Химический состав воды родников города Волгограда

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Еремеев К.В. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя школа № 117 Красноармейского района Волгограда» МОУ СШ № 117 Волгоград

Игнатьева С.Ю. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя школа № 117 Красноармейского района Волгограда» МОУ СШ № 117 Волгоград

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

С древности считалось, что родниковая вода является полезной и целебной, так как она имеет большое количество макро- и микроэлементов, проходит естественную почвенную очистку. Содержание различных химических элементов напрямую влияет на вкус воды, а на химические показатели влияет земельные запасы, расположение родников, близкое нахождение химических промышленных предприятий.

В большой степени на качество питьевой воды влияет в какое время года ведется забор, так как во время таяния снега, выпадения обильных осадков в родники могут попадать вещества с прилегающей территорий, вследствие чего вода может стать непригодной для употребления [10] [12].

Водопроводная вода подвергается хлорированию, что неблагоприятно сказывается на вкусовых качествах воды и отталкивает от ее употребления. А родниковой воде часто могут приписывать полезные свойства для организма, вследствие чего люди набирают воду на источниках. Слепая вера в полезность источника может привести к различным заболеваниям, из-за большого содержания в ней катионов и анионов.

Актуальность работы состоит в том, что родниковая вода – хорошая альтернатива другим источникам питьевой воды, потому что она: бесплатна, содержит минеральные элементы, которые важны для человеческого организма, вода не подвергается хлорированию или озонированию.

При этом, химические и биологические показатели воды могут быть повышены, из-за этого источник становиться непригодным для употребления человеком. Данный фактор очень важен для определения пригодности употребления воды из родника, так как при повышении химических показателей, например, натрия, может развиться гипернатриемия, которая может приводить к артериальной гипертензии, повышению возбудимости нервной и мышечной ткани, отекам, гиперосмоляльности крови и других биологических жидкостей. [6, стр. 349-350]. Из-за роста спроса на родниковую воду растет и актуальность анализа этой воды, особенно в Красноармейском районе, где много промышленных заводов, которые сильно влияют на качество воды.

Объект исследования: Родники города Волгограда.

Предмет исследования: Химические показатели состава родниковой воды.

Цель исследования: провести сравнительный химический анализ вод родников Красноармейского района г. Волгограда.

Задачи исследования:

- определить катионный и анионный состав воды изучаемых родников методом капиллярного электрофореза;

- дать характеристику изучаемых образцов по водородному показателю;

- провести анализ жесткости вод из родников титриметрическим методом;

– установить соответствие качества воды родников санитарным нормам;

– провести сравнительный анализ родниковых вод различных источников.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. 1. Общая характеристика родников г. Волгограда

В Волгоградской области из недр земных выбивают более тысячи родников. Изучив данные, о расположении родников в городе Волгограде, был сделан вывод, что наш город имеет большое количество источников питьевой воды.

Для исследования были выбраны три родника из Красноармейского района, так-как они находятся в доступном месте района и ими удобнее пользоваться. Так же был взят «Ергенинский» родник, так как это источник лечебно-столовой. Пятым родником был взят источник «Серебряный», потому что он находиться в чистой зоне и рядом с ним нет промышленных предприятий, к тому же им пользуются жители и они заинтересованы в его использовании. [2]

1. Родник по координатам 48.503844, 44.538753 (Красноармейский район)

2. Родник «Шенбруннскийродник» по координатам 48.506516, 44.508683 (Красноармейский район)

3. Родник по координатам 48.511459, 44.499440 (Красноармейский район)

4. Родник «Ергенинский» по координатам 48.552241, 44.440686 (Кировский район)

5. Родник «Серебряный» по координатам 48.623434, 44.375981

Природные условия территории Волгоградской агломерации не вполне благоприятны для накопления подземных вод питьевого назначения. В пределах крутого волжского склона Приволжской возвышенности залегают преимущественно слабопроницаемые породы, которые больше способствуют поверхностному стоку выпадающих осадков, чем их фильтрации. Среднегодовое количество атмосферных осадков небольшое, характер их в летнее время ливневой, а испарение на нашей территории в несколько раз превышает количество осадков. Все эти обстоятельства не способствуют образованию устойчивых и тем более - обильных водоносных горизонтов на доступной глубине. Лишь на локальных участках водораздельных плато и склонов возвышенности, сложенных преимущественно песками, значительная часть осадков успевает впитаться в землю на глубину более 7-8 м, и в горных породах скапливаются гравитационные воды с образованием локальных, но постоянных водоносных горизонтов.

