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

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ ГОРОДА КОЛОМНА
Черемисина О.С.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Ты — величайшее в мире богатство, но и самое непрочное — ты, столь чистая в недрах земли. Можно умереть подле источника, если в нем есть примесь магния. Можно умереть в двух шагах от солончакового озера. Можно умереть, хоть и есть два литра росы, если в нее попали какие-то соли. Ты не терпишь примесей, не выносишь ничего чужеродного, ты — божество, которое так легко спугнуть... Но ты даешь нам бесконечно простое счастье

Сент-Экзюпери А.

Данный проект является продолжением проекта, начатого мной два года назад, темой которого являлась питьевая вода, используемая жителями города Коломна. В ходе исследования мной были изучены образцы подземных вод, находящихся рядом с нашим городом и водопроводная вода, которая течет из крана в моей квартире. Во время проведения исследования качество водопроводной воды оказалось хуже, чем воды, взятой из других источников, но для большинства людей водопроводная вода является самой доступной для повседневного использования, поэтому я решила провести дополнительное исследование водопроводной воды, пробы которой были взяты в разных частях города. Это и стало темой моего проекта.

Тема проекта: исследование качества водопроводной воды города Коломна.

Актуальность работы вижу в том, что вода – важнейший аспект жизни на всей Земле, поэтому она должна быть чистой и полезной. В списке необходимых веществ, для поддержания жизни человека, вода стоит на втором месте после воздуха.

Но всегда ли мы отдаем себе отчет в том, что значит для нас вода? Бывают моменты, когда за один глоток воды человек готов пожертвовать всем. Человек способен неделями обходиться без пищи, а вот без воды – только два-три дня. Но употребляем ли мы чистую воду? Не вредит ли она нашему организму? Ведь если повнимательнее приглядеться к питьевой воде, то мы можем увидеть песок, ржавчину, механические примеси. И это только то, что мы видим. А что на самом деле находится в составе питьевой воды?Самое страшное, что в ней могут присутствовать различные пестициды, тяжелые металлы и болезнетворные бактерии. Ведь все это, попадая в наш организм, накапливается там и постепенно отравляет его.

В итоге у людей появляются проблемы с почками, различные хронические заболевания. Поэтому можно выделить значимость данной работы для оценки экологического риска, ведь, употребляя некачественную воду, человек вредит своему организму.

Согласно статье 43 водного кодекса Российской Федерации водопроводная вода, поступающая к потребителю, должна быть безопасной для здоровья, в воде не должно быть превышений предельно допустимых концентраций отдельных веществ.

Цель моего проекта заключается в проверке качества водопроводной воды в различных частях города.

Задачи, поставленные в ходе проекта:

  1. Изучить историю водопровода в нашем городе;

  2. Определить основные методы проверки водопроводной воды в домашних условиях;

  3. Исследовать качество воды, взятой в разных частях города;

  4. Выявить наиболее качественную воду;

  5. Дать рекомендации по улучшению качества употребляемой воды.

Объекты исследования – образцы водопроводной воды, взятые в разных частях города.

Гипотеза - питьевая вода в разных частях города удовлетворительного качества, ведь любая организация, занимающаяся подачей воды населению, берет на себя юридическую ответственность за качество воды.

Глава 1. Водопроводная система города Коломна 1.1 История водопровода в Коломне

Сейчас все мы привыкли к тому, что вода в наши квартиры доставляется по трубам. В Коломне водопровод появился в 1902 году, благодаря Марии Николаевне Шевлягиной, вдове самого богатого купца Коломны. Муж Марии Николаевны оставил 50 000 городу на открытие водопровода.

Водопровод в Коломне был необходимостью, ведь именно из-за подачи воды из Москвы-реки развивались многие болезни. Власти города планировали постройку водопровода, но не могли себе позволить из-за недостатка средств в казне, поэтому и обратились к М.Н. Шевлягиной, состояние которой оценивалось примерно в 40 миллионов рублей.

