Муниципальное общеобразовательное учреждение Угличский физико-математический лицей

Химические элементы окружающей среды
Угличского муниципального района 

Исследовательская работа учащихся физико-матаматического лицея

" Исследование воды города Углича"

Цель работы:

определить наличие некоторых химических элементов в воде нашего региона.

 

Задачи:

 исследовать воду минерального источника, колодца, пруда, скважины, реки Волги и воды взятой из-под крана на содержание некоторых элементов, используя качественные реакции;

сравнить полученные данные с информацией МУП «Водоканал» г. Углича;

 

 Характеристика источников воды г. Углича.

Для исследования гидросферы города Углича была взята вода из минерального источника, двух колодцев, двух прудов и реки Волги и вода из водопроводного крана. Пробы воды взяты в осенний период (октябрь 2008 года).

 

Угличское месторождение минеральных вод: известно с 1903 года, когда в г.Угличе была пробурена скважина № 1 глубиною 157 метров, вскрывшая напорные минеральные воды. В настоящее время скважина № 1 ликвидирована и с 1963 года минеральная вода выводится из скважины № 2/63 глубиной 170 метров.

            В геолого-структурном отношении Угличское месторождение приурочено к приосевой части Московской синеклизы в пределах Угличско-Галичского прогиба. Сложно дислоцированные породы кристаллического фундамента архейского, нижне- и среднепротерозойского возраста вскрываются на глубинах порядка 2.1-2.8 км. Осадочный комплекс перекрыт четвертичными образованиями. Водоносная толща пермо-триасового горизонта перекрыта юрским киммеридж-келловейским региональным водоупором, в силу чего упомянутый горизонт надежно изолирован от вышележащих слабоминерализованных и пресных вод, а также от загрязнения поверхностными стоками.

            Особенности тектонического и геолого-гидрогеологического строения недр в районе г. Углича обусловливают устойчивый самоизлив скважины № 2/63, вскрывающей пермо-триасовый водоносный слой, и ее высокий дебит.

            Для повышения объема выпускаемой бутилированной минеральной воды на площадке, в непосредственной близости от скважины №2/63, в 1975 году был построен и введен в эксплуатацию Угличский завод минеральной воды.

            По химическому составу вода скважины № 2/63 является маломинерализованной (общая минерализация колеблется в пределах 2.0-5.0 г/кдм) хлоридно-сульфатной кальциево-натриевой без специфических компонентов и свойств, по органолептическим свойствам, представляющая собой прозрачную бесцветную жидкость характерного приятного вкуса, без запаха и осадка. Химический состав воды и параметры самоизлива скважины вследствие высокой защищенности водоносного горизонта и его широкой площадной распространенности стабильны. Об этом свидетельствует опыт эксплуатации месторождения в течение почти 100 лет и данные режимных наблюдений, ведущихся с 1983 года. Температура воды (8°С) также постоянна на протяжении всего периода наблюдений.

            Бальнеологическим заключением Всесоюзного научного центра медицинской реабилитации и физической терапии №14/338 от 11.03.90 г. минеральную воду скважины № 2/63 Угличского месторождения рекомендуется использовать в натуральном виде для питьевого лечения в санаторно-курортных учреждениях и для промышленного розлива в бутылки в качестве лечебно-столовой. Указанная минеральная вода показана при следующих заболеваниях: хронические гастриты с нормальной, повышенной и пониженной секреторной функцией желудка; язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки; хронические колиты и энтероколиты; хронические заболевания печени и желчевыводящих путей; хронические панкреатиты и заболевания мочевыводящих путей.

 

Колодец №1 и №2: сооружения в виде вертикальной шахты. Они созданы с целью сбора подземных вод для водоснабжения и орошения, т.е. является водозаборными колодцами. Используются для получения питьевой воды. По конструкции является шахтным. Колодцы устроены для забора воды из безнапорных неглубокозалегающих водоносных пластов.

