X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
АНАЛИЗ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОДЫ ИЗ СРЕДНЕГО СУЗДАЛЬСКОГО И НИЖНЕГО БОЛЬШОГО СУЗДАЛЬСКОГО ОЗЁР ЗА МАЙ И ИЮНЬ 2019 ГОДА.
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
1.1 Актуальность: Контроль и анализ качества воды в городских водоёмах является одной из актуальнейших тем природопользования в Санкт-Петербурге. В городских водоёмах обитают редкие представители животного мира. Кроме того, городские водоёмы являются излюбленным местом отдыха и купания горожан.
1.2 Цель работы:определить и проанализировать санитарно-гигиенические показатели воды из Среднего Суздальского и Нижнего Большого Суздальского озера за два месяца. Сравнить результаты измерений.
1.3 Гипотеза: так как Среднее Суздальское находится рядом с Нижним Большим Суздальским озером, санитарно-гигиенические показатели воды у них идентичны.
1.4 Литературный обзор
Суздальские озёра:
Нижнее Большое Суздальское озеро (до начала XIX века — озеро Паркола) самое крупное в Санкт-Петербурге, имеет почти 2 км в длину и 600 м в ширину. С севера в него впадает река Старожиловка, а на западе из него вытекает река Каменка. Нижнее Большое Суздальское озеро соединено со Средним Суздальским протокой, на небольшом участке заключённой в подземный коллектор.
Верхнее Суздальское озеро расположено севернее Поклонной горы. Средняя глубина 2,5—3 м (максимальная — 11 м), длина — 600 м, ширина — 450 м.
Среднее Суздальское озеро существенно меньше Верхнего — 400 м в длину, 250 м в ширину.
В настоящее время контроль за санитарно-гигиеническими параметрами воды осуществляет среди прочих «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург». Забор и анализ проб воды производится один раз в месяц. Забор проб осуществляется с берега и на глубине для точности результатов.
2. Материалы и методы исследования
2.1 Материалы: вода из Среднего Суздальского озера и вода из Нижнего Большого Суздальского озера.
2.2 Методы исследования:
Взвешенные вещества по ПНДФ 14.1:2.110-97 гравиметрическим методом.
Плавающие примеси определяются по ГОСТ 31861-2012.
Запах при температуре 200C. Определение запаха основано на органолептической оценке вида и интенсивности запаха при температуре 200 С.
Температура по РД 52.24.496-2005. Измеряется с помощью ртутного термометра.
Водородный показатель по ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97. Методом, основанным на измерении ЭДС электронной системы.
Минерализация (по сухому остатку) по ПНД Ф 14.1:2.114-97 гравиметрическим методом.
Хлориды по ПНД Ф 14.1:2.96-97 титриметрическим методом.
Сульфаты по ГОСТ 31940-2012.
Растворённый кислород по ПНД Ф 14.1:2.101-97 титриметрическим методом.
БПК-5 по ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97.
ХПК по ПНД Ф 14.1:2:4.190-2003
Нефтепродукты по ПНД Ф 14.1:2.4.128-98 флуориметрический методом.
СПАВ (анионоактивные) по ПНД Ф 14:1:2:4.158-2000 флуориметрический методом.
Фенолы по ПНД Ф 14.1:2:4.182-02.
Железо общее и Марганец по ПНД Ф 14.1:2:4.214-06.
Аммиак и аммоний-ион, Нитриты /по NO2/, Нитраты /по NO3/ по ГОСТ 33045-2014 с использованием фотометрического метода.
Исследования проводились в филиале №2 ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург» во время прохождения практики. Результаты исследования достоверны и статистически подтверждены.
3. Результаты и их обсуждения
3.1 Органолептические показатели, температура
Взвешенные вещества и плавающие примеси: Превышение количества взвешенных веществ и наличие плавающих примесей снижает эффективность фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема.
Окраска: Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений. Окраска природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Высокая цветность воды ухудшает ее органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ.
Запах: Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. На запах воды оказывают влияние состав содержащихся в ней веществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т.д. [3]
Анализ полученных результатов свидетельствует, что:
На 13.05.2019 взвешенные вещества по обоим озёрам были в пределах ПДК в количестве менее 3,0. На 10.06.2019 показатель в пробе 1.2 не изменился, а в пробе 2.2 вырос более, чем в 2,5 раза и превысил ПДК, что свидетельствует о загрязнении.