Она посоветовалась с инженером Владимиром Михайловичем Лежневым и с другими понимающими людьми, дала согласие финансировать строительство водопровода через свой банк, но выдвинула одно условие. Чтобы контролировать расход средств М.Н. Шевлягина пожелала иметь своего родственника городским головой. Гласные (сейчас бы мы сказали депутаты) городской думы пошли ей навстречу.

Согласно исторической справке: "Коломенская Городская управа решила заключить договор со специализированной организацией - фирмой "Московское товарищество повсеместного артезианского водоснабжения, орошения и осушки Б.И. фон Вангель". Со счета Марии Николаевны фирме были перечислены деньги. И вот 13 июля 1897 года специалисты из Москвы недалеко от Маринкиной башни Кремля на берегу реки Коломенки приступили к работе.

Члены исполнительной комиссии по устройству городского водопровода внимательно следили за ходом работ и регулярно производили доклады о сделанном самой Марии Николаевне Шевлягиной. Все шло по ранее разработанному плану. Было принято решение заключить с Товариществом фон Вангеля договор на бурение второй артезианской скважины неподалеку от предыдущей. В сентябре начались работы и уже 27 октября из недр коломенской земли появилась вода. Специалистами Московского химико-бактериологического института было дано заключение о пригодности для питья воды, добыча которой производилась со 120-метровой глубины. На основании чего был составлен акт от 26 ноября 1897 года о приемке водопроводной комиссией артезианских колодцев.

М.Н. Шевлягина узнала об этом с большим удовлетворением и приняла решение выделить средства на строительство временной водокачки, а также на прокладку водонапорных сетей по улицам нашего города, на установку водоразборных колонок (получившие название «шевлягинские бассейки») и на возведение водонапорной башни конструкции инженера В.Г. Шухова. Водонапорную башню строили очень быстро, сбор производился из готовых конструкций, которые были привезены из Москвы. И уже в том же году вблизи колокольни церкви Иоанна Богослова выросла 45-метровая ажурная металлическая башня с многогранным металлическим баком наверху, который вмещал 10 тысяч ведер воды.

Доставка воды до потребителя обходилась в 10 тысяч рублей. Из них тысяча с тех, кто получал воду в свои дома, еще тысячу платил город, а остальная сумма списывалась со счета благодетельницы Марии Николаевны Шевлягиной." (http://project.1september.ru/works/587225.zip)

Водопровод Коломны считается самым дешевым на то время. Получали воду приблизительно 85% населения, причем 80% из них – бесплатно.

На данный момент воду в наши дома доставляет МУП «Тепло Коломны», который так же занимается постоянным мониторингом водопроводной воды.

1.2 Гидрогеологические условия Коломны

Гидрогеологические условия территории исследования определяются ее расположением в пределах южного крыла Московского артезианского бассейна (МАБ). Пресные подземные воды содержатся в отложениях каменноугольного, мезозойского и четвертичного возраста. Основная масса пресных подземных вод, имеющих наибольшее практическое значение, сосредоточена в каменноугольных водоносных комплексах, расположенных в первой от поверхности земли зоне интенсивного водообмена (до 300-350 м).

Карбонатно-терригенная толща каменноугольных пород разделяется слабопроницаемыми горизонтами на четыре водоносных комплекса: касимовский (С3кsт), подольско-мячковский (C2pd-mи), каширский (С2kљ) и алексинско-протвинский (C1al-pr), отличающиеся друг от друга гидродинамическими характеристиками и химическим составом подземных вод.

Для Коломны водозабор осуществляется с объединенного подольско-мячковского и каширского горизонтов.

На большей части территории, первым от поверхности земли каменноугольным водоносным подразделением является водоносный подольско-мячковский комплекс (C2pd- mи).

Подольско-мячковский водоносный комплекс на исследуемой территории имеет повсеместное распространение. В состав комплекса входят отложения мячковской, подольской свит, местами входят известняки нижней части кревякинского горизонта и смедвинской толщи каширского горизонта. Водовмещающие породы представлены пористыми, трещиноватыми, кавернозными, местами закарстованными известняками и доломитами с подчиненными по мощности прослоями мергелей и глин.

