Проектная работа; «оценка качества подземных вод в районе ст. смоленская северского района»

Управление образования

Администрации муниципального образования Северский район

МБОУ СОШ № 6

353 236, Краснодарский край, Северский район, пгт Афипский, ул.Пушкина, 57

тел.факс(6166) 33-6-12, e-mail: School6@sever.kubannet.ru

Краевой конкурс научно – исследовательских и прикладных проектов учащихся по охране и восстановлению водных ресурсов.

Номинация: технология водоподготовки, очистка сточных вод и рационального использования водных ресурсов.

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА:

« ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД В РАЙОНЕ СТ. СМОЛЕНСКАЯ СЕВЕРСКОГО РАЙОНА»

Выполнил:

ученица 11 класса А МБОУ СОШ № 6

Мироненко Анна Николаевна

Руководитель:

учитель биологии МБОУ СОШ № 6

Диденко Ирина Вячеславовна

2014 год

ОГЛАВЛЕНИЕ

Аннотация 3

Введение 4

Глава 1 6

Глава 2 9

Заключение 11

Список литературы 13

Приложения 14

АННОТАЦИЯ.

Объект исследования:

подземные воды в районе ст. Смоленской Северского района.

Цели и задачи исследования:

определить состояние подземных вод в районе станицы Смоленской.

определить наличие химических соединений загрязняющего характера.

предложить способы очистки подземных вод с учетом найденных загрязнений.

Методы исследования:

изучение ранее опубликованных материалов по данной теме.

обработка статистического анализа воды из разных скважин в районе станицы.

лабораторные исследования проб воды из скважин №1, №2 ст. Смоленской.

В результате изучения подземных вод ст. Смоленской выявлены соединения загрязняющего характера, которые делают воду непригодной для использования в том виде, в каком она добывается из подземных источников. Были исследованы полученные результаты и даны рекомендации по улучшению качества воды и способы устранения загрязняющих веществ или их нейтрализации.

ВВЕДЕНИЕ

Вода самое распространенное на Земле вещество, но пресная вода – дефицитный ресурс, требующий особой охраны. Воду человек ценил во все времена и эпохи. Она необходима для жизни всех организмов. Звено биосферы, существование которой, как определил академик С. С. Шварц, возможно благодаря трем ее функциям: биологической продуктивности, поддержанию оптимального состава среды, биологической очистке.

Роль воды в геохимических процессах определяется ее способностью растворять и переносить большое число минеральных и органических соединений. Роль воды в биологических процессах определяется тем, что на ее основе формируется внутренняя среда всех организмов. В отсутствии воды не происходит синтез важнейших продуктов обмена веществ в организмах. Вода – среда обитания огромного числа бактерий, растений, простейших, многоклеточных животных.

Качество природных вод определяет возможность их использования в отраслях народного хозяйства и для нужд человека. Природные воды всегда содержат примеси органического и минерального происхождения, которые поступают в воду из атмосферы, с атмосферными осадками, вымываются подземными водами из почв и грунтов, смываются поверхностными водами, сбрасываются различными сточными водами.

Грунтовые воды вносят в водоем в основном растворенные вещества, а с поверхностными водами поступают твердые вещества, микроорганизмы.

Состав природных вод не постоянен во времени, так как минеральные смеси постепенно осаждаются, а растворенные вещества поглощаются в водоеме фитопланктоном и макрофитами.

Наиболее высокие требования предъявляются к питьевой воде. Она должна быть безвредна для здоровья человека, приятна на вкус и пригодна для всех хозяйственно – бытовых процессов. Около трети населения страны используют для питья колодезную воду, наиболее подверженную загрязнению. По данным санэпидслужбы, каждая третья проба из этих источников не соответствует санитарно – гигиеническим требованиям по химическим и микробиологическим показателям [1].

Использование подземных вод на Кубани началось в 1906г., когда были пробурены первые скважины. Перед войной на территории Краснодарского края действовало до 200 скважин. Государственный учет подземных вод ведется с 1975 г. В настоящее время на территории края действует 8428 водозаборных сооружений, в том числе 8157 скважин, 229 колодцев, 37 родников, 5 галерей. Это позволяет через систему централизованного водоснабжения обеспечивать чистой водой все города и 96% поселков и станиц [2].