 Колодец №1 применяют для водоснабжения частного дома, где грунтовые воды пригодны для питья без специальной очистки. В поперечном сечении колодец квадратный, периметр 80 см, глубина - до 7-10 м., дно песчаное. Наполняется водой больше в осенние и весенние периоды. Колодец  расположен в районе улицы Высоковольтной в центральной части города, на расстоянии от водоема (р. Волга) около 2 км.

Колодец №2  применяют для водоснабжения личного хозяйства. Грунтовые воды пригодны для питья без специальной очистки. В поперечном сечении колодец круглый, диаметр 1,5 м, глубина - до 5 - 7м., расположен в районе улицы Механизаторов в левобережной части города. Расстояние до ближайшего водоема(р.Корежечная) около 500 метров.

 

Пруд 1 находится в километре реки Волги. Он имеет вытянутую форму и ориентирован с северо-запада на юго-восток длиною около 100 метров и шириной от 20 до 40 метров. Пруд расположен в зоне песчаников. На поверхность земли в районе исследования выходит глинистый комплекс. Водоём имеет смешанное питание: вода поступает из близко расположенного горизонта - грунтовые воды, а также паводковые воды. Верхняя часть пруда проточная и достаточно заросшая макрофитами. Приплотинный район отличается замедленным водообменом и небольшим количеством зарослей. Большая часть пруда имеет глубину от 1,5 до 3-х метров, максимальная глубина 4,5 метра. Основным типом грунта является сильно заиленный песок, среди илов преобладает черный ил. Расположен вдали от больших проезжих дорог. В центральной части города.

Пруд 2 находится в двух километрах от реки Волга. Имеет округлую форму диаметр около 10 метров. Водоем сильно загрязнен, имеет большое количество растительности. Глубина пруда около двух метров. Вода в пруд поступает из близко расположенного горизонта - грунтовые воды, а также паводковые воды. Основным типом грунта является сильно заиленный песок, среди илов преобладает черный ил. Расположен вблизи (около 5 метров) от большой проезжей дороги (трасса Ярославль – Москва) , на въезде в город.

 

Река Волга: великая русская река длиной 3530 км. Огромный бассейн реки Волги (1360 тыс.кв. км) составляет незначительную часть – всего около 8% -территории России. В то же время здесь проживает свыше 42% всего населения страны. Здесь производится свыше 20% промышленной и сельскохозяйственной продукции страны, что само по себе позволяет предполагать о существовании крайней экологической напряженности в регионе. Практически все водные объекты бассейна Волги подвержены антропогенному воздействию. Несмотря на тенденцию сокращения общей массы сброса загрязняющих веществ со сточными водами, степень загрязненности воды реки в целом устойчиво сохраняется на очень высоком уровне. Только 20% экосистем волжского водосбора находятся в нормальном состоянии.

Например, для Угличского водохранилища характерна устойчивая, хотя и на уровне ПДК (приложение № 3), загрязненность воды соединениями железа, марганца, аммонийным ( , , ) и нитритным(соли ) азотом в пределах 1-2 ПДК, легко окисляемыми органическими веществами, такими как:

1)      алкены, легко окисляющиеся по p-связи, в связи с этим алкены легко реагируют с водой, образуя спирты, в том числе вредный для живых организмов метанол ( ) и т.д.

2)      альдегиды, очень легко окисляющиеся до соответствующей карбоновой кислоты (или ее соли, если реакция идет в щелочной среде), низшие кислоты – жидкости с резким запахом, при попадании на кожу или внутрь организма дают ожог:

3) Низшие карбоновые кислоты

Название кислот

Структурная формула

Растворимость в воде

Метановая 

Этановая

Пропановая

Бутановая

5,6 г.(-1°С)

?(20°С)

Из таблицы видно, что практически все низшие карбоновые кислоты до бесконечности растворяются в воде, из-за чего альдегиды и их производные являются очень опасными загрязнителями воды.