Более благоприятные условия для накопления подземных вод имеются на западном, донском, склоне Приволжской возвышенности, уже за пределами территории агломерации, в первую очередь благодаря большему количеству осадков, меньшей крутизне склонов, наличию песчаных отложений у поверхности, легко впитывающих дождевые и талые воды, особенно вдоль Дона. Поскольку уровень воды в Дону находится на 46 метров выше меженного уровня Волги в месте максимального сближения этих рек, долина Волги служит региональной дреной для подземных вод всего Доно-Волжского междуречья, соответственно, территория правобережной части Волгоградской агломерации является областью транзита подземных вод многих водоносных горизонтов и комплексов, область питания которых находится на этом междуречье.

В пределах Прикаспийской низменности в границах агломерации пополнение водоносных горизонтов также затруднено, несмотря на то, что большая часть этого обширного пространства представляет собой бессточную территорию. При незначительном количестве атмосферных осадков и слабой проницаемости глинистых пород у поверхности большая часть выпадающих осадков тут же испаряется, а под землей образуются только временные и локальные линзы пресных вод. Лишь в Волго-Ахтубинской пойме большая часть осадков идет на пополнение аллювиального водоносного горизонта, но в общем балансе подземных вод этого горизонта доля атмосферных осадков и здесь незначительна, поскольку его питание происходит в основном за счет русловых вод Волги.

1.2 Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения

Для проведения исследования было изучено Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021 N 3 (ред. от 14.02.2022) Не допускается наличие в питьевой воде посторонних включений и поверхностной пленки. (IV. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству воды питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения 81 пункт СанПиН 2.1.3684-21)

1. Надземная часть водозаборных сооружений должна иметь укрытие для предотвращения загрязнения воды водоисточника.

Территория вокруг каптажного сооружения должна быть ограждена. Для защиты каптажного сооружения от затопления поверхностными водами должны быть оборудованы отмостки с уклоном в сторону водоотводной канавы. (IV. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству воды питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения 87 пункт СанПиН 2.1.3684-21).

Согласно ГОСТу 31865-2012 определяется жесткость воды - Жесткость общая (Ж) 7.0

По величине общей жесткости различают:

Мягкую воду (до 2 мг-экв/л).

Воду средней жесткости (2-10 мг-экв/л).

Воду жесткую (более 10 мг-экв/л). [7]

Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01:

Водородный показатель (pH) в пределах 6-9

ПДК натрия (Na⁺) 200 мг/л

ПДК хдориды (Cl^-) 350 мг/л

ПДК сульфаты (SO₄^2-) 500 мг/л

ПДК нитраты (по NO₃^- ) 45 мг/л

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДЫ РОДНИКОВ ВОЛГОГРАДА

Сбор проб родниковой воды проводили в июле, ноябре 2023 года.

Для проведения исследования были собраны образцы родниковой воды в очищенные ПЭТ бутылки и помечены (Приложение А).

- Первый образец родник по координатам 48.50364, 44.5316 (Проба 1).

- Второй образец родник «Шенбруннскийродник» по координатам 48.506516, 44.508683 (Проба 2).

- Третий образец родник по координатам 48.511459, 44.499440 (Проба 3)

- Четвертый образец родник «Ергенинский» по координатам 48.552241, 44.440686 (Проба 4).

- Пятый образец родник «Серебряный» по координатам 48.623434, 44.375981 (Проба 5).

После сбора всех образцов была проведена фильтрация образцов через целлюлозно-ацетатный фильтр (размер пор 0,2 мкм, диаметр 25 мм) в чистую посуду, первые 1 см³ фильтрата выливались. Часть фильтрата была использована для определения рН родниковой воды на иономере лабораторном типа И-130. Распределение отфильтрованных образцов в пробирки типа Эппендорф по 1 см³. Пробирки помещены в центрифугу на 5 минут при 5000 об/мин. После центрифугирования помещены в прибор «КАПЕЛЬ-105M» для проведения количественного содержания катионов и анионов.

