VEDEN LAADUN TUTKIMINEN

Transkriptio

1 VEDEN LAADUN TUTKIMINEN KOHDERYHMÄ: Ohje on tarkoitettu pääasiassa yläasteikäisille, mutta teoriaa voidaan helposti laajentaa lukioikäisille. KESTO: Noin 120 min, jos kaikki määritykset tehdään ja vesinäytteet on tuotu valmiiksi MOTIVAATIO: Sinulla on akvaario, jossa huomaat miekkapyrstö-lajin kalojen alkaneen voida huonosti. Epäilet tämän johtuvan veden laadusta ja päätät tutkia asiaa. TAVOITTEET: Tutkia veden laatua erilaisilla mittareilla. TAUSTA a voidaan tutkia monilla eri mittareilla, jotka kertovat esimerkiksi siitä, kuinka rehevöitynyt vesistö on. Tässä työssä tutkitaan akvaarioveden laatua mittaamalla veden ph-arvo, happipitoisuus, veden kovuus sekä ammonium-, nitriitti-, nitraatti- ja fosforipitoisuudet. a voidaan mitata myös esim. biologisen hapenkulutuksen, bakteerien määrän ja sameuden perusteella. ph kertoo vesistön happamuudesta. Luonnonvedessä tyypillisesti 6,5-8,2 Veden kovuus kertoo veden kalsium- ja magnesiumionien (Ca 2+, Mg 2+ ) määrän. Mitä enemmän näitä ioneja vesi sisältää, sitä kovempaa vesi on Ammonium-, nitraatti- ja nitriitti-ionit (NH 4+, NO 3-, NO 2- ) kertovat veden typpipitoisuudesta Fosfaatti (PO 4 3- ) kertoo veden fosforipitoisuudesta Ennen työ aloitusta, pohdi seuraavia kysymyksiä: Mistä veteen päätyy eri yhdisteitä (luonnonvedet, juomavesi, akvaariot)? Biologinen hajoaminen Vedenelävien elintoiminnot Ihmisen toiminta (kuten maatalousvalumat ja teollisuuspäästöt) Miten veden yhdistepitoisuudet voisivat vaikuttaa kalaan? Ks. Tutkimuksen alakohdat Mitä tarkoitetaan veden rehevöitymisellä? Kasvillisuuden liiallinen kasvu Mikä aiheuttaa rehevöitymistä? Liialliset ravinteet, kuten nitraatti ja fosfaatti

2 TARVIKKEET Ajastin/kello Vesinäyte MColortest-vesitutkimussalkussa olevat tarvikkeet: Mittalaseja (muovinen) Näytepulloja Muoviruiskuja Vertailijoita (muovinen pidike) Reagenssit ammoniumtestille Reagenssit nitriittitestille Reagenssit nitraattitestille Reagenssit fosfaatin mittaamiselle Reagenssit ph:n mittaamiselle Reagenssit veden kovuuden mittaamiselle Värikartat TYÖN SUORITUS Ryhmän yhteisten kontrollinäytteiden ottaminen Jaa ryhmällesi annettu analysoitava vesinäyte kahteen osaan, näytteeseen ja kontrollinäytteeseen. Kontrollinäytteeseen ei lisätä reagensseja, vaan sitä käytetään värivertailuun. 1. Lisää muoviruiskun avulla 5 ml vettä näytepulloon kontrolliksi. Jäljelle jäävä vesi on analysoitavaa näytettä. 2. Sulje ja nimeä kontrollinäytepullo (A). ph-arvon mittaaminen