На большей части территории комплекс перекрыт кревякинскими слабопроницаемыми глинами. Нижней границей служат глины ростиславльской толщи каширского горизонта.

Мощность комплекса до 90 м. Комплекс является напорным, за исключением участков рек Москвы и Северки, где размыта кровля. Величина напора иногда достигает 60 м, в среднем составляя 20-40 м. Уровень воды по скважинам устанавливается чаще всего на глубине 2-30 м, местами до 55 м. Дебит родников колеблется от 0,01 -6 л/с.

Воды комплекса обладают умеренной минерализацией от 0,2-0,5 г/л. По фильтрационным свойствам подольско-мячковский водоносный комплекс достаточно неоднороден как в плане, так и в разрезе. На водоразделе его проводимость уменьшается до сотен м2/сут. На некоторых участках более 2000 м /сут. Чаще значение проводимости составляет 100-500 м2/сут. Удельные дебиты разведочных скважин достигают 13 л/с. Дебиты родников варьируются в пределах 0,01-6,0 л/с.

В целом качество подземных вод удовлетворительное. Отклонение от нормативов СанПиН 2.1.4.1074-01 наблюдается по следующим показателям: жесткость общая, железо суммарное, фториды, стронций, литий, общая α-радиоактивность. Бактериологические показатели воды хорошие.

Широкая эксплуатация комплекса связана с тем, что на всей этой территории он обладает хорошими эксплуатационными характеристиками: достаточно высокой проводимостью, сравнительно небольшой глубиной водозаборных скважин, удовлетворительным качеством воды, защищенностью от поверхностного загрязнения (на большей части территории).

Водоносный каширский горизонт (C2ks)

Каширский водоносный горизонт распространен повсеместно и приурочен к лопаснинской толще, мощностью около 15-20 м и нарской, мощностью 30-35 м. Водовмещающими отложениями являются известняки и доломиты, разделенные многочисленными прослоями мергелей и глин. Мощность горизонта изменяется от 15-40 до 80 м.

Удельные дебиты скважин колеблются 0,01-25,0 л/с. Дебит отдельных родников до 5-10 л/с. Коэффициенты фильтрации горизонта на данной территории до 10 м/сут.

В водах комплекса отмечается повышенное содержание фтора и стронция. Это, возможно, объясняется притоком высокоминерализованных вод по разломам и трещинам, возникшим в пограничной зоне Рязано-Костромского прогиба. Верхней границей служат ростиславльские глины, в подошве залегают - верейские глины.

Воды горизонта напорные. На юге территории напор составляет в среднем 10-40 м. Горизонт широко используется в районе для водоснабжения совместно с подольско-мячковским горизонтом и отдельно. (Балашова Л.Е., Проект на выполнение работ по объекту: «Геологическое изучение с целью оценки запасов подземных вод на участке недр ООО «ЛиагРо» в селе Пирочи Коломенского района Московской области»)

Вывод: появление водопроводной системы в городе Коломна сделало жизнь горожан более комфортной и благоустроенной.

Глава 2. Исследование качества воды 2.1 Забор исследуемых проб

1. Прежде чем начать исследование, в октябре 2016 года в школе № 12 был проведен мониторинг обучающихся и сотрудников школы.

Респондентам были заданы следующие вопросы:

1) употребляют ли сырую водопроводную воду в пищу;

2) употребляют ли сырую водопроводную воду в быту;

3) влияет ли вода на здоровье человека;

4) довольны ли качеством воды.

Результаты: около 43% опрошенных употребляют сырую водопроводную воду в пищу, но около 57% респондентов ответили, что не употребляют сырую водопроводную воду.

Так же, 80% опрошенных употребляют водопроводную воду в быту 18% не употребляют и 2% затрудняются ответить.

На вопрос о влиянии воды на организм человека 95% ответили, что вода влияет на организм, 2% считают, что вода никак не влияет на организм человека и 3% затруднились с ответом.

Качеством водопроводной воды не довольны 56% из опрошенных, считают, что вода достаточно качественная 22% респондентов и затруднились ответить 22%. (Приложение №1).