Центрифугирование проводилось в центрифуге ELMI CM-70M.09 при 5000 об/мин в течение 5 минут. Для качественного определения катионов и анионов в пробах родниковой воды был выбран метод капиллярного электрофореза из-за высокой экспрессности, эффективности и наглядности. Сам метод основан на разделении заряженных частиц в смеси под воздействием электрического поля.

Исследование проводилось на приборе «КАПЕЛЬ-105M». [5][4].

pH родниковой воды определялось на иономере лабораторном типа И-130. Работа иономера основана на преобразовании ЭДС электродной системы, имеющей высокое внутреннее сопротивление, в пропорциональное по величине напряжение, получаемое на выходе буферного усилителя.

Жесткость воды - это совокупность ее химических и физических свойств, связанных с содержанием в ней растворенных солей, главным образом, кальция и магния. В зависимости от того, какие соли присутствуют в воде, различают карбонатную (временную) жесткость, и некарбонатную (постоянную).

Определение общей жесткостипроводили стандартным титриметрическим методом с использованием Трилона Б и эриохрома черного.

Титрование прекращают при переходе окраски раствора из вишнево-красной в синюю от одной капли титранта. Титрование проводят 2-3 раза, измеряя объем Трилона Б, пошедшего на титрование до получения параллельных результатов, не расходящихся на 0,1 мл. Общую жесткость воды вычисляют по среднему значению объема Трилона Б в ммоль/л.

Общую жесткость воды вычисляют по формуле:

где С (трилон) и V (трилон) соответственно эквивалентная концентрация (моль/л) и объем Трилона Б (мл), пошедшие на титрование;

V(H₂O) – объем воды, взятый на титрование, мл;

1000 – коэффициент перевода в ммоль/л.

Определение временной жесткостиопределяли стандартным титриметрическим методом с использованием соляной кислоты и метилоранжа.

Временную жесткость воды рассчитывают следующим образом:

где Vк – объем соляной кислоты, израсходованной на титрование, мл;

Ск – молярная концентрация раствора соляной кислоты, моль/л;

К – поправочный коэффициент для кислоты (если кислота сделана из фиксанала, то К = 1); V(H₂O) – объем пробы воды, взятой для титрования, мл;

1000 – коэффициент для перевода молей в миллимоли.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Особенности ионного состава изучаемых образцов

Результаты анализа графиков выявления катионов и анионов (Приложение Г.) в исследуемых пробах представлены в таблицах:

Таблица 1. Содержание катионов проба 1

Таблица 2. Содержание катионов проба 2

Таблица 3. Содержание катионов проба 3

Таблица 4. Содержание катионов проба 4

Таблица 5. Содержание катионов проба 5

Таблица 6. Содержание анионов проба 1

Таблица 7. Содержание анионов проба 2

Таблица 8. Содержание анионов проба 3

Таблица 9. Содержание анионов проба 4

Таблица 10. Содержание анионов проба 5

Стоит отметить, что вода Ергенинского источника оценивается по ГОСТ Р 54316-2020, так как это лечебно-столовая вода и ее нельзя постоянно употреблять.

ПДК сульфаты (SO₄^2-) – 1800-2100 мг/дм³

ПДК хдориды (Cl^1-) – 1400-1600 мг/дм³

ПДК кальций (Ca²⁺) – 400-700 мг/дм³

ПДК магний (Mg²⁺) – 50-250 мг/дм³

ПДК натрий + калий (Na+K) – 1000-1300 мг/дм³

Диаграмма 1. Значение анионов и катионов в Ергенинском источнике.

3.2. Анализ кислотности воды изучаемых родников

Результаты определения рН родниковой воды представлены в таблице.

Таблица 13. Значения pH проб родниковой воды

3.3. Характеристика жесткости вод изучаемых образцов

Определение и расчет жесткости воды (общей и карбонатной) методом титрования представлены в таблицах

Таблица 11. Значения общей жесткости проб родниковой воды.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

По итогам исследования было выявлено:

Первый образец родник по координатам 48.50364, 44.5316 (Проба 1). В воде наблюдается повышенное содержание нитратов (при норме 45 мг/л – 61,8 мг/л), можно предположить антропогенное влияние на превышение нитрат-ионов, все остальные значения в пределах ПДК. Вода средней жесткости (2-10 мг-экв/л). pH в пределах нормы.

