Особенности групп подземных вод и возможности их использования для водоснабжения с.Петровского

XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2021

Особенности групп подземных вод и возможности их использования для водоснабжения с.Петровского

Ямбаева А.В. 1
1МБОУ СОШ № 4
Дворядкина В.Н. 1
1МБОУ СОШ № 4
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1.Введение

1.1. Актуальность работы.

Проблема обеспечения населения и сельского хозяйства водой стоит очень остро. Особое внимание уделяется источником пресной питьевой воды, а именно подземные воды. Как правило, поверхностные воды имеют более высокое качество и лучше защищены от загрязнения, а их характеристика менее подвержена многолетним и сезонным колебаниям. Именно поэтому подземные воды относят к приобретенным источникам воды как и в России, так и в мире. Качество подземных вод для хозяйственного питьевого водоснабжения определяется физическими, химическими и санитарно - бактериальными показателями, которые регламентируются в России санитарно - эпидемиологическими нормативами[9].

Вопросы обеспечения качества – один из самых острых и наболевших вопросов для Отрадненского района. Все населенные пункты пользуются поверхностными водами или колодцами, кроме районного центра. Станица Отрадная обеспечивается водой из р. Уруп. Село Петровское обеспечиваются водой родникового водозабора, расположенного в центральной части села. Родниковый водозабор в селе был построен в 1986 году, за счет каптажа родниковых вод. Жители села отмечают повышенную жёсткость воды, которая не устраняется после её кипячения, наличие в воде постороннего привкуса. При поливе растений водой происходит быстрое засоление почвы. Жители жалуются на образование накипи – белого осадка при кипячении воды. В результате термической обработки воды, соли не просто образуют белый осадок, но и, кристаллизируясь, оседают на нагревательных элементах электроприборов в виде накипи. Использование жесткой с белым осадком воды отрицательно сказывается на сроке эксплуатации бытовой техники. Система питьевого водоснабжения села не имеет необходимых сооружений и технологического оборудования для улучшения качества воды. Напор воды в сети слабый, отмечаются систематические перебои в водоснабжении села.

1.2.Постановка проблемы.

Низкое качество воды, слабый напор и систематические перебои водоснабжения села привели к самостоятельному оборудованию воды личных подземных скважин для водопотребления. В то же время в скважинах не проводится предварительная оценка геологического строения места, факторов, оказывающих на чистоту скважин, не всегда учитывается технологиями. В лаборатории ОО Попутненского водопроводного хозяйства отсутствует лицензия на указание услуг населения для определения качества воды. Выше перечисленные факторы могут оказать существующее негативное влияние на качество потребляемой населения питьевой воды из подземных источников и требуют оперативного рассмотрение.

Гипотеза: предполагается, что воды четвертичного комплекса, используемые населением из личных подземных скважин, соответствуют требованиям СаНПиН для хозяйственно-питьевого потребления [6].

Цель работы: оценить возможности использования источников вод четвертичного водоносного комплекса для питьевых и бытовых нужд населения села Петровское.

Задачи:

1.Выявить гидрогеологические особенности территории и условия формирования подземных вод.

2. Оценить особенности химических и физических свойств подземных вод четвертичного, верхнемелового и юрского водоносных комплексов на территории села и определить их отличия от водопроводной воды.

3. Провести мониторинг сезонного изменения качества подземных вод.

4. Провести сравнительный анализ качества воды из водозаборных скважин при использовании очистительных фильтров и потребляемой воды без очистки.

5. Разработать для населения рекомендации по водоподготовке подземной воды перед потреблением.

Объектами исследования являются подземные воды четвертичного, мелового и юрского водоносных комплексов с. Петровского.

Предмет исследования: определение качества подземных вод четвертичного комплекса и возможности их использования, как альтернативных источников водоснабжения для населения с. Петровского.

1.3. Методы.

