II Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИЗУЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ В ПОСЁЛКАХ КРАСНОЯРСКОГО РАЙОНА САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
Прошкин А.Ю.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования: Загрязнение водной среды является глобальной экологической проблемой. В водоемах увеличивается содержание веществ антропогенного происхождения, которые являются потенциальной угрозой для живых организмов. Интересным, на наш взгляд, является изучение воздействия загрязнения воды на здоровье человека, поскольку вода служит участником всех биохимических процессов. Этим и объясняется актуальность выбранной темы исследования. В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению, вода из них непригодна для питья. Центрами такого воздействия являются населённые пункты и прилежащие к ним территории.

Практическая значимость: Накопленные в ходе нашего исследования материалы и их анализ позволяют сравнить качество питьевой воды в разных населённых пунктах Красноярского района и изменение химического состава при очистки водопроводной воды фильтром AQUEL.

Гипотеза: Техногенное загрязнение воды оказывает влияние на её качество.

Новизна: Впервые изучено качество воды населённых пунктов Красноярского района (Малая Царевщина, авто-дорога М-5 пос. Новосемейкино), изучено изменение химического состава при очистке водопроводной воды фильтром AQUEL.

Цель работы: проведение анализа качества воды населённых пунктов Красноярского района и изменение качественного состава при применении фильра AQUEL для очистки воды.

Задачи исследования:

  1. Изучить органолептические и химические показатели воды;

  2. Изучить изменение состава воды при очистке воды фильтром AQUEL.

  3. На основе полученных данных сделать предположение о соответствии воды СанПиН;

  4. Предложить рекомендации по улучшению качества питьевой воды.

I.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Антропогенное загрязнение пресных водоёмов

В настоящее время загрязнение водной среды приобретает глобальной характер. Это особенно опасно в условиях вероятного нарастания дефицита пресной воды во многих регионах и странах мира. По данным ООН около одного миллиарда человек живет в условиях постоянного дефицита пресной воды, к 2050 году их количество достигнет 6,3 млрд. человек [7], [1].

Территория России – один из наиболее богатых водными ресурсами регионов мира [4], [5]. Однако рост техногенной нагрузки приводит к загрязнению водоемов и истощению запасов пресной воды. В настоящее время все больше внимания уделяется появлению в водоемах веществ антропогенного происхождения, токсичных для большинства живых организмов уже в малых концентрациях [2]. По объему загрязнения, биологической и экологической опасности наибольшую важность представляют ТМ, засоление, сброс сточных вод промышленных предприятий.

1.2.Значение воды в природе

Вода – важный минерал на Земле, который нельзя заменить никаким другим веществом. Вода насыщает атмосферу кислородом, является главным фактором, определяющим климат на поверхности Земли, способствует возникновению жизни на планете. Живые существа содержат до 80-90% воды, а потеря 10–20% приводит к их гибели [8], [11].

В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены различные газы и соли, находятся взвешенные твердые частицы. Большая часть пресных вод (85%) сосредоточена во льдах полярных зон и ледников [10], [6] .

1.3.Источники загрязнения воды

Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть попадает в воду в результате естественных выходов в районах залегания. Но основные источники связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию занимают токсичные синтетические вещества. Они находят широкое применение в промышленности, транспорте, коммунально-бытовом хозяйстве [3]. Из других загрязнителей необходимо назвать тяжёлые металлы (ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм [14], [9].

Производство без очистных сооружений, применение ядохимикатов, удобрений (азота, фосфора, калия) приводят к загрязнению водного бассейна, в результате попадания ядохимикатов с сельскохозяйственных угодий, животноводческих ферм в подземные воды, а так же с канализационными стоками, и, частично, с атмосферными осадками. В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний [13], [11].

II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Органолептические показатели воды

Опыт №1. Определение прозрачности воды

Воду хорошо перемешали и налили в высокий цилиндр с внутренним диаметром 2,5 см. Цилиндр установили неподвижно над стандартным шрифтом на высоте 4 см. Просматривая шрифт сверху через столб воды и сливая или доливая воду в цилиндр, находят высоту столба воды, позволяющую читать шрифт.