Подземные межпластовые воды имеют стабильный минеральный состав. Обычно они прозрачны, бесцветны, с невысокой температурой. Встречаются подземные воды с избытком солей: очень жесткие, соленые, богатые фтором, железом, сероводородом или радиоактивными веществами.

В связи с тем, что межпластовые воды проходят длинный путь под землей, а сверху покрыты одним или нескольким водоупорными слоями, защищающими их от загрязнения с поверхности почвы, они свободны от бактерий и, как правило, могут использоваться для питья в сыром виде.

В связи с тем, что значительная часть жителей России вынуждена пользоваться некачественной питьевой водой, проблема очистки воды для обеспечения населения страны водой нормативного качества и в достаточном количестве остается одной из главных во многих регионах и в частности в Северском районе.

ГЛАВА 1

1.1.Станица Смоленская лежит на территории, где находится большое количество сельскохозяйственных угодий. На них выращиваются как технические культуры, так и кормовые. На полях применяются различные виды удобрений. Находят применение и ядохимикаты для борьбы с вредителями сельского хозяйства и сорной растительностью. Также на прилегающей территории находятся нефтедобывающие скважины, и проходят под землей газопроводы с высоким давлением. Станица испытывает недостаток в питьевой воде, как в летний, так и в зимний период. Жители станицы и предприятия, находящиеся на её территории, бурят скважины - источник получения дополнительной воды.

Водяные пласты находятся на разных уровнях, и содержание в воде разных примесей может быть не одинаковым. Горные породы, составляющие подземную часть данного района, также разнообразны и могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на состав подземных вод. Подземные слои состоят из суглинков, желто-бурых глин с галькой и гравием, серых песков, карбонатных глин с прослойками серого песка.

Исследование воды производилось из двух скважин. Водозабор в них производится на разном уровне. Первая скважина служит для получения воды на предприятии ПТУ по РНТО, «Кубаньгазпром» ст. Смоленская. Скважина пробурена на 500 м, а водозабор осуществляется с уровня 460м. Вторая скважина находится на территории водозабора КС «Краснодарская» ст. Смоленская. Скважина пробурена на 230м, водозабор осуществляется с уровня 83м. Предприятия находятся на противоположных концах станицы.

1.2 Гигиенические требования к качеству питьевой воды и ее санитарная оценка.

По качеству воду подразделяют на классы (таблица 1). Они характеризуют степень ее чистоты или загрязненности, что позволяет оценивать реальную и потенциальную ее пригодность для различных типов водопользования [3].

На качество природных вод в настоящее время влияют кислые и щелочные осадки, в результате чего изменяется рН вод. Загрязненность природных вод выражается в ухудшении их качества и изменении органолептических свойств в результате поступления вредных веществ. Различают природное и антропогенное загрязнения.

Вода, используемая населением для хозяйственно – бытовых целей, должна отвечать следующим гигиеническим требованиям [5].

а) обладать хорошими органолептическими свойствами и освежающим действием, быть прозрачной, бесцветной, без неприятного привкуса и запаха;

б) не содержать избытка солей и токсичных веществ способных оказать вредное воздействие на организм человека;

в) не содержать патогенных возбудителей, яиц и личинок гельминтов.

Эти требования нашли отражение в действующем в нашей стране стандарте на качество питьевой воды.

Физические свойства воды

Прозрачность воды зависит от наличия в ней взвешенных частиц. Питьевая вода должна быть такой, чтобы через слой ее в 30 см можно было прочесть печатный шрифт определенного размера.

Цветность. Интенсивность цветности воды сравнивают с условной шкалой стандартных растворов, и результат выражают в градусах цветности. В питьевой воде цветность не должна превышать 20^0..

Вкус и запах питьевой воды обусловлены наличием органических веществ растительного происхождения, сообщающих воде землистый, травянистый, болотистый запах и вкус. Во время исследования определяют характер запаха или привкус, а также их интенсивность в баллах: 0- отсутствие, 1 балл - очень слабый, 2 – слабый, 3 – заметный, 4 – отчетливый, 5 – очень сильный. Допустима интенсивность запаха или привкуса не выше 2 баллов. При обнаружении несвойственных природной воде цвета, вкуса и запаха необходимо выяснить их происхождение.

Химический состав воды.

