Исследование основных химических показателей в родниковой воде г. Тулы

На сегодняшний день одной из проблем современного общества является обеспечение населения качественными водными ресурсами. Потребление пресной воды в мире растёт с увеличением нашей цивилизации. Вода необходима не только для обеспечения хозяйственных нужд, но и для поддержания самой жизни, её процветания и продолжения. В связи с этим доступность и качество водных ресурсов является одной из приоритетных задач любого современного государства.

Вода входит в состав всех биологических жидкостей организма, а также является растворителем для многих веществ. Даже небольшое обезвоживание в течении одного дня, негативно влияет на гомеостаз и все жизненные функции человека. В среднем каждый из нас должен потреблять 1,5-2 л воды в день [1].

В наше время в связи с наличием нескольких заводов и активного расширения городских границ на территории Тульской области сложилась непростая экологическая обстановка, что влияет на многие аспекты жизнедеятельности. Тульские родники являются одной из «мишеней» действия загрязнителей. Органолептические показатели качества воды не всегда отражают реальное положение дел, поэтому необходим постоянный мониторинг её состава с использованием химических и физико-химических методов.  

На территорию Тульской области загрязнения привносятся не только крупным предприятиями, но и активной жизнедеятельностью людей, а также за счет увеличения границ города в целом. При этом первостепенной мишенью этих загрязнителей являются почвы. Несмотря на то, что они обладают достаточными буферными свойствами, эти пределы не бесконечны. Постоянное аккумулирование токсикантов приводит к её деградации, а также оказывает негативное влияние на другие части экосистемы. К последствиям засорения почв можно отнести изменения в биоте и загрязнения подземных водных источников. Таким, например, во время таяния снегов или после обильных дождей токсиканты, переходят в подземные воды родников, тем самым изменяя и дополняя состав последних не в лучшую сторону.

В связи с этим, исследования родников Тульской области имеют два основных направления: непосредственный анализ самого водного объекта с одной стороны и рассмотрение степени загрязнения почв региона с другой. Эта проблема остаётся актуальной не только для г. Тулы, но и других регионов, подверженных высокому антропогенному воздействию.

В связи с широким потреблением родниковой воды населением Тульской области, как в пищевых, так и бытовых целях, приоритетной задачей является её химической исследование на протяжении всех сезонов года. В связи с этим мы попытались провести собственный химический анализ проб воды из 5 источников, находящихся в разных частях города.

Объектами исследования стали пробы подземной воды, взятой из трёх источников, которые находятся на территории города Тулы, а также одного родника, расположенного в посёлке Скуратово-Западный (г. Тулы) и родника, который находится на территории поселка Косая Гора (г. Тулы):

Проба №1. Родник «Школьный» г. Тулы.

Месторасположение: ул. Комарова 49-а, г. Тулы. Примерные координаты: 54,198236 с.ш. 37,677982 в.д.

Удобство подхода: «5» Жителям близлежащих домов легко добраться пешком по асфальтированным дорожкам. Есть возможность подъехать на собственном транспорте. Напор сильный.

Проба №2. Родник в Платоновском парке г. Тулы.

Месторасположение: улица Генерала Маргелова 120-а, г. Тулы. Примерные координаты: 54.153341 с. ш.  37.577924 в. д.

Удобство подхода: «5» Удобные дорожки и вымощенные камнем порожки ведут от входа, углубляясь вниз, в парк, по которым можно легко спуститься прямо к ручью.  Напор сильный.  

Проба №3. Родник «Косогорский Железнодорожный» п/о Косая Гора, г. Тулы.

Месторасположение: находится рядом с железной дорогой, на границе с ул. Кирова (поселка Косая Гора), недалеко от которой   протекает река Воронка.

Примерные координаты: 54,121585 с. ш. 37,564874 в. д.

Удобство подхода: «3» неудобства вызваны тем, что на личном транспорте подъехать особенно близко не получится, а пешком идти придётся по железной дороге, что не совсем удобно и небезопасно. А, если пеший маршрут проложить через ул. Кирова, то будет относительно безопасно (т.к. места там глухие), зато будет длиннее. Напор уже много десятков лет (с 1970-х годов) очень маленький.

Проба №4. Родник «Богородицкого Понтелеимоновского Щегловского монастыря» г. Тулы.

Месторасположение: ул. Л. Чайкиной, 1 г. Тулы, расположен на небольшом расстоянии от стен монастыря. Примерные координаты: 54°12′43″ с. ш. 37°40′35″ в. д.

Удобство подхода: «5» Дорога ведёт прямо к ручью. Легко добраться на транспортном средстве. Напор сильный.

        Проба №5. Родник «Горняк» п/о Скуратово Западный г. Тулы.

Месторасположение: вблизи ул. Киреевской поселка Скуратово г. Тулы по Щекинскому шоссе. Примерные координаты: 54,117165 с. ш. 37,576454 в.д.

Удобство подхода: можно сказать, что идеальные.  Добраться до него не составит труда пешком, и на транспортном средстве очень удобно. Находится в нескольких шагах от трассы, стоит лишь немного пройти от шоссе направо и вниз (там сильный наклон), тогда можно оказаться рядом с источником. Напор сильный.

