НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Соколова Наталия Александровна

средняя школа ╧ 1200, 11 класс

Научный руководитель:

Пышкина Элла Павловна

кандидат технических наук,

профессор кафедры «Экология и промышленная безопасность»

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Введение

Представляемая работа посвящена исследованию органолептических свойств питьевой воды.

Актуальность работы – обеспечение безопасности здоровья населения и благоприятных условий санитарно-бытового водоиспользования.

Цель работы – изучить изменение органолептических свойств питьевой воды г. Реутова, отобранной в различные сезоны (лето, осень, зима, весна) в разных точках отбора проб согласно схеме водоснабжения. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

·         рассмотреть технологическую схему снабжения города Реутова питьевой водой и выбрать точки отбора проб для определения органолептических свойств питьевой воды, поступающей в жилые дома;

·         изучить основные методики по определению органолептических свойств питьевой воды;

·         изучить органолептические свойства питьевой воды г. Реутова, поступающей из пункта формирования ее запасов в разные сезоны года;

·         изучить органолептические свойства питьевой воды г. Реутова в разные сезоны непосредственно в пункте потребления;

·         сопоставить органолептические свойства исходной питьевой воды и воды, отобранной в пункте потребления.

Представляемая работа выполнена автором в составе кружка Юных Экологов при ООО «Балашихинский водоканал».

Для приобретения навыков исследований автор по договоренности проходил стажировку в «Испытательной лаборатории питьевой и сточной воды» при ООО «Балашихинский водоканал».

Автор подробно познакомился с методиками, применяемыми при проведении химико-аналитических работ, самостоятельно работал на приборах, описание которых приводится в представляемом исследовании.

1. Общие вопросы исследования

1.1.Современное экологическое состояние окружающей водной среды

Современное экологическое состояние территории России можно определить как критическое. Продолжается интенсивное загрязнение природной среды. Разрабатываемые и частично реализуемые экологические государственные и региональные программы не способствуют улучшению в целом экологической обстановки.

Вода – своеобразный минерал, обеспечивающий существование живых организмов на Земле. Вода также необходима для удовлетворения хозяйственно-бытовых нужд населения и промышленности. Изучение водных ресурсов Земли в связи с непрерывным увеличением их потребления показало, что в ряде стран с развитой экономикой назрела угроза недостатка воды. Причины истощения кроются не только в неравномерном распределении водных ресурсов (запасов поверхностных и подземных вод), но и в том, что вода в результате деятельности человека загрязняется и не подвергается эффективной очистке.

В России городское и сельское хозяйственно-питьевое водоснабжение обеспечивается преимущественно за счет вод, залегающих в глубоких горизонтах. Подземная вода, заполняя поры и трещины, образует водоносные горизонты, пласты и гидрогеологические бассейны.

Из Государственного доклада «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2005 году» Государственного Комитета Российской Федерации по охране окружающей среды следует, что в Российской Федерации выявлено около 2000 очагов загрязнения подземных вод, из которых 78 % расположено в европейской части.

Причинами возникновения очагов загрязнения подземных вод является деятельность предприятий промышленности (36%) и жилищно-коммунального хозяйства (10%), а так же совместное воздействие различных объектов (9%), подтягивание некондиционных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов (12%). В остальных случаях источник загрязнения подземных вод не установлен.

Наибольшую экологическую опасность представляет загрязнение подземных вод на водозаборах питьевого водоснабжения, которое было отмечено в 90 городах и поселках, таких как Печора, Калуга, Пенза, Екатеринбург, Оренбург, Нальчик, Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре и др.

Результаты обследования централизованного водоснабжения, а также участившиеся случаи возникновения экстремальных ситуаций в связи с интенсивным загрязнением водоисточников свидетельствуют о том, что на протяжении последних 5 лет большая часть жителей страны вынуждены пользоваться недоброкачественной по гигиеническим показателям водой.

