Влияние антропогенных факторов на качество воды рек г. Петрозаводска
Автор: Спиридонова Мария, 11 кл., МБОУ «Державинский лицей», Руководитель: Соловьева Г.В.
Все 17 лет своей жизни в Петрозаводске я слышу от мамы: «Какая бы ни стояла жара, в городе мы купаться не будем!», «Не позволяй собаке пить из реки!». Меня заинтересовала качество воды в реках Петрозаводска. Через город протекают две реки: Неглинка и Лососинка. Даже беглый обзор опубликованных в сети Интернет исследований приводит к мысли, что мама права. В некоторых источниках состояние воды в реках названо «ужасающим» (статья в газете «Карелия» №51, 2011 «Что происходит с реками Лососинкой и Неглинкой?» о результатах научно-практического семинара «Современное состояние рек Лососинка и Неглинка институте водных проблем Севера (ИВПС) КарНЦ РАН http://www.gov.karelia.ru ).
Цель: изучение изменения физических и химических свойств воды рек Неглинки и Лососинки по мере протекания по городу Петрозаводску.
Задачи:
1. Измерение среды (pH), плотности, цветности и мутности воды в различных точках течения рек.
2. Фенологические изменения и значения этих показателей в разные времена года.
Гипотезы:
1.Низкое качество воды в реках Неглинка и Лососинка
2.Зимой качество воды в реках выше, чем летом
Методики:
1. Метод сбора эмпирических данных, проверки и опровержения гипотез и теории.
2.Метод обработки результатов исследования
3.Анализ результатов опубликованных исследований по заявленной теме.
Пробы были отобраны 16 января 2015 г.: Проба №1: р. Лососинка, около стадиона «Спартак», в районе бывшего завода ОТЗ.
Проба №2: р. Лососинка, место сброса вод в Онежское озеро.
Проба №3: р. Неглинка, около 17 гимназии.
Проба №4: р. Неглинка, ниже наркологического диспансера по течению реки.
Пробы воды были взяты практически с поверхности воды в чистые пластиковые бутылки, которые были предварительно ополоснуты отбираемой водой. Бутылки были подписаны соответствующим образом.
Пробы воды были исследованы на базе лаборатории ГАОУ СПО РК «Петрозаводский техникум городского хозяйства».
Аппарат, используемый для анализа воды – спектрофотометр ПЭ– 5300 ВИ (рис. 1). Прибор предназначен для измерения коэффициента пропускания и оптической плотности жидкостей с целью определения концентрации растворенных в ней компонентов, а также измерения коэффициента пропускания и оптической плотности твердых и жидких проб различного происхождения.
Аппарат используется для экологического контроля воды, воздуха, почвы, контроля качества питьевой воды, технологического контроля сырья и готовой продукции различных отраслей промышленности. В результате исследования проб воды были получены следующие результаты (таблица 1):
где: рН – водородный показатель (кислотность), D – оптическая плотность, объем воды в кювете V, - 50 мл.
Определение МУТНОСТИ проводится турбидиметрическим методом по ПНДФ 14.1:2:4.213-05 Турбидиметрия – от лат. turbidus – мутный – метод количественного химического анализа. ПНД Ф 14.1:2:4.213-05 – методика выполнения измерений мутности питьевых, природных и сточных вод турбидиметрическим методом по каолину и по формазину.
Метод предназначен для определения мутности природных, питьевых и сточных вод в диапазоне ОД – 5,0 мг/дм3 (0,1–10 ЕМФ). ЕМФ – Единица мутности по формазину.
Подготовка посуды для отбора проб: посуду для отбора проб для определения мутности моют хромовой смесью или соляной кислотой и тщательно ополаскивают водопроводной и дистиллированной водой. Отбор и консервация проб: пробы для определения мутности отбирают в полимерные или стеклянные емкости, пред¬варительно ополоснутые отбираемой водой. Объем отбираемой пробы должен быть не менее 0,5 дм3. Пробу анализируют не позднее, чем через 24 часа после отбора.
Выполнение измерений. Тщательно перемешанную пробу вносят в кювету 50 мм и снимают показание при длине волны 520 нм. Фоном служит испытуемая вода, из которой взве¬шенные вещества удалены центрифугированием (3000 об/мин в течение 5 минут).
где X –значение мутности в пробе, D –оптическая плотность, К – расчетный коэффициент. Если полученное значение мутности превышает 5 мг/дм3 (10 ЕМФ), то пробу разбав¬ляют дистиллированной водой и измерение повторяют, учитывая при окончательном расчете кратность разбавления. Считаем по первой формуле:
Х1 = 0,065/0,009176 х 0,58 = 4,11 мг/дм3
Х2 = 0,037/0,009176 х 0,58 = 2,34 мг/дм3
Х3 = 0,026/0,009176 х 0,58 = 1,64 мг/дм3
Х4 = 0,024/0,009176 х 0,58 = 1,52 мг/дм3
Х1 – Х4 – значения мутности воды соответственно 1– 4 проб.
Определение ЦВЕТНОСТИ производится визуальным и фотометрическим методами по ГОСТ 52769-2007 и ПНД Ф 14.1:2:4.207-04
Методы предназначены для измерения цветности питьевой и природной воды.