При химическом анализе питьевой воды следует учитывать природный химический состав воды и вещества, используемые для ее обработки. Наибольшее гигиеническое значение имеют следующие показатели.

Сухой остаток, остающийся после выпаривания 1л воды, характеризует степень минерализации воды и для водопроводной воды не должен превышать 1000мг/л (пресная вода)

Железо находится в подземных водах главным образом в виде дикарбоната железа (II). При контакте воды с воздухом железо окисляется, образуя гидроксид железа, придающий воде мутность и бурую окраску. При содержании в воде подземных источников железа в концентрации более 0,3 – 0,5 мл/г органолептические свойства воды ухудшаются. А при концентрации железа свыше 1-2 мг/л вода, кроме мутности и окраски, приобретает неприятный вяжущий привкус. Содержание железа в воде не должно превышать 1 мг/л в местных источниках.

Соли кальция и магния обусловливают жесткость воды (моль/л). Воду с жесткостью до 1,75 моль/л. считают мягкой, до 3,5 – средней жесткости, до 7 – жесткой. выше 7 – очень жесткой. С увеличение жесткости воды ухудшается разваривание продуктов, увеличивается расход моющих средств, усиливается образование накипи в паровых котлах и радиаторах, приводящее к излишнему расходу топлива и необходимости частой очистки котлов. В соответствии с требованиями стандарта жесткость питьевой воды не должна превышать 3,5 моль/л.

Хлориды. Обычно в проточных водоемах содержание хлоридов не велико. Воды, фильтрующиеся через солонцеватую почву или осадочные породы, богаты соединениями хлора. Воды, содержащие хлориды в количестве, превышающем 250-500мг/л. имеют солоноватый привкус и неблагоприятно влияют на желудочную секрецию. Содержание хлоридов в питьевой воде не должно превышать 350 мг/л.

Фтористые соединения вымываются водой из почвы и горных пород. Ионы фтора, входящий в эти соединения в небольших количествах, способствует развитию и минерализации костей и зубов. Поскольку недостаток его или избыток в питьевой воде сказывается на состоянии зубной эмали, при недостатке фтора развивается болезнь кариес, а при избытке – флюороз. На эмали зубов появляются мелоподобные или пигментированные пятна желто-коричневого цвета. В тяжелых случаях возможно разрушение эмали. Фтор в концентрациях выше 5 мг/л вызывает поражение костей (остеосклероз, остеопороз) и межпозвоночных связок (обызвествление). Оптимальное содержание фтора в питьевой воде считают 0,7 – 1,0 мг/л.

Аммонийный азот, нитриты, нитраты. Наличие этих веществ говорит о загрязнении воды органическими веществами и продуктами их распада. В последнее время в связи с обильным применением азотсодержащих минеральных удобрений часто наблюдается в воде, особенно колодезной, высокая концентрация нитратов. Повышенное содержание нитратов в воде вызывает заболевание, называемое водно – нитратной метгемоглобинемией. Заболевание обусловлено значительным повышением содержания метгемоглобина в крови. Который нарушает перенос кровью кислорода от легких к тканям организма. При этом наблюдается одышка, посинение кожных покровов и слизистых оболочек, в тяжелых случаях судороги и смерть.

ГЛАВА 2.

Исследования проб воды из подземных источников проводились на базе химической лаборатории водного анализа водозабора КС «Краснодарская» в

ст, Смоленская и в испытательной лаборатории центра Северского филиала Федерального государственного учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии Краснодарского края».

Проводились качественные реакции на выявление химических загрязнителей.

Определение прозрачности воды.

Прозрачность зависит от цвета воды и ее мутности. Мерой прозрачности служит высота водяного столба, сквозь который можно прочесть шрифт определенного типа. Прозрачность воды характеризуется наличием в ней взвешенных и коллоидных примесей. Пробы для определения прозрачности нельзя консервировать. Определение производят сразу на месте взятия пробы, в крайнем случае, не позже, чем через сутки. Для одного определения прозрачности по шрифту требуется 0,5 литра воды.

Определение прозрачности при помощи шрифта Снеллена.

1. Определяется высота водяного столба, при которой стандартный шрифт, находящийся под дном измерительного цилиндра, становится плохо различим.