1.2. Гигиенические требования к питьевой воде

Важнейшей составной частью Российского водо-санитарного законодательства являются гигиенические нормативы – предельно-допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в питьевой воде, которые установлены в Санитарных правилах и нормах.

Требования к качеству питьевой воды централизованного водоснабжения установлены в Санитарных правилах и нормах СанПиН 2.1.4.1074-01, утвержденные Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 26.09.2001, введены в действие с 1 января 2002 года.

Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.

Качество питьевой воды должно соответствовать гигиеническим нормативам перед ее поступлением в распределительную сеть, а также в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной сети.

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение.

Токсикологические показатели качества воды характеризуют безвредность ее химического состава и включают нормативы для веществ: встречающихся в природных водах; добавляемых к воде в процессе обработки в виде реагентов; появляющихся в результате промышленного, сельскохозяйственного, бытового и иного загрязнения источников водоснабжения.

При оценке качества природных вод, подвергшимся загрязнениям, используют перечень вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования. Число вредных веществ, нормируемых в этом перечне, непрерывно увеличивается вследствие усложнения химического состава стоков загрязняющих веществ. В настоящее время число нормируемых в России вредных веществ составляет более 1300 наименований. Предельно допустимые концентрации (ПДК) отдельных химических элементов из этого перечня, приведены в таблице 1.

Приведенный перечень нормирует концентрации далеко не всех химических элементов, обнаруживаемых в загрязненных подземных водах. В этих водах современными аналитическими средствами обнаруживают весьма большое число химических элементов, при этом их максимальные концентрации могут быть чрезвычайно значительными.

Соблюдение ПДК обеспечивает безопасность здоровья населения и благоприятные условия для санитарно-бытового водоиспользования. ПДК служат критерием эффективности различных мероприятий по охране водоемов от загрязнения, а также стимулами прогресса в области промышленной технологии.

При отсутствии установленных нормативов экологами проводятся необходимые исследования для изучения степени вредности содержащихся в сточных водах веществ и обосновании для них ПДК.

Таблица 1

Обобщенные показатели содержания вредных химических веществ,

встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации

Примечания: 1) Лимитирующий признак вредности, по которому установлен норматив: «с.-т.» – санитарно-токсикологический, «орг.» – органолептический. 2) Нормативы приняты в соответствии с рекомендациями ВОЗ.

Гигиенические нормативы позволяют отличать уровни загрязнения, прямо или косвенно влияющие на санитарные условия водопользования и здоровье населения, от уровней загрязнений, затрагивающих не только интересы здравоохранения, сколько другие народнохозяйственные интересы.

Среди показателей, определяющих токсичность состава воды, многие из них окрашивают природную воду в тот или иной цвет (например, железо, марганец, органические вещества). Они вызывают неприятные запахи (сероводород, азотистые соединения, примеси органических газов), характерный привкус (магний, калий и др.) способствуют образованию мутных взвесей (соли кальция, бария, стронция и пр.).

Поэтому определение органолептических свойств является одним из основополагающих определений природных вод и проводится непосредственно после отбора пробы и не позднее, чем через несколько часов, после ее отбора.

Из сказанного следует, что проведение экологического контроля природных вод должно обязательно включать определение органолептических свойств питьевой воды, которому посвящена наша работа.

Благоприятные органолептические свойства воды определяются ее соответствием нормативам, указанным в таблице 2 (ГОСТ 3351-74), а также нормативам содержания веществ, оказывающих влияние на органолептические свойства воды, приведенным в таблице 1.

Таблица 2

Нормативы определения органолептических свойств питьевой воды

Примечание: величина, указанная в скобках, может быть установлена по постановлению главного государственного санитарного врача по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения на основании оценки санитарно-эпидемиологической обстановки в населенном пункте и применяемой технологии водоподготовки.

2. Технологическая схема снабжения города Реутова

питьевой водой

Питьевая вода г. Реутова формируется из смеси артезианской (глубинной) и поверхностной природой воды. Артезианские скважины имеют глубину 160 – 300 метров. Расход воды в Реутове 25000 – 30000 м³/сутки, расход воды на одного человека, в среднем, 320 л/сутки.