Цветность определяли фотометрическим способом, измеряя оптическую плотность пробы.
Отбор и консервация проб: Пробы отбирают в стеклянные или полимерные емкости. Объем пробы не менее 200 мл. Анализ проводят не позднее, чем через 6 ч после отбора, если это невозможно, то пробу хранят при температуре 2–6°С не более 24 ч. Пробы не консервируют. Перед проведением анализа пробу, хранившуюся в холодильнике, необходимо выдержать при комнатной температуре не менее 2 ч. Фотометрическое определение.
где D – оптическая плотность, Vp – объем пробы после разбавления, Vn – объем исходной воды, взятый для разбавления, К – коэффициент.
В нашем случае: Vp= Vn= 50 мл
Х1 = 0,06/0,009176 = 6,54 градусов
Х2 = 0,09/0,009176 = 9,81 градусов
Х3 = 0,0087/0,009176 = 9,48 градусов
Х4 = 0,08/0,009176 = 8,72 градусов
Х1 МБОУ «Державинский лицей»
Х4 – значения цветности воды соответственно 1 – 4 проб.
Анализ полученных результатов
ГОСТ 2761–84 определяет 10 показателей для оценки качества поверхностных источников. В этой работе мы остановились на трех из них – pH, мутности и цветности.
ГОСТ делит поверхностные воды на три класса в соответствии с показателями, так определяя значения pH, мутности и цветности для этих классов:
Сравним табличные значения с полученными результатами: Водородный показатель проб колеблется от 7,7 – 7,86 (слабощелочная). Мутность: Х1 = 0,065/0,009176 х 0,58 = 4,11 мг/дм3 Х2 = 0,037/0,009176 х 0,58 = 2,34 мг/дм3 Х3 = 0,026/0,009176 х 0,58 = 1,64 мг/дм3 Х4 = 0,024/0,009176 х 0,58 = 1,52 мг/дм3 Цветность: Х1 = 0,06/0,009176 = 6,54 градусов Х2 = 0,09/0,009176 = 9,81 градусов Х3 = 0,0087/0,009176 = 9,48 градусов Х4 = 0,08/0,009176 = 8,72 градусов Таким образом, неожиданно для нас, оказалось, что по вышеназванным показателям поверхностные воды рек Неглинка и Лососинка относятся к 1-му классу по ГОСТУ.
Как можно объяснить полученные результаты?
Мутность – показатель качества воды, обусловленный присутствием в воде нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения. Причиной мутности поверхностных вод являются илы, кремниевая кислота, гидроокиси железа и алюминия, органические коллоиды, микроорганизмы и планктон. В грунтовых водах мутность вызвана преимущественно присутствием нерастворенных минеральных веществ, а при проникании в грунт сточных вод – также и присутствием органических веществ, поэтому степень мутности зависит от времени паводка и меняется в течение года. Таким образом, малую мутность воды можно объяснить зимним временем года, когда численность речного планктона уменьшается, большинство организмов находятся в состоянии покоя, а также нет дождей и паводков, увеличивающих в несколько раз мутность речной воды.
Цветность воды связана, прежде всего, с присутствием в воде так называемых гумусовых веществ, и в меньшей степени – трехвалентного железа. Гумусовые вещества представляют собой высокомолекулярные органические соединения, имеющие коричневый цвет. Основным источником гумусовых веществ являются почвы и торфяники, откуда они вымываются дождевыми и болотными водами.
Существует два вида цветности: «кажущийся цвет», когда в воде присутствуют коллоидные и взвешенные частицы, и «истинный цвет», когда в такой воде присутствуют только растворённые вещества. Уровень цветности природной воды колеблется от единиц до тысяч градусов.
В зимнее время присутствие органических веществ в природных водах минимальное, с чем и связана, на наш взгляд, низкая цветность воды.
Многие опубликованные в последние годы исследования воды в Петрозаводске отмечают тенденцию к улучшению её качества вследствие закрытия предприятий: функционирующих производств, загрязняющих водную среду, практически нет. Нет худа без добра! (интервью с заведующим лабораторией гидрохимии и гидрогеологии Института водных проблем 2266_4.html) Севера КарНЦ РАН доктором химических наук Петром Лозовиком, http://www.gov.karelia.ru
Выводы:
1.Наша гипотеза о низком качестве воды рек Петрозаводска в части исследованных характеристик (pH, мутность и цветность) не подтвердилась. Вода рек Неглинки и Лососинки по этим характеристикам относится к первому классу в соответствии с ГОСТОМ 2761–84 поверхностных вод.
2.Гипотеза о лучшем качестве воды рек зимой предположительно верна; для её подтверждения требуются аналогичные исследования провести летом.
Источники и литература:
1. Межгосударственный стандарт. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора (ГОСТ 2761–84).
2. Методические материалы лаборатории исследования воды, Петрозаводского техникума городского хозяйства.
3. Литвиненко А. В., Филатов Н. Н., Богданова М. С. Ресурсы поверхностных вод Карелии. – 2012.
4. Материалы газеты «Карелия» 2011–2012 гг. http://www.gov.karelia.ru/Karelia/