Плавающие примеси на 13.05.2019 не обнаруживались ни в одном озере. Однако на 10.06.2019 анализ проб показал наличие таковых в обоих озёрах, что нарушает установленные нормы, и свидетельствует о загрязнении.
На 13.05.2019 и на 10.06.2019 результаты анализа запаха воды в обоих озёрах соответствовали нормам.
3.2 Минерализация (по сухому остатку) и Водородный показатель
Водородный показатель: величина pH воды – один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ. [4]
Минерализация по сухому остатку: это количество растворенных веществ, преимущественно минеральных солей, в 1 л воды.
Анализ полученных результатов свидетельствует, что:
На 13.05.2019 водородный показатель в пробах 1.1 и 1.2 находится на верхней границе нормы. На 10.06.2019 в пробе 1.2 он слегка уменьшился, а в пробе 2.2 он поднялся до 8,7, тем самым превысив норму. Водородный показатель на уровне от 8 до 8,7 в обоих озёрах свидетельствует о слабощелочной среде.
Сравнение водородного показателя в пробах из обоих озёр на 13.05.2019 и 10.06.2019 представлено в диаграмме 1.
Диаграмма 1. Водородный показатель, в единицах pH
3.3 Анионы
Хлориды: хлориды являются составной частью большинства природных вод. Содержание хлоридов естественного происхождения имеет большой диапазон колебаний. Однако в воде рек концентрация хлоридов невелика — она не превышает обычно 10 мг/л, поэтому повышенное количество хлор-ионов указывает на загрязнение источника сточными водами.
Сульфаты: сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах и являются одними из важнейших анионов. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов, окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. Повышенное содержание сульфатов ухудшает органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм человека. Поскольку сульфат обладает слабительными свойствами, его предельно допустимая концентрация строго регламентируется нормативными актами. [5]
Нитраты, нитрит: повышение концентрации нитритов обычно указывает на свежее загрязнение, в то время как увеличение содержания нитратов — на загрязнение в предшествующее время.
Анализ полученных результатов свидетельствует, что:
На 13.05.2019 содержание хлоридов в пробе 1.1 незначительно больше, чем в пробе 2.1. Однако, по данным на 10.06.2019 содержание хлоридов в пробе 1.2 уменьшилось, а в пробе 2.2, наоборот, увеличилось по сравнению с прошлым месяцем. При этом количество хлоридов в обоих озёрах за оба месяца находится в пределах ПДК.
Содержание сульфатов на 13.05.2019 в обоих озёрах находятся примерно на одном уровне. В следующем месяце 10.06.2016 исследование проб показало, что количество сульфатов увеличилось в обоих озёрах примерно равнозначно. При этом количество сульфатов в обоих озёрах за оба месяца находится в пределах ПДК.
Содержание нитритов на 13.05.2019 в обоих озёрах очень мало и находится примерно на одном уровне. В следующем месяце 10.06.2016 исследование проб показало, что количество нитритов немного увеличилось в обоих озёрах и по-прежнему осталось существенно ниже ПДК.
Содержание нитратов на 13.05.2019 в пробе 2.1 более чем в 2 раза превышает их содержание в пробе 1.1. На 10.06.2019 их показатели по обоим озёрам практически не изменились. При этом количество нитратов в обоих озёрах за оба месяца находится в пределах ПДК.
Сравнение результатов по Среднему Суздальскому (проба 1) и Нижнему Большому Суздальскому (проба 2) по анионам на 13.05.2019 и 10.06.2019 представлено в диаграммах 2,3.
|
Диаграмма 2. Хлориды и сульфаты, мг/дм3 |
Диаграмма 3. Нитраты /по NO2/ и Нитриты /по NO3/, мг/дм3 |
3.4 Катионы
Железо общее: Многие составные части пищевых цепей интенсивно накапливают железо. Активно аккумулирует его водная флора: сине-зеленые водоросли, тростник, хвощ и др. Бактерии, являющиеся кормом малощетинковых червей, также концентрируют железо. Далее осуществляется передача его по трофическим цепям к более высокоорганизованным существам. Интенсивная деятельность железобактерий приводит к тому, что железо в водоемах не рассеивается, а окисляется и концентрируется в донных отложениях. Железо влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоемах. Токсичность соединений железа в воде зависит от рН. Щелочная среда резко увеличивает опасность отравления рыб, так как в таких условиях образуются гидроксиды железа, которые осаждаются на жабрах, закупоривают и разъедают их. Кроме того, соединения железа (II) связывают растворенный в воде кислород, что приводит к массовой гибели рыб и других гидробионтов. Хлорид железа (III) концентрацией 0,07-0,2 мг/л вызывает гибель карасей и вьюнов, 0,24-9,0 мг/л – колюшки, а сульфат железа (III) концентрацией 0,1-2,9 мг/л — карпов и лещей. Вода, содержащая железо, непригодна для инкубации икры, так как его гидрoксиды осаждаются на ней и на жабрах мальков, вызывая их массовую гибель. Очень чувствительны к гидроксиду железа (III) моллюски (прудовики, улитки).