  1. Заборы проб

Заборпробы №1 производился дома, по адресу проспект Кирова, 52. Следует отметить что, вода по данному адресу подается из Водозаборного узла №6 состоящего из 3-х артезианских скважин, построенных в 1960, 1967, 1972 году соответственно. Производительность существующего узла составляет 9 192 м3/сут. В состав узла входит два железобетонных резервуара чистой воды по 500 м3 постройки 1960 года и насосная станция 2-го подъема, введенная в эксплуатацию в 1956 году. Водозаборный узел в настоящее время снабжает водой потребителей города Коломна от микрорайона Колычево до улицы Дзержинской. Самая холодная температура воды равна 200С. (Приложение №2)

Заборпробы № 2 производился в микрорайоне Колычево на ул. Кирова. Пока проводился первый анализ воды на температуру при заборе 11, мне удалось встретить людей, берущих воду из этой колонки. Забор пробы производился 29 октября, температура на улице была около 60С. Вода по данному адресу подается из водозаборного узла №9.(Приложение №3)

Забор пробы №3 производился в микрорайоне Щурово на территории монастыря. Температура при заборе составляет 140С, забор производился 29.10.2016, температура на улице около 60С. Вода по данному адресу подается из водонапорной башни №10. (Приложение №4)

Забор пробы №4 производился в старом городе на оборудованной колонке имени Марии Шевлягиной, находящейся на площади пяти углов, вода в колонке перед открытием была освящена. Забор производился 26.10.2016, температура при заборе составляет 150С, на улице 60С. Вода подается из водозаборного узла №8. (Приложение №5)

Следует отметить, что места взятия всех проб хорошо обустроены, находятся в шаговой доступности до жилых домов.

Так же в качестве пробы №5 была взята дистиллированная вода, как образец качества для сравнения.

2.2 Исследование взятых проб

Перед тем, как начинать свою экспериментальную часть, нужно разработать методы исследования. При выполнении данной работы были использованы следующие методы:

  1. наблюдение – дало возможность описать объекты, места забора проб, провести наблюдения за постановкой опытов для определения свойств воды;

  2. сравнение – позволило установить сходство, различие и сравнение разных образцов воды;

  3. эксперимент – были проведены эксперименты, с помощью которых выявлены основные свойства и качество воды в зависимости от образца;

  4. анализ – проведён сравнительный анализ опытных образцов;

  5. обобщение – обобщены полученные данные о пробах питьевой воды, употребляемой жителями города Коломна, и сделаны соответствующие выводы.

Методики проведения исследования.

  1. Самый доступный способ определения пригодности воды для питья – это оценка ее органолептических свойств. Или говоря проще – цвета, запаха и вкуса. Такой анализ человек проводит практически всегда, перед тем как съесть или выпить что-нибудь. Причем, делает это на уровне инстинкта. Как это происходит: если цвет воды приемлемый, то вдохнуть, если запах нормальный – попробовать, оценить вкус. И, по совокупности параметров, человек принимает решение – пить или не пить.

Поэтому, исследование проб начинаем с определения цвета и прозрачности исследуемых проб. Условием данного опыта является использование столба воды одной высоты. Для определения данного показателя мной использовался столб высотой 10 сантиметров. (Приложение №6, №7)

  1. Существует множество вариантов исследования проб на наличие посторонних частиц. Я решила провести дополнительный анализ.

Анализ проб на наличие посторонних частиц с помощью зеркала. Этот метод исследования является народным. Для этого следует капнуть небольшую каплю воды на зеркало или стекло, и подождать пока вода испарится. После этого, нужно внимательно рассмотреть поверхность зеркала: если оно осталось чистым, то вода так же была чистой, если образовались пятна и вкрапления – в воде присутствуют посторонние частицы.

  1. Еще один способ проверки проб на наличие посторонних частиц – отстаивание. Необходимо отстаивать одинаковое количество образца в течение 3-х суток в темном месте.

  2. Так как вода из разных проб содержит примеси, то время закипания будет отличаться от времени закипания дистиллированной воды. Можно проверить качество воды по времени закипания.