В ходе исследования были проанализированы гидрогеологические, тектонические, топографические, спутниковые карты и снимки. Использован картографический метод. Для анализа воды на территории села ежемесячно с ноября 2020 г. отбирались пробы грунтовых вод из личных водозаборных скважин населения четвертичного комплекса (рис.1).

Отбор проб осуществлялся в соответствии сГОСТ 51592-2000 [3]. Определение свойств воды осуществлялось в этот же день с помощью тест-комплексов полевой лаборатории «Крисмас+» [5].

Рис.1. Пробные площадки для отбора проб на территории с. Петровского (GoogleEarth)

Для оценки качества воды использовались органолептические методы

анализа воды. Органолептическая оценка качества воды - обязательная начальная процедура санитарно-химического контроля воды. При определении прозрачности воды использовался градуированный цилиндр, наполняемый исследуемой водой на величину делений до тех пор, пока различался стандартный шрифт. По нахождению максимальной высоты столбцы столбца, при которой можно прочитать шрифт, оценивали прозрачность. Если прозрачность воды меньше 31см, то она непригодна для питья [1,5]. Прозрачность воды из скважин 1,2 и 3 составила больше 35 см., что говорит, о соответствии прозрачности водытребованиям СанПиНа, прозрачность воды из скважины 4 составила 25 см, что не соотвестствует требованиям СанПиНа[6]. Для определения цветности воды исследуемую воду в стеклянном цилиндре рассмотрели на фоне белого листа бумаги при дневном освещении сверху и сбоку. Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды хозяйственно-питьевого назначения не должен превышать 2 баллов. Для определения запаха вода наливалась в колбу на 2/3 объема с притертой пробкой, сильно встряхивалась в закрытом состоянии. После перемешивания воды колба была быстро открыта. Во всех пробах было отмечено отсутствие ощутимого запаха. Вместе с тем, в ходе исследований отмечается ощутимый привкус питьевой воды, который оценили в 1 балл, что, вероятно обусловлено её химическим составом[1,5]. Анализу воды предшествовало определение водородного показателя. Определение временной жесткости воды производилось титрометрическим методом. Так как вода, содержащее гидрокарбонаты, карбонаты кальция и магния имеют щелочную реакцию, то определение карбонатной жесткости проводилось титрованием воды соляной кислотой в присутствии индикатора – метилового оранжевого[1,5]. Временная жёсткость определялась по формуле:

где Ж врем. - временная жёсткость в мэкв/л;

Сн. (HCl) – концентрация раствора соляной кислоты в моль/л;

V сред. (HCl) - объём соляной кислоты, потраченный на титрование в мл;

V(H2O) - анализируемой воды в мл [4].

Определение сульфатов выполнялось турбидиметрическим методом по мути [4,5]. Для первичной пробы к 5 мл. воды прибавили 4-5 капель HCl (1:1) и 0,5 10% - ного раствора ВаСl2 . При наличии в воде карбонатов и бикарбонатов, которые дают такой же белый осадок, добавлялась серная кислота для их разрушения. По характеру выделяющейся мути и осадка ориентировочно судили о содержании сульфатов исследуемой пробы (Таблица 1).

Методами титрования были определены концентрации хлоридов и карбонатов [5]. Определение нитратов производилось коллометрическим методом с дифениламином. Содержание тяжелых металлов (медь, железо) проводилось с помощью экспресс-тестов полевой лаборатории «Кристмас +». Все анализы грунтовой воды осуществлялись в 3-кратной повторности. Статическая обработка данных проводилось в программе MicrosoftOfficeExcel 2010.

1.4. Разработанность проблемы.

Новизна проекта заключается в том, чтона территории села выделены микрорайоны с разными характеристиками вод четвертичного комплекса, проведен их сезонный мониторинг и качественный анализ, впервые пройден сезонный мониторинг, и качественный анализ грунтовых вод четвертичного водоносного комплекса, показана зависимость их состояния от антропогенного загрязнения в условиях сельской жизни и выпадения осадков. Работа опирается на собственные исследования грунтовых вод на территориях села Петровского в 2020-2021 гг.

