  содержания  соединений антропогенного происхождения, которые задерживают усвоение азота растениями.

Уровень pH был доведен до средних показателей 5,5-6,5.

Теперь водопроводная вода пригодна для приготовления питательного раствора для гидропонного выращивания растений.

Подводя черту под вышесказанным, можно сказать, что цель нашего исследования достигнута.  Методом   качественного анализа мы определили, что  исследуемый образец  не соответствует требованиям, предъявляемым к воде, используемой в гидропонике.  Задачи, поставленные перед нами, были выполнены.  Мы разработали  рекомендации по  улучшению качества используемой воды. Выполнение их  позволит  вам  получить  большой урожай культур, выращенных в системе гидропоники.