  3. Далее проанализируем такое свойство воды, как запах. Его следует проверять при комнатной температуре и при температуре равной приблизительно 50 – 60 0 С.

Следует отметить, что по ГОСТу питьевая вода не должна иметь ярко – выраженный запах.

  1. Проверив цвет и запах воды, мы чаще всего пробуем ее на вкус. Поэтому следующим показателем, исследуемым в этой работе, является вкус. Нельзя употреблять воду, имеющую не только запах, но и вкус. Анализ проводился аналогично с анализом запаха, то есть при комнатной температуре и при нагревании.

  2. Далее анализ воды проводился на такой аспект, как жесткость. Проверить его можно тремя способами: путем намыливания, подачи углекислого газа в мыльный раствор и, пожалуй, самый известный и простой способ – выпаривание. Исследуя путем намыливания, необходимо смотреть на количество образованной пены, чем ее больше, тем мягче вода, путем подачи углекислого газа – на количество мыльных пузырьков, ну а при выпаривании – стоит смотреть на количество выпавшего осадка на стены сосуда, в котором проводилось выпаривание. (Приложение №8, №9, №10)

  3. Следующее исследование проведем при помощи теста на пять параметров QUICK Test 5- in -1 . С его помощью можно проверить пять основных параметров воды: значение pH – кислотность, КН – карбонатная жесткость, GH – общая жесткость, NO2 – нитраты и NO3 – нитриты. (Приложение №11). В дополнении к тест - полоске уровень рН так же измерялся специальным прибором. Данные приведены в таблице.

pH воды – очень важный показатель при определении качества воды. Его значение влияет на характер химических и биологических процессов, происходящих в воде. Величина pH влияет на изменение скорости химических реакций, на степень коррозионной агрессивности воды, на токсичность загрязняющих веществ и др. Значение рН для питьевой и хозяйственно-бытовой воды должно находиться в диапазоне от 6 до 9. При низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при высоком уровне (рН>11) вода становится мылкой, приобретает неприятный запах и даже может вызывать раздражение кожи и глаз.

Показатель карбонатная жесткость (КН) определяется наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Устранить эту жесткость можно простым кипячением воды. Жесткость воды зависит от местных условий. К сожалению, большая жесткость может ухудшить органолептические качества воды, придать ей горьковатый вкус и оказать негативное действие на пищеварительную систему. Также жесткая вода может вызвать в водопроводной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), а при взаимодействии с моющими средствами (стиральные порошки, шампуни, мыло) образуются "мыльные шлаки" в виде пены. В результате на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах остается налет. Также эти шлаки забивают поры на коже и разрушают ее естественную жировую пленку.

Показатель общей жесткости GH, характеризует воду, как жесткую, но здесь следует отметить наше географическое положение и большое количество залежей известняка.

Соли азотной кислоты (нитраты) попадают в воду со стоками с полей, обрабатываемых азотосодержащими удобрениями, а также с поступлением в воду хозяйственно-бытовых и промышленных стоков. Наличие нитритов свидетельствует о возможном загрязнении воды органическими веществами, однако нитриты указывают на известную давность загрязнения.

  1. Так же было проведено исследование химического составапроб при помощи электролиза. Для этого использовался специальный прибор, имеющий две пары контактов для двух емкостей: в одной – анализируемая вода, а в другой – дистиллированная, которая является эталоном качества. Прибор включается в электрическую сеть, и в воду подается электричество, под действием которого вода меняла цвет и выпадал осадок. (Приложение №12)

  • Если вода приобретает синий цвет, значит в ней содержаться нитраты, нитриты, пестициды;

  • Если вода приобретает зеленый цвет – переизбыток органических веществ;

  • Если выпадают черные хлопья – переизбыток тяжелых металлов.

  • Если вода приобретает рыжий или коричневый цвет – переизбыток железа.

