Доклад на тему «Мониторинг питьевой воды города Сургута на наличие ионов железа»

Автор:

Макайда Юлия Дмитриевна

Мониторинг питьевой воды города Сургута на наличие ионов железа.

Научный руководитель: Косуха Марина Валентиновна,

учитель химии

Россия, г.Сургут, муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 6

11А класс, секция химия и биология

2012 год

Мониторинг питьевой воды города Сургута на наличие ионов железа.

Краткая аннотация.

Работа посвящена изучению качества питьевой воды в г. Сургуте. Для этого выбрана тема «Мониторинг питьевой воды города Сургута на наличие ионов железа».

В процессе работы проводились отборы воды в 3 районах г.Сургута, мониторинг изменения качества воды, параллельно рассматривалось влияние избыточной концентрации ионов железа на живые организмы на примере водорослей (элодея), дрожжей, ампулярий.

При написании работы был использован метод научного анализа, сравнения и синтеза, социологический опрос, активное сотрудничество с химической лабораторией «СГМУП Городские Тепловые Сети».

Собранный материал имеет большое практическое значение, т.к. дает возможность организации, отвечающей за чистоту питьевой воды в городе, проследить причины повышения в ней концентрации ионов железа.

Содержание
Введение -------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
Глава I. Теоретическая часть
1. Наличие содержания железа в питьевой воде на территории г. Сургута.-----------------5
2. Действие избыточного количества железа на организм человека. -------------------------5
3. Формы существования железа в железосодержащих природных водах .----------------10
Глава II. Экспериментальная часть
1. Методика подготовки реактивов к проведению анализа воды.----------------------------12

2. Отбор проб в школах г. Сургута.-----------------------------------------------------------------13

3. Экспериментальное измерение массовой концентрации общего железа воды в школах

г. Сургута ---------------------------------------------------------------------------------------------13

4. Экспериментальное наблюдение за живыми организмами в качестве исследования влияния избытка железа в воде на организм. -----------------------------------------------------13
Выводы. --------------------------------------------------------------------------------------------------15
Литература.---------------------------------------------------------------------------------------- -----18
Приложения.--------------------------------------------------------------------------------------------20

Введение

Актуальность данной исследовательской работы в том, что одной из главных экологических проблем человечества является качество питьевой воды, которая напрямую связана с состоянием здоровья населения, экологической чистотой продуктов питания, с разрешением проблем медицинского и социального характера. Питьевая вода - важнейший фактор здоровья человека. Практически все ее источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности.

Длительное употребление воды с содержанием железа более 0,3 мг/л приводит к заболеваниям печени, увеличивает риск инфарктов, негативно влияет на центральную нервную систему и репродуктивную функцию организма. (3)

Повышенное содержание железа придает воде буроватую окраску, неприятный вкус, запах, вызывает зарастание водопроводных сетей, является причиной брака в текстильной, пищевой, бумажной и косметической отраслях промышленности.
Целевая программа Югры "Чистая вода" направлена на обеспечения жителей округа чистой питьевой водой, защиту природной воды от загрязняющих веществ (в том числе при сбросе бытовых сточных вод), повышение надежности систем водоснабжения и водоотведения, а также на модернизацию и реконструкцию существующих сооружений по очистке питьевой воды и стоков. В программе, в первую очередь, учтены мероприятия по доведению качественной питьевой воды до дошкольных учреждений, школ. (18)

Город Сургут относится к территории с достаточной обеспеченностью водными ресурсами. Стремление повысить санитарную надежность водоснабжения способствовало интенсивному использованию подземных вод на территории данного региона, которые не в полной мере соответствуют гигиеническим нормативам, так например, высокими концентрациями железа, имеют высокую цветность.

Водный фактор имеет свои особенности и механизмы воздействия на здоровье населения, проследить которые достаточно сложно. В настоящее время методы оценки качества питьевой воды в значительной мере сводятся к механическому сопоставлению уровня фактического содержания различных ингредиентов с их нормативами, что не всегда адекватно отражает биологические закономерности их влияния на живые организмы и организм человека. (13)

Эти обстоятельства делают крайне актуальными изучение питьевого водопользования на основе мониторинга качества питьевой воды в конкретных водопроводных системах.

Решению этих задач и посвящена настоящая работа по мониторингу качества воды на примере трех школ г.Сургута.

Цель работы:

Мониторинг качества питьевой воды на наличие избытка ионов железа и изучение его влияние на организм человека в разных районах города на примере школ, как наиболее значимых объектов.

Задачи:

1.Определить условия формирования качества воды подземных источников централизованного питьевого водоснабжения в условиях интенсивного развития нефтедобывающей промышленности ХМАО.

