X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Разработка рекомендаций населению г.о. Люберцы по безопасному использованию питьевой воды на основе экологического обследования её источников

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Иваненко А.А. 1

---

1МОУ СОШ №25 им. А.М. Черемухина

Коротаевская Н.А. 1

---

1МОУ СОШ №25 им. А.М. Черемухина

Работа в формате PDF

125.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы проекта определяется тем, что снижение экологического риска воздействия некачественной воды на человека является вкладом в достижение цели устойчивого развития человечества №3: «Обеспечение здорового образа жизни и содействие благополучию для всех в любом возрасте». Также является вкладом в Национальный проект «Экология» (п. 4.5, пп. 1.2 «Проведение оценки состояния объектов централизованных систем водоснабжения и водоподготовки на предмет соответствия установленным показателям качества и безопасности питьевого водоснабжения»).

Люберецкий район один из районов ближнего Подмосковья с наиболее сложной экологической обстановкой [3]. Территория представляет собой значительно преобразованную природно-техногенную систему. Основные экологические проблемы связаны с наличием крупных очагов техногенного загрязнения природной среды, которые распространяются в радиальном от Москвы направлении вдоль основных транспортных магистралей. [4]

В начале исследования была выдвинута гипотеза о том, что питьевая вода на территории г. о. Люберцы не соответствует нормативам СанПиН и представляет экологическую опасность для здоровья жителей.

Цель проекта: определить качество питьевой воды на различных участках централизованного водоснабжения на территории г.о. Люберцы; разработать рекомендации по снижению экологического риска употребления некачественной воды, влияющей на здоровье человека.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. На основе анализа литературных и других данных выяснить влияние на здоровье человека различных показателей качества воды, выбрать методы исследования.

2. Организовать проведение работ на выбранных тестовых участках территории г.о. Люберцы (произвести отбор проб воды: из источника, водопроводная вода, родниковая вода). Выявить влияние фильтров для воды на качество воды.

3. Путём химического анализа в лаборатории МГОУ образцов отобранных проб выявить качество воды в исследуемых пробах.

4. Провести сравнительный анализ полученных результатов с нормами СанПиН.

5. Оценить экологический риск воздействия экологических факторов на человека в пределах обследованных участков территории г.о. Люберцы.

6. Разработать рекомендации по снижению загрязнения питьевой воды, выявить источники загрязнения.

Обзор литературы по данной проблеме.

Глава 1. Требования к качеству питьевой воды.

Вода в жизни человека

Вода является одним из ценнейших даров природы и без нее невозможно существование всего живого. Поэтому ее состав и гигиеническое содержание представляют особую важность для человека.

Характерными загрязняющими веществами являются соединения азота и фосфора, взвешенные органические вещества, нефтепродукты, фенолы, АПАВ, тяжелые металлы. [4] В результате хозяйственной деятельности происходит изменение химического состава подземных вод. Основным способом поступления загрязняющих веществ в водоносные горизонты является фильтрация сточных вод на территории городов, промышленных предприятий, свалок, на участках полей орошения и полей фильтрации, на участках сельскохозяйственных массивов, обрабатываемых ядохимикатами и удобрениями, а также за счет загрязнения речных вод [7].

Известно, что качество подземных вод, даже изначально чистых, по пути к потребителю нередко резко снижается в водопроводной системе. Поэтому многие жители Московской области в поисках экологически чистой воды, используют воду из скважин или непосредственно из родников для питья и приготовления пищи. Известно, что загрязненная вода, попадая в наш организм, вызывает 70-80% всех известных болезней, на 30% ускоряет старение [8].

2. Качественный состав воды и влияние показателей качества на здоровье человека.

2.1 Хлориды.