При проведении исследования опирались на источники: ГОСТ 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб. введ. 07.01.2001г. – Москва: Изд-во стандартов, 2000.- 30 с. 5.

Муравьёв А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами / А.Г. Муравьёв, С-Пб.: Кристмас+, 2009.-220с.

2. Результаты исследования

Отрадненский район относится к одному из 23 геоморфологических районов Краснодарского края, в основу выделения которых был положен рельеф - районам предгорных аллювиальных равнин и речных террас (Заурупский (Приставропольский) район). Районы предгорных аллювиальных равнин и речных террас сформировались в полосе предгорного прогиба, заполненного рыхлыми наносами с гор. Рельеф Отрадненского района гористый, холмистый, незначительная часть равнинный. В геоморфологическом отношении территорию села Петровского можно характеризовать как плоскую равнину с волнистым типом рельефа. Село расположено в восточной части Отрадненского района на возвышенном плато (высота над уровнем моря 563 метра) [8]. Анализ гидрогеологических и геологических карт показал, что по условиям гидрогеологического районирования территория с. Петровского расположена в пределах бассейна подземных вод Ставропольского сводового поднятия и его склонов. Воды соленые и горько – соленые палеогена[7]. В четвертичных, меловых и юрских отложениях формируются подземные воды порово-пластового типа. Вмещающие породы верхнего миоцена представлены глинами с прослоями песка, известняков, песчаников, мергелей, реже алевролитами [7]. Питание подземных вод осуществляется за счёт атмосферных осадков и, частично, за счёт подтока напорных вод из нижележащих слоёв [2]. Химический состав зависит от вещественного состава водовмещающих пород и не отличается разнообразием: воды пресные и соленые, пестрые по ионному составу с максимальной минерализацией до 3.0 г\л, преобладающий анионный состав сульфатный [от 3 до 10г/л [2]. Подземные воды четвертичных отложений населением используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Судя по глубине скважин, подземные воды залегают здесь на глубинах от 6 до 12 -15 м. и относятся к грунтовым. Их уровень не постоянен, в летние месяцы наблюдается его резкое снижение. Это обусловлено недостаточным количеством осадков в этот период года. Отбор подземных вод четвертичного водоносного комплекса на анализ проводился на территории села Петровского на четырех пробных площадках. Грунтовые воды, используемые в бытовых целях на пробной площадке 1 (ул. Светлая 6) из бытовых скважин, фильтрами не очищается. На площадке 2 (ул. Светлая 15) используется фильтр трёхступенчатой очистки «Барьер-Профи» (устраняет механические частицы, ионы тяжелых металлов, снижает жёсткость), проводилось сравнение качества воды с применением фильтра и без него. На пробных площадках 3 (ул. Садовая) и 4 (ул. Ленина) вода из бытовых скважин фильтрами не очищается.

Физические свойства грунтовых вод характеризуются разными показателями на разных скважинах и зависят от степени очистки. По органолептическим показателям подземные воды скважины пробных площадок 1 и 2 и 3 прозрачные, в 4 характеризуются наличием слабого светло-желтого оттенка, после очистки фильтрами прозрачные. Желто-коричневый оттенок проб воды, отобранный в скважине пробной площадки 4, связан с отсутствием механической степени очистки. Микроскопический анализ твёрдого осадка показал, что он состоит из мелкодисперсных частичек лёссовидных суглинков. Все пробы характеризуются слабым привкусом и отсутствием запаха (таблица 3).