2. Определить нормы качества питьевой воды на наличие ионов железа в Сургуте.

3. Дать оценку факторам, влияющим на изменение состава питьевой воды в

г. Сургуте.

4. Провести химический анализ воды в запланированных районах города.

5. Оценить риск для здоровья населения г. Сургута обусловленный водным фактором.

6.Разработать профилактические рекомендации по оптимизации питьевого водоснабжения г. Сургута.

1. Наличие содержания железа в питьевой воде на территории г. Сургута

1. Объект исследования:

Проблемы по обеспечению населения водой нормативного качества в районах с экстремальными для жизни человека условиями внешней среды, к таким районам относится Ханты-Мансийский автономный округ (ХМАО), особенно актуальны и требуют детального изучения. Возросшая антропогенная нагрузка на водные объекты разных масштабов требует принятия комплекса научно-организационных мер.(13)

Для более конкретного изучения питьевой воды на наличие избытка ионов железа проведен мониторинг в трех разных районах города - 25 микрорайон (МБОУ СОШ № 45, пр. Взлетный 6), район НГДУ (МБОУ СОШ № 6, ул. Энтузиастов 49), район ЖД вокзала (МБОУ СОШ № 20, ул. Толстого 20а).

Прежде, чем приступить к отбору воды и анализу, был подробно изучен ГОСТ 4011-72 «Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа». Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и устанавливает колориметрические методы измерения массовой концентрации общего железа. ПДК железа в воде 0,3 мг/л. (8)

Определена главная проблема - параллельный мониторинг по вышеперечисленным школам, анализ влияния на изменение железа в воде времени года, профилактических работ ГТС и ГВК, веерного отключения воды в городе, а также влияние избытка ионов железа на живые организмы.

Изучена методика определения ионов железа в лабораторных условиях с помощью сульфосалициловой кислоты (8). Хочется подчеркнуть, что подобные эксперименты в рамках школьного курса не проводятся.

Над проблемой мы работаем с апреля 2010 года. Регулярно проводятся отборы воды 2 раза в месяц в 3 районах г. Сургута в вышеперечисленных школах и 1 раз в неделю в нашей школе.

После отбора проб вода пригодна для анализа в течение часа, в дальнейшем происходит дополнительное окисление железа кислородом воздуха и результаты могут быть ошибочными.

Проведение химического анализа воды проводится в химической лаборатории на базе нашей школы, т.к. школа имеет для этого все необходимое оснащение - вытяжной шкаф, реактивы, химическую посуду.

Для определения массовой концентрации железа в растворе после проведения химического анализа необходим фотоколориметр любого типа с фиолетовым светофильтром. Хочется подчеркнуть, что его нам предоставила на время проведения эксперимента химическая лаборатория «СГМУП ГТС».

Для определения точности наших измерений проведено параллельное сравнение результатов анализов, полученных нами, с результатами плановых анализов, проводимых в лаборатории «Городских Тепловых Сетей».

Кроме мониторинга воды в школах параллельно проводился эксперимент - наблюдение за организмом водорослей, дрожжей и ампулярий в качестве исследования влияния избытка железа в воде на классы простейших растений, грибы и моллюски.

2. Действие избыточного количества железа на организм человека

До настоящего времени методология оценки риска для здоровья населения не используется для гигиенической диагностики факторов окружающей среды на здоровье населения. Аккредитация на проведение работ по оценке риска ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в ХМАО-Югре» запланирована на II квартал 2012 года, пилотный проект будет выполнен на базе города Сургута - в качестве пилотной работы запланирована работа по оценке риска для здоровье населения от питьевого водоснабжения. Так, согласно эпидемиологических исследований качества воды атлымского водоносного горизонта, (использующегося для питьевого водоснабжения города), а также литературных данных, высокие уровни железа (1-1,5 мг/м³) ведут к появлению отдельных симптомов - кожного зуда, сыпи, что влияет на общее качество жизни населения. (17)

Для определения взаимосвязи между качеством окружающей среды и состоянием здоровья населения необходим доступ к персонифицированной базе данных поликлиник города, содержащих такие сведения, как адрес проживания каждого пациента, возраст, пол, диагнозы основные и сопутствующие, место работы и т.п.

Поэтому влияние на организм человека изучалось с помощью литературных источников.Прописная истина гласит - «человек состоит из воды».