Принципиальная технологическая схема снабжения города Реутова питьевой водой представлена на рисунке 1.

Артезианская вода из скважин глубинными насосами (первого подъема) подается в блок накопительных резервуаров.

Для обеспечения города питьевой водой артезианской воды недостаточно, поэтому используется вода из поверхностных источников, предварительно прошедшая очистку на станции подготовки воды. Из блока накопительных резервуаров вода из поверхностных источников насосами подается в блок накопительных резервуаров артезианской воды, где они смешиваются в пропорции 1:3 (25 % артезианской воды + 75 % воды из поверхностных источников).

Далее насосной станцией второго подъема питьевая вода поступает в магистральную трубопроводную сеть диаметром 1200 мм, откуда насосными станциями III, IV, V подъемов (в зависимости от этажности зданий) через центральные тепловые пункты поступает к потребителю.

3. Отбор проб для определения органолептических показателей

Отбор проб производят в соответствии с ГОСТ Р 51232-98 и Р 51592-2000. Объем пробы воды не должен быть менее 500 мл, пробы воды для определения органолептических свойств воды не консервируют. Определение производится не позднее, чем через 2 ч после отбора пробы.

Количество проб, отбираемых в течение одного года, не менее:

·         для подземных источников – 4 (по сезонам года),

·         для поверхностных источников – 12 (ежемесячно).

Анализы воды выполняются в разное время года:

·         на скважинах, в резервуарах периодически 1 раз в месяц,

·         в жилых домах на разных этажах и в разных квартирах (метод случайных проб) таким образом, чтобы охватить весь жилой район,

·         в школах, детских садах, на пищевых предприятиях 1 раз в месяц.

Производственный контроль качества питьевой воды в распределительной водопроводной сети проводится по органолептическим показателям с частотой, указанной в таблице 3.

Таблица 3

Примечание: в число проб не входят обязательные контрольные пробы после ремонта и иных технических работ на распределительной сети.

Отбор проб в распределительной сети проводят из уличных водоразборных устройств на наиболее возвышенных и тупиковых ее участках, а также из кранов внутренних водопроводных сетей всех домов, имеющих подкачку и местные водонапорные баки.

При оценке качества природных вод, подвергшихся загрязнению, используют перечень вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования.

4. Основные методики определения органолептических

свойств питьевой воды

Производственный контроль качества питьевой воды в соответствии с рабочей программой осуществляется лабораториями индивидуальных предпринимателей и юридических лиц, эксплуатирующих системы водоснабжения, или по договорам с ними лабораториями других организаций, аккредитованными в установленном порядке на право выполнения исследований (испытаний) качества питьевой воды. Качество питьевой воды должно соответствовать гигиеническим нормативам перед ее поступлением в распределительную сеть, а также в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной сети.

Государственный санитарно-эпидемиологический надзор за качеством питьевой воды осуществляют органы и учреждения государственной санитарно-эпидемиологической службы в соответствии с нормативными и методическими документами Госсанэпидслужбы России в плановом порядке и по санитарно-эпидемиологическим показаниям.

Для проведения лабораторных исследований (измерений) качества питьевой воды допускаются метрологически аттестованные методики, утвержденные Госстандартом России или Минздравом России. Отбор проб воды для анализа проводят в соответствии с требованиями государственных стандартов.

4.1 Определение характера и интенсивности запаха

Характер запаха воды определяют ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов и др.) при температуре 20°С и 60°С и оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям таблицы 4.

При проведении измерения в колбу с пробкой отмеривают фиксированный объем испытуемой воды. Колбу закрывают пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями, после чего колбу открывают и определяют характер и интенсивность запаха. Определения проводят при 20°С и 60°С.

4.2 Определение характера и интенсивности вкуса и привкуса

Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами. Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20°С и оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям таблицы 5.