Хлориды являются составной частью большинства природных вод. Во внутренних водоёмах содержание хлоридов колеблется в пределах 5–80 мг/л. Повышенное содержание хлоридов объясняется загрязнением водоемов бытовыми или сточными водами некоторых производств. ПДК хлоридов в питьевой воде составляет 350 мг/л. [2]

2.2 Нитраты

Источниками нитратов в подземных и поверхностных водах являются азотные удобрения, городские стоки, недостаточно обработанные и необработанные промышленные сточные воды, фильтраты полигонов хранения твердых бытовых отходов и неорганизованные свалки. Предельно допустимая концентрация (ПДК) нитратов для питьевой воды составляет 45 мг/л.

Нитраты токсичны и вызывают отек легких, кашель, рвоту, острую сердечно-сосудистую недостаточность и др. Смертельная доза нитратов для человека 8-15 г, допустимое суточное потребление 5 мг/кг [3]. Легко образующиеся из них нитриты еще более высокотоксичные, а нитрозамины вообще обладают канцерогенным эффектом. [2]

2.3 Фтор

Всемирная организация здравоохранения 15 установила норму содержания фтора в питьевой воде в пределах 0,5 – 1,0 мг/л, в зависимости от климата (ПДК =1,5 мг/л [2].

Фтор является жизненно необходимым для организма элементом. В организме человека фтор в основном содержится в эмали зубов в составе фторапатита — Ca₅F(PO₄)₃ — и в костях. Общее содержание составляет 2,6 г, в том числе в костях 2,5 г. Нормальное суточное поступление фтора в организм человека равно 2,5—3,5 мг. При недостаточном (менее 0,5 мг/литр питьевой воды) или избыточном (более 1 мг/литр) потреблении фтора организмом могут развиваться заболевания зубов: кариес и флюороз (крапчатость эмали) и остеосаркома, соответственно. [1]

2.4 Минерализация воды.

Сухой остаток дает представление о степени минерализации воды. Минеральный состав воды на 85 % и более обусловлен катионами кальция, магния, натрия, калия и анионами – хлоридами, сульфатами, гидрокарбонатами, фосфатами и др. Воду с сухим остатком до 1000 мг/л называют пресной, свыше 1000 мг/л – минерализованной.

Гигиеническое значение данного показателя заключается в том, что воды, содержащие избытoчнoe количество минеральных солей, непригодны для питья, так как имеют соленый или горько-соленый вкус, а их употребление в зависимости от состава солей приводит к различным неблагоприятным физиологическим отклонениям в организме.

С другой стороны, слабоминерализованная вода с плотным остатком ниже 50-100 мг/л неприятна на вкус, длительное ее употребление может привести к некоторым неблагоприятным физиологическим сдвигам в организме (уменьшение содержания хлоридов в тканях и др.). Такая вода, как правило, содержит мало фтора и других микроэлементов.

2.5 Жесткость воды

Различают общую, карбонатную, постоянную и устранимую жесткость.

Общая жесткость – это природное свойство воды, обусловленное наличием солей жесткости, т. е. всеми солями кальция и магния в сырой воде. Карбонатная жесткость – это жесткость, обусловленная присутствием гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния, растворенных в сырой воде. Устранимая жесткость – это жесткость, которую удается устранить при кипячении воды. [6]

Соли жесткости нарушают всасывание жиров в кишечнике в результате образования кальциево-магнезиальных солей. Жесткие воды способствуют появлению дерматитов. При повышенном поступлении в организм кальция с питьевой водой на фоне йодной недостаточности чаще возникают заболевания щитовидной железы. Особенно нежелательно высокое содержание магния, так как его сульфаты нарушают процессы всасывания и моторную деятельность кишечника.

2.6 Щелочность воды.

Справочная литература предлагает такое определение щёлочности: это общее число содержащихся в воде гидроксильных ионов, а также анионов слабых кислот.  Щёлочность измеряется в ммоль/дм3.

Щелочность питьевой воды является регламентированным и строго контролируемым показателем, рамки которого устанавливает и контролирует каждая страна. Питьевая вода, согласно регламентированным международным рамкам, должна содержать водород в концентрации не более 9 единиц. Превышение этой нормы считается опасным для человеческого здоровья.[10]
Таким образом, от качества и чистоты воды зависит активность человека и его хорошее самочувствие.

Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1. Места взятия проб

Пробы водопроводной воды были взяты на тестовых участках местах г.о. Люберцы и представлены в таблице №1.

Для анализа качества была взята вода непосредственно из водопровода и вода фильтрованная через фильтры, используемых в некоторых квартирах.

Пробы отбирались в соответствии с ГОСТом 23268.0-91

2.2. Описание использованных методик

Химический анализ образцов воды был проведен в лаборатории общей химии МГОУ под руководством доцента, кандидата химических наук Д.Б. Петренко.

Анализ воды нас содержание фторидов и нитратов проводился методом прямой потенциометрии. Анализ воды на показатели щелочности, общей жесткости, общей минерализации, и на содержание хлоридов проводился методом титрования по методикам из сборника «СЭВ. Унифицированные методы исследования качества вод. Часть 1 – методы химического анализа. Том 1 – основные методы» (1987 г.). Анализ воды на определение фторид-иона в природных и питьевых водах проводился методом прямой потенциометрии.

2.3. Обсуждение полученных данных.

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Кислотность воды обычно характеризует значение водородного показателя (рН), который для природных вод обычно имеет значения от 6.5 до 8,5. На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроксидов, солей, подверженных гидролизу. Данные наших исследований представлены в таблице №1.

Таблица 1.

Определение pH в питьевой воде из разных источников водоснабжения г.о. Люберцы.

Данные таблицы № 1 свидетельствуют о том, что все пробы воды по показателю рН соответствуют ПДК, кроме воды из Анцифировского родника. Наличие фильтра не влияет на рH используемой питьевой воды. Жителям города, употребляющих воду из Анцифировского родника необходимо с осторожностью использовать эту воду: при наличии повышенной кислотности желудка такая вода может представлять экологический риск для здоровья человека.

В таблице №2 представлены данные по общей минерализации питьевой воды исследуемых источников. Воду с сухим остатком до 1000 мг/л называют пресной, свыше 1000 мг/л – минерализованной.

Таблица 2.

Определение общей минерализации (сухой остаток)

Данные таблицы №2 свидетельствуют о том, что вода из родника Анциферово(80 мг/л) и «Ключ здоровья»(22 мг/л) слабоминерализованная, что также вредно для здоровья, как и повышенная минерализация. Фильтры (образцы 4.2, 6.2 и 9.2) снижают уровень минерализации. Исключение составляет только один образец (5.2). Причиной может быть нарушение срока эксплуатации фильтра. Высокий уровень минерализации в воде из Кожуховского родника и в водопроводе на Октябрьском проспекте (643 и 648 мг/л , но в пределах ПДК -1000 мг/л) . В таблице №3 представлены показатели щелочности в образцах исследуемой нами воды.

Таблица 3.

Определение щелочность в пробах питьевой воды.

Щелочность питьевой воды является регламентированным и строго контролируемым показателем, рамки которого устанавливает и контролирует каждая страна. Очень низкая щелочность воды в пробах воды родника Анциферово и «Ключ здоровья»: 0,4 мг-экв./л при ПДК 4.4. рН в этих пробах соответственно 5.1 и 6.0. Повышенная щелочность в образце воды №7- 5.4 (Октябрьский проспект, школа №7). Фильтры не оказывают существенного влияния на щелочность воды, исключение фильтр Барьер (образец 4.2) щелочность снизилась от 7.4(выше ПДК на 3.0) до 2.0.

В таблице №4 представлены данные по содержанию нитратов в исследуемых пробах воды.

Таблица 4

Определение содержания нитратов в питьевой воде.