Опыт №2. Определение запаха воды

100 мл исследуемой воды при комнатной температуре налили в колбу вместимостью 150–200 мл с широким горлом, накрыли пробкой, встряхнули вращательным движением, открыли пробку и быстро определили характер и интенсивность запаха. (таблица 1, 2)

Таблица 1

Характер запаха воды естественного происхождения

Характер запаха

Примерный род запаха

Ароматический

Огуречный, цветочный

Болотный

Илистый

Гнилостный

Сточной воды

Древесный

Мокрой щепы, древесной коры

Землистый

Прелый, свежевспаханной земли, глинистый

Плесневелый

Затхлый, застойный

Рыбный

Рыбы, рыбьего жира

Сероводородный

Тухлых яиц

Травянистый

Скошенной травы, сена

Неопределённый

Не подходящий под предыдущие определения

Таблица 2

Интенсивность запаха воды

Балл

Интенсивность запаха

Качественная характеристика

0

Отсутствие ощутимого запаха.

1

Очень слабая

Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но определяемый в лаборатории опытным исследователем.

2

Слабая

Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживается, если на него обратить внимание.

3

Заметная

Запах, легко обнаруживается.

4

Отчётливая

Запах, обращает на себя внимание и делает воду непригодной для питья.

5

Очень сильная

Запах сильный, вода непригодна для питья.

Опыт №3. Определение цветности воды

Цвет испытуемой воды установили, наливая её в стеклянный цилиндр и рассматривая на фоне белого листа бумаги при дневном освещении сверху и сбоку.

2.2. Химические показатели воды

Опыт №4. Определение водородного показателя (pH) воды

Налили в пробирку 2 мл исследуемой воды. Добавили 1–2 капли индикатора (прибор Алямовского). Изменившуюся окраску сравнили со стандартной шкалой.

Опыт №5. Определение жёсткости воды

Расчёт концентрации карбонат и гидрокарбонатионов

Различают общую, временную и постоянную жёсткость воды. Общая (смешанная) жёсткость обусловлена присутствием растворимых соединений кальция и магния в воде. Временная жёсткость (устранимая или карбонатная) обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная (некарбонатная) жёсткость вызвана присутствием сульфатов и хлоридов кальция и магния.

Общая жёсткость варьируется в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, а также от сезона года. Величина общей жёсткости в источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммольэкв./л, в отдельных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы – до 10 ммольэкв./л. При жёсткости до 4 ммольэкв./л вода считается мягкой; 4–8 ммольэкв./л – средней жесткости; 8–12 ммольэкв./л – очень жесткой.

В начале определили концентрацию карбонат–ионов: в склянку налили 10 мл анализируемой воды, добавили 5–6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что карбонат–ионы в пробе отсутствуют. В случае возникновения розовой окраски пробу титруют 0,05Н р–ром соляной кислоты до обесцвечивания. Расчёт вели по формуле:

Ск = VHClx 0.05 x 60 x 1000 / 10 = VHClx 300

Затем в этой же пробе определили концентрацию гидрокарбонат–ионов: к пробе воды добавили 1–2 капли метилового оранжевого. При этом проба приобретает жёлтую окраску. 0,05Н р–ром соляной кислоты титруют пробу до перехода от жёлтой окраски к розовой. Расчёт вели по формуле:

Cгк = VHClx 0.05 x 61 x 1000 / 10 = VHClx 305

Карбонатную жёсткость ЖК рассчитали, суммируя значения концентрации карбонат– и гидрокарбонат–ионов по формуле:

Жк = Ск x 0.0333 + Cгк x 0.0164

Опыт №6. Определение содержания нитратов в воде

Каплю испытуемой воды поместили на предметное стекло и добавили 3 капли р–ра дифениламина в серной кислоте. По появлению синей окраски судят о содержании нитратов. Интенсивность окраски зависит от концентрации нитрат–ионов.