2. Испытуемую воду перед определением хорошо взбалтывают и наливают в цилиндр на высоту, предположительно отвечающую прозрачности воды, затем ставят цилиндр неподвижно над шрифтом так, чтобы он находился в 4 см от дна. Добавляя или отливая воду из цилиндра, находят предельную высоту столба воды, при котором чтение шрифта еще возможно. Определение проводят в хорошо освещенном помещении, не на прямом солнечном свету, на расстоянии 1м от окна.

Определение нефтепродуктов.

Нефтепродукты (масла) обнаруживаются по запаху, радужным пленкам, плавающим капелькам. мути, маслянистому пятну на фильтровальной бумаге после пропускания через нее возможно большего количества воды (конденсата) и высушивания бумаги на воздухе при температуре 40-50 ^о С.

Определение наличия бактерий.

Критерий бактериологической оценки воды таков: если в 1 мл воды содержится не более 100 безвредных бактерий, то в ней нет и болезнетворных. Еще в 1937 г в Европе был утвержден стандарт на питьевую воду, определяющий ее основные свойства: цвет, вкус, состав, безвредность.

Присутствие бактерий определяется с помощью стерильной проволочной петли:

петлю стерилизуют в пламени; переносят каплю исследуемой воды из стакана в чашку Петри с заранее приготовленной питательной средой – эта среда обеспечивает рост бактерий, так что их присутствие будет заметно по появлению колоний через несколько дней.

Определение жесткости воды.

Определение жесткости воды, т.е. содержание в ней щелочноземельных металлов кальция и магния. Титрантом здесь служит раствор трилона, а индикатором служит краситель хром темно – синий. Этот краситель образует с ионами кальция и магния окрашенные в красный цвет соединения. Собственный же цвет красителя – синий. Введение трилона постепенно связывает ионы кальция и магния в прочные трилонатные комплексы и разрушает красные соединения индикатора с этими ионами. Окончание этого процесса легко заметить по изменению окраски жидкости. По расходу титранта. зная его титр, т. е. концентрацию в нем трилона, вычисляют содержание кальция и магния в растворе, т.е. жесткость воды.

Определение неорганических веществ.

Обнаружение ионов SO₄^2- . К 10 мл пробы воды прилить 1 мл хлорида бария. При содержании SO₄^2-возникает помутнение.

Обнаружение ионов Cl^-. К 10 мл пробы воды добавить нитрат серебра. При наличии ионов Cl^-, выпадает осадок белого цвета.

Обнаружение ионов NH₄⁺ . К 10 мл пробы добавить раствор щелочи сильной концентрации и подогреть. При наличии ионов NH₄^- появится запах аммиака, а если подержать у пробирки смоченную в воде индикаторную бумагу, то розовый лакмус станет синим, а бесцветный фенолфталеин – розовым.

Обнаружение ионов Nа⁺. Каплю раствора на стеклянной палочке опустить в пламя спиртовки. Если присутствует ион Nа^{+ ,} наблюдается окрашивание пламени в ярко-желтый цвет.

Обнаружение ионов Fe³⁺. К 10 мл пробы добавить несколько капель концентрированного раствора роданида калия. При наличии ионов Fe³⁺. появится бледно – бурый цвет.

Обнаружение ионов Си²⁺. К 20 мл пробы добавить сульфидную соль. Зелено – бурый осадок говорит о присутствии ионов Сu²⁺.

Полученные результаты исследований были занесены в таблицу (таблица 2) и сравнивались с результатами, полученными при анализе воды в испытательной лаборатории центра Северского филиала Федерального государственного учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии Краснодарского края» (таблица 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.

1.Из проведенного исследования мы видим, что в воде получаемой из скважин в ст. Смоленской имеется железо, которое приводит к изменению вкуса и цвета, ухудшению качества воды. При попадании воды на поверхность происходит окисление железа, и вода приобретает коричневый оттенок. Особенно это заметно на пробах из второй скважины, т. к. в ней содержание железа превышает допустимые нормы в два раза.

2.По результатам исследований видно, что в подземных водах отсутствует фтор. Оптимальная норма фтора в питьевой воде 1-1,5 мг/л. Поэтому не случайны поражения кариесом зубов у людей, проживающих в этой местности. Эти две проблемы характерны и для большинства районов и городов Краснодарского края. Поражение кариесом зубов у детей в районах дефицита фтора составляет (по данным органов здравоохранения)

96-100% [2].

