Источники загрязнения реки Лузы Лузского района Кировской области и способы её очистки.

Муниципальное образовательное учреждение  

средняя общеобразовательная школа №2 г. Лузы

Кировской области                                                                            

Источники загрязнения реки Лузы Лузского района Кировской области и способы её очистки.

Работу выполнила

Парфенова Марина

ученица 11а класса

Руководитель:

Кузнецова Л.В.

учитель химии

 и географии

г. Луза

2008г.

Введение.

1.1  Актуальность темы.

       Качество воды играет решающую роль в развитии биосферы и при использовании её населением для любых целей. Люди тысячелетиями использовали реки, озёра, моря для сброса в них загрязнённых сточных вод, и до начала  XX века  это практически повсеместно не вызывало особого беспокойства. Солнце, воздух, микроорганизмы и растворённый в воде кислород обеспечивали самоочищение водных объектов. Всего несколько десятилетий назад загрязнённые воды реки ниже какого-либо расположенного на её берегах города через 20-30 км. Становились чистыми, и их без проблем забирали водозаборы другого населённого пункта, расположенного ниже по течению. Однако рост городов, бурное развитие промышленности, особенно химической, энергетики, а также водного транспорта, увеличение добычи полезных ископаемых, площадей орошаемых земель с каждым годом приводили к  все большему загрязнению вод, ставшему угрожающим для жизни человечества. Загрязнёнными оказались не только ручьи, небольшие реки и озёра, но и моря и даже  океаны. За последние сто лет существенно расширился к тому же спектр веществ, загрязняющих  воды[].

        Проблема загрязнения гидросферы является актуальной и для нашего региона.

       1.2 Цели и задачи исследования. 

       В Кировской области протекает большое количество рек. Основным гидроресурсом нашего района являются воды р. Лузы, протекающего на территории города. Река Луза относиться к бассейну С.Двины и протекает по отдалённым северным районам Кировской области - Лузском и Подосиновском. Комплексной оценки состояния данного водного объекта не проводилось с 1994 года. Поэтому мы решили выяснить современное экологическое состояние реки Лузы в районе райцентра и поставили цель: обнаружить источники загрязнения реки и предложить способы их очистки.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить научную литературу по данной теме.
2. Провести гидрохимическое исследование воды по методикам школьного экологического мониторинга.
3. По результатам исследования дать оценку экологического состояния воды и возможности её использования в хозяйственно-бытовых нуждах.

       Работа рассчитана на несколько лет. Данный этап является начальным. В дальнейшем, знание современного состояния экосистемы  позволит продолжить изучение флоры и фауны водной  и прибрежной территорий  и дать оценку хозяйственной ценности реки, определить пути рациональной эксплуатации и разработать природоохранные мероприятия.

      Гипотеза: вода в реке Луза соответствует нормативам ПДК для питьевой воды и не требует специальных способов очистки, так как антропогенная нагрузка на реку Лузу невелика.

Объектом исследования является экологическое состояние воды в реке Луза.

Предметом исследования служит гидрохимический анализ воды.

-3

2. Обзор литературы.

2.1 Основные источники загрязнения природных вод.

    Вода самое распространенное соединение в природе, не бывает абсолютно чистой. Природная вода содержит многочисленные растворенные вещества- соли ,кислоты , щелочи, газы (углекислый газ, азот, кислород), продукты отходов промышленных предприятий и нерастворимые частицы минерального и органического происхождения.

   Источники загрязнения водных объектов многообразны.[2]

                                                                                                                                   Таблица 1.

    Прежде всего, это стоки городов и промышленных предприятий, сбрасываемые в водоемы без предварительной  очистки. Туда же попадают воды загрязненные отходами со свалок, ядохимикатами и удобрениями с сельскохозяйственных угодий. Во многих регионах мира загрязнения вод все больше происходит из-за кислотных дождей. Определенную роль в ухудшении качества воды играет изменение режима рек и озер.

