Изучение антропогенного воздействия на состояние водоёмов Московской и Владимирской областей

Выполнили:

Анастасия Стулова, ученица 8 класса

МОУ «Лицей № 14»

г. Электростали

Московской области

Дмитрий Абрамов, ученик 10 класса

МОУ «Лицей № 14»

г. Электростали

Московской области

Руководитель: Попова Рена Ялчиновна,

учитель химии

МОУ «Лицей № 14»

г. Электростали

Московской области

г. Электросталь

2017 г.

Содержание работы

Актуальность темы, цели и задачи………………..…..……….…….……..2

Теоретическая часть:

Вода в природе. Способы очистки воды…………………….……….….….3

Эвтрофикация водоёмов…..…………………….……………….….……….10

Экспериментальная часть…………………………………………...….……11

Заключение……………………………………………………….…..............19

Источники информации……………………………………………...............20

Актуальность темы, цель и задачи

Вода является основой жизни на нашей планете. Однако что мы знаем о ней? Эту субстанцию с простой химической формулой изучать можно до бесконечности. Для человека особую ценность представляет питьевая вода, затраты на получение которой довольно велики.

Суть нашей работы сводилась к исследованию антропогенного воздействия на водоёмы с целью дальнейшего информирования людей и уменьшения вредного влияния на природные источники воды. В ходе работы удалось установить приблизительное содержание щелочей в некоторых водоёмах и проверить, можно ли сделать воду из водоёмов пригодной для питья, не имея специальных средств.

Цель работы: изучение состояния водоёмов Московской области с целью оценки антропогенного влияния

Задачи:

Изучить литературные и справочные данные о составе питьевой воды Дать оценку состояния некоторых водоёмов Московской области Выявить факторы антропогенного воздействия на состав воды в водоёмах Провести работу по информированию людей о вреде, наносимом деятельностью человека Изучить способы очистки воды для возможности её дальнейшего употребления

Объект исследования: образцы воды из некоторых водоёмов Московской области

Предмет исследования: состав воды в водоёмах

Методы исследования:

Изучение различных источников информации, обобщение и систематизация Эксперимент:

А) сравнение Б) наблюдение В) анкетирование Г) титрование проб воды

Теоретическая часть

Вода в природе

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В зависимости от количества растворенных солей различают воду пресную (до 0,5 %о) (%о — промилле — содержание солей в г/л воды), солоноватую (0,5-16,0 %о), морскую (16—47 %о) и пересоленную (более 47 %о). Морская вода содержит в основном хлориды, а пресная — карбонаты и сульфаты. Поэтому пресная вода бывает жесткой и мягкой. Изменение состава вод обычно сопровождается изменением состава ихтиофауны, кормовой базы, а нередко приводит к изменению всего биоценоза водоема и биогеоценоза, включающего данный водоём.

Техническая вода. Воду, расходуемую промышленными предприятиями, принято называть технической. Ее применяют главным образом в качестве охлаждающего агента, транспортирующей среды для сыпучих материалов растворителя и др.

Чтобы вода соответствовала санитарно-эпидемиологическим нормам, её очищают или, официально говоря, «подготавливают» с помощью установок водоподготовки.

Способы очистки воды

Водоёмы Московской области испытывают постоянное негативное антропогенное воздействие вследствие высокой плотности населения в Московской области.

Законодательные акты в области экологии водных объектов

Законодательная база

В Российской Федерации качество питьевой воды должно удовлетворять определенным требованиям, установленным СанПиН 2.1.4.10749-01 «Питьевая вода».

Гл II Р 9. «Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)»,утвержденные решением Комиссии Таможенного союза от 01.01.2001 г.№ 000

СП 2.1.5.1059 «Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения».

ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».

ГН 2.1.5.2280-07 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Дополнения и изменения № 1 к ГН 2.1.5.1315-03».

ГН 2.1.5.2307-07 «Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».

Водоподготовка — обработка воды, поступающей из природного водоисточника, для приведения её качества в соответствие с требованиями технологических потребителей. Может производиться на сооружениях или установках водоподготовки для нужд коммунального хозяйства, практически во всех отраслях промышленности (напр. теплогенерирующих предприятий).