3 näytepulloon (B). Käytä huuhteluun tutkittavaa vettä. 2. Lisää 2 pisaraa ph-1 reagenssia. 3. Sulje näytepullo ja sekoita. 4. Avaa näytepullot (A ja B) ja aseta ne vertailijaan paikoilleen. Tarkkaile näytteitä ylhäältäpäin ja liu uta niitä värikartalla, kunnes A- ja B-näytepullojen värit täsmäävät. Pitoisuus voidaan lukea värikartan yläpuolelta. Merkitse tulos muistiin. ph kertoo veden happamuudesta. Liian hapan hankaloittaa kalojen hengittämistä haittaamalla kidusten toimintaa. Suomessa esiintyy luonnostaan paljon hapanvetisiä järviä, mutta happamuus tai emäksisyys voi kertoa myös vesistön pilaantumisesta. Vesijohtovesi on yleensä neutraalia tai hieman emäksistä. Happipitoisuuden mittaaminen 1. Täytä puhdas huuhdeltu näytepullo tutkittavalla vedellä piripintaan niin, ettei veteen jää kuplia (huomioi seuraavat reagenssilisäykset). 2. Lisää 2 pisaraa O 2-1-reagenssia. 3. Lisää 5 pisaraa O 2-2-reagenssia. 4. Sulje näytepullo varmistaen, ettei sisälle jää ilmaa. Sekoita 10 sekuntia. 5. Odota 1 minuutti. 6. Lisää 10 pisaraa O 2-3-reagenssia. 7. Sulje näytepullo varmistaen, ettei sisälle jää ilmaa. Ravistele perusteellisesti. 8. Huuhtele mittalasi huolellisesti näytevedellä, johon on tehty reagenssilisäykset. 9. Lisää mittalasiin 5 ml näytevettä, johon on tehty reagenssilisäykset.

4 10. Lisää 1 pisara O 2-4-reagenssia. Riippuen happipitoisuudesta liuos vaihtaa väriä siniseksi tai violetiksi. 11. Täytä titrauspipetti O 2-5-reagenssilla nollan kohdalle (eli täyteen, huomioi asteikko) välttäen ilmakuplia ruiskussa. 12. Pyyhkäise pisara titrauspipetin kärjestä pois. 13. Titraa mittalasissa oleva liuos lisäämällä titrauspipetissä olevaa reagenssia pisara kerrallaan sekoittaen pisaroiden välissä, kunnes liuos muuttuu värittömäksi. Odota pisaroiden välissä hetki. 14. Värinmuutoksen jälkeen lue näytteen happipitoisuuden mg/l-lukema titrauspipetistä. Merkitse tulos muistiin. Keuhkojen sijaan kalat hengittävät kiduksilla, jotka imevät veteen liuennutta happea. Jos veden happipitoisuus laskee liian alhaiseksi, voivat kalat tukehtua. Veden kovuuden mittaaminen Karbonaattikovuus mittalasiin (B). Käytä huuhteluun tutkittavaa vettä. 2. Lisää 3 pisaraa CH-1-reagenssia. 3. Sekoita varovasti mittalasin sisältöä. Vesinäyte muuttuu siniseksi karbonaatin ja vetykarbonaatin läsnäollessa. 4. Mikäli vesi värjäytyi siniseksi, määritetään veden kovuusaste titraamalla. 5. Täytä titrauspipetti CH-2-reagenssilla nollan kohdalle (eli täyteen, huomioi asteikko) välttäen ilmakuplia ruiskussa. 6. Pyyhkäise pisara titrauspipetin kärjestä pois. 7. Titraa mittalasissa oleva liuos lisäämällä titrauspipetissä olevaa reagenssia pisara kerrallaan sekoittaen pisaroiden välissä, kunnes liuos muuttuu sinisestä harmaan kautta punaiseksi. Odota pisaroiden välissä hetki.