Данные таблицы №4 свидетельствуют о том, что во всех пробах воды (кроме воды из Кожуховского родника) содержание нитратов составляло 2,6-9,8 мг/л, что значительно ниже, чем ПДК(45 мг/л). Самое низкое содержание нитратов было в воде «Ключ здоровья». Наличие фильтра не оказывало значительного влияния на содержание нитратов в питьевой воде. В пробе воды из Кожуховского родника содержание нитратов превышало ПДК в 1,7 раза. Вероятно, что избыточный азот попадает в природные источники воды вместе со стоками. Особенно много его вблизи сельскохозяйственных угодий. Это, как правило, связано со смыванием азотных удобрений с полей, даже если эти поля не используются уже более 20 лет. Поэтому, мы не рекомендуем использовать воду из Кожуховского родника для питья, так как вода из родника представляет экологический риск воздействия неблагоприятных факторов на здоровье человека.

Для характеристики качества питьевой воды важно знать такой показатель как жесткость воды. Общая жесткость обусловлена главным образом присутствием растворенных соединений кальция и магния в воде. Данные, проведенных анализов представлены в таблицах № 5.

Таблица 5

Определение общей жесткости в пробах питьевой воды.

Показатели жесткости воды из Кожуховского родника превышает ПДК. Самая мягкая вода - «Ключ здоровья» и из Анциферовского родника. Использование фильтра может привести к снижению общей жесткости (образцы 4.2 и 6.2), либо наоборот повысить на 0.6 (образцы 5.2 и 9.2). Возможно это повышение связано с увеличением срока эксплуатации фильтра. Есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Вкус природной питьевой воды, например, воды из родников, обусловлен именно присутствием солей жёсткости.

Таблица 6

Определение содержания хлоридов в пробах питьевой воды.

В исследуемых пробах воды содержание хлоридов варьировало от 6,7 до 108,9 и не превышало предельно допустимые концентрации. Минимальное количество хлора содержалось в воде «Ключ здоровья». Наличие фильтра могло повышать содержание хлора в воде (пробы 4.1 и 4.2 и 5.1 и 5.2) в том случае, если нарушены сроки эксплуатации фильтра.

В пробах 6.2 и 9.2 содержание хлора в фильтрованной воде снижалось на 9,5 мг/л по сравнению с нефильтрованной. Самое высокое содержание хлоридов было в пробе воды из Кожуховского родника-124,5 мг/л. Возможно, это связано с тем, что талые воды вымывали из верхних слоев почвы соли хлора

В таблице №7 представлены данные по содержанию фторидов в пробах воды из разных источников.

Таблица 7.

Определение содержания фторидов в пробах питьевой воды.

Оказалось, что во всех образцах питьевой воды содержание фтора значительно меньше (в 3-10 раз) по сравнению с ПДК (в России согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 максимально допустимое содержание фтора в воде составляет 1,5мг/л). Исключением является вода из водопровода п.Октябрьский: 1.35 мг/л, т.е. близкие показатели к ПДК.

Родниковая вода из Анциферовского родника также бедна фторидами: почти в 10 раз ниже нормы по СанПиНу. Любители родниковой воды должны знать, что при постоянном использовании этой воды, организм не будет получать достаточного количества фторидов.

Кроме того, в некоторых пробах водопроводной воды (5.2, 6.2, и 9.2) г. Люберцы, пропущенной через фильтр, содержание фторидов незначительно увеличено – на 0,05. Мы предполагаем, что это результат длительного использования картриджа.

Оптимальное содержания фтора в питьевой воде, в зависимости от климата, колеблется от 0,5 до 1мг/л.[3] В России согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 максимально допустимое содержание фтора в воде составляет 1,5мг/л. Всемирная организация здравоохранения предлагает оптимальную суточную дозу фтора для взрослого человека — 1,5 – 4,0 мг/сут. [6]

Повышение фтора в фильтрованной воде можно объяснить тем, что в процессе эксплуатации в картридже накапливается фтор, а затем попадает в уже отфильтрованную воду.

2.4. Выводы

Все пробы воды по показателю рН соответствуют ПДК, кроме воды из Анцифировского родника. Наличие фильтра не влияет на рH используемой питьевой воды.

Вода из родника Анциферовои «Ключ здоровья» слабоминерализованная, что также вредно для здоровья, как и повышенная минерализация.