Опыт №7. Определение содержания хлорид–ионовв воде

В пробирку налили 5 мл исследуемой воды и добавили 3 капли 10% р–ра нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определили по осадку или помутнению (таблица 3).

Таблица 3

Определение содержания хлорид–ионов

Осадок или помутнение

Концентрация хлоридов, мг/л

Опалесценция или слабая муть

1 – 10

Сильная муть

10 – 50

Образуются хлопья, но осаждаются не сразу

50 – 100

Белый объёмистый осадок

Более 100

Опыт №8. Определение содержания сульфат–ионовв воде

В пробирку внесли 1 мл исследуемой воды, 5 мл р–ра соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5% р–ра хлорида бария, перемешали.

По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфатов: при отсутствии мути – концентрация сульфат – ионов менее 5мг/л;

Опыт №9. Определение содержания карбонат–ионовв воде

В пробирку внесли 10 мл исследуемой воды и прилили пипеткой несколько капель 10% рра соляной кислоты. Образующийся по реакции оксид углерода (ΙV) выделяется в виде пузырьков. По интенсивности их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Опыт №10. Определение содержания сероводорода и его солей в воде

В пробирку налили испытуемую воду и добавили по каплям раствор йода. О наличии в воде сероводорода свидетельствует помутнение жидкости.

Опыт №11. Определение содержания органических веществ в воде

В пробирку поместить 12 мл исследуемой воды, прилил пипеткой 23 капли 1% рра перманганата калия и нагрели до кипения. Исчезновение окраски перманганата калия или побурение исследуемой воды будет указывать на присутствие в ней органических веществ.

III.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1Данные химического анализа воды приведены в табл. 3.

Таблица 3

Качественный анализ воды

Органолептические показатели

Показатели качества воды

Авто-дорога М-5 пос. Новосемейкино

Малая Царев-щина

Водопроводная вода с. Красный Яр

Фильтро-ванная вода

1

Прозрачность воды

прозрачная

прозрачная

прозрачная

прозрачная

2

Запах

-

-

-

-

3

Цветность воды

бесцветная

бесцветная

бесцветная

бесцветная

Таблица 4

Качественный анализ воды

Химические показатели

Показатели качества воды

Нормы содержания веществ в воде, мг/л /

жёсткость - ммольэкв./л

Авто-дорога М-5 пос. Новосемейкино

Малая Царев-щина

Водопроводная вода с. Красный Яр

Фильтро-ванная вода с.Красный Яр

4

Водородный показатель (рН)

6,5–8,5

7,8

7,4

7,2

6,2

5

Жёсткость воды

7

19,7

21,4

9,9

3,9

6

Содержание нитрат-ионов

45

100

30

-

-

7

Содержание хлорид-ионов

350

50

10

10

-

8

Содержание сульфат-ионов

500

лёгкое помут-нение

-

-

-

9

Содержание карбонат-ионов

-

-

-

-

-

10

Содержание сероводорода

-

-

-

-

-

11

Содержание органических веществ

-

-

-

-

-

В результате физико-химических исследований образцов нами было установлено, что вода по всем показателям, за исключением жёсткости и содержания хлорид-ионов соответствует нормам питьевой воды СанПиН. Это говорит о том, что природа создала сбалансированный источник питьевой воды. Возможно, что вода проходит качественную очистку на очистных сооружениях.

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН=7). Величина рН воды в водоемах хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируются в пределах 6,5–8,5. В большинстве природных вод водородный показатель соответствует этому значению и зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода и гидрокарбонат-ионов. Полученные данные показывают, что значение данного показателя во всех пробах соответствует норме.

Жёсткость варьируется в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, а также от сезона года. При жёсткости до 4 ммольэкв./л вода считается мягкой; 4–8 ммольэкв./л – средней жесткости; 8–12 ммольэкв./л – очень жесткой. Величина жёсткости в источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммольэкв./л, в отдельных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы – до 10 ммольэкв./л. Можем отметить, что по воде около автодороги превышение значения данного показателя составляет 2,8 раза, по воде, взятой пос. Малая Царевщина – в 3,1 раза Можем отметить, что по водопроводной воде в с. Красный Яр превышение значения данного показателя составляет 1,4 раза,. Полученные данные свидетельствуют, о том, что фильтрование воды существенно умягчает воду и делает её пригодной для потребления (3,9 ммольэкв./л).