10. Так же существует еще один народный метод исследования воды. Он заключается в анализе чая, заваренного из образца. В стакан со свежим заваренным черным чаем доливаем сырой воды. Если содержимое стакана приобретает персиковый цвет, то эта вода чистая, если чай помутнел – грязная. При проведении данного эксперимента, также можно подтвердить жесткость образцов, в зависимости от времени заваривания, в мягкой воде - чай заваривается за 2-3 минуты, в жесткой – 4-7. (Приложение №13, №14)

11. Так же с помощью специального прибора для аквариума было измерено количество взвешенных частиц. Увеличение количества с возрастанием температуры характеризуется тем, что объем вещества с повышением температуры увеличивается. (Приложение №15)

Вывод: при помощи данных методик можно определить качество воды в домашних условиях.

Глава 3. Результаты исследования
  1. Определения цвета и прозрачности, исследуемых проб. (Приложение №6, №7)

№ пробы

Показатель

Проба

№ 1

Проба

№ 2

Проба

№ 3

Проба

№ 4

Проба

№ 5

Цвет (оценивался цвет столба воды на фоне белой бумаги)

Небольшой желтоватый оттенок

Бесцветна

Посторонние частицы (оценивался на фоне белой бумаги) (Приложение №6)

Не обнаружено

Прозрачность

(видимость стандартного шрифта на листе бумаги через столб воды) (Приложение №7)

Шрифт различим

Хорошо различим, даже лучше, чем в пробах №1-4

  1. Анализ проб на наличие посторонних частиц с помощью зеркала.

    № пробы

    Показатель

    Проба

    №1

    Проба

    №2

    Проба

    №3

    Проба

    №4

    Проба

    №5

    Появление каких-либо пятен

    Образовалось маслянистое пятно

    Ничего не обнаружено

  2. Способ проверки проб на наличие посторонних частиц – отстаивание.

№ пробы

Показатель

Проба

№1

Проба

№2

Проба

№3

Проба

№4

Проба

№5

Изменение цвета

Не изменился

Появление пленки, образование осадка

Нет

Нет

Появление пленки

Нет

  1. Качество воды по времени закипания.

№ пробы

Показатель

Проба

№1

Проба

№2

Проба

№3

Проба

№4

Проба

№5

Время закипания

1:18

1:37

1:31

1:54

1:37

  1. Проверка на наличие запаха.

№ пробы

Показатель

Проба

№1

Проба

№2

Проба

№3

Проба

№4

Проба

№5

При комнатной температуре

Нет

При температуре, равной приблизительно 50 – 600С

Появился неприятный горьковатый запах

Нет

  1. Исследование вкуса.

№ пробы

Показатель

Проба

№1

Проба

№2

Проба

№3

Проба

№4

Проба

№5

При комнатной температуре

Есть небольшой привкус

Безвкусна

При температуре, равной приблизительно 50 – 600С

Горьковато – сладкий привкус

Не обнаружено

Появился металлический прривкус

Безвкусна

  1. Анализ жесткости. (Приложение №8, №9, №10)

№ пробы

Показатель

Проба

№1

Проба

№2

Проба

№3

Проба

№4

Проба

№5

Намыливание

(Приложение №8)

Пены образуется мало

Мыльный раствор образуется плохо, выпали мыльные хлопья

Пена образуется хорошо, ее очень много

Выпадают мыльные хлопья, пена не образуется

Пена образуется хорошо, мыльный раствор несколько светлее, чем в остальных пробах

Подача углекислого газа

(Приложение №9)

Пузырьков много, но они быстро лопаются

Пузырьки даже не образовались

Образовалось много пузырьков

Ничего не образовалось

Образовалось много пузырьков, которые долго не лопаются

Выпаривание

(Приложение №10)

Выпал осадок в виде накипи

Накипи не образовалось

  1. Исследование качества при помощи теста на пять параметров QUICK Test 5- in -1 . В дополнении к тест - полоске уровень рН так же измерялся специальным прибором. (Приложение №11)

№ пробы

Показатель

Проба № 1

Проба № 2

Проба № 3

Проба № 4

Проба №5

pH (по тесту)

7,2

7,2

7,2

7,6

6,4

pH (по прибору)

7,02

7,48

7,52

7,35

6,42

KH

100d

100d

150d

150d

00d

GH

>160d

>160d

>160d

>160d