Марганец: Роль марганца в жизни высших растений и водорослей водоемов весьма велика. Марганец способствует утилизации CO2 растениями, чем повышает интенсивность фотосинтеза, участвует в процессах восстановления нитратов и ассимиляции азота растениями. Марганец способствует переходу активного Fe(II) в Fe(III), что предохраняет клетку от отравления, ускоряет рост организмов и т.д. Для водных организмов марганец относительно мало токсичен: ЛК50 для дафнии 50 мг/л, для форели - 100 мг/л, карпа - 650 мг/л. При повышении концентрации марганца в воде водоемов до 0,1-10 мг/л происходит заметное снижение темпов самоочищения водоемов. [6]
Аммиак и аммоний-ион: повышение концентрации аммоний-иона обычно указывает на свежее загрязнение.
Анализ полученных результатов свидетельствует, что:
На 13.05.2019 концентрация общего железа в пробе 1.1 находилась на верхней границе нормы. На 10.06.2019 оно понизилось на 0,10мг/дм3. В пробе 2.1 ситуация иная: концентрация общего железа на 13.05.2019 в 4 раза превышает ПДК, и несмотря на понижение концентрации на 0,41 мг/дм3 в следующем месяце, количество общего железа всё равно сильно превышает норму.
На 13.05.2019 содержание марганца как в пробе 1.1, так и в пробе 2.1 значительно превышает норму и находится примерно на одном уровне. На 10.06.2019 содержание марганца в обоих озёрах понизилось, однако оставалось значительно выше нормы. Так в пробе 1.2, количество марганца превышало норму в 3,6 раза, а в пробе 2.2 в 1,2 раза.
На 13.05.2019 показатели аммиака и аммоний-иона в озёрах очень различны. В пробе 1.1 его концентрация невелика и находится в пределах нормы, однако, в пробе 2.1, концентрация этого вещества намного выше, чем в пробе 1.1 и превышает норму. На 10.06.2019 концентрация аммиака и аммоний-иона в пробе 1.2, по сравнению с прошлым месяцем повысилась на 0,18 мг/дм3, при этом оставшись значительно ниже ПДК. В пробе 2.2 содержание аммиака и аммоний-иона повысилось на 0.3 мг/дм3 по сравнению с пробой 2.1.
На диаграмме 4 наглядно продемонстрированы все изменения содержания катионов за два месяца и сравнение результатов с ПДК.
Диаграмма 4. Катионы, мг/дм3
3.5 Органические вещества
Нефтепродукты: Все нефтепродукты - ядовиты для обитателей водоёмов. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Так, обильно развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а биомасса этих микроорганизмов токсична для многих обитателей водоёмов.
СПАВ (синтетические поверхностно активные вещества): Эти соединения относятся к «экологически жестким»: они очень трудно ассимилируются водной средой и крайне неблагоприятно изменяют состояние водоемов. На их окисление расходуется много растворенного кислорода, а это сокращает распад в воде других вредных примесей. Под воздействием даже небольших количеств СПАВ в водоемах образуется обильная и стойкая пена, которая скапливается там, где течение реки задерживается плотинами, запрудами, шлюзами и другими перегораживающими устройствами. Способность к пенообразованию проявляется у большинства СПАВ уже при концентрации 1 - мг/л. Присутствие в водоемах поверхностно - активных веществ изменяет химический состав природных вод и естественный ход протекающих в них химических и биохимических процессов, угнетающе действует на биоценозы водной среды, у рыб СПАВ вызывают жаберное кровотечение и удушье, у теплокровных животных - нарушения химических процессов в клеточных мембранах, вызывает гибель многих гидробионтов. Так, смертельная концентрация ПАВ для многих рыб составляет 3 - 5 мг/л, для планктона - около 1 мг/л.