5 8. Värinmuutoksen jälkeen lue näytteen dh-lukema titrauspipetistä. Merkitse tulos muistiin. Kokonaiskovuus mittalasiin (B). Käytä huuhteluun tutkittavaa vettä. 2. Lisää 3 pisaraa H-1 reagenssia. 3. Sekoita varovasti mittalasin sisältöä. Vesinäyte muuttuu punaiseksi, jos siinä on kovuutta tuottavia kalsium- ja magnesiumsuoloja. 4. Mikäli vesi värjäytyi punaiseksi, määritetään veden kovuusaste titraamalla. 5. Täytä titrauspipetti H-2-reagenssilla nollan kohdalle (eli täyteen, huomioi asteikko) välttäen ilmakuplia ruiskussa. 6. Pyyhkäise pisara titrauspipetin kärjestä pois. 7. Titraa mittalasissa oleva liuos lisäämällä titrauspipetissä olevaa reagenssia pisara kerrallaan sekoittaen pisaroiden välissä, kunnes liuos muuttuu punaisesta harmaa-violetin kautta vihreäksi. Odota pisaroiden välissä hetki. 8. Värinmuutoksen jälkeen lue näytteen dh-lukema titrauspipetistä. Merkitse tulos muistiin. Huom. Jos karbonaattikovuuden lukema on suurempi kuin kokonaiskovuuden lukema, tulkitaan jälkimmäinen myös karbonaattikovuuden lukemaksi, sillä veteen voi olla liuenneena myös muita karbonaatteja kuin CaCO 3ja MgCO 3. Veden karbonaattikovuus kertoo vedessä olevien karbonaattien ja vetykarbonaattien pitoisuuden kautta sen kalsium- ja magnesiumpitoisuuden eli kovuuden. Veden kokonaiskovuus kertoo vedessä olevien kalsium- ja magnesiumionien määrän. Yksikkönä käytettävä dh kertoo kovuuden kalkin, CaO, määränä vedessä (1 dh = 10 mg/l), joka lasketaan kalsiumin sekä magnesiumin pitoisuudesta, jotka yhtälailla vaikuttavat kovuuteen.

6 Veden liiallinen kovuus pienentää kalojen munia, kun taas liian alhainen kovuus altistaa poikaset erilaisille kehitysvammoille. Suomen kallioperä on hapanta ja siksi luonnonvesi on yleensä pehmeää (kalkki on emäksinen aine). Vesijohtovesi vaihtelee keskikovasta erittäin kovaan. Kalkkikiviesiintymien lähellä vesi on tyypillisesti kovaa. Fosfaattipitoisuuden mittaaminen mittalasiin (B). Käytä huuhteluun tutkittavaa vettä. 2. Lisää 5 pisaraa PO 4-1 reagenssia. 3. Sulje mittalasi ja sekoita. 4. Lisää 1 mittalusikallinen PO 4-2 reagenssia. 5. Sulje mittalasi ja ravista kunnes jauhe on liuennut. 6. Odota 2 minuuttia. 7. Avaa mittalasi ja liu uta sitä värikartan valkoisella alueella tarkastellen ylhäältä päin, kunnes näytteen ja kartan värit täsmäävät. Pitoisuus voidaan lukea värikartan yläpuolelta mittalasin kohdalta. Merkitse tulos muistiin. Vedessä elävät tuottajat tarvitsevat fosfaatteja orgaanisien yhdisteiden tuottamiseen. Sen määrä on vesistöissä yleensä pieni, ja korkea fosfaattien määrä kertoo myös vesistön rehevöitymisestä. Fosfaatti itsessään ei ole haitallista kaloille, mutta se edesauttaa levän kasvua, mikä puolestaan vähentää hapen määrää vedessä. Fosfaatti voi lisätä vesijohtovedessä pieneliöiden määrää. Ammoniumpitoisuuden mittaaminen näytepulloon (B). Käytä huuhteluun tutkittavaa vettä. 2. Lisää 12 pisaraa NH 4-1 reagenssia. 3. Sulje näytepullo ja sekoita.