4)      амины, окисляются даже кислородом воздуха. Окисление аминов происходит - по такой реакции:

4)      фенолы, окисляются так же легко, как и амины даже кислородом воздуха    (хинон)

5)      анилин, очень легко окисляется (с разрушением ароматического кольца), в зависимости от условий окисление приводит к хинону (см. выше), либо к окрашенным веществам сложного строения.

            Вода Угличского водохранилища в целом оценивается как «очень загрязненная», большинства притоков – «весьма загрязненная» и «очень загрязненная».

Скважина находится в левобережной части города Углича.

 

Резервуар чистой воды (Р.Ч.В.) вода из-под крана

 

 Исследование воды различных источников.

        Исследования воды методиками, указанными в приложении. При этом мы определяли цвет, прозрачность, запах воды, содержание хлорид, сульфат анионов и катионов железа, меди и свинца.

Органолептический анализ воды: Определение цвета, прозрачности и запаха воды.

 

Источник воды

Цвет (окрака)

Прозрачность

Запах

Минеральный источник

голубой

более 3 см.

неопределенный     0 балл

Колодец 1

голубой

более 3 см.

неопределенный     0 балл

Колодец 2

голубой

более 3 см.

неопределенный     0 балл

Пруд 1

зеленоватый

более 3 см.

болотный                 2 балла

Пруд 2

серо-зеленый

непрозрачная

болотный, гниющий 3 балла

Скважина

рыжеватый

более 3 см.

запах железа            2 балл

Река Волга

светло-зеленоватый

более 3 см.

неопределенный     1 балл

Из-под крана

голубой

более 3 см.

запах хлора              2 балла

 

       Вывод: опыты показывают, что вода минерального источника, колодца и из-под крана может быть использована в быту т. к. не имеет видимых загрязнений. Вода из реки Волга имеет светло – зеленоватый оттенок, а этот признак достаточно характерен для источников хозяйственно – питьевого водоснабжения. Вода скважины, имея рыжеватый оттенок и определенный запах, содержит в себе железо и люди неохотно используют ее в хозяйстве. Вода прудов, имея зеленоватый оттенок и серо-зеленую окраску,  болотный запах, содержит различные фотосинтезирующие организмы, не соответствует санитарным нормам, следовательно, не пригодна для употребления в пищу и хозяйственной деятельности.

 

Определение качества воды методами химического анализа.

 

Источник воды

pH

Cl-

SO42-

Pb2+

Fe3+

Cu2+

Минеральный источник

7

Более 100

более 100

осадка нет

светло розовый

нет

Колодец 1

7

0

менее5

осадка нет

насыщенно розовый

нет

Колодец 2

7

0

менее 5

осадка нет

светло розовый

нет

Пруд 1

5,5

0

менее5

осадка нет

светло розовый

нет

Пруд 2

5

0

Менее 5

осадок есть

насыщенно розовый

нет

Скважина

8

10-50

10-100

осадка нет

насыщенно розовый

нет

Река Волга

8

1-10

5-10

осадка нет

розовый

нет

Из-под крана

7

10-50

10-100

осадка нет

светло розовый

нет

 

1. Водородный показатель (pH).

Вывод:  исследования вод предложенных источников по показателям pH пригодны для питьевого, хозяйственного и культурно – бытового назначения, кроме прудовой воды.

2. Определение наличия хлоридов и сульфатов.

Вывод: опыты показали наличие большого количества хлоридов и сульфатов в воде минерального источника, не очень много в реке Волге, скважине и воде из-под крана. В воде пруда и колодца хлоридов и сульфатов не обнаружено.

3. Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов.

Вывод: При исследовании вода минерального источника, колодца, пруда № 1, скважины, Волги и из-под крана – катионов свинца не содержит (осадок не выпадает). В воде пруда № 2 обнаружены катионы свинца. Это возможно связано с очень близким прохождением автомобильной дороги. Т.О. вода этого пруда не может быть пригодна даже для ведения хозяйства.

4.Обнаружение общего железа.