   Доля промышленности в загрязнении поверхностных вод в некоторых регионах составляет около 70-80 % [3].

                                                                                                                                    Таблица 2.    

Примеси в сточных водах промышленных предприятий

       Наиболее распространённым, опасным и повсеместным загрязнителем воды стали нефтепродукты. Этому способствует широкое использование нефти и нефтепродуктов в различных отраслях хозяйства, добычи нефти в прибрежных районах и на шельфах внутренних морей, потери при её транспортировке. Попав в водоём, одна тонна нефти растекается на его поверхности на площади 12 км2 . Особенно сильные бедствия происходят во время аварий при добыче и транспортировке нефти. Даже незначительное содержание её (0,2-0,4мг/л) придаёт воде специфический запах, который в течение долгого времени не удаётся устранить никакими способами.

        В сточных водах химических предприятий находится много фенолов, которые не только придают воде резкий, неприятный запах, но и нарушают биологические процессы в водоёмах. Стоки многих предприятий, а также шахтные и рудничные воды содержат значительные количества цинка и меди. Появившиеся в последние десятилетия в сточных водах синтетические поверхностно-активные вещества резко ухудшают биохимическую очистительную способность воды. Даже относительно  небольшие концентрации их ведут к прекращению роста водной растительности, неприятному запаху,  иногда образуют стойкие скопления пены.

         Тепловые и атомные электростанции, потребляющие огромные количества воды и сбрасывающие в водоёмы подогретые воды, ведут к тепловому загрязнению водоёмов, нарушают их термический, гидрохимический и гидробиологический режимы.

         Ежегодно в атмосферу Земли с промышленными выбросами поступает более 50 млн. тонн оксидов азота, 200 млн. тонн оксида углерода, около 150 млн. тонн пыли и 120 млн. тонн золы. Воздушные потоки перемещают твердые частицы на большие или меньшие расстояния , а по пути они нередко выпадают непосредственно на водную поверхность. Газообразные выбросы, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли и водных объектов в виде кислотных дождей иногда на расстоянии  многих сотен километров от места их зарождения.

        Существенный источник загрязнения воды - коммунальное хозяйство населенных пунктов. В составе коммунальных стоков, наряду  с фекальными водами, которые содержат особо опасные для здоровья человека яйца гельминтов , а также болезнетворные микробы и вирусы, имеется много вредных соединений, сбрасываемых предприятиями пищевой промышленности, автомобильного транспорта, общественного питания, торговли.

        Ливневые стоки с городских территорий, площадь которых измеряется десятками, сотнями и тысячами квадратных километров, включает значительное количество нефти, органических продуктов. В  отличие от бытовых и промышленных стоков их большей частью не подвергают очистке. Эти стоки поступают в водоёмы в период весеннего снеготаяния и интенсивных и продолжительных дождей.

-5-

        Один из крупных источников загрязнения вод - сельское хозяйство. Основные загрязняющие ингредиенты  в поверхностном стоке с сельскохозяйственных угодий - частицы почвы, органическое вещество (гумус), удобрения и пестициды, вредные микроорганизмы. Из внесённых на склоновые земли удобрений вымывается до 20 % азота,2-5 % фосфора и 10-70 % калия. Вынос пестицидов  с богарных земель достигает 1% от  внесенного в почву их количества, с орошаемых - до 4 %.

 Поскольку стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения, опасность загрязнения вод удобрениями и пестицидами огромна. Биогенные вещества способствуют интенсивному «цветению» воды  и приводят к нарушению процессов самоочищения.

        Водный транспорт также представляет собой большую угрозу для чистоты вод в случае прямого сброса в них отходов особенно подсланевых вод, сильно загрязнённых нефтепродуктами. Значительное количество нефти попадает в водные объекты при сливании балластной воды. Аварии же танкеров приводят к неисчислимым бедствиям, губят флору и фауну, нарушая условия водоснабжения населённых пунктов и выводя из строя пляжи.