Фенолы: Попадание фенолов в природные воды оказывает негативное воздействие на гидрохимический режим водоемов: увеличивается окисляемость, цветность, уменьшается содержание растворенного кислорода вследствие окисления фенольных соединений. Химическая и биохимическая деструкция фенолов приводит к образованию более токсичных соединений, еще более негативно влияющих на гидробионтов, чем сами фенолы. Так, например, систематическое загрязнение природных вод фенолами приводит к появлению у рыб характерного фенольного привкуса, вследствие чего они теряют потребительскую ценность.
Анализ полученных результатов свидетельствует, что:
На 13.05.2019 содержание нефтепродуктов в пробе 1.1 в 2,1 раза ниже, чем в пробе 1.2 и существенно меньше ПДК. На 10.06.2019 содержание нефтепродуктов уменьшилось как в Среднем Суздальском озере, так и в Большом Нижнем Суздальском озере, но их соотношение практически не изменилось.
На 13.05.2019 содержание СПАВ в пробе 2.1 более чем в два раза больше, чем в пробе 1.1, но не превышает норму. На 10.06.2019 содержание СПАВ уменьшилось в обоих озёрах, но в пробе 2.2 их почти в 7 раз больше, чем в пробе 1.2.
Содержание фенолов в обоих озёрах за оба месяца крайне мало и в 200 раз меньше ПДК.
На диаграмме 5 представлены изменения содержания нефтепродуктов и СПАВ (анионоактивные) в Среднем Суздальском озере и в Большом Нижнем Суздальском озере на 13.05.2019 и на 10.062019.
Диаграмма 5. Органические вещества, мг/дм3
3.6 Содержание кислорода
Растворённый кислород: Интенсивность потребления кислорода в глубинных слоях служит хорошим индикатором экологического состояния водоёма. К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Fe2+, Mn2+, NO, NH4+, CH4 , H2S и т.д.). Минимальное содержание растворённого кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/дм3. Понижение его до 2 мг/дм3 вызывает массовую гибель (замор) рыбы. К природным факторам, влияющим на изменение содержания кислорода в водных объектах, относятся:
сезонные изменения природных условий, как правило, не влияющие на состояние экосистемы;
экстремальные природные события, например, формирование особо толстого слоя льда. Эти изменения могут нанести серьёзный урон экосистеме. Можно свести эти изменения к минимуму. Например, при большой толщине льда прорубают специальные отверстия, которые благоприятствуют насыщению воды кислородом;
антропогенное воздействие: сброс в водные объекты веществ, способствующих снижению концентрации кислорода. Наиболее существенны соединения азота и, особенно, фосфора, которые стимулируют цветение воды, т.е. развитие микроводорослей, при отмирании которых происходит потребление кислорода на окисление органики. [7]
БПК-5 (биохимическое потребление кислорода): если определение БПК 5 показало повышение уровня, это означает, что в естественных водах присутствует большой объем органических соединений. Даже в естественных источниках и водоемах содержится определенный процент органических соединений — останки животного происхождения, погибшие растения и т.д. Их разрушение (естественная очистка субстанции) осуществляется бактериями. Процесс носит название анаэробного биохимического окисления. Его результатом становится выделение двуокиси углерода. При этом окисление проходит с участием растворенного в жидкости О2. Чем больше органических включений, тем больше кислорода необходимо на их переработку. В водоемах с большим содержанием органических веществ большая часть РК потребляется на биохимическое окисление, лишая таким образом кислорода другие организмы. При этом увеличивается количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию РК, исчезают кислородолюбивые виды и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации РК, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ. К повышению БПК 5 в воде водоёма могут привести:
- свалки ТБО (твёрдых бытовых отходов);
- несанкционированные места сброса токсичного и бытового мусора;
- открытие транспортных организаций;
- организация сельскохозяйственных угодий, ферм и пр. [3]
ХПК (химическое потребление кислорода): Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью или ХПК. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Являясь интегральным (суммарным) показателем, ХПК в настоящее время считается одним из наиболее информативных показателей антропогенного загрязнения вод. [5]
Анализ полученных результатов свидетельствует, что:
В пробе 1.1 наблюдается недостаток растворённого кислорода, на 13.05.2019 его содержание составляет 3,9 мг/дм3, а в пробе 1.2 на 10.06.2019 – 3,8 мг/дм3, что ниже минимально допустимого значения 4,0 мг/дм3. В пробе 2.1 на 13.05.2019 его содержание составило 9,0 мг/дм3, а в пробе 2.2 на 10.06.2019 оно возросло до 15,6 мг/дм3.