Вывод: В реке Волге пруде №2 и скважине и колодце №1 концентрация железа больше чем в других источниках т.к. окраска более интенсивная, об этом говорит и то, что при отстаивании выпадают хлопья бурого осадка, но это содержание не превышает норму – 0,3 мг/л. (приложение 3). Большее содержание катионов железа думаем, связано определенным составом горных пород материнской платы, на которой располагается территория нашего города.

5. Обнаружение катионов меди.

Вывод: Опыт показал, что катионы меди в исследуемых источниках отсутствуют.

 

Количественный химический анализ МУП «Водоканал», химическая лаборатория ВОС.

Химическая лаборатория ВОС МУП «Водоканал» для анализа берет воду следующих источников

воды питьевой:

1. артскважина (левобережная часть города)

2.РЧВ (г. Углич, МУП «Водоканал»)

воды поверхностных источников 1 класса:

3.  р. Волга-водозабор (г. Углич, МУП «Водоканал»)

Количественный химический анализ воды

 

№.п.п

Показатели

ед. измерения

Место отбора проб

река Волга

скважина

РЧВ

1.

Цветность

град.

84

12

15

2.

Прозрачность, мутность

мг/л

1,39

0,57

0,31

3.

Запах

балл

0

0

0

4.

pH (водородный показатель)

-

7,7

7,5

6,9

5.

хлориды

мг/л

7,72

33,6

12,6

6.

Сульфаты

мг/л

17,9

53,1

64

7.

Нитриты

мг/л

0,04

не опр.

0,02

8.

Нитраты

мг/л

0,83

6,15

0,32

9.

Свинец

мг/л

0,0057

0

0,0054

10.

Железо

мг/л

0,49

0,13

0,1

11.

Медь

мг/л

0,025

0,01

0,015

12.

Алюминий

мг/л

0,02

0,03

0,12

13.

Марганец

мг/л

0,21

0,05

0,12

14.

Жесткость

мг. экв./л

2,57

5,6

2,56

 

            Для данной работы взят годовой анализ воды за 2007 год. По данным результатам сделано заключение: Качество питьевой воды и воды поверхностных водоемов р. Волги по органолептическим, определяемым физико-химическим показателям, содержанию, токсических элементов, пестицидов, радионуклидов соответствует требованиям, регламентируемые Сан ПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения, контроль качества» и 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

 

Результаты и выводы работы по исследованию гидросферы г. Углича.

Все исследуемые источники воды  имеют различия в содержании определенных химических элементов. Примером являются водоемы, располагающиеся в разных частях города. Можно проследить влияние внешних факторов (в том числе деятельности человека), места расположения водоема, геологической породы на которой располагается водоем. Все эти факторы оказывают влияние на химический состав воды.

   Если сравнить результаты исследований воды, сделанные профессионально и наши лабораторные исследования то можно сказать, исследования воды выполнены верно т.к. данные соответствуют предложенным МУП «Водоканал». Все показатели (кроме пруда №2) наших исследований соответствуют ПДК. ( Приложение 3) т.е. все источники воды, которые мы исследовали, содержат воду относительно чистую, а вода пруда №2 находясь вблизи крупной автомобильной дороги, содержит элементы в количестве не соответствующие ПДК и не может быть использована человеком. Вода остальных источников может быть использована жителями города.

Использование воды жителями города Углича.

Источник воды

Как может быть использован человеком

Как используется человеком

Минеральный источник

Для питья в лечебных целях

Для питья в лечебных целях

Колодец 1

Для питья и хозяйственной деятельности

Для питья и хозяйственной деятельности

Колодец 2

Для питья и хозяйственной деятельности

Для питья и хозяйственной деятельности

Пруд 1

Для хозяйственной деятельности (полив)

Для хозяйственной деятельности(полив)

Пруд 2

Не может быть использован человеком

Не используется

Скважина

Для питья и хозяйственной деятельности

Для хозяйственной деятельности

Река Волга

Для хозяйственной деятельности

Для питья (после очистки)

и хозяйственной деятельности

Из-под крана

Для питья и хозяйственной деятельности

Для питья (после кипячения или очистки) и хозяйственной деятельности

МОУ Угличский ФМЛ