V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Физический и химический анализ воды реки Турья и питьевой воды г. Краснотурьинск

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Вотчель  Е.Р. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 24»

Вотчель  М.А. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 24»

Работа в формате PDF

516.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Вода сама по себе не имеет питательной ценности, но она – непременная составляющая часть всего живого. Ни один из живых организмов нашей планеты не может существовать без воды.

В целом организм человека состоит по весу на 50-86% из воды (86% у новорожденного и до 50% у пожилых людей). На протяжении всей своей жизни человек ежедневно имеет дело с водой. Он использует ее для питья и пищи, для умывания, летом – для отдыха, зимой – для отопления. Для человека вода является более ценным природным богатством, чем уголь, нефть, газ, железо, потому что она незаменима.

Без пищи человек может прожить около 50-ти дней, если во время голодовки он будет пить пресную воду, без воды он не проживет и неделю - смерть наступит через 5 дней. По данным медицинских экспериментов при потере влаги в размере 6-8% от веса тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 10% - начинаются галлюцинации, при 12% человек не может восстановиться без специальной медицинской помощи, а при потере 20% наступает неизбежная смерть.

В организме человека вода:

увлажняет кислород для дыхания;

регулирует температуру тела;

помогает организму усваивать питательные вещества;

защищает жизненно важные органы;

смазывает суставы;

помогает преобразовать пищу в энергию;

участвует в обмене веществ;

выводит различные отходы из организма.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что роль воды для человека огромна. Поэтому особые требования предъявляются к качеству питьевой воды и экологическому состоянию воды в природных водоемах. [2].

Цель работы: изучить физические свойства и химический состав воды реки Турья и питьевой воды г. Краснотурьинск и сравнить его с Требованиями к качеству питьевой воды по Санитарным правилам и нормам, действующими на территории Российской Федерации.

Задачи исследования:

1. Изучить научные источники и материалы Интернет по выбранной теме исследования.

2. Выбрать наиболее доступные методики исследования качества природных и питьевых вод, основываясь на теоретических представлениях физики и химии.

3. Провести мониторинг качества воды реки Турья и питьевой воды г. Краснотурьинск.

4. Оценить экологическое состояние вод реки Турья.

5. Сделать анализ полученных результатов исследования и ознакомить жителей города с полученными результатами.

Водоснабжение административного центра МО ГО Краснотурьинск и прилегающих микрорайонов осуществляется от водозаборных сооружений Филиала «БАЗ-СУАЛ» ОАО «СУАЛ» (Краснотурьинский водозабор). Источником холодного водоснабжения города являются подземные воды действующего Краснотурьинского водозабора, расположенного в 5 - 6 км западнее г. Краснотурьинска на левом берегу Богословского водохранилища, образованного рекой Турья. [7].

Река Турья начинается в болотистой местности юго-западнее Верхнего и Нижнего Княсьпинских озёр, расположенных неподалёку друг от друга. Питание смешанное, значительную долю воды дают реке талые снеговые воды и дожди. Замерзает в конце октября, вскрывается в конце апреля - 1-й половине мая. В Турью впадает много притоков, из них крупные: река Устея, река Антипинский Исток, река Лоб.

Русло реки каменистое, водная растительность - только местами, в основном у берегов, но встречается в виде островков в средней части русла. Берега в основном пологие, переходящие в широкую долину, но в районе алюминиевого завода левый берег отвесный. Здесь вдоль берега на 120 метров протянулись обнажения горных пород, сложенные доломитами, разбитые трещинами в результате процессов выветривания, высотой 36 метров.

На реке построена плотина (в мае 1943 года), перекрывающая реку. Благодаря этому образовалось Богословское водохранилище, протяжённостью 8 км от города Карпинска до города Краснотурьинска. Оно имеет ширину 152 метра. Максимальная глубина - 18 метров. Объём - 6 км³.

Загрязнителями реки являются промышленные предприятия, такие, как Богословский алюминиевый завод, совхоз «Краснотурьинский», Богословская теплоэлектроцентраль, жилищно-коммунальное хозяйство города Краснотурьинска. [3].