Анализ рН показал, что все пробы грунтовой воды можно разделить на две

группы. В северной и центральной части села преобладают воды слабо-щелочные с рН 6- 6,5. Из всех проб воды выделяется скважина № 3 по ул. Садовая, рН которой составляет 8 . Наблюдается различие рН пробы воды взятых из скважины 1 до очистки от 8 до рН воды 7,5, прошедшей очистку (таблица 2). Жесткость в большинстве случаев коррелирует с показателями рН воды: чем больше солей карбоната кальция содержится в подземных водах, тем выше водородный показатель. Выяснено, что устранимая жёсткость грунтовых вод зависит от времени года и изменяется от 12-13 мг.экв/л в июле до 10.5-12.5 экв/л. в феврале. В результате исследования было обнаружено, что разница между значениями жесткости воды осенью и весной составляет:

В пробах 1 составляет 1 мг-экв./л;

В пробах 2, 3 и 4 —0,5 мг-экв./л.

Значительная разница значений обнаружена в пробе 1 составляет 1 мг-экв./л. (таблица 3). Это может быть вызвано особенностями географического расположения точек отбора пробы. По результатам проведенного исследования можно сделать вывод, что между значениями жесткости воды, определенными осенью и весной, наблюдается зависимость: жесткость всех проб воды осенью несколько больше, чем весной и в феврале. Вероятно, интенсивное выпадение осадков, таяние снега и обильные весенние осадки, представляющие собой мягкую воду, способствуют разбавлению природных вод и в целом уменьшению жесткости. Кроме того было определено, что жесткость воды скважины № 1 после использования трехступенчатой очистки фильтром «Барьер-Профи» изменилась (Таблица 2).

Таблица 2. Физические и химические показатели воды в при разных условиях отбора проб ( ул.Светлая 6 , июль 20121г.)

Условия отбора проб

pH

Мутность

см.

Запах

баллы

Вкус

баллы

Fe общее

Cl

мг\л

SO4

мг\л

NO2

Жесткость

С фильтром

7.5

20

0

1

0

88.0 ±0,32

500

0

11.5

Без фильтра

8

20

0

1

0

88.0 ±0,32

500

0

12.0

Таблица 3. Сезонные изменения качества грунтовых вод на территории

Пробные площадки

Даты

отборов проб

Показатели качества подземных вод

   

pH

Мутность

мг/дм3

Цветность

Запах

баллы

Вкус

баллы

Fe общее

Cl

мг\л

SO4

мг\л

NO2

Жесткость

Пробная площадка №1 (ул. Светлая , 6)

Ноябрь

2020г.

8

0.00

бесцветная

0

1

0

88.0 ±0,32

500

0

12.0

 

Февраль 2021 г.

6.5

0.00

бесцветная

0

1

0

89.0. ±0,32

500

0

11.5

 

Апрель 2021г

6.5

0.00

бесцветная

0

1

0

89.0±0,32

500

0

11.0

 

Июль 2021

8

0.00

бесцветная

0

1

0

88.0 ±0,32

500

0

12.0

Пробная площадка №2 (ул. Светлая , 15)

Ноябрь

2020г.

6

0.00

бесцветная

0

1

0

53.25±0,32

500

0

10.0

 

Февраль 2021 г.

6.5

0.00

бесцветная

0

1

0

54.00±0,32

500

0

10.5

 

Апрель 2021г

6

0.00

бесцветная

0

1

0

54.00±0,32

500

0

10.5

 

Июль 2021

6

0.00

бесцветная

0

1

0

53.25±0,32

500

0

10.0

Пробная площадка №3(ул.Садовая)

Ноябрь

2020г.

8

0.00

бесцветная

0

1

0

10.00±0,32

>500

0

12.0

 

Февраль 2021 г.

8.5

0.00

бесцветная

0

1

0

10.00±0,32

>500

0

12.0

 

Апрель 2021г

8.5

0.00

бесцветная

0

1

0

10.00±0,32

>500

0

12.5

 

Июль 2021

8

0.00

бесцветная

0

1

0

10.00±0,32

>500

0

12.0

Пробная площадка №4 (ул.Ленина)

Ноябрь

2020г.