          Многие реки, преимущественно на севере и в горных районах, загрязняются при сплаве леса, прежде всего  на тех участках, где осуществляют молевой сплав. До 10 % брёвен тонут и остаются лежать на дне. На дно же оседает и кора, сдираемая с брёвен при их ударах о камни, друг о друга и о берега. Затонувшая древесина медленно разлагается, поглощая из воды кислород и отравляя её фенолами и другими вредными веществами.

         В некоторых районах  водные объекты загрязняются при добыче полезных ископаемых.

        За последние десятилетие существенным источником  загрязнения рек  и водоёмов стала рекреация, особенно такие её виды, как  массовое купание и прогулки на маломерных судах.

          Итак, деятельность человека существенно изменила объём и скорость массоэнергетических потоков, в результате чего водные объекты стали представлять собой сложнейший раствор многочисленных веществ и в некоторых случаях превращаются  в мёртвые водоёмы[1,3,4]

2. Основные требования к качеству вод используемых для хозяйственно – бытовых нужд.

            Обеспечение безопасного водопользования, охрана водных объектов от загрязнения, сохранение пресноводных водоёмов как элементов гидросферы немыслимы без регламентирования качества водной среды.

        Оценка качества водной среды зависит от цели и характера использования их водных ресурсов. Разумеется, что хозяйственно – питьевое и культурно – бытовое водопользование населения, ведение рыбного хозяйства, орошение сельскохозяйственных земель и различные виды промышленного водоснабжения предъявляют различные требования к качеству воды.

        К качеству воды для водоснабжения населения предъявляются наиболее высокие требования (экологические и гигиенические). Для этого приняты требования к предельно допустимой концентрации (ПДК) того или иного вещества в природной воде. В общей сложности установлено около 1000 ПДК хозяйственно – питьевого и культурно – бытового назначения. Понятие ПДК базируется на идее парового действия вредных веществ на  человека в районе водопользования, то есть такая концентрация, которая при более или менее длительном воздействии на организм не приводит к патологическим изменениям и не

вызывает болезней. В отношении рыбохозяйственных водных объектов данное толкование

расширено, так как за ПДК принимается такая концентрация, которая не нарушает звенья трофической цепи водоёма (фитопланктон, макрофиты, зоопланктон, рыба)[4].

            В водном законодательстве Российской Федерации в основе наиболее распространённых гигиенических критериев качества воды лежат следующие требования: вода, используемая населением для питьевых и других целей, должна соответствовать физиологическим потребностям человека по органолептическим свойствам (запах, привкус, окраска) и солевому составу, быть безвредной и безопасной при её использовании. Действующие гигиенические нормативы играют большую организующую роль при проектировании новых и реконструкции старых промышленных предприятий. Они дают научно обоснованный критерий качества воды для оценки санитарной охраны водных объектов. Во многих случаях эти нормативы способствовали совершенствованию методов очистки сточных вод промышленных и коммунально–бытовых предприятий. Требования к качеству вод, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд, приведены в таблице 3.[5]

                                                                                                                                             Таблица 3.

Требования и нормативы к питьевой воде

-7-

2.3 Способы очистки воды.

       В зависимости от степени и характера загрязнения применяют механические, химические и биологические методы очистки сточных вод. Механическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с помощью решёток, фильтров, отстойников, нефтеловушек. Этими методами удаляют нерастворимые примеси из бытовых стоков- до 60% из промышленных - до 95%.Этот метод очистки довольно широко применяется как самостоятельно, так и в комбинации с физико–химическими методами.

       Химическая очистка – это добавление в сточные воды реагентов, способствующих образованию осадков из коллоидных и некоторых истинных растворов. Существует два вида химической очистки: физико-химическая и биохимическая.