На Северном Урале этой весной был один из самых сложных паводков за последние 20 лет, так как запасы снега в бассейнах некоторых рек значительно превысили среднемноголетние значения. В 2016 году выпало осадков больше нормы. Почвы бассейнов рек переувлажнены. Следовательно, во время снеготаяния и выпадения осадков большое количество влаги не впитывалось в грунт, а попадало в русловую сеть поверхностным стоком, что привело к более высоким уровням воды в водоемах. Во время паводка происходит массовое загрязнение воды. В этот период существенно возрастает риск ухудшения качества воды источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения. В результате паводка происходит массовое загрязнение воды в колодцах и скважинах нечистотами с мусорных свалок, мусорных контейнеров, септиков, очистных сооружений, хозяйственных дворов, туалетов. Попадание в питьевую воду вирусов и бактерий вполне может привести к вспышкам инфекционных заболеваний и даже к эпидемиям. Для предотвращения вспышек инфекционных заболеваний в весенний период увеличивается дозировка реагентов используемых для очистки воды. Как правило, это хлор, дозировка которого может возрасти в два, три, а в отдельных случаях и в десять раз. Но, несмотря на достаточно высокую эффективность обеззараживания воды, хлор остается сильным ядом. Высокая концентрация хлора для человеческого организма вредна. Серьезную опасность представляют и многие соединения хлора. На организм человека они оказывают канцерогенное и мутагенное воздействие. То есть способствуют развитию онкологических заболеваний и могут оказать негативное влияние на генотип человека. Получается, что «лекарство» не намного безопаснее самой «болезни». Недостаток реагента может привести к инфекционным заболеваниям, а избыток, пусть и в отдаленной перспективе, способен вызвать очень серьезные проблемы со здоровьем.

Филиал ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Свердловской области в городе Североуральск, городе Ивдель, городе Краснотурьинск и городе Карпинск» ведет постоянный мониторинг за качеством воды на поднадзорной территории. Наибольший удельный вес проб, не отвечающих гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, отмечается в период с апреля по июль, как раз приходящимся на период паводка. За последние три года исследовано 170 проб воды поверхностного источника централизованного водоснабжения (водоем, река), из них 16,5 % выявлены неудовлетворительными, в том числе по показателям: железо – 35 %, марганец – 17,5 %, окисляемость перманганатная – 30 %, кремний – 10%. Что касается воды подземного источника водоснабжения, куда относятся скважины, колонки, родники, здесь тоже не все так идеально. Из 1099 отобранных проб воды 224 неудовлетворительные. В Карпинске и Краснотурьинске подземная вода не удовлетворяет по таким показателям, как железо, кремний, марганец, мутность, нитраты. И все это легко объяснимо, ведь питание таких источников происходит, в основном, из незащищенных, расположенных рядом с поверхностью водоносных горизонтов, и качество воды в них во многом зависит от сезона года, от оборудования самого источника и от санитарного состояния прилегающей территории. [1].

Предмет исследования: воды реки Турья и источники питьевой воды г. Краснотурьинск.

Объект исследования: физические и химические свойства реки Турья и питьевой воды г. Краснотурьинск с точки зрения экологической безопасности.

Гипотеза: я предполагаю, что вода реки Турья и питьевая вода в г. Краснотурьинск соответствуют санитарным нормам, принятым в Российской Федерации.

Краткое описание оборудования и методик исследования

Для проведения исследования были выполнены заборы проб воды в 4-х точках р. Турья (Приложение 1), а именно:

Проба 1: г. Краснотурьинск, район городской стоматологической поликлиники, р. Турья;

Проба 2: г. Краснотурьинск, набережная городского пруда в районе улиц Попова – Садовая;

Проба 3: г. Краснотурьинск, родник в районе детской поликлиники (воды родника впадают в р. Турья в районе лыжной базы);

Проба 4: г. Карпинск, р. Турья.

Забор проб природной воды проводились в следующие даты: 15 июля 2017 года; 26 августа 2017 года.

Одновременно с забором проб природной воды были проведены метеорологические наблюдения, результаты которых представлены в Приложении 2.

Кроме того, были взяты пробы питьевой воды из системы водоснабжения г. Краснотурьинск и приобретена бутилированная питьевая вода в одной из торговых сетей нашего города.

Проба 5: бутилированная питьевая вода «Святой источник» (негазированная);

Проба 6: водопроводная вода из системы водоснабжения школы № 24 г. Краснотурьинска.

