Диагностика показателей качества подземных вод
Нор Полина Евгеньевна, кандидат химических наук, доцент;
Андреева Татьяна Юрьевна, студент;
Новошинская Екатерина Александровна, студент
Омский государственный технический университет
Качество питьевой воды напрямую связано со здоровьем населения. Все чаще население пытается добывать воду самостоятельно, в силу разных причин. Качество вод добываемых из колодцев никто не диагностирует на качество, нередко такие воды перенасыщены ионами железа, хлорид-ионами и ионами жесткости, вследствие чего вода становится непригодной не только для питья, но и для сельскохозяйственного и технического использования. Диагностирование, хотя б по минимальным показателям качества вод подземных источников крайне необходимо. В этой работе исследовали пять проб воды из колодцев, которые расположены в садоводческих товариществах, где жители употребляют эти воды повсеместно и для разных целей. Результаты показали превышение по некоторым показателям, что в свою очередь требует введение необходимой очистки воды для улучшения качества исследуемой воды.
Ключевые слова:ионы железа, хлориды, определение показателей качества в грунтовых водах, методы очистки от ионов железа, хлоридов
Подземные воды по условиям залегания подразделяют на почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские и минеральные. Из всех названных вод, грунтовые воды являются самыми доступными для водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов [1]. Они образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. Для добычи таких вод в пользование достаточно сделать колодец или скважину с гравийной отсыпкой. Уровень грунтовых вод, в зависимости от сезона года то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время, вследствие чего свойства вод меняются в связи с загрязнениями и сезоном года.
Наиболее опасными загрязняющими веществами являются тяжелые металлы, которые попадая в организм человека, в больших количествах (относительно норм ПДК), долго не выводятся и, концентрируясь, могут оказывать отравляющее действие на организм [2, 3].
В некоторых случаях, при необходимости постоянного приобретения чистой воды для обеспечения своих потребностей, люди вынуждены добывать воду для питья и хозяйственно-бытовых нужд самостоятельно и сравнительно бесплатно, то есть добывают воду для себя из самых доступных источников, подземных (колодцев или скважин). Но при употреблении такой воды, к сожалению, никто не дает заключений о качестве и пригодности ее при использовании для: приготовления пищи; хозяйственно-бытовых нужд; полива растений. В ней могут содержаться примеси тяжелых металлов, соли, органические загрязнители и микробиологические патогенные бактерии.
Целью работы было дать заключение о качестве вод, используемых собственниками колодцев, для питьевых и других нужд. Задачами являлись диагностика проб воды на некоторые показатели качества воды, ориентируясь на нормы предельно-допустимых значений для питьевой воды. Изучение происхождение ионов железа в подземных водах, хлоридов и др. показателей и их влияние на качество воды, предложение доступных методов очистки вод от соединений, превышающих нормы предельно-допустимых значений, тем самым повышая качество исследуемой воды и увеличивая возможность применения ее для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд.
Грунтовые воды обогащаются железом при вымывании его из горных пород и глин, насыщенных пиритом. Также большое количество ионов железа поступает в водоемы и подземные воды со сточными, ливневыми стоками от предприятий различных промышленностей и с сельскохозяйственными смывами с полей. Железо в водах колодцев и скважин присутствует в окисленном и восстановленном виде, но при взаимодействии с кислородом воздуха всегда окисляется и выпадает в осадок. Такие воды в первые минуты поднятия с глубины чисты и прозрачны, но через некоторое время у них появляется ржаво-бурый оттенок, который, в свою очередь увеличивает цветность и мутность воды. С превышением предельно-допустимой концентрации (ПДК = 0,3 мг/дм3) вода вызывает ржавые потеки на сантехнике и пятна на стираемом белье. Вкус воды с превышением содержания ионов железа имеет неприятный вяжущий металлический вкус, что характеризует такую воду, как непригодную ни для технического, ни для питьевого использований. Именно поэтому показатель содержания ионов железа в воде относят к органолептическим лимитирующим показателям вредности. В случае употребления воды человеком с повышенным содержанием ионов железа возможны: утрата веса, раздражение кожи, аллергические реакции, увеличение размера печени, проблемы с щитовидной железой и др. Для применения в промышленности такая вода тоже будет малопригодна, так как будет вызывать в системах водоснабжения появление окисленного трёхфазного железа (ржавчины), которая может являться причиной прорывов систем.
