В XXI веке проблема загрязнения водных ресурсов становится одной из наиболее острых для промышленно развитых регионов. Без воды не могут существовать ни растения, ни животные, ни человек. Организм человека примерно на 70 % состоит из воды, поэтому качество потребляемой и используемой для купания воды имеет огромное значение. Магнитогорск является крупным центром черной металлургии, где градообразующее предприятие ПАО «ММК» оказывает значительное влияние на экологическую обстановку города и прилегающие территории. Среди жителей Магнитогорска традиционно считается, что комбинат сильно загрязняет окружающую среду, и отдыхать лучше за городом — на курортах Башкортостана или в детских лагерях, находящихся в значительном отдалении от города. Однако насколько это мнение соответствует действительности? Я решила проверить это утверждение, исследовав воду из городского пруда реки Урал на территории города Магнитогорска и воды в ручье, протекающем на территории ДОЦ «Уральские Зори» на наличие в них солей тяжелых металлов и на соответствие СанПиН для открытых водоемов, пригодных для купания.

Для начала разберёмся, что же такое тяжёлые металлы. К группе тяжёлых металлов относят элементы с атомной массой свыше 50 а.е.м, то есть начиная с ванадия и заканчивая ураном. В соответствии с ГОСТом тяжёлые металлы подразделяют на три класса опасности. К первому классу (высокоопасные) относятся мышьяк, кадмий, ртуть, бериллий, селен, свинец, цинк, радиоактивные металлы. Ко второму классу (умеренно опасные) — кобальт, хром, медь, молибден, никель, сурьма. К третьему классу (малоопасные) — ванадий, барий, вольфрам, марганец, стронций. Тяжелые металлы способны накапливаться в организме человека, вызывая сердечно-сосудистые заболевания, аллергию, оказывать канцерогенное действие и влиять на генетический фон.

Каким образом тяжёлые металлы попадают в воду? Основными источниками являются промышленные предприятия черной и цветной металлургии, которые выбрасывают тяжелые металлы в виде аэрозолей, а также автотранспорт, с выхлопными газами которого в окружающую среду попадают свинец, кадмий и цинк. Для Магнитогорска, где расположен крупнейший металлургический комбинат, эта проблема особенно актуальна.

Для оценки качества воды и определения её пригодности для купания необходимо руководствоваться действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами. В Российской Федерации качество воды в водоемах, используемых населением для отдыха, плавания и занятий спортом, регламентируется СанПиН 1.2.3685–21 [2]. Такие водоемы относятся к категории водных объектов культурно-бытового водопользования. В таблице 1 представлены предельно допустимые концентрации (ПДК) для показателей, исследуемых в данной работе.

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации (ПДК) для водоемов культурно-бытового назначения

Водородный показатель (pH) должен находиться в пределах от 6,5 до 8,5 единиц. Отклонение от этой нормы может вызывать раздражение кожи и слизистых оболочек у купающихся. Содержание сульфатов (SO₄²⁻) в воде не должно превышать 500 миллиграммов на литр. При превышении этой нормы вода приобретает горьковато-соленый привкус. Сульфиды (S²⁻) и сероводород в водоемах, предназначенных для купания, должны полностью отсутствовать, так как их присутствие свидетельствует о гнилостных процессах. Железо общее нормируется на уровне не более 0,3 миллиграмма на литр. Свинец относится к веществам первого класса опасности, его ПДК составляет 0,03 миллиграмма на литр.

Объектами моего исследования стали два водоема: городской пруд реки Урал в районе городского пляжа (зона отдыха горожан) и ручей, протекающий по территории Детского оздоровительного центра «Уральские Зори» (загородная территория). Ручей питается преимущественно талыми и дождевыми водами, поэтому если в нем присутствуют какие-либо загрязняющие вещества, они должны обнаружиться в ходе анализа.

Я провела отбор проб воды из двух источников. Проба № 1 была взята из ручья на территории ДОЦ «Уральские Зори», проба № 2 — из городского пруда реки Урал в районе городского пляжа. Далее я приступила к анализу. Сначала я провела визуальную оценку и определение запаха. Обе пробы оказались прозрачными. Проба из ручья не имела ярко выраженного запаха, а в пробе из городского пруда ощущался слабый запах. Затем я исследовала химический состав воды с помощью качественных реакций.

Для определения сульфат-ионов я добавила к пробам раствор хлорида бария. В обеих пробах наблюдалось помутнение, но в пробе из городского пруда оно было более интенсивным, что говорит о более высоком содержании сульфатов. На сульфид-ионы я проверила с помощью раствора сульфата меди — изменений не произошло, сульфиды в воде отсутствуют. С помощью универсальной индикаторной бумаги я определила pH воды: проба из ручья показала кислую среду (pH 4,5), а проба из городского пруда — нейтральную (pH 7,0).

Особое внимание я уделила проверке на наличие ионов тяжелых металлов. Для обнаружения ионов железа (II) я добавила раствор гексацианоферрата (III) калия, для ионов железа (III) — раствор гексацианоферрата (II) калия. Ни в одной из проб изменения окраски не произошло, что свидетельствует об отсутствии ионов железа. На наличие ионов свинца я проверила с помощью раствора йодида калия — желтого осадка не образовалось, свинец также отсутствует. Результаты исследования представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты качественного анализа проб воды

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы. По содержанию ионов тяжелых металлов (свинца и железа) исследуемые пробы воды из городского пруда реки Урал и ручья на территории ДОЦ «Уральские Зори» существенных различий не имеют: данные ионы не обнаружены, что свидетельствует о безопасности воды по этим показателям. Проба воды из городского пруда характеризуется нейтральной кислотностью (pH 7,0), что соответствует нормативам СанПиН, но содержит большее количество сульфатов по сравнению с пробой из ручья, что указывает на более высокую техногенную нагрузку на городской водоем. Проба воды из ручья на территории ДОЦ «Уральские Зори», несмотря на отсутствие тяжелых металлов, имеет кислую реакцию среды (pH 4,5), что не соответствует гигиеническим нормативам для водоемов, предназначенных для купания.

Таким образом, гипотеза о том, что вода в городском пруду значительно грязнее воды в источнике, находящемся далеко за городом, подтвердилась лишь частично. Городской водоем действительно содержит больше сульфатов, что может быть следствием техногенной нагрузки, но по тяжелым металлам оба источника оказались чистыми, а pH городской воды соответствует норме. Загородный ручей, хоть и не содержит металлов, имеет кислотность, не соответствующую нормам для купания.

Данное исследование показывает, что экологическая ситуация в Магнитогорске не так однозначна, как кажется на первый взгляд. Работа носит ознакомительный (качественный) характер. Для получения более точных данных и сравнения с ПДК в цифровом выражении рекомендуется провести количественный химический анализ проб в аккредитованной лаборатории.

Литература:

1. Карачева, М. А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения вод (обзор) / М. А. Карачева. — Текст: непосредственный // Исследования молодых ученых: материалы XLIX Междунар. науч. конф. (г. Казань, декабрь 2022 г.). — Казань: Молодой ученый, 2022. — С. 5–8.
2. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021 N 2 «Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685–21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.consultant.ru/law/hotdocs/67487.html