На 13.05.2019 значение БПК-5 в пробе 1.1 находилось на верхней границе нормы, а в пробе 2.1 этот показатель превысил норму на 0,2 мг О/дм3. На 10.06.2019 значение БПК-5 в пробе 1.2 повысилось на 1,2 мг О/дм3. Для пробы 2.2 БПК-5 значительно увеличилось и составило 14,8 мг О/дм3, что в 3,7 раза превышает ПДК.
На 13.05.2019 показатель ХПК для пробы 1.1 был в 2,6 раза меньше, чем для пробы 2.1. При этом значение не превысили ПДК. На 10.06.2019 значение ХПК существенно выросло в обоих озёрах. И если для пробы 1.2 оно осталось в пределах ПДК, то для пробы 2.2 его превысило.
На диаграмме 6 наглядно продемонстрированы все изменения значения БПК-5 и ХПК за два месяца и сравнение результатов с ПДК.
Диаграмма 6. БПК-5 и ХПК, мг O/дм3
4. Выводы
1. Ухудшение в июне органолептических показателей, таких как количество взвешенных веществ и плавающих примесей в Нижнем Большом Суздальском озере отрицательно влияет на процесс фотосинтеза и ухудшает биологическую продуктивность водоёма.
2. Значение водородного показателя в пределах от 8 до 8,7 pH свидетельствует о слабощелочной среде обоих озёр.
3. Низкая минерализация воды говорит о слабой минерализации водного бассейна из-за отсутствия в ней каменистых пород.
4. Содержание железа на верхней границе нормы в Среднем Суздальском озере и серьёзное превышение его в Нижнем Большом Суздальском озере несёт большую угрозу для флоры и фауны озёр. Щелочная среда резко увеличивает опасность отравления рыб, так как в таких условиях образуются гидроксиды железа, которые осаждаются на жабрах, закупоривают и разъедают их.
5. В небольшом количестве марганец необходим для утилизации CO2 растениями, процесса восстановления нитратов и ассимиляции азота. Однако в обоих озёрах содержание марганца превышает ПДК, а это уже приводит к заметному снижению скорости самоочищения озёр.
6. Повышенное содержание аммиака и аммоний-иона в Нижнем Большом Суздальском озере на протяжении двух месяцев свидетельствует о постоянном источнике загрязнения.
7. Ситуация с показателем БПК-5 в обоих озёрах критична. В Среднем Суздальском озере он сначала находился на верхней границе нормы, а затем превысил её. В Нижнем Большом Суздальском озере БПК-5 будучи за пределами ПДК в мае, поднялся более чем в 3 раза в июне. Это, так же как и превышение ПДК показателем ХПК В Нижнем Большом Суздальском озере в июне, свидетельствует о сильном загрязнении.
8. В Среднем Суздальском озере содержание растворённого кислорода крайне мало, что угрожает жизни его обитателей.
5. Практическая значимость
В своей работе я проанализировал основные санитарно-гигиенические показатели воды Среднего Суздальского озера и Нижнего Большого Суздальского озера. Анализ полученных результатов, позволяет с уверенностью заявить о необходимости проведения комплексных очистных работ на озёрах. В противном случае, велика вероятность того, что жизнь надолго уйдёт из этих вод.
6.Библиографический список:
1. Институт озёроведения РАН, http://limno.org.ru/win/ruslake.htm
2. Википедия, ru.wikipedia.org/wiki/Суздальские_озёра
3. А.Н. Петин, М.Г. Лебедева, О.В. Крымская Анализ и оценка качества поверхностных вод Учебное пособие. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. – 252 с
4. Экология и охрана окружающей среды, http://icolog.ru/gidrosfera/vodorodniy-pokazatel-ph.htm
5. Экология и охрана окружающей среды, http://icolog.ru/gidrosfera/sulfati-v-vode.htm
6. Астафьева Л.С. Экологическая химия: учебник для студ. сред. проф. учеб. заведений / Л.С. Астафьева. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 224
7. Научно-популярная энциклопедия «Вода России», http://water-rf.ru/Глоссарий/1336/Растворённый_кислород
10