古运河常州市区段水质情况的研究与调查

古运河常州市区段水质情况的研究与调查艾璐 常州市正衡初级中学 213003适用年级：初三（此文获江苏省第十八届“综合实践活动与青少年科学素养提高”学术论文一等奖）【综合能力训练要点】1通过让学生自主上网查资料，收集相关信息，培养学生处理信息、分析信息的能力。2通过让学生自主采集水样，走访常州市环保局，采访相关人员，提高学生处理问题、表达交流等各方面的综合能力。3通过让学生测定水样中各种离子的存在实验，并分析实验所得的相关数据，使学生学会用所学知识解决生活问题，提高学生的知识运用能力。4组织学生进行相互交流，共同实验，让学生感性认识到合作学习的重要性。5通过活动，促进学生形成保护和爱护常州水资源的良好意识，并以此树立学生正确的情感态度价值观。【活动方案设计参考】1主要内容活动的内容主要分三大块；第一大块是组员先通过进图书馆、上网等手段查阅水样中各种离子的定性研究方法和评估水质好坏的指标，然后根据相关资料，取样，并在实验室进行水样分析；第二大块是室外调查，通过走访常州市环保局，调查近年来常州市区水质的情况，获得可靠、真实的课题材料；第三大块是全体组员根据自己调查和分析得到的结论，分析污水净化的步骤和过程，研究思考净化污水的装置，使其能把污水变成生活用水。活动主要通过上网查询、调查、考察、访问、观看水质污染的视频资源等方法，采用集中研讨、进行实验、分析资料、自评互评等形式来开展。2主要活动形式进图书馆、上网等手段查阅、亲自动手实验、采访、调查、相互交流和讨论、观看视频资源等。3大致活动时间利用每个星期的周末时间，大致活动时间是5个月。4活动前准备在教师的指导下，先由各成员提出有关的课题实施方案，然后小组集中讨论，多角度地思考方案，对方案进行可行性分析，经筛选、聚合，形成一个完整、可行的活动计划。活动计划的方案如下：第一阶段（9 月10月）的主要内容：根据教师的指导，由组长制定在活动过程中的相关纪律和规则；进图书馆、上网等手段查阅水样中各种离子的定性研究方法和评估水质好坏的指标；各组员根据自家的地址，并通过小组交流，确定市区各运河段水质的取样地点；根据各组员的性格、特长和爱好，确定好各组员的任务分别是什么，哪些人进行取样分析、哪些人进行走访调查。第二阶段（10月1月）的主要内容：根据成员分工，对常州市区各河段的水质，进行取样分析与研究；根据成员分工，通过上网调查和走访；询问近年来常州市区的水质情况，并做好记录。全体组员根据前面的研究结果和研究报告，再集中查阅资料，小组讨论，研制简易的将污水净化成生活用水的装置，并加以实践。第三阶段（1月2 月）的主要内容：收集分析、研究、走访记录和查阅的资料，进行整理和归纳；在教师的指导下，小组协作进行自评互评、资料分析，并撰写活动心得；对防治水质污染提出相关的建议。5活动后延伸全体组员在教师的指导下，查阅资料，分析研究结果和报告，进行小组讨论，分析研究简易的污水净化装置，并加以实践和运用。同时针对研究的结果，讨论出两种方案：其分别为“去除污水中的不溶性杂质”的方案和“去除污水中的一些重金属离子和有害离子”的方案。最后在撰写出研究小报告，并且把活动中的图片和活动得到的结果结合在一起，做出一期综合实践活动的展板。6自我测试方法各成员先根据自己实验得到的数据和信息，进行分析，研究数据产生的原因，然后再由其他成员对该评价进行学生互评和交流。【综合能力训练活动】1、课题组人员分工学生姓名具体任务沈仕笎课题小组组长，负责聚集人员、指挥和总结工作庞宇翔负责同济桥段水质的取样和该水质的分析研究周 琦负责元丰桥段水质的取样和该水质的分析研究葛 丹负责椿庭桥段水质的取样和该水质的分析研究张晰烨范 菁负责上网调查和走访相关单位，调查近年来常州水质的污染情况俞 佳负责记录工作内容、资料的查找和整理等工作所 有成 员研究污水净化成生活用水（不饮用）的净化装置，探讨净化的过程和步骤。表格1课题组人员分工2、根据制定的活动计划，整个课题的研究阶段也分为三个阶段：第一阶段的实施过程：周末时间里，在指导老师的参与下，组长安排人员集中，制定了课题组的相关纪律和规则。相关内容如下：每周星期天的上午8点，原则上必须准时到达讨论地点化学实验室（1）。在相互协作和讨论时，必须认真参与、不做其它事情，并就相关的内容做好笔记。进行取样时，要注意安全，且必须要得到组长或指导老师的同意和安排，同时提供联系电话。在进行走访调查的过程中，一定要注意安全，有突发事件要立即向组长或指导老师反应，同时也要提供联系电话。