Второй образец родник - «Шенбруннскийродник» по координатам 48.506535, 44.508685 (Проба 2). Минимальные значения натрия, кальция, магния, хлоридов, сульфатов. Обнаружено содержание ионов калия. Мягкая вода (значения приближены к пределам до 2 мг-экв/л). pH в пределах нормы.

Третий образец - родник по координатам 48.511459, 44.499440 (Проба 3). Химические показатели в пределах ПДК. Вода средней жесткости (2-10 мг-экв/л). pH в пределах нормы.

Четвертый образец родник «Ергенинский» по координатам 48.552241, 44.440686 (Проба 4). Были выявлены минимальные химические показатели по: сульфатам, хлоридам и кальцию, содержание натрия + калия близко к минимальному. Содержание катионов и анионов не превышают ПДК. Вода жесткая (более 10 мг-экв/л). pH в пределах нормы.

Пятый образец родник «Серебряный» по координатам 48.623434, 44.375981 (Проба 5). Содержание нитратов близко к ПДК. Все остальные химические показатели в норме. Вода средней жесткости (2-10 мг-экв/л). pH в пределах нормы.

Видно повышенное содержание нитратов или их близкое значение к ПДК. Наблюдается обратная ситуация, когда образец номер 4 не подходит ГОСТ Р 54316-2020 по сульфатам, хлоридам и кальцию, так же содержание натрия + калия близко к минимальному значению. Образец 2 и 3 полностью пригодны к употреблению с точки зрения химических показателей.

ВЫВОДЫ

Город Волгоград имеет большое количество источников питьевой воды. Для исследования были выбраны пять родников Красноармейского и Кировского района Волгограда, так-как они находятся в доступном месте для жителей и территории вокруг них обустроены для оптимального набора родниковой воды.

Результаты исследования показали, что родниковая вода Красноармейского района соответствует требованиям ГОСТа к воде питьевой неводопроводной. Даже при большом количестве различных промышленных производств на территории города, не было выявлено сильного превышения по катионам и анионам.

В пробе 1 было выявлено повышенное содержание нитратов, можно отметить предположительно антропогенный фактор превышения, все остальные показатели данной пробы в норме.

Определение рН родниковой воды показал соответствие нормам (рН = 6-9), характер водной среды близок к нейтральной.

Проведение количественного определения общей жесткости родниковой воды показал, что пробы сильно разнятся в показателях общей жесткости – проба 1 – относится к мягкой воде, проба 4 – к очень жесткой, 2,3,5 – вода средней жесткости.

Интересен тот факт, что в Ергенинском источнике выявлено пониженное содержание катионов и анионов. В принципе, для употребления воды подходят все источники, но воду из Ергенинского источника нельзя пить постоянно, из-за большого содержания катионов и анионов, не характерных для просто питьевой воды, и показателей высокой жесткости.

Как показало исследование у родниковой воды может быть повышенное содержание катионов и анионов, что может негативно сказаться на здоровье человека, который пьет такую воду. К тому же вода из родниковых источников может менять свои химические показатели в зависимости от сезона. [12]

Важное значение имеет систематическая проверка родниковой воды на предмет превышения химических и биологических показателей, так-как показатели могут быть повышены и лучше воздержаться от употребления воды из таких источников.

Нельзя мусорить на прилегающей к роднику территории и на самом роднике, потому что это может привести к загрязнению источника питьевой воды. В ходе работы над исследованием была проведена акция по очистке территории Щенбрунский родника от бытового мусора.

Исследование доказало, что источники питьевой воды в лице родников, вполне безопасны при постоянном заборе и контроле всех показателей.

Не стоит забывать, что для безопасного употребления родниковой воды наряду с химическими показателями большое значение имеют показатели бактериологического загрязнения воды.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 31865-2012. Вода. Единица жесткости

2. ГОСТ Р 54316-2020. Воды минеральные природные питьевые. Общие технические условия. 