В литературных источниках большое внимание уделяется избыточному содержанию железа, а также высокой жёсткости в водах региона, поэтому эти показатели были выбраны в качестве основных показателей качества. Кроме этого, в ходе исследований были определены такие показатели, как сухой остаток, щёлочность, перманганатная окисляемость, pH, количественное содержание кислорода, хлоридов и йода с использованием соответствующих методик.

Таблица 1.

Результаты измерения жёсткости, единицы измерения мг-экв/л 

Как показал анализ (таблица 1), пробы 1, 2 и 4 не соответствуют минимальному  ПДК,  которое для жёсткости составляет 7 мг-экв/л, а в пробе №4 наблюдаются явные превышения, не спадающие с течением времени, при этом вода из проб №3 и 4 почти не подвержена изменениям с марта по июнь.

Наибольшие значения по этому показателю были отмечены в летний сезон, т.к. в связи с повышением температуры, вода легче испаряется, следовательно, увеличивается процентное содержание карбонатов и гидрокарбонатов, т.е. жёсткость увеличивается.

Анализ образцов воды на общее содержание железа проводили фотоколориметрическим методом, измеряя оптическую плотность окрашенных в розовый цвет рабочих растворов разной интенсивности при помощи ФЭК. Сущность метода заключалась в образовании окрашенного комплекса при взаимодействии ионов железа с сульфосалициловой кислотой в щелочной среде. Измерения проводили при длине волны 400 нм.

В результате проведенных исследований было установлено, концентрация железа во всех пробах воды значительно превышает допустимый ПДК (содержание Fe3+ в пределах от 1,10 до 1,70 мг/л) в пробах, что характерно для природных источников Тульской области. Таяние снега и дождевые осадки вымывают железо из почв, а так как лето 2021 характеризовалось превышением температур до +35 °С и почти полным отсутствием дождей, концентрация железа в исследуемых родниках сократилась.

Содержание сухого остатка в образцах воды определяли гравиметрическим методом.

В ходе исследований было установлено, что сезонной динамики содержания сухого остатка в образцах источников 2 и 3 не наблюдалось (содержание сухого остатка оставалось всего периода весна-лето-осень на одном уровне 99,9 и 200 мг/дм3, соответственно).

Щелочность во всех образцах воды определяли титриметрическим методом метиловым оранжевым в качестве индикатора.

Метод основан на изменении окраски индикатора при переходе из одной среды в другую. Изначальная окраска метилового оранжевого обуславливается наличием ионов кальция и магния, что создаёт щелочную среду, которая меняется в процессе титрования соляной кислотой на кислую.

Во всех пробах щёлочность находится в номе и не превышает ПДК. В четырёх родниках наблюдается снижение показателя к летнему сезону.

Определение перманганатной окисляемости проводили по ГОСТ Р 55684-2013 (ИСО 8467:1993) Вода питьевая. Метод определения перманганатной окисляемости.

Перманганатная окисляемость показывает количество кислорода, необходимого для окисления входящих в состав воды органических веществ. Перманганатную окисляемость нельзя рассматривать как меру общего содержания органических веществ, так как многие органические соединения в этом случае окисляются лишь частично.

Перманганатная окисляемость во всех исследуемых образцах не превышает допустимого значения (ПДК не более 7 мг/дм3). Однако, в летний период в образцах воды 1, 3 и 4 наблюдалось незначительное увеличение данного показателя, а в образцах воды источников 2 и 5 – наоборот, значительное снижение его.

Определение содержания кислорода проводили методом, который основан на окислении двухвалентного марганца до четырёхвалентного, который далее вытесняет йод из йодида калия в количестве равном содержанию кислорода в воде. Полученные экспериментальные данные представлены на рисунке 1:

Рис. 1. Изменение содержания кислорода в источниках 1-5 с марта по октябрь

Будучи показателем загрязнённости водоёма органическими остатками, снижение значения перманганатной окисляемости к летнему сезону в трёх образцах свидетельствует об улучшении их состояния.

Также во всех образцах исследуемых источников определяли рН. Данный показатель во всех пробах и на протяжении периода с марта по октябрь изменяется в пределах от 6,70 до 8,06, увеличиваясь к концу октября, но при этом остается в пределах значения ПДК (рН=6-9).

Соответствующими качественными реакциями во всех образцах были обнаружены хлориды, сульфаты, нитраты. После этого данные показатели были определены количественно. Кроме этого, во всех образцах были также определены содержание фторидов, тяжелых металлов (марганец, цинк и медь)

В результате полученных исследований удалось выяснить динамику основных химических показателей. Таким образом, можно дать следующие рекомендации для каждого источника: воду из 1, 2 и 5 пробы лучше пить летом, из 3-го – весной, из 4-го – летом, из 5-го – весной и осенью равноценно.

В соответствии с ГОСТ Р 54316-2011:

• По минерализации все источники относятся к пресным (значения минерализации до 1 г/дм3)
• Назначение: столовые, лечебно-столовые, лечебные.