Употребление жёсткой воды приводит к возникновению заболеваний почек, приводит к отложению камней, поэтому необходимо перед употреблением умягчать воду.

В исследуемых образцах, за исключением воды, взятой Авто-дорога М-5 пос. Новосемейкино обнаружены нитрат-ионы не были. Наличие нитрат-ионов возможно объясняется тем, что вода взята из скважины которая находится в районе где ранее располагались посевные площади и удобрения внесённые на поля до сих пор дают наличие нитрат ионов в воде.

Содержание хлорид-ионов в исследованной воде не превышает значений ПДК по воде (350 мг/л), что соответствует норме, поскольку в природной воде данные ионы всегда встречаются. В то же время употребление воды с повышенным содержанием Cl- приводит к возникновению ряда заболеваний, например онкологических, поэтому необходимо перед употреблением очищать воду.

Сульфат-ионы в незначительном количестве были обнаружены в пробе воды возле Авто-дороги М-5 пос. Новосемейкино, сероводород, органические вещества не были обнаружены.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наши исследования показали, что вода по всем показателям, за исключением жёсткости и содержания хлорид-ионов соответствует нормам питьевой воды СанПиН.

Употребление воды жёсткой и воды с повышенным содержанием хлорид-ионов влияет на здоровье населения, поэтому необходимо очищать воду от данных примесей.

Полученные данные свидетельствуют, что фильтрование с использованием фильтра AQUEL, существенно улучшает качество воды.

Для улучшения качества питьевой воды следует использовать фильтры для очистки воды, кипятить перед употреблением, для приготовления пищи и питья использовать отстоявшуюся или фильтрованную воду, контролировать санитарное состояние водозаборов, соблюдать чистоту и не мыть машины возле них.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Банников, А. Г. Основы экологии и охрана окружающей среды / А.Г. Банников. – М.: Колос, 1996. 304 с.

  2. Бучельников, М. А. Химическое загрязнение ряда водоемов г. Новосибирска / М.А. Бучельников // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2012. – №2. – С. 345–348.

  3. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. Справочные материалы / Т.В. Гусева, Я.П. Молчанова, Е.А. Заика, В.Н. Винниченко, Е.М. Аверочкин – М.: Изд-во «Эколайн», 2000. 74 с.

  4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2012 году. – М.: НИА-Природа, 2013. – 450 с.

  5. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды / Под ред. Л.К. Исаева – СПб.: Эколого-информационный центр «Союз». 1998. 896 с.

  6. Методические основы оценки антропогенного влияния на качество поверхностных вод. – Л.: Гидрометиздат, 1981. 285 с.

  7. Одум, Ю. Экология. М.: Мир, 1986. 329 с.

  8. Орлов, Д. С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб.пособие для вузов / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская – М.: Изд-во «Высшая школа», 2002. 333 с.

  9. Охрана окружающей среды / Под ред. С.В. Белова. – М.:Изд-во «Высшая школа», 1991. 319 с.

  10. Родзин, В. И. Основы экологического мониторинга / В.И. Родзин. – М.: Изд-во «Мир», 1988. 260 с.

  11. Семенов, А. Д. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / А.Д. Семенов. – Л., 1977. – 218 с.

  12. Химия окружающей среды / Под ред. Дж. О.М. Бокриса– М.: Изд-во «Химия», 1982. 650 с.

  13. Экология: Учебное пособие / Сост. В.Ф. Литвинов, Э.А. Десятскова: Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого. – 1997. 49 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1 Приложение 2

Определение кислотности воды Определение жёсткости воды

Приложение 3 Приложение 4

Определение нитратов в воде Определение органических веществ.