Природные воды представляют собой сложную многокомпонентную динамическую систему. В состав природных вод входят: соли, органические вещества, газы, диспергированные примеси, гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон*), бактерии и вирусы. Во взвешенном состоянии в природных водах содержатся глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы, в коллоидном состоянии – различные вещества органического происхождения, кремнекислота, гидроксид железа (III), фульвокислоты, гуматы, в истинно растворенном состоянии – в основном минеральные соли, обогащающие воду ионами. В водопроводной воде обычно содержатся ионы железа, которые попадают при транспортировке воды по трубам («круговорот гвоздей в природе», как шутят некоторые).

*Пагон (от греч. pagos — лёд и on — сущее) – совокупность организмов, находящихся в толще льда, покрывающего поверхность водоёма. Внутри льда, особенно вблизи границы с водой, температура не опускается ниже — 1° С, что обеспечивает сохранение жизнеспособности у вмёрзших в лёд организмов. В средних широтах Северного полушария в составе пагона обнаружено около 150 видов (растения, простейшие, коловратки, тихоходки, моллюски, ракообразные, личинки насекомых и др.).

Водоснабжйние — подача поверхностных или подземных вод водопотребителям в требуемом количестве и в соответствии с целевыми показателями качества воды в водных объектах. Инженерные сооружения, предназначенные для решения задач водоснабжения, называют системой водоснабжения, или водопроводом.

Водозаборные узлы (ВЗУ) – сооружения для забора воды из источника, подготовки (очистки) воды до уровня питьевой воды (СанПиН 2.1.4.1074-01), и подачи безопасной воды потребителю. ВЗУ также включают станции пожаротушения.

По типу источника воды ВЗУ разделяются на подземные и поверхностные.

Механическая очистка воды

Любая вода, которая очищается, всегда проходит эту стадию - стадию механической очистки. При этом из неё удаляются частицы, имеющие размер от 5мкм и более. Это ржавчина, песок, ил, и т. д.

Самым простой и распространенный инструмент для механической очистки – это сетка. Сетка – с различной величиной ячейки и различного формата

Осадочная фильтрация воды

В наше время осадочная фильтрация применяется уже не так часто, хоть и известна она с древних времен. Её принцип довольно простой. Вода пропускается через большой объём сыпучего материала – чаще всего, песка, в котором оседают ненужные примеси.

Фильтрация с помощью адсорбции

Адсорбция – это поглощение в порах материала микрочастиц. Самым распространенным адсорбентом является уголь. Вместе с улём в наше время стали широко использовать материалы из синтетических волокон, которые обладают хорошими адсорбционными качествами.

Активированный уголь с давних времён применяется, как для очистки так и для улучшения органолептических свойств питьевой воды, а именно, для устранения неприятного запаха, вкуса, и цвета. Уголь хорошо поглощает органические и хлорорганические соединения, остаточный хлор, растворенные газы, , а также цисты и споры бактерий. Но уголь не может очищать воду от металлов.

Лучший активированный уголь – это уголь произведённый из скорлупы кокосовых орехов. Его адсорбционные свойства во много раз выше, чем у берёзового угля. По истечении времени накопившиеся частицы закрывают поры в угле, поток воды ослабевает и это означает, что фильтр пора менять.

Поры разных синтетических волокон имеют размер от 0,1 до 0,04 микрона. Они адсорбируют очень широкую гамму различных примесей и даже споры бактерий и плесени. Фильтры из этих материалов обычно представляют собой сменные элементы цилиндрической формы, которые напоминают бобины с нитками. А некоторые из этих фильтров и являются длинными нитями, которые намотаны на цилиндрическую катушку.

Ионный обмен. Умягчение воды.

Ионный обмен служит для очистки воды от многих металлов. Например: магния и кальция. Их соли отлагаются наростами на различных поверхностях, с которыми имеет контакт вода. Ионообменники заменяют ионы кальция и магния ионами натрия. Вместо карбонатов магния и кальция в воде будут присутствовать совершенно безобидные карбонаты натрия. Так происходит умягчение воды.