В ходе исследования был проведен анализ физических и химических свойств природной воды из р. Турья и питьевой воды, приобретенной в торговой сети нашего города и из системы холодного водоснабжения. Полученные данные сравнивались с Требованиями к качеству питьевой воды по СанПиН 2.1.4.1074-01 (выдержки из документа) и Требованиями к обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение (Приложения 14 и 15).

2. Основная часть

2.1. Анализ физических свойств воды

2.1.1. Определение температуры воды

Температура воды является важной гидрологической характеристикой водоемов, показателем возможного теплового загрязнения. Основные источники промышленных тепловых загрязнений - теплые воды электростанций (прежде всего атомных) и крупных промышленных предприятий. Тепловое загрязнение опасно тем, что вызывает ускорение естественных жизненных циклов водных организмов, изменение скоростей химических и биохимических реакций, протекающих в водоеме. В условиях теплового загрязнения значительно изменяются кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения водоема, изменяется интенсивность фотосинтеза и др. В результате этого нарушается природный баланс водоема, складываются особые экологические условия, негативно сказывающиеся на животном и растительном сообществе.

Температуру воды в водоеме определяла лабораторным термометром со шкалой от О до 100⁰ С, одновременно фиксировала температуру воздуха и время забора пробы воды. Результаты определения температуры воды указаны в Приложении 3.

Выводы. Сравниваяметеорологические наблюдения, проводимые в даты забора проб природной воды, с результатами измерения температуры воды пришла к выводу, что в исследуемых природных водах отсутствует тепловое загрязнение, что может благоприятным образом сказаться на животном и растительном сообществе.

2.1.2. Определение запаха

Любое знакомство со свойствами воды начинается с определения органолептических показателей, то есть таких, для определения которых мы пользуемся нашими органами чувств. Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена быстро и без каких-либо приборов. К органолептическим характеристикам относятся цветность, мутность (прозрачность), запах, вкус и привкус, пенистость.

Для определения запаха колбу с водой закрывала пробкой и энергично встряхивала. Открыв пробку, осторожно, неглубоко вдыхая, оценивала запах и сравнивала с данными таблиц (Приложение 4). Результаты определения интенсивности и характера проявления запаха исследуемой воды приведены в Приложении 5.

Выводы. Исследуемая вода получила оценку от 0 до 1 баллов, что свидетельствует о том, что бассейн реки Турья не загрязнен органическими веществами, которые и придают воде неприятный запах.

2.1.3. Определение цветности и мутности воды

Цветность - естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Цветность воды может определяться свойствами и структурой дна водоема, характером водной растительности, прилегающих к водоему почв, наличием в водосборном бассейне болот и торфяников и др. Цветность воды определяется визуально или фотометрически. В своем исследовании цветность воды я определяла, рассматривая пробирку с водой на белом фоне при дневном освещении и сравнивала с приведенными в Приложении 6 примерами.

Мутность воды определяла, рассматривая текст газеты, помещенный позади пробирки с водой. Основные характеристики воды – прозрачная, слабо-мутная, мутная, сильно-мутная. Результаты определения цветности и мутности воды представлены в Приложении 7.

Выводы. Вся исследуемая вода была прозрачная, некоторые пробы природной воды незначительно окрашены (слабо-желтый цвет), что является естественным свойством природной воды.

2.1.4. Определение взвешенных веществ

Перед определением взвешенных частиц бумажный фильтр взвешивала. Затем отмеряла по 100 мл каждой пробы воды и фильтровала через воронку. После фильтрования фильтр с осадками высушивала на воздухе и взвешивала. Результаты определения содержания в пробах воды взвешенных веществ представлены в Приложении 8.

2.1.5. Определение растворённых веществ

Пробу воды объемом 20 мл отфильтровали и упарили досуха. Массу сухого остатка вычисляла по формуле (мг/л):

С = , где

m1 – масса чашки до использования

m2 – масса чашки после использования

V – объем взятой пробы, в литрах

С – определяемая концентрация

Результаты определения содержания в воде растворенных веществ представлены в Приложении 9.

Выводы. Вся исследуемая природная вода содержит незначительное количество взвешенных и растворенных веществ, что свидетельствует о ее безопасности для природных объектов.