       Неотъемлемыми частями физико-химической очистки сточных вод является наличие реагентного хозяйства, реакторов, отстойников для коагуляции и осаждения загрязняющих веществ. Физико-механическим методом можно добиться очистки сточных вод от нерастворённых примесей до 95%,растворённых до 25%,БПК может быть снижена на 80%. Для некоторых веществ, активно улавливаемых на таких установках, например, тяжёлых металлов, степень улавливания доходит до 95% и выше. Очистные сооружения этого метода широко применяются  на металлургических и машиностроительных заводах. При этой очистке сточные воды делятся на 3 части: кислото-шелочные, очистка которых ориентируется на достижениях нормируемого параметра рН; цианистые, очистка которых оптимизируется по максимальному обезвреживанию токсичного иона СN  за счёт его разрушения сильным окислителем, чаще всего гипохлоритом натрия или калия и хромсодержащие, очистка которых определяется эффективностью перевода токсичного иона шестивалентного хрома в менее токсичный и легко осаждаемый трёхвалентный ион. Затем сточные воды подвергаются обработке коагулянтом, чаще всего полиакриламидом, и проходят систему вторичных отстойников, их которых осаждённые вещества выходят в составе осадков очистных сооружений сточных вод, в настоящее время практически неутилизируемых.

Разновидностями физико-химического метода очистки сточных вод являются электролитический, сорбционный, экстракционный, коагуляционный, флотационный способы очистки сточных вод, ионный обмен, кристаллизация, выпаривание, аэрация сточных вод, пламенное сжигание сточных вод. Все эти методы довольно подробно и широко описаны в специальной литературе. Отметим, что в области они не нашли широкого применения, кроме коагуляции и аэрации сточных вод, применяемых в комплексных системах очистки.

Биологическая очистка в естественных условиях происходит на специальных полях орошения или полях фильтрации. Здесь создаётся сеть магистральных и распределительных каналов и карт (площадок) шириной 20 см и длинной 100-150 м, окружённых земляными валами. Карты периодически заполняются сточными водами. Под воздействием солнечного света, воздуха, микроорганизмов они очищаются и просачиваются в грунт. На поверхности карт образуется перегной. Через несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации используют для выращивания трав, кормовых культур или овощей, которые можно употреблять в пищу после термической обработки.

-8-

Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях производится в специальных сооружениях – биофильтрах и аэротенках. Биофильтр представляет собой сооружение из кирпича или бетона, внутреннее его помещение заполнено прочным пористым материалом: шлаком, гравием, щебнем, керамзитом. На эти пористые материалы нанесена плёнка микроорганизмов (бактерий, простейших), которые в процессе жизнедеятельности поедают и разлагают органические вещества, очищая от них воду. В биофильтр периодически подаются сточные воды и воздух, идущий на процессы окисления. В аэротенках поступающим воздухом в сточных водах перемешивается активный ил, который состоит из сообществ аэробных микроорганизмов – минерализаторов органического вещества. Во вторичных отстойниках происходит отделение бактериальной плёнки от чистой воды. В таких биофильтрах и аэротенках устраняется более 90% загрязнений органическими веществами.

Бытовые сточные воды могут содержать патогенные микроорганизмы, поэтому их обезвреживают жидким хлором или хлорной известью.

Работа очистных сооружений и установок на предприятиях контролируется законом об охране окружающей среды.

-9-

3.Объект и методика исследования.

        Объектом исследования стала вода в реке Луза, пробы которой были взяты в двух точках: №1 в районе водозабора (до попадания городских стоков) и №2 в районе лесобиржи №2 (за чертой города вниз по течению).

         Методика работы включила в себя:

 3.1  Методы исследования экологического состояния водных объектов[5,6 ,7].

-  Органолептический анализ воды

  а) Определение pH с помощью универсальной бумаги;

  б) Определение цвета (окраски) воды в столбике высотой 20-10 см.

  в) Определение прозрачности, мерой которой может служить высота столба воды (в см.), при котором можно различать на белой бумаге стандартный шрифт с высотой букв 3,5 мм.

   г) Определение характера и интенсивности запаха воды при 20 0С.

-   Химический анализ воды.

  В пробах воды было определено содержание следующих ионов:

   а) Иона аммония.