Наличие хлоридов в подземных водах может быть вызвано вымыванием соляных залежей либо попаданием в нее стоков. Ввиду высокой растворимости всех хлористых солей, хлориды редко выпадают в осадок. Этот процесс становится возможным только в случае испарения или замерзания субстанции [4].
Предельный показатель наличия этих примесей в воде — 350 мг/л, в случае его превышения вода приобретает солоноватый вкус и становится непригодной для хозяйственно-бытовых нужд. Очищать воду от хлоридов необходимо еще и потому, что такая жидкость способствует: появлению заболеваний у человека и домашних животных; раздражению кожи, глаз, слизистых оболочек и органов дыхания; выведение из строя бытовых электроприборов (чайников, стиральных машин и др.); нанесению вреда коммуникациям (трубам, отопительным котлам).
Жесткость природной воды зависит главным образом от наличия в ней растворенных солей кальция и магния, суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Воды с жесткостью более 10 мг. экв/дм3 принято считать жесткими [5].
Анализ воды на ионы железа, хлориды, жесткость и др. показатели необходим для самых разных типов воды, а в первую очередь важен для вод питьевого назначения.
Для определения количества ионов железа, был выбран физико-химический метод анализа — фотоколориметрия. Метод основан на определении концентрации вещества по интенсивности окраски растворов. Оптическую плотность растворов регистрировали на портативном микропроцессорном фотоколориметре «ЭКОТЕСТ-2020» при длине волны 525 нм, погрешность измерений не превышала 2 %. Количество хлорид-ионов, жесткость, кислотность, щелочность и окисляемость воды определяли химическим методом с помощью титриметрического анализа [6].
Исследование проводилось в течение 2015-2016 гг., пробы отбирали в осенний и весенний сезоны. Материалом для исследования послужили пробы воды из пяти колодцев, имеющих питьевое назначение, расположенных на землях сельскохозяйственного назначения в г. Омске и Омской области. Пробоотбор проводили ручным способом, отбирали среднюю пробу, количество проб, из каждого колодца, равнялось трем, а количество проводимых параллельных измерений — шести. Полученные результаты приведены в табл. 1,2.
Результаты исследования показали, что исследуемые воды относятся к жестким и очень жестким водам, это подтверждает и показатель щелочности, который показывает наличие гидрокарбонатов в воде, то есть отвечает за временную жесткость. В пробах № 1, 3, 5 регистрируется большое количество хлорид-ионов (от 1 ПДК до 9 ПДК). Наибольшее содержание ионов железа обнаружено в колодце, которому отвечает проба № 3, что находится в согласии с показателем цветности, он для этой пробы наибольший.