Обратный осмос

Эта технология фильтрации помогает защититься почти от любых примесей. Обратноосмотическую воду разрешается пить даже без кипячения. В ней нет микробов, вирусов и бактерий. А про органические вещества не стоит и говорить.

Но обратноосмотические фильтры очень дороги (стоимость бытового обратноосмотического фильтра составляет 300–400 долларов, или даже больше), что пока не делает их продуктом массового спроса. В наше время с помощью этой технологии производят миллионы тонн питьевой воды, которую мы видим на прилавках магазинов.

Как видим, себестоимость1 м3 холодной воды довольно высока. В Электростали 1 м3холодной воды обходится жителям в 28 р. 89 коп. В эту сумму входит стоимость доставки воды, затраты на оплату труда сотрудников и многие другие факторы.

Чем больше воды потребляется, тем больше сточных вод сливается в систему водоотведения. Водоотведение включает в себя: отвод горячей и холодной воды, которая была использована; транспортировку до очистных сооружений; дальнейшую очистку; последующую утилизацию; отвод сточных вод. (Закон от 01.01.2001 «О водоснабжении и водоотведении»)

А куда девается эта вода?

Прямо из городских квартир и домов, подключенных к системе городской канализации, сливные стоки уходят в систему коллекторов. Весь город пронизан крупными и мелкими магистралями подземных труб, по которым текут загрязненные жидкие отбросы. Сюда сливаются стоки с промышленных предприятий, бытовые отходы, дождь и тающий снег, которые попадают в систему через ливневые решетки. Затем канализацию объединяют в объемных бассейнах канализирования, а уже оттуда направляют в очистные сооружения – станции.

На станциях они подвергаются нескольким стадиям тщательной очистки. Основные способы, которые используют на всех станциях:

механический; химический; биологический.

После всех этапов, пройдя жесткий контроль, вода может быть использована для технических нужд города или сброшена в отстойники.

Механический

Этот способ применяют на всех очистных сооружениях – его можно назвать предварительным

Этот способ применяют на всех очистных сооружениях – его можно назвать предварительным. Он позволяет избавиться от мусора, который люди, не задумываясь, сбрасывают в систему.

Для фильтрации от твердых частиц сбросы пропускают через ситообразные крупно - и мелкоячеистые фильтры. Они избавляют от крупных и мелких нерастворимых механических частиц. Фильтры задерживают все – от полиэтилена до кусков кирпичей и строительного песка.

Окончательный этап – после отстаивания жидкость проходит через фильтр-песколовку, который избавляет ее даже от мелких механических загрязнений.

Естественно, такой способ не является окончательным, после него обязательно применяют еще несколько методов, чтобы улучшить результат до максимально возможного.

Химический

В отстойники добавляется определенный реагент, который помогает избавиться от вредных химических соединений, нейтрализовать их

В отстойники добавляется определенный реагент, который помогает избавиться от вредных химических соединений, нейтрализовать их. Эти соединения связываются реагентом и оседают в ил. К химическому способу можно отнести и использование адсорбентов, которые адсорбируют на своей поверхности вредные соединения и опускаются на дно отстойника. У данного способа есть существенные недостатки:

Требуется большой резервуар для отстоя; Качественные реагенты достаточно дороги; Реакция способна значительно замедляться в холодное время года; На реакцию требуется время.

Однако этот способ – лучший для избавления от вредной химии, поэтому используется на крупных промышленных предприятиях и очистных сооружениях.

Биологический. Наиболее эффективный и экологичный метод – с помощью бактерий, которые утилизируют мелкодисперсную органику. Таким способом можно улучшить качество канализационных сливов на 90%.

Для частного сектора даже были придуманы специальные септики, которые позволяют отфильтровать сточные воды частного дома и сделать их пригодными для полива или других технических нужд.