在实施课题研究活动的过程中，不准打闹和玩耍，要一丝不苟地完成自己的任务。同时，通过询问、调查、查阅等方式，在老师和各位组员的共同努力下，我们确定了常州市区各河段的取样地点：同济桥段；元丰桥段；椿庭桥段。同时准备走访的单位是常州市环保局。第二阶段的实施过程：根据组员的分工任务；在课题组长沈仕笎的组织和引导和教师的指导下，利用星期日的时间，庞宇翔、周琦、葛丹三位同学分别先骑自行车进行各自分配桥段的水质取样工作，然后再返回到学校实验室，根据预先查阅的水样分析资料，进行水质的研究，根据自己现有的知识，在教师的指导下，三位同学分别对水样做了如下的分析项目：水样的颜色、水样的气味、水样中含有的微生物及细菌、水样透明度、水样的pH值、水样中Cl、SO42、CO32、Fe3+、Cu2+、Mn2+、NH4+七种离子的鉴定。在教师的指导下，小组经过讨论后，三位同学的实验步骤分别如下：A、取样。取样时，要保证取水工具的干净，使用前要彻底清洗。每次取样时，最好在水面下50cm处采集水样12L，而且为了保证研究的准确性，最好，在该桥段的100米上游和下游各再取样一次，这样每桥段就有3个样品，对水质分析的准确性提供了一定的保证。B、观察。（1）从样品中取一定量的水样于比色管中，充分振荡后，再与蒸馏水参照比色，记录水样的颜色、气味和透明度；（2）从样品中蘸取少量于玻璃片上，放在显微镜下观察，记录水样中微生物及细菌存在情况。C、测定。（1）测定水样的pH值。用干燥的广泛pH试纸测定水样，并与标准比色卡对照，确定其pH值；（2）测定水样中离子的存在情况。测量每种离子时，每次取两只试管，分别注入水样和蒸馏水，然后依次在两个试管中用酸化的氯化钡溶液、浓氢氧化钠溶液、KSCN溶液、酸化的硝酸银溶液、浓氨水、硫化钠溶液鉴定水样中的离子，观察时注意与蒸馏水对照，看是否有沉淀、气体、颜色变化等现象出现，记录下实验中的各种现象。利用星期日的时间，张晰烨、范菁两位同学主要是通过登录常州环保网（/default.aspx）和其他相关网站，查阅近年来常州水质的相关情况。考虑到周末，局里不一定上班的原因，两位同学必须在星期一到星期五抽空走访常州环保局，或者直接与环保局局长周雯联系（邮件地址：ZWMAIL.CZEPB.COM 联系电话，进行一些相关的问题采访。两位同学采访的问题主要包括如下几个方面： A、一般来讲，常州居民生活饮用水卫生标准有哪些指标来衡量？B、近几年来，常州市区生活饮用水的水源地在哪里？整个城市的月供水量大概是多少？C、随着城市经济的发展，城市水污染将呈现更加严重的趋势。造成常州市区水污染的主要因素有哪些？D、近年来，常州市区分别采取了哪些措施来改善常州市区的水资源污染？城市污水的最终出路在哪里？在结束了上述的两个阶段性工作之后，全体组员在教师的指导下，查阅资料，分析研究结果和报告，进行小组讨论，分析研究简易的污水净化装置，并加以实践和运用。在全体组员的共同努力下，最后形成的净化方案是：方案一：去除污水中的不溶性杂质。过滤是一种去除溶液中不溶性杂质的常用操作。在实验课上，常用的过滤装置是用玻璃棒、滤纸、铁架台、烧杯、普通漏斗组装而成的。具体的过滤装置如下图：图1 过滤装置 方案二：去除污水中的一些重金属离子和有害离子。（这里的知识要求较高，教师要给予适当的指导）第一步：取水样，先向样品中依次加入过量的酸化的氯化钡溶液、过量的氢氧化钠溶液、过量的硫化钠溶液，然后过滤，去除沉淀，得到滤液。（去除水样中SO42、NH4+和Cu2+、Mn2+等重金属离子）第二步：向滤液中先加入过量的碳酸钠溶液，过滤，以去除过量的氯化钡溶液；再向滤液中加入过量的稀盐酸，去除溶液中的氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液和硫化钠溶液；然后将溶液进行低温蒸发，去除过量的盐酸。最后得到的水就可以作为生活用水了。3、第三阶段的实施过程：利用周末的时间，在课题组长的组织下，通过小组讨论，进行资料的分析和收集。其步骤是：先由提供资料的组员对自己提供的资料进行个人分析。小组其他成员发表对个人分析的意见和看法，并且根据教师的指导，确定哪些分析是符合材料的，哪些分析还需要补充的。最后，小组归纳、总结对材料的分析意见。把分析意见上交，与指导老师交流。由俞佳同学负责整理讨论后的资料，并上交给指导老师。