2.2. Анализ химического состава воды

2.2.1. Определение рН

Для всего живого в воде (за исключением некоторых кислотоустойчивых бактерий) минимально возможная величина рН = 5; дождь, имеющий рН < 5,5, считается кислотным дождем. В питьевой воде допускается рН 6,0-9,0; в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования - 6,5 - 8,5.

Для определения кислотности воды был использован рН-метр, который, следуя инструкции по применению, последовательно помещали в пробы воды.

При определении содержания в воде солей кроме опытных проб делала контрольные пробы с дистиллированной водой, где нет никаких ионов и не должно быть реакции с раствором соли того иона, который подвергается исследованию. Результаты определения рН представлены в Приложении 10.

Выводы. Результаты измерения рН показывают, что и питьевая вода и природная вода соответствуют нормам СанПиН, так как показатели рН для природной воды менялись в интервале от 7,5 до 8,0, для питьевой воды – от 6,6 до 7,2.

2.2.2. Определение содержания хлоридов

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах, а также в питьевой воде, в виде солей металлов. Если в воде присутствует хлорид натрия, она имеет соленый вкус уже при концентрациях свыше 250 мг/л; в случае хлоридов кальция и магния соленость воды возникает при концентрациях свыше 1000 мг/л. Именно по органолептическому показателю - вкусу установлена ПДК для питьевой воды по хлоридам (350 мг/л), лимитирующий показатель вредности - органолептический.

Высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не оказывают токсических эффектов на людей, хотя соленые воды очень коррозионно активны по отношению к металлам, пагубно влияют на рост растений, вызывают засоление почв.

К 5 мл исследуемой воды добавляла по 2 мл раствора нитрата серебра. Если исследуемый раствор содержит хлорид-ионы, то будет выпадать белый осадок согласно уравнению реакции:

Ag⁺ + Cl^- → AgCl↓

Примерное содержание хлоридов определяла по таблице в Приложении 11, там же приведены результаты определения содержания хлоридов в исследуемой воде.

Выводы. Содержание хлоридов в исследуемых пробах воды на превышает ПДК.

2.2.3. Определение содержания сульфатов

Сульфаты - распространенные компоненты природных вод. Их присутствие в воде обусловлено растворением некоторых минералов - природных сульфатов (гипс), а также переносом с дождями содержащихся в воздухе сульфатов. Последние образуются при реакциях окисления в атмосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной кислоты и ее нейтрализации (полной или частичной):

Наличие сульфатов в промышленных сточных водах обычно обусловлено технологическими процессами, протекающими с использованием серной кислоты (производство минеральных удобрений, производства химических веществ). Сульфаты в питьевой воде не оказывают токсического эффекта для человека, однако ухудшают вкус воды: ощущение вкуса сульфатов возникает при их концентрации 250-400 мг/л. Сульфаты могут вызывать отложение осадков в трубопроводах при смешении двух вод с разным минеральным составом. ПДК сульфатов в воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения составляет 500 мг/л, лимитирующий показатель вредности - органолептический.

К 5 мл исследуемой воды добавляла по 2 мл раствора хлорида бария. Если исследуемый раствор содержит сульфат-ионы, то будет выпадать белый осадок согласно уравнению реакции:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Примерное содержание сульфатов в воде определяла по таблице в Приложении 12 и сравнивала данные с результами определения содержания сульфатов.

Выводы. Содержание сульфатов в исследуемой воде не превышает ПДК, однако часть измерений приближается к этому показателю. Возможно, такое содержание сульфатов в питьевой водопроводной воде вызывает негативные отзывы жителей нашего города о качестве потребляемой воды.

2.2.4. Определение содержания солей аммония

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков, участвуя тем самым в круговороте азота. По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водах.

Кроме того, аммонийные соединения в больших количествах входят в состав минеральных и органических удобрений, избыточное и неправильное применение которых приводит к соответствующему загрязнению водоемов. ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л.

2 – 3 мл исследуемой воды приливала в пробирку, нагревала над пламенем спиртовки, следя за тем, какой запах приобретает вода. Результаты изучения наличия ионов аммония в природной и питьевой воде – в Приложении 13.

Выводы. Содержание ионов аммония в исследуемой воде незначительное либо отсутствует, поэтому можно считать, что в воду реки Турья и водопроводную воду не попадают воды хозяйственно-бытового назначения.