7 4. Lisää 1 mittalusikallinen NH 4-2 reagenssia. 5. Sulje näytepullo. Ravistele, kunnes jauhe on liuennut. 6. Odota 5 minuuttia. 7. Lisää 4 pisaraa NH 4-3 reagenssia. 8. Sulje pullo ja sekoita. 9. Odota 7 minuuttia. 10. Avaa näytepullot (A ja B), ja aseta ne vertailijaan. Tarkkaile näytteitä ylhäältäpäin ja liu uta värikartalla, kunnes A- ja B-näytepullojen värit täsmäävät. Pitoisuus voidaan lukea värikartan yläpuolelta. Ammoniumia syntyy vesistöihin, kun hajottajat hajottavat eloperäistä ainesta. Ammonium muuttuu jatkuvasti veden kanssa reagoidessa ammoniakiksi, NH 3, ja ammoniakki takaisin ammoniumiksi. Ammoniakki on myrkyllistä kaloille ja altistaa ne tartuntataudeille. Nitraattipitoisuuden mittaaminen näytepulloon (B). Käytä huuhteluun tutkittavaa vettä. 2. Lisää 2 mittalusikallista NO 3-1 reagenssia. 3. Sulje näytepullo, sekoita minuutin ajan 4. Odota 5 minuuttia. 5. Avaa näytepullot (A ja B), ja aseta ne vertailijaan. Tarkkaile näytteitä ylhäältäpäin ja liu uta värikartalla, kunnes A- ja B-näytepullojen värit täsmäävät. Pitoisuus voidaan lukea värikartan yläpuolelta. Merkitse tulos muistiin. Nitraatteja voi levitä vesistöön suuria määriä lannoitteiden ja jätevesipäästöjen mukana. Luonnollisesti vesistöihin tulee nitraattia mm. kuolleiden kalojen ja kasvien maatuessa. Jos vesi on lähes nitraatitonta, voi siinä alkaa kasvaa sinilevää. Samoin, jos nitraattia on liikaa alkavat varsinaiset levät kasvaa. Kalat eivät tarvitse nitraattia, mutta liian korkea pitoisuus voi aiheuttaa myrkytystilan ja estää kalojen kasvua.

8 Korkea ammonium- tai nitraattipitoisuus kertoo vesistön rehevöitymisestä. Vesijohtovedessä on yleensä runsaasti ammoniumia, mutta ei juuri ollenkaan nitraattia. Nitriittipitoisuuden mittaaminen näytepulloon (B). Käytä huuhteluun tutkittavaa vettä. 2. Lisää 5 pisaraa NO 2-1 reagenssia. 3. Sulje näytepullo ja sekoita. 4. Lisää 1 mittalusikallinen NO 2-2 reagenssia. 5. Sulje näytepullo ja ravistele, kunnes jauhe on liuennut. 6. Odota 1 minuutti. 7. Avaa näytepullot (A ja B), ja aseta ne vertailijaan. Tarkkaile näytteitä ylhäältäpäin ja liu uta värikartalla, kunnes A- ja B-näytepullojen värit täsmäävät. Pitoisuus voidaan lukea värikartan yläpuolelta. Merkitse tulos muistiin. Nitriitti pelkistää hemoglobiinin methemoglobiiniksi, jonka hapenkuljetuskyky on huomattavasti hemoglobiinia alhaisempi. Tämä aiheuttaa kudosten hapenpuutetta, joka voi pahimmassa tapauksessa johtaa tukehtumiseen. TULOSTEN TULKINTA Akvaarioveden ihannearvot miekkapyrstölle kasvillisuus huomioituna Mitattu ominaisuus Ihannearvo Huomioitavaa ph-arvo 7,8-8 Happipitoisuus Kovuus 4-10 mg/l 5-15 d/h Fosfaattipitoisuus 0,2-0,4 mg/l Kasveja varten. Kalan kannalta mahdollisimman

9 pieni arvo, jopa 0 mg/l, on ihanteellisin Ammoniumpitoisuus < 0,5 mg/l Kalan kannalta olennaisinta, että NH 4+ /NH 3-tasapaino ammoniumin puolella Nitraattipitoisuus mg/l Kasveja varten. Kalan kannalta mahdollisimman pieni arvo, jopa 0 mg/l, on ihanteellisin Nitriittipitoisuus < 0,1 mg/l

10 POHDITTAVAKSI TYÖN JÄLKEEN Millainen vesinäytteen laatu oli näiden testien perusteella? Johtuiko kalojen huonovointisuus vedestä? Millä muilla mittareilla voidaan määrittää veden laatua? Liuenneet aineet, kuten rauta tai arseeni Veden sameus Pienhiukkaset