【综合能力自我测试】1实践活动过程中，得到的相关资料如下：（1）同济桥段水质取样的分析研究结果（庞宇翔）水样中的微生物数量不多水样颜色显黄色，含有大量泥沙水样气味略有异味水样透明度透明度低，有浑浊pHSO42ClCu2+Fe3+NH4+Mn2+CO32定性分析结果5大量少量明显不明显不明显大量不明显水质评估结果酸性超标达标超标达标达标超标达标表格2 同济桥段水质取样的分析研究结果（2）元丰桥段水质取样的分析研究结果（周琦）水样中的微生物数目较多水样颜色显浅墨绿色水样气味有臭味水样透明度透明度中，有浑浊pHSO42ClCu2+Fe3+NH4+Mn2+CO32定性分析结果9微量大量不明显不明显不明显大量明显水质评估结果碱性超标超标达标达标达标超标超标表格3 元丰桥段水质取样的分析研究结果（3）椿庭桥段水质取样的分析研究结果（葛丹）水样中的微生物数目较多水样颜色显浅绿色水样气味略有臭味水样透明度透明度中，有少量浑浊pHSO42ClCu2+Fe3+NH4+Mn2+CO32定性分析结果8微量大量不明显不明显不明显大量明显水质评估结果碱性超标超标达标达标达标超标超标表格4 元丰桥段水质取样的分析研究结果请小组成员根据自己所学知识，分析上述三个表格显示的数据所产生的原因。分析：同济桥段水质分析：从该表格中的信息显示，同济桥段的水显酸性，且含有大量的泥沙和重金属离子。根据所学的知识，可以知道，由于溶液显酸性，因此CO32（其不能与H+共存）几乎不存在。水中含有大量SO42和泥沙、重金属离子的原因可能是：同济桥段的运河来往的船只较多，在水流的作用下带动了水底的泥沙；而且轮船机器上的很多金属由于日积月累地浸没在水中，可能有大部分金属都溶解到了水中去了；站在桥上，可以明显地发现附近有几座大型的工厂和纺织厂，工厂排放的废水可能也是造成SO42和金属离子超标、溶液显酸性的主要原因。由于水流循环的速度较快，在水中的微生物含量不是太多。元丰桥段、椿庭桥段水质分析：元丰桥段、椿庭桥段水质取样的分析研究结果表明，两桥段的水质基本相同，与同济桥段相比，溶液不再显酸性，而是碱性。在碱性（含OH）溶液中，Cu2+、Fe3+、NH4+、都不能存在，即使存在，这些离子有的以沉淀的形式留在水底，有的以气体的形式跑到了空气中。水显碱性，且含有大量Cl、CO32等离子的原因可能是：两桥段的居民区较多，居民平时洗碗（含有食盐）、洗衣服（含有碱性的纯碱）等造成的生活污水大量地排放到了河道中，造成了溶液显显碱性，且含有大量Cl、CO32等离子。晚上，在河道旁摆起小吃的摊贩洗完锅、碗的废水也都直接倒入河道中，这也是其中的原因之一。家用的废旧电池仍入到了河道中，导致水中Mn2+离子的含量超标。上述两桥段的水流速度较慢，像椿庭桥段的水基本不流动，又加上居民排放的生活废水中含有大量的有机物，导致水中的微生物生长速度快，数目较多。2通过上网查阅、采访调查等获得的资料。 目前，常州市区生活饮用水主要来自长江水，发源地其中包括两个：西石桥和魏村水厂。2005年4月到11月，这两个水源地取水量和总量分别是：（张晰烨、范菁提供）4月5月6月7月8月9月10月11月12月西石桥（取水量/万m3）625818812813907948947894806魏村水厂（取水量/万m3）364422454487479472474.433454总水量/万m398912401266130013861420142213271260表格5 2005年4月11月西石桥和魏村水厂的月供水量及总量2005年12月19日至2005年12月25日常州市水质周报。（张晰烨、范菁提供）自动站名称水质标准常州市站魏村水厂IV类III类常州市站武进港IV类III类常州市站九里IV类IV类表格6 2005年12月19日至2005年12月25日常州市水质周报12中旬常州市市区主要饮用水水源地水质旬报。（张晰烨、范菁提供）水源地高锰酸盐指数（毫克/升）氨氮（毫克/升）氟化物（毫克/升）长江西石桥水厂72长江第二水厂85标准61.01.0（执行GB3838-2002地表水环境质量标准类标准）表格7 12中旬常州市市区主要饮用水水源地水质旬报请小组成员根据自己所学知识，分析上述表格5、6、7所显示的数据。分析：从某种意义上讲，污水的排放量与使用总水量是成正比的。表格7的数据表明 ，我市用水总量需求较大，每月污水的排放量也较大。因此，如何解决市区污水的排放是当前一个重要的课题。如果没有合理、有序的计划和措施，常州市区的水资源污染将变得更为严重。但幸运的是，通过表格