3. Заключение

В июле – августе 2017 года было проведено исследование химических свойств воды из природных источников бассейна реки Турья в окрестностях г. Краснотурьинск и г. Карпинск, водопровода г. Краснотурьинска, а также бутилированной питьевой воды, приобретенной в торговой сети города Краснотурьинск. По теме исследования была изучена научная литература и Интернет-источники. Для проведения химического эксперимента использовались методические рекомендации, приведенные в научной литературе.

Свойства воды оценивались по следующим показателям: физические свойства воды (температура); органолептические показатели (цвет, запах, прозрачность). Химический состав воды изучен по показателям: уровень рН, присутствие в воде растворенных сульфатов, хлоридов, солей аммония. Полученные в ходе опытов данные сравнивались с данными Приложений 14 и 15 «Требования к качеству питьевой воды по СанПиН 2.1.4.1074-01 (выдержки из документа). Требования к обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение».

Анализ результатов показал, что природная вода р. Турья, водопроводная вода г. Краснотурьинска, бутилированная вода, продаваемая в торговых сетях города, по изученным показателям соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01.

В будущем исследования качества воды будут продолжены. Планируется повторное проведение тех же исследований, что описаны в представленном проекте. Кроме того, запланировано исследование содержания в воде таких химических веществ как карбонаты и гидрокарбонаты, нитраты, фосфаты, нитриты, фториды, ионы металлов, определение жесткости воды, растворенного кислорода и др.

4. Список используемых источников и литературы

http://krasnoturinsk.info/vo-vremya-pavodka-voda-stanovitsya-xuzhe/

http://www.istok-penza.ru/root/encyclopedia/water/meaning

http://www.osmos.ru/prom/vodopodgotovka_info/normativy/pitjevaya_voda_sanpin_214_1074_01.html

https://infourok.ru/razrabotka-uroka-himii-po-teme-opredelenie-soderzhaniya-ionov-trehvalentnogo-zheleza-ionov-hlora-i-sulfationov-v-vodoprovodnoy-i-912741.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/Турья_(приток_Сосьвы)

https://teplosten-aqua.ru/articles/pokazateli-kachestva-vody-i-ih-opredelenie.html

Схема водоснабжения и водоотведения Муниципального образования «Городской округ Краснотурьинск» на период с 2014 г. по 2029 г.

5. Приложения

Приложение 1

Места забора проб воды

Рис. 1. Место забора пробы 1. Рис 2. Место забора пробы 2.

Рис. 3. Место забора пробы 3. Рис. 4. Место забора пробы 4.

Рис 5. Схема расположения мест забора проб природной воды.

Приложение 2

Метеорологические наблюдения, проводимые в даты забора проб природной воды

Приложение 3

Результаты измерения температуры воды

Приложение 4

Определение характера запаха

Интенсивность запаха оценивают по 5-балльной шкале, приведенной в таблице. Для питьевой воды допускается запах не более 2 баллов [6].

Характер и интенсивность запаха

Приложение 5

Результаты определения интенсивности и характера проявления запаха исследуемой воды

Приложение 6

Определение цветности воды

Приложение 7

Результаты определения цветности и мутности воды

Приложение 8

Результаты определения содержания в пробах воды взвешенных веществ

Приложение 9

Результаты определения содержания в воде растворенных веществ

Приложение 10

Результаты определения рН

Приложение 11

Определение содержания хлоридов

Результаты определения содержания хлоридов в исследуемой воде

Приложение 12

Определение содержания сульфатов

Результаты определения содержания сульфатов в исследуемой воде

Приложение 13

Результаты изучения наличия ионов аммония в природной и питьевой воде

Приложение 14

Требования к качеству питьевой воды по СанПиН 2.1.4.1074-01 (выдержки из документа)

Требования к обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение [6]

с.-т. – санитарно-токсикологический; орг. – органолептический.

Величина, указанная в скобках во всех таблицах, может быть установлена по указанию Главного государственного санитарного врача.

Приложение 15

Требования к содержанию вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения [3]

1^ При фильтровании на фильтре обнаружены видимые невооруженным глазом живые объекты

2^ При фильтровании на фильтре обнаружены видимые невооруженным глазом живые объекты