Характер вкуса или привкуса определяют ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и т.д.). При проведении определения испытываемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживая 3 – 5 секунд.

Таблица 4

Оценка интенсивности запаха воды

4.3 Фотометрический метод определение цветности

Цвет воды – оптическое свойство изменения спектрального состава видимого проходящего света. Цвет может быть кажущимся и истинным.

Кажущийся цвет воды – цвет, обусловленный растворенными веществами и нерастворенными взвешенными веществами. Определяют его в первоначальной пробе воды без фильтрования или центрифугирования.

Таблица 5

Оценка интенсивности вкуса и привкуса питьевой воды

Истинный цвет воды – цвет, обусловленный только растворенными веществами. Его определяют после фильтрования пробы воды через мембранный фильтр.

Цветность воды определяют фотометрически – путем сравнения проб испытуемой жидкости с растворами, имитирующими цвет природной воды.

Определение выполняют на приборе фотоэлектроколориметре (ФЭК-57, ФЭК-60) с синим светофильтром ( – 413 нм).

На приборе сначала проводят замер показаний электроколориметра для стандартной шкалы растворов, имитирующей цвет природной воды при разной концентрации окрашивающих веществ, затем измеряют саму природную воду и сравнивают окраски. Стандартный раствор готовят путем смешивания известных количеств окрашенных солей двухромовокислого калия (К₂Сг₂О₇), и сернокислого кобальта (CoSO₄×7H₂O) растворяют в подкисленной дистиллированной воде и доводят объем раствора до 1 л. Раствор соответствует цветности 500°.

Для приготовления шкалы цветности используют набор цилиндров Несслера. В каждом цилиндре смешивают приготовленный стандартный раствор в соотношении, указанном на шкале цветности (таблица 6). Раствор в каждом цилиндре соответствует определенному градусу цветности. Шкалу цветности хранят в темном месте. Через каждые 2 – 3 месяца ее заменяют.

Таблица 6

Шкала цветности питьевой воды

Полученные значения оптических плотностей и соответствующие им градусы цветности наносят на график. Затем в цилиндр Несслера отмеривают 100 мл профильтрованной исследуемой воды и визуально сравнивают со шкалой цветности, производят просмотр сверху на белом фоне. Если исследуемая проба воды имеет цветность выше 70°, пробу следует разбавить дистиллированной водой в определенном соотношении до получения окраски исследуемой воды, сравниваемой с окраской шкалы цветности. Полученный результат умножают на число, соответствующее величине разбавления.

При определении цветности с помощью электроколориметра используются кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 5 – 10 см. Оптическая плотность фильтрата исследуемой пробы воды измеряется в синей части спектра со светофильтром при  – 413 нм.

Цветность определяют по градуировочному графику и выражают в градусах цветности (рисунок 2).

4.4 Фотометрический метод определения мутности

Определение мутности производят не позднее, чем через 24 ч после отбора пробы. Мутность воды определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями.

Для проведения испытаний применяют фотоэлектроколориметр марок ФЭК-57, ФЭК-60 с зеленым светофильтром (X – 530 нм), кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 5 – 10 см.

Стандартные суспензии изготавливают из каолина (глина). Для этого каолин просеивают через шелковое сито с диаметром отверстий 0,1 мм, хорошо взбалтывают с 3 – 4 л дистиллированной воды и оставляют стоять 24 ч. Через 24 ч сифоном, не взмучивая осадка, отбирают среднюю неосветлившуюся часть жидкости. К оставшейся части вновь приливают воду, сильно взбалтывают, снова оставляют в покое на 24 ч и вновь отбирают среднюю неосветлившуюся часть. Так повторяют до тех пор, пока не накопится достаточное количество суспензии с неосаждающейся мутью в течение 3 суток. Затем удаляют жидкость над осадком, как содержащую слишком мелкие частицы.

Из полученного осадка готовят стандартную суспензию так, чтобы в 1 л ее содержалось 100 мг взвеси каолина.