3.По данным химических анализов в первой скважине присутствует аммиак. В результате частичной ионизации в водном растворе аммиака образуются катионы аммония NH₄⁺ гидроксид – ион ОН^-, что обусловливает щелочную реакцию раствора.

Наличие аммиака в первой скважине допускает ее использование для технических целей.

Первая скважина находится в низине по сравнению с окружающей территорией и там постоянно происходит скопление и застаивание грунтовых вод после сильных осадков. Кроме этого подземные слои постоянно вскрываются т. к. рядом с предприятием находятся нефтедобывающие скважины, газопроводы. Может быть, это и обуславливает наличие аммиака в воде.

4.Анализ показал, что на первой скважине жесткость воды очень низкая, а на второй превышает допустимый уровень. По мнению автора исследования, мягкость воды на первой скважине, возможно, связана с присутствием катионов аммония, которые используются для умягчения жесткости воды, путем пропускания ее через аммоний – катионитный фильтр. На первой скважине, возможно, формируется природный фильтр т.к. при растворении аммиака в воде могут образовываться ионы аммония, которые и участвуют в смягчении воды. Наличие ионов придающих воде жесткость, возможно, обусловлено тем, что подземные слои в этом районе содержат карбонатные глины.

5. В воде первой и второй скважины, также отсутствуют нитраты и фосфаты. Также нет других примесей, которые могли попасть в воду в результате обработки и удобрения, сельскохозяйственных полей. Возможно, структура верхних подземных слоев препятствует попаданию этих веществ в более глубокие слои т. к. почвы в этом районе глинистые и при наличии воды становятся вязкими и плохо проницаемыми для воды и веществ растворенных в ней.

6. По прозрачности вода соответствует нормам, определенным для питьевой воды. Отсутствует так же и посторонний привкус и запах.

7. Вода в данных скважинах может использоваться как для питья, так и для технических целей только при определенных условиях очистки.

РЕКОМЕНДАЦИИ

Первая скважина.

1.Вода может использоваться для питья только при отсутствии аммиака, который оказывает вредное воздействие на организм человека. Избавиться от него можно кипячением[5]. Ограниченное применение кипячения связано с невозможностью использования этого метода для обработки больших количеств воды, необходимостью быстрого её охлаждения и с активным размножением патогенных и условно – патогенных микроорганизмов в случае вторичного загрязнения теплой кипяченой воды.

2. В случае длительного использования в пищу воды из этой скважины, следует ее фторировать путем добавления фтористого или кремнефтористого натрия, т.к. в ней недостаток фтора, отсутствие которого вызывает заболевание зубов. Многолетние наблюдения показали, что это профилактическое мероприятие снижает заболеваемость населения кариесом зубов и потерю их в 3-4 раза.

3. Присутствие железа можно устранить путем установки специальных фильтров, хотя уровень железа не очень сильно превышает норму в этой воде.

Вторая скважина.

Вода может использоваться как для технических целей, так и употребляться в пищу только после соответствующей очистки.

1. Для употребления в пищу ее следует фторирофать т, к. в ней отсутствует фтор,

2. Следует устранить жесткость воды т.к. она превышает допустимые нормы. А так как эта вода используется и для технических нужд в котлах, то это достаточно большой минус. Следует установить установку умягчения воды.

3.В воде так же большое содержание железа, превышающее допустимые нормы в два раза. Следует установить специальные фильтры.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды в Российской Федерации» 1996г.

Физическая география Краснодарского края. Нагалевский Ю.Я., Чистяков В.И. Изд. «Северный Кавказ», 2001г.

Основы прогнозирования качества поверхностных вод – М.: Наука, 1982.

Оператор водоподготовки. Гуревич С.М., Кострикин Ю.М. Изд. «Энергетик», 1981г.

Гигиена. Габович Р.Д. –М.; Медицина, 1990г.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1.

Характеристика природных вод по наличию взвешенных частиц и реакции рН

Таблица 2

Результаты проведенных испытаний проб воды в скважинах на базе химической лаборатории водного анализа водозабора КС «Краснодарская» ст, Смоленская.

Таблица 3

Результаты исследования проб воды в испытательной лаборатории центра Северского филиала Федерального государственного учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии Краснодарского края».

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/46625-proektnaja-rabota-ocenka-kachestva-podzemnyh-