Недостатками являются:

Неспособность бактерий очищать от химических соединений; Их чувствительность к химическим соединениям. Пользуясь бытовой химией, можно уничтожить популяцию в емкости, поэтому время от времени нужно ее пополнять, смывая в унитаз культуру бактерий.

Существует две разновидности очистки с помощью бактерий: аэробная и анаэробная.

На городских очистных станциях используют оба метода, соединяя резервуары с помощью трубы и разнообразных фильтров.

К сведению. В последнее время на крупных очистных сооружениях вводят новшество – ультрафиолетовое обеззараживание. Оно помогает дезинфицировать воду от болезнетворных микроорганизмов.

На очистном сооружении

На больших станциях комбинируют несколько методов очищения сливов

На больших станциях комбинируют несколько методов очищения сливов. Ведь влага на выходе должна отвечать всем нормам и стандартам санитарного контроля. Поэтому при станции обязательно есть лаборатория контроля, которая отвечает за пробы на выходе из процесса. Такая вода идет для технических нужд и для слива в водоемы.

На больших очистных сооружениях есть испытательные станции, на которых экспериментируют с созданием грунта из ила отстойников, разводят рыбу, водоросли, которые являются биологическим барометром чистоты.

В итоге можно сказать, что вода из канализации все равно попадает в природу. Поэтому каждый человек, который пользуется канализацией, должен помнить, что чистота питьевой воды зависит и от него в том числе. Особенно это касается владельцев собственных домов, у которых сливные стоки идут в местную реку, водохранилище, озеро.

В Электростали водоотведение обходится жильцам многоквартирных домов в 16 р. 51 коп. за 1 м3 сточных вод.

Эвтрофикация водоёмов

Эвтрофикацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация — нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей.

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей – обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды резко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи.

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако, как мы отметили в пункте 1, донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается (см. пункт 2), между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

2. Экспериментальная часть.

2.1. Изучение наличия щелочей/кислот в образцах воды из некоторых водоёмов Московской области

Для исследования были взяты следующие образцы воды:
0 – эталон для сравнения, водопроводная вода г. Электросталь

р. Клязьма, г. Ногинск, 5 м от берега р. Клязьма, г. Ногинск, 1 м от берега Пруд в д. Данилково, Вязниковского района Владимирской области 1 м от берега Пруд в Данилково, Вязниковского района, 2,5 м от берега Водоём Авангард, г. Электросталь, 4 м от берега Водоём Авангард, г. Электросталь, 1 м от берега Болото в д. Данилково, Вязниковского района, 1 м от берега Болото в Данилково, Вязниковского района, 2,5 м от берега Плотина в д. Пески Вязниковского района Владимирской области 4 м от берега Плотина в д. Пески Вязниковского района Владимирской области 1 м от берега

Первичный анализ проб воды представлен в виде таблицы:

№№	Место отбора проб	Проз-рачность/ мутность	Цвет	Наличие запаха	Включения	Осадок
1	р. Клязьма, г. Ногинск, 5 м от берега	5	Бесцветная	Отсутствует	Рыхлые крупинки	Рыхлые частички, неопределённого происхождения
2	р. Клязьма, г. Ногинск, 1 м от берега	8	Сероватый	Отсутствует	Присутствует ил и частицы растений	Растительного происхождения
3	Пруд в д. Данилково,1 м от берега	2	Бесцветная	Травяной	Не наблюдается	Отсутствует
4	Пруд в Данилково, 2,5 м от берега	1	Бесцветная	Отсутствует	Не наблюдается	Немного рыхлых крупинок, меньше 0,5 мм
5	Водоём Авангард, г. Электросталь, 4 м от берега	5	Желто-ватый	Лёгкий травяной	Мелкие рыхлые частички, менее 0,5 мм. Обнаружен веслоногий рачок.	Рыхлые частички меньше 0,5 мм, неопределённого происхождения
6	Водоём Авангард, г. Электросталь, 1 м от берега	1	Бесцветная	Отсутствует	Рыхлые крупинки	Рыхлые крупинки
7	Болото в д. Данилково, 1 м от берега	10	Тёмно-зелёный	Резкий запах сероводорода	Растительные	Растительного происхождения
8	Болото в Данилково, 2,5 м от берега	9	Салатовый	Резкий запах сероводорода и гниющих растений	Растительные	Растительного происхождения
9	Плотина в д. Пески 4 м от берега	4	Бесцветная	Отсутствует	Рыхлые, неопределённого происхождения	Рыхлые частицы неопределённого происхождения
10	Плотина в д. Пески 1 м от берега	3	Бесцветная	Неопределённый, неорганический	Рыхлые, неопределённого происхождения	Рыхлые частицы неопределённого происхождения
11	0 – водопроводная вода г. Электросталь	0	Бесцветная	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует

Данные о местах сбора проб:

Пробы №№ 1-2 р. Клязьма расположены недалеко от ткацкой фабрики и завода «Акрихин» (фармацевтическое производство), в непосредственной близости много магазинов

Пробы №№ 3-4 пруд д. Данилково находятся в густонаселённом участке, рядом с берегом жилые дома, бани, замечены люди, стирающие одежду прямо в пруду

Пробы №№ 5-6 водоём Авангард, расположен рядом с густонаселённым городом, но на отдалении от крупных производств, чистота воды регулярно контролируется, т. к. рядом находится парк. Недалеко находится собачий питомник, теплицы.

Пробы №№ 7-8 болото в д. Данилково – подпитывается поземными водами, находится очень близко к жилым домам, экологическое состояние не контролируется, сброс отходов и сточных вод не пресекается

Пробы №№ 9-10 плотина в д. Пески, подпитывается подводными источниками, которые являются частью системы болот и озёр в Вязниковском районе, сточные воды непосредственно в запруду не сбрасываются, в запруде водится рыба.

Выводы:

1) чем ближе к водоёму расположены жилые дома и предприятия, тем хуже качество воды в водоёме, причём близость жилья хуже сказывается на состоянии водоёма, чем близость предприятий и организаций;

2) контроль за состоянием воды позволяет поддерживать состояние водоёма на должном уровне;

3) чем больше объём водоёма, тем меньше антропогенное воздействие (вероятно, в большом объёме воды равновесие удерживается лучше);

4) вероятно, стиральные порошки влияют хуже всего, т. к. они не являются биоразлагаемыми отходами.

5) присутствие живых организмов в воде говорит о том, что вода непригодна для питья, но не угрожает жизни водных растений и животных, а их отсутствие свидетельствует об обратном, а значит, такой водоём грозит стать необитаемым, что крайне неблагоприятно сказывается как на состоянии жителей, так и на экономическом состоянии районов.

Предварительный анализ воды
с помощью универсальной индикаторной бумаги:

Щелочная среда в пробах 7 и 8 (болото в д. Данилково)

Слабощелочная среда в пробах №№1-3 (р. Клязьма и пруд в д. Данилково, в прибрежной зоне)

Остальные пробы были нейтральными.

Для приблизительной количественной оценки содержания щелочей в пробах воды был использован метод кислотно-щелочного титрования проб воды раствором соляной кислоты (стандартный раствор с концентрацией 0,40 моль/л был приготовлен с помощью стандарт-титров путём разбавления). Титрование каждого раствора проводилось трижды, после чего бралось среднее значение. Расчёт погрешности не производился, т. к. в нашем распоряжении не имелось дистиллированной воды. Погрешностью в данном случае мы пренебрегли, т. к. целью опыта было определение приблизительного содержания щёлочи в воде и качественная оценка пригодности воды для питья

Результаты анализов:

Отобрано 20 мл воды из р. Клязьма, прибрежная зона. В бюретку заливался раствор, полученный разбавлением стандартного раствора в 1000 раз: 0,1 мл стандартного раствора 0,4 моль/л помещался в мерную колбу на 100 мл и доводился водой до метки. Полученный раствор с концентрацией 4*10-5 моль/л добавлялся к пробе воды с индикатором метиловым оранжевым. Титрование проводилось трижды. Расход титранта составил в среднем 12 мл (1,2*10-2 л).