Для проверки концентрации отбирают 250 мл суспензии, фильтруют через промытый беззольный фильтр, осадок промывают, высушивают и прокаливают до постоянной массы. Затем готовят эталонную шкалу, для чего приготовленную рабочую стандартную суспензию мутности взбалтывают и точно отмеренное ее количество разбавляют дистиллированной водой с нулевой мутностью.

Готовят следующие рабочие стандартные суспензии: 0; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 5,0 мг/дм³. Для приготовления стандартных суспензий можно использовать порошок трепела (SiO₂), не содержащий железа. Градуировочный график строят по стандартным рабочим суспензиям. Полученные значения оптических плотностей и соответствующие им концентрации стандартных суспензий (мг/дм³) наносят на график.

Содержание мутности в мг/дм³ определяют по градуировочному графику (рисунок 3).

5. Исследование органолептических свойств питьевой воды

Исследования органолептических свойств проводились согласно графику отбора проб по месяцам. Точки отбора проб приведены на рисунке 1. Пробы отбирались на замерном узле из артезианской скважины ╧ 1, из накопительных резервуаров питьевой воды из поверхностных источников, из блока накопительных резервуаров смеси артезианской и поверхностной воды и из жилого дома, расположенного в городе Реутов по адресу: проспект Юбилейный, д. ╧ 6. По полученным результатам составлена обобщающая таблица 7.

Из приведенной таблицы 7 следует, что на протяжении всего 2005 года органолептические показатели по питьевой воды не превышались и качество воды соответствовало требованиям Санитарных правил и норм (СанПин 2.1.4.1074-01). Относительное повышение значений цветности и мутности в воде, отобранной в жилом доме по адресу: г. Реутов, проспект Юбилейный, д. ╧ 6, может быть связано с износом и коррозией труб, но также не превышает установленных нормативов.

Таблица 7

Результаты определения органолептических свойств питьевой воды г. Реутова

ВЫВОДЫ

1. Были изучены методики определения органолептических свойств питьевой воды (запах, привкус, цветность, мутность).

2. Проведены определения органолептических свойств питьевой воды г. Реутова на различных участках технологической схемы снабжения города питьевой водой в разные погодные сезоны.

3. Доказано, что по своим органолептическим свойствам питьевая вода г. Реутова соответствует требованиям Санитарных правил и норм (СанПин 2.1.4.1074-01).

4. Относительное повышение значений цветности и мутности в воде, отобранной в жилом доме по адресу: г. Реутов, проспект Юбилейный, д. ╧ 6, может быть связано с износом и коррозией труб, но также не превышает установленных нормативов.

5. Для улучшения качества питьевой воды в квартирах рекомендуем использовать фильтры для очистки воды.

Список литературы

1.       Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Справочник инженера-эколога нефтегазодобывающей промышленности по методам анализа загрязнителей окружающей среды. – М.: Недра, 1999. – 633 c.

2.       Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. ГОСТ 3351-74.

3.       Водный кодекс Российской Федерации (1995).

4.       Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПин 2.1.4.1074-01. Минздрав России. Москва, 2002.

5.       Гонопольский А.М.. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Инженерная защита окружающих территорий мегаполиса: Учебное пособие. – М.: МГУИЭ, 2004. – 368 с.

6.       Калицун В.И., Кедров В.С., Ласков Ю.М. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учебное пособие. – М.: Стройиздат, 2004.

7.       О состоянии окружающей природной Среды Российской Федерации в 2005 году. Государственный доклад Государственного комитета РФ по охране окружающей cреды. – М., 2005. – 559 с.

8.       Охрана окружающей среды / Под редакцией С.В.Белова. – М.: Высшая школа, 1991.

9.       Фрог Б.Н. Водоподготовка. – М.: МГУ, 2003. – 680 с.

10.    Шандала М.Г, Костовецкий Я.И, Булгаков В.В. Охрана и оздоровление окружающей среды в условиях научно-технической революции. – Киев: Здоровье, 1982.