Таблица 1
Количественные показатели качества исследуемой воды (осень 2015)
|
№ п/п |
Наименование показателя |
Предельно-допустимые значения |
Результаты исследования |
||
|
Проба №1 |
Проба №2 |
Проба №3 |
|||
|
1 |
Общая жесткость (˚Ж) |
7 |
16 |
11 |
22 |
|
2 |
Щелочность (мг/ дм3) |
6,5 |
8 |
9 |
12 |
|
3 |
Хлориды (мг/ дм3) |
350 |
728 |
266 |
3160 |
|
5 |
Окисляемость (мг/ дм3) |
5 |
4,6 |
5 |
5,4 |
|
6 |
Кислотность (мг/л) |
7,5 |
4,6 |
5,6 |
4,8 |
|
7 |
Цвет (0) |
200 |
17 |
14 |
20 |
|
8 |
Ионы железа мг/дм3 |
0,3 |
0,15 |
0,25 |
0,9 |
Таблица 2
Количественные показатели качества исследуемой воды (весна 2016)
|
№ п/п |
Наименование показателя |
Предельно-допустимые значения |
Проба |
||||
|
№1 |
№2 |
№3 |
№4 |
№5 |
|||
|
1 |
Общая жесткость (˚Ж) |
7 |
12 |
7 |
16 |
10 |
8 |
|
2 |
Щелочность (мг/ дм3) |
6,5 |
4 |
9 |
10 |
1,2 |
2,8 |
|
3 |
Хлориды (мг/ дм3) |
350 |
443 |
107 |
1050 |
426 |
284 |
|
5 |
Окисляемость (мг/ дм3) |
5 |
4,6 |
5,0 |
5,0 |
7,0 |
1,0 |
|
6 |
Кислотность (мг/ дм3) |
7,5 |
2,6 |
0,6 |
4,4 |
4,2 |
1,0 |
|
7 |
Цвет (0) |
200 |
15 |
14 |
20 |
10 |
10 |
|
8 |
Ионы железа мг/дм3 |
0,3 |
0,1 |
0,25 |
0,8 |
0,18 |
0,23 |
При сравнении показателей полученных осенью и весной, очевидно снижение некоторых количественных характеристик, вследствие поступления в грунтовые воды большого количества паводковых вод.
Воды из исследуемых колодцев, в основном, употребляются жителями в летний период, так как находятся в садоводческих товариществах, для питья, полива растений и др. нужд. Для употребления воды для этих целей, из колодцев номер 1, 3 и 5, необходимо применять дополнительные методы очистки воды, такие как:
– отстаивание воды (употребление воды в течение 10 часов, после отстаивания);
– заморозка;
– пропускание через слой кремния или шунгита (такие минералы также могут эффективно обеззаразить воду);
– пропускание через фильтрующий слой угля;
– применением фильтра обратного осмоса или ионного обмена (наиболее предпочтительный метод, так как снижает и содержание хлоридов).
Соблюдая выше перечисленные рекомендации, можно провести эффективное очищение воды и справится с наиболее распространенной проблемой владельцев скважин и колодцев.
Но при таких количественных показателях хлоридов и железа, как в пробе № 3, следует ожидать небольшого эффекта очищения в бытовых условиях воды, следовательно она практически непригодна для использования ни в каких целях.
Делать заключение о пригодности воды для питьевых нужд, при диагностике ее только на наличие ограниченного количества показателей нельзя, необходимо учитывать и другие показатели, такие как нитраты, марганец, микробиологические показатели и др. Но и по исследуемым показателям уже можно дать предварительное заключение о качестве воды. В природных водах в первую очередь, чаще всего обнаруживается повышенное количество ионов хлорида и железа, что и делает эту воду непригодной для употребления. И не всегда эти показатели превышены из-за природных свойств, иногда это и антропогенные причины воздействия на почву, а как следствие и на подземные воды. Поэтому при решении о расположение колодцев нужно учитывать антропогенную нагрузку на близко расположенные участки Земли и др. характеристики.
Литература:
- В. В. Дроздов, Общая экология. — СПб. : РГГМУ, 2011 — 412 с.
- Влияние показателей качества воды на здоровье человека: [Электронный ресурс]/Автоматические модульные станции водоподготовки и водопотребления. URL: http://waterstation.pro/info/stati/vliyanie-kachestva-vody.php. (Дата обращения 03.11.16).
- Очистка воды от хлоридов // Информационный портал Системы очистки воды. — Режим доступа: http://sistemyochistkivody.ru/ochistka-vodyi-ot-xloridov.html (дата обращени: 10.03.2016).
- Влияние показателей качества воды на здоровье человека: [Электронный ресурс]/Автоматические модульные станции водоподготовки и водопотребления. URL: http://waterstation.pro/info/stati/vliyanie-kachestva-vody.php. (Дата обращения 03.11.16).
- Нор П. Е., Фитисова М. С. Оценка экологического состояния бассейна реки Ишим // Молодой ученый. — 2014. — № 5. — С. 183-185.
- П.Е. Нор, Е. О. Карпова, И. Ю. Нагибина, Е. Г. Холкин, Экология [Электронный ресурс] — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013.