  В пробирку диаметром 13-14 мм. Наливают 10 мл исследуемой воды из природного водоёма или водопровода, прибавляют 0,2-0,3 мл раствора сегнетовой соли и 0,2 мл реактива Несслера. Через 10-15 мин. проводят приближённое определение по шкале -таблице [5,6 ]

   б) Определение хлоридов

   В пробирку отбирают 5 мл исследуемой воды и добавляют 3 капли 10% раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению  по шкале - таблице [5,6]

    в) Определение сульфат - ионов в воде

    В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл раствора соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%  раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфатов: при отсутствии мути - концентрация сульфат - ионов менее 5 мг/л; при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько мин.-5-10 мг/л; при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария,-10-100мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат - ионов (более100мг/л).

     г) Определение нитрат – ионов

      В пробирку диаметром 13-14 мм наливают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 мл реактива Грисса и нагревают до 70-800С на водяной бане. Через 10 мин. появившуюся окраску сравнивают со шкалой  - таблицей [5,6]

     д.) Определение общего железа

      В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком - красное.

      е) Определение фенолов.

      В коническую колбу емкостью 200 мл вносят 100 мл исследуемой воды и затем добавляют раствор хлорной извести в небольшом объеме. Через 10 мин. Определяют (сначала на холоде, потом при нагревании), появился ли характерный для хлорфенолов «аптечный» запах.

3.2 Сравнение  данных исследования с результатами анализа лаборатории очистных сооружений.

3.3 Оценка экологического состояния воды в реке Луза.

-10-

4. Обсуждение результатов исследования.

     Нами был проведён органолептический и химический анализ воды из реки Лузы в районе водозабора (проба №1) и в районе л/б №2 (проба №2). Результаты анализа занесены в таблицу 4. Здесь же представлены результаты анализа воды после прохождения водоочистных сооружений и  нормативы (ПДК) к воде природных источников.

                                                                                                                                     Таблица 4.

Результаты органолептического и химического анализа воды.

        Результаты органолептического и химического анализа воды из пробы №1 соответствуют нормативам, за исключением цветности. Это свидетельствует о том, что вода в реке Луза выше по течению не имеет существенных источников загрязнения или об эффективном самоочищении воды в реке. Показатели воды пробы №2 также в основном соответствуют ПДК. Однако обнаружено превышение нормы в 10 раз концентрации ионов аммония, что может быть вызвано бытовыми стоками (канализация, стоки бань).  Активная реакция среды (pH) изменилась от слабощелочной до слабокислой, что может быть связано с повышением содержания углекислого газа в воде и уменьшением концентрации гидрокарбонат-ионов. Качество воды после прохождения водоочистных сооружений должно соответствовать нормам ПДК для хозяйственно-бытовых водоемов[ ]. Но проанализировав данные лабораторных исследований мы пришли к выводу, что концентрация ионов аммония хотя и уменьшается, но не доходит до границ ПДК. Использование методов химической очистки воды приводит к тому, что увеличивается содержание сульфатов и хлоридов, хотя их концентрация не выходит за границы нормативов.

-11-

5. Выводы и рекомендации.

            В связи с уменьшением в последние годы антропогенной нагрузки (прекращение молевого сплава, реорганизация многих предприятий) качество воды в реке Луза

соответствует требованиям и нормам, принятым для рыбохозяйственных водоемов.

Однако обнаружено превышение концентрации ионов аммония в соответствии с ПДК для питьевой воды, что свидетельствует о загрязнении бытовыми стоками. Поэтому наша гипотеза не подтвердилась и вода в реке Луза нуждается в очистке как механической, так и химической, что и осуществляется на водоочистных сооружениях г. Лузы.

        Поэтому необходимо:

1. организовать ежегодные мониторинговые исследования качества воды в реке Луза;
2.  провести комплексную оценку экологического состояния реки, включающую в себя: гидрологические исследования, изучение прибрежной растительности, определение рекреационной нагрузки на объекты в водоохраной зоне, составление экологической карты реки.

-12-