Фильтры снижают уровень минерализации. Исключение составляет только один образец. Причиной может быть нарушение срока эксплуатации фильтра.

Очень низкая щелочность воды в пробах воды родника Анциферово и «Ключ здоровья»: Повышенная щелочность в образце воды на Октябрьский проспекте, Фильтры не оказывают существенного влияния на щелочность воды.

Наличие фильтра не оказывало значительного влияния на содержание нитратов в питьевой воде. В пробе воды из Кожуховского родника содержание нитратов превышало ПДК в 1,7 раза. Вероятно, что избыточный азот попадает в природные источники воды вместе со стоками.

Показатели жесткости воды из Кожуховского родника превышает ПДК. Самая мягкая вода - «Ключ здоровья» и из Анциферовского родника. Использование фильтра может привести к снижению общей жесткости

В исследуемых пробах воды содержание хлоридов не превышало предельно допустимые концентрации. Наличие фильтра могло повышать содержание хлора в воде в том случае, если нарушены сроки эксплуатации фильтра.

Оказалось, что во всех образцах питьевой воды содержание фтора значительно меньше (в 3-10 раз) по сравнению с ПДК. Исключением является вода из водопровода п.Октябрьский.

Кроме того, в некоторых пробах водопроводной воды (5.2, 6.2, и 9.2) г. Люберцы, пропущенной через фильтр, содержание фторидов незначительно увеличено. Это можно объяснить тем, что в процессе эксплуатации в картридже накапливается фтор, а затем попадает в уже отфильтрованную воду.

Глава 3. Заключение и рекомендации.

Рекомендации:

Картриджи на фильтрах могут очищать воду только при соблюдении сроков их использования

Жителям города, употребляющих воду из Анцифировского родника необходимо с осторожностью использовать эту воду: при наличии повышенной кислотности желудка такая вода может навредить здоровью.

Употребление слабоминерализованной воды из родника Анциферово и «Ключ здоровья вредно для здоровья. Её употребление может привести к некоторым неблагоприятным физиологическим сдвигам в организме.

Не рекомендуется употреблять воду из Кожуховского родника из-за превышения ПДК по нескольким показателям (нитраты, жесткость)

Т.к. содержание фторидов ниже ПДК, то использование зубной пасты, содержащую фтор допустимо и рекомендуемо при дефиците фтора Примеры: Paradontax, Dentavit и прочие.

Заключение

1)Употребление воды из централизованного водоснабжения не представляет экологического риска; 2)Вода из родников представляет экологический риск воздействия неблагоприятных факторов на здоровье человека; 3) Для снижения экологического риска воздействия неблагоприятных факторов на здоровье человека рекомендуется использовать фильтры для воды с соблюдением сроков их эксплуатации.

Список использованной литературы.

Раков Э. Г. Фтор// Химическая энциклопедия: в 5 т/ Зефиров Н. С. (гл. ред.). — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5: Три—Ятр. — ISBN 5-85270-310-9.

Кропачева Т.Н. Электрохимические методы анализа: учеб.-метод. пособие. – Ижевск: Издательский центр «Удмуртский университет», 2016. –41 с.

Химическая энциклопедия / Редкол.: Зефиров Н.С. и др.. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5 (Три-Ятр). — 783 с.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ВЫПУСК «О СОСТОЯНИИ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ В 2018 ГОДУ»

http://cgon.rospotrebnadzor.ru/content/shkola-gramotnogo-potrebitelya/2118/

Википедия

Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Московской Области в 2003 году». НИА - Природа. Москва 2004.

«Комплексная экологическая практика школьников и студентов. Под редакцией Л.А. Коробейниковой». Санкт-Петербург,2002.

http://79.rospotrebnadzor.ru/fbuzeao/index.php/eshche/informatsiya/70-sanitarno-khimicheskij-sostav-podzemnykh-pitevykh-vod

https://ecotestexpress.ru/articles/shchelochnost_vody/