3. ГРСИ РФ 9096-83 Иономеры лабораторные

4. Дитц Я.Е. История поволжских немцев-колонистов. — М.: Готика, 1997. - 496 с.

5. Комарова Н. В., Каменцев Я.С. Практическое руководство по использованию систем капиллярного электрофореза «капель» - СПб.: ООО «Веда», 2006, 212 с.

6. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28 января 2021 г. № 3 "Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 2.1.3684-21 "Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий" (с изменениями и дополнениями)

7. Сарептский самотечный водопровод \\ Полимерные трубы [текст]: журнал. — 2005. — № 3.

8. Лобачева Г.К., Смотрова О.Г., Гучанова И.Ж Состояние поверхностных и подземных вод волгоградской области и способы их защиты от загрязнения: Вестник ВолГУ. Серия 10 Выпуск 6, стр. 101

9. Уманская О.В., Санжарова В.И., Сушкова Т.В., Бирюков С.А. Чистая вода от чистого сердца. Волгоград: Панорама, 2010. — 144 с. 

10. Шайхутдинова А.А., Гоголева О.А. Эколого-микробиологическая оценка пригодности минерализованной родниковой воды для питьевых целей [текст]: Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2019, № 4

11. Glitsch, alexander. Geschichte der brudergemeine sarepta im ostlichen russland wahrend ihres hundertjahrigen bestehens / nach arhivalischen qquellen bearbeitet von alexander glitsch. - nisky, 1865. – 400 с.

ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ

1. Велотуристический Клуб "34" (veloclub34.ru) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://veloclub34.ru/stati-i-materialy/poleznye-stati/item/468-rodniki-volgograda-i-volgogradskoj-oblasti

2. Волгоград-ТРВ (volgograd-trv.ru) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://volgograd-trv.ru/news/obschestvo/49833-v-volgograde-blagoustraivayut-rodnik-serebryanyj.html

3. Лабораторное оборудование ELMI (elmi-tech.ru) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://elmi-tech.ru/product/elmicm-70m-09

4. Люмэкс – Производство аналитических приборов и лабораторного оборудования (lumex.ru) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.lumex.ru/catalog/capel-105105m.php

5. ООПТ РОССИИ (oopt.aari.ru) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.oopt.aari.ru/oopt/Шамбрунские-родники-Шаморунские-родники

6. Спектрофотометрические методы анализа [Электронный ресурс]: учебное пособие / Ю. Б. Ельчищева; Пермский государственный национальный исследовательский университет. – Электронные данные. – Пермь, 2023. – 4,91 Мб; 188 с. – Режим доступа: http://www.psu.ru/files/docs/science/books/uchebnie-posobiya/ElchishchevaSpektrofotometricheskie-metody-analiza.pdf. – Заглавие с экрана.

7. Федеральное бюджетное учреждение здравоохранения «Центр гигиенического образования населения» (cgon.rospotrebnadzor.ru) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cgon.rospotrebnadzor.ru/naseleniyu/gramotnyy-potrebitel/myagkaya-i-zhyestkaya-voda/

Приложение А. Сбор материала для исследования

Рис. 1 Первый родник по координатам 48.503857, 44.538758

Рис. 2 Второй родник «Шенбруннскийродник» по координатам 48.506535, 44.508685

Рис. 3 Третий родник по координатам 48.511457, 44.499439

Рис. 4 Четвертый родник «Ергенинский источник» по координатам 48.552241, 44.440686

Рис.5 Пятый родник «Серебряный» по координатам 48.623431, 44.375984

Рис. 6 Пробы для проведения исследования

Приложение Б.

Рис. 7 Центрифуга ELMI CM-70M.09.

Рис. 8 Фильтрация проб.

Рис. 9 Отбор отфильтрованных проб с помощью пипетки.

Рис. 10 Помещение проб в центрифугу.

Рис. 11 Помещение проб в прибор «КАПЕЛЬ-105M».

Рис .12 Определение pH проб (какой прибор).

Приложение В. Рис. 13. Определение общей жесткости

Рис. 14. Определение временной жесткости

Приложение Г. Графики определения катионов и анионов в пробе