6

20

слабо-желтая

0

1

0

10.00±0,32

>500

0

13.0

 

Февраль 2021 г.

6.5

20

слабо-желтая

0

1

0

11.00±0,32

>500

0

12.5

 

Апрель 2021г

6.5

20

слабо слабо-желтая

0

1

0

11.00±0,32

>500

0

12.5

 

Июль 2021

6

20

слабо-желтая

0

1

0

10.00±0,32

>500

0

13.0

Количество хлоридов в воде во всех скважинах не изменилось. Сравнение химического состава проб грунтовых вод, взятых из бытовых скважин показывает, что нитраты в них отсутствуют (таблица 3). При определении нитратов с помощью дифениламина не отмечается реакция с появлением ярко-синей окраски. В пробах грунтовых вод не обнаружено катионов меди, марганца общего железа (таблица 4).

Полученные нами данные мы сравнили с протоколом исследования водопроводной воды. Мы опирались на данные исследования качества водопроводной воды села, проведенные нами в 2020 году, а также на «Протокол исследования воды на соответствие СанПиН 2.1.4.1074-01» , который нам предоставили в Попутненском водопроводном хозяйстве. Водопроводная вода характеризуются повышенным содержанием сульфатов, отличается повышенной минерализацией и жёсткостью и превышает ПДК для питьевой воды. Наличие повышенного содержания сульфатов, ионов магния и кальция определяет привкус воды, как несоответствующий действующим нормативам СанПиН. На основании полученных результатов химических анализов подземную воду, потребляемую населением из водопроводных сетей можно отнести к группе вод с сульфатно-карбонатно-магниево-кальциевой минерализацией.

Таблица 4. Сводная таблица физических и химических показателей проб воды из источников питьевого снабжения

Наименование показателей, ед. измерения

1 скв.

2скв.

3 скв.

4 скв.

водопроводная вод

ПДК (для хозяйственно-питьевого водоснабжения)

Глубина залегания, м.

6,5

15м.

15м

23м

 

-

Дебит, л/сек

0-1

0.1

0.1

0.1

 

-

рН

6

6

8

6

7,6

В пределах 6 -9

Запах

0

0

0

0

0

0

Мутность

0.00

0.00

0.00

20

0.00

3,9

Цветность, град.

0

0

20

0

0

20

Прозрачность см.

35

35

35

25

35

 

Привкус (балл)

1

1

1

1

3

2

Жесткость мг.экв./ л

11±1,2

10±1,2

12±1,2

12±1,2

13,4±1,2

7.0(10)

Железо мг/л

0.00

0.00

0.00

0.00

0,05

0,3

Нитриты, нитраты мг/л

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

3,3

Сульфаты, мг/л

500

500

>500

>500

>500

500

Хлориды, мг/дм3

88

53.25

10мг\л

10мг\л

40.0 ±0,32

350

Медь, мг/л

0

0

0

0

0.00

0

Магний мг/л

       

151.2

5-65

25-130

Кальций мг/л

       

240

25-130

Минерализация

       

2472.99

1000 (1500)

Для определения антропогенных источников загрязнения подземных вод сельской черте проведена снегомерная съемка. Рассчитана пылевая нагрузка, которая на пробной площадке1, 2 и 3 составила 46,913 г/м2*сут. Эти показатели говорят о незначительном загрязнении воздуха автомобильным транспортом, в зимнее время на данной территории она не превышает нормативы. На пробной площадке 4 отмечается увеличение пылевой нагрузки в связи с положением на центральной улице. Снеготалая вода, на этом участке отличается увеличением рН до щелочной, наличием следов ионов свинца, бензиновой плёнки на поверхности пробы и резким запахом. Пылевая нагрузка увеличивается до 385,46 г/м2*сут. Уровень загрязнения снега оценивается как приближённый к среднему.

Чтобы повысить качество потребляемой воды из бытовых скважин были разработаны рекомендации (Приложение 1).

3. Выводы

Определено, что воды четвертичного комплекса не имеют повсеместного распространения, залегают линзами на разной глубине от 6 до 15 м, в связи с чем разные водоносные горизонты отличаются по химическому составу вод и их органолептическими показателями.

Грунтовые воды всех скважин относятся к гидрокарбонатному кальциево – магниевому классу, имеют повышенную временную жёсткость, которая изменяется в пределах от 10 до 13 мг/л. Характеризуются повышенным содержанием сульфатов в пробах воды отдельных скважин.

Выявлено, что подземные воды четвертичных отложений имеют сезонные колебания рН, которое увеличивается с 6- 6,5 в июле до 8 в феврале в связи с понижением уровня грунтовых вод и увеличением минерализации.

Показано, что использование фильтров грубой очистки приводит к снижению таких показателей, как мутность и цветность. При применении фильтров трёхступенчатой очистки улучшаются органолептические качества потребляемой воды, снижается временная жёсткость

Определено, что уровень загрязнения снега по результатам снегомерной съёмки на пробной площадке № 4 оценивается, как приближённый к среднему за счёт увеличение пылевой нагрузки, наличию следов ионов свинца, бензиновой плёнки на поверхности пробы в связи с положением на центральных улице, что, возможно, отрицательно скажется на качестве грунтовых вод в весенне-летний период.

Литература и источники.

АшихминаТ.Я. Экологический мониторинг. Учебно – методическое пособие. Киров: изд-воООО «Типография «Старая Вятка», 2012. – 95 с

Доклад «О состоянии природопользования и об охране окружающей среды Краснодарского края в 2020 году».

ГОСТ 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб . введ.07.01.2001г. – Москва: Изд-во стандартов, 2000.- 30 с

Комплект карт – инструкций для учебно–лабораторного оборудования по экологии, химии, биологии. Уфа: изд-во ООО «Компания «Базис»,2012.-32с.

Муравьёв А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами / А.Г. Муравьёв, С-Пб.: Кристмас+, 2009.-220с.

СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. РФ от от 7 апреля 2009 с изменениями., 25 февраля 2010 г. Российская газета. – 2009.

Институт геоэкологии. База знаний. Карты. Карты Краснодарского края. Карта подземных вод.

URL - /http://hge.spbu.ru/mapgis/subekt/krasnodar/krasnodar.html(дата обращения 22.10.2020 г.)

Природно-климатическая характеристика Отрадненского района Краснодарского края.

URLhttps://studwood.ru/1217750/geografiya/relef_pochvoobrazuyuschie_porody_pochvy (дата обращения 10.07.2021г.)

Статья из журнала «Природа» (№ 4, 2012 г., с. 39-43, © Четверикова А.В.) URL- http://www.prinas.org/article/5925 (дата обращения 22.10. 2020г.)

Приложение 1.

Рекомендации для населения по улучшению качества водопроводной воды.

1.Отстаивайте и кипятите воду. Продолжительное кипячение позволяет избавиться от большей части летучих и слаболетучих органических соединений.

2. Храните кипяченую воду в плотно закрытой эмалированной посуде и используйте в течение суток.

3.Пользуйтесь фильтрами для воды. Фильтрование и фильтрование с последующим кипячением снижают общую жесткость приблизительно до оптимального физиологического уровня.

4. Прежде чем использовать воду из скважины, слейте ее в течение 15-20минут. В трубах она быстро застаивается.

5. Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используйте такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду. Все соли, которые образуют жёсткость воды, останутся в незамерзшей воде. Ещё один способ борьбы с постоянной жёсткостью – перегонка, т.е. испарение воды с последующей её конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, то они остаются, а вода испаряется.

6 .Умягчить жёсткую воду можно и обработкой воды различными химическими веществами.

Просмотров работы: 9