Мозг взрослого человека состоит из воды на 74,5%, кровь - на 83%, в мышцах воды 75,8%, в костях - 22%. Человеческий зародыш - сплошная вода: в трехдневном эмбрионе ее 97%, в трехмесячном - 91%, а в восьмимесячном - 81%. Важность воды для человека трудно переоценить - если без пищи человек может прожить достаточно долго, а голодание и по сей день многие считают лучшей из диет, то дегидратация (потеря организмом воды) нарушает деятельность сердечно-сосудистой системы, клеточный метаболизм и терморегуляцию, причем быстро и надежно. (19) Потеря всего 3% воды организмом лишает человека возможности бегать, 5% - лишает возможности переносить существенные физические нагрузки, а потеря организмом 10% воды представляет опасность для жизни.

При этом среднестатистический человек только при дыхании теряет за сутки 0,32 литра воды. Всего в сутки (в умеренном климате) человеческое тело выделяет около 2,5 литров воды. Это 10 стаканов! А в жарком климате и при физической нагрузке выделение влаги может достигать 4,5-5 литров в сутки. Соответствующие потери организмом воды должны быть компенсированы ее поступлением извне. (14) Собственно, в «поступлении извне» и кроются многие проблемы. Однако эти самые ценные ресурсы, увы, уже не обладают высоким качеством.

Как известно, количество воды на Земле неизменно, меняются только ее состав. Так, у воды, выпавшей на сушу в виде дождя, есть два пути: в первом варианте она, собираясь в ручьи и реки, попадает в озера и водохранилища, так называемые поверхностные источники водозабора, во втором вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Собственно, поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения.

Оба вида воды имеют свои проблемы. Качество поверхностной воды из открытого источника зависит от количества и частоты осадков, и, разумеется, от экологической ситуации в регионе. Выпадающие осадки несут с собой определенное количество нерастворенных частиц (пыль, вулканический пепел, пыльца растений, бактерии, грибковые споры и более крупные микроорганизмы). Из океана в дождевые воды при испарении поступают ионы натрия, магния, кальция и калия, а также хлорид- и сульфат- ионы, ионы железа.

Промышленные выбросы в атмосферу добавляют в «коктейль» органические растворители и оксиды азота и серы (кстати, это и есть основная причина выпадения «кислотных дождей»).(6) Как видно из сказанного, вода давно уже не является просто водой. Подчас в ней растворены чуть ли не все элементы периодической таблицы Менделеева. Разумеется, употребление такой воды влечет за собой множество разнообразных проблем. Достигая определенной концентрации в организме, железо начинает свое губительное воздействие, вызывая отравления. Кроме того, что сами ионы железа отравляют организм человека, они еще и чисто механически засоряют его - например, оседают на стенках тончайших систем организма и засоряют почечные каналы, каналы печени, таким образом снижая фильтрационную способность этих органов. Соответственно, это приводит к накоплению токсинов и продуктов жизнедеятельности клеток нашего организма, самоинтоксикации, так как печень отвечает за обезвреживание различных чужеродных веществ, попадающих в наш организм, в том числе и токсинов, и продуктов жизнедеятельности организма, а почки - за их выведение.(7) В организме человека железо входит в состав мышечной, костной ткани и крови, ежедневный прием с пищей от 6 до 40 мг. Железо - важнейший из жизненно необходимых микроэлементов, главная роль которого - обеспечение организма кислородом (96% железа находится в крови), участие во многих окислительно-восстановительных реакциях организма. (5) Железо - давно известное средство от малокровия. Этот элемент является важнейшим компонентом гемоглобина - вещества крови, переносящего кислород ко всем клеткам тела. Однако как питательное вещество железо является палкой о двух концах. Слишком много полезного может быть очень вредным. Эти слова с полным правом можно сказать о железе: попав в организм, оно оказывается в «безвыходном» положении. Основная часть железа не выводится и не расходуется, а используется организмом повторно. С мочой, потом, отмершими клетками кожи выводится лишь незначительное количество железа. Теряется железо и при некоторых болезнях, в основном за счет кровотечений.(10) При хронической перегрузке организма железом происходит его отложение в тканях, которое носит очаговый или генерализованный характер (гемосидероз). Если общее содержание железа в организме превышает 15 г, то поражаются внутренние органы. Такое состояние называется гемохроматозом. Избыток железа в воде вносит свой вклад в развитие многих заболеваний. Этот элемент способен накапливаться до токсической концентрации в органах и тканях, включая суставы, печень, эндокринные железы и сердце. Железо может создавать питательную среду для роста вредных микроорганизмов и клеток злокачественных опухолей, а также дополнительно стимулировать канцерогенное действие свободных радикалов. Высокие концентрации железа обнаруживаются в мозге людей, страдающих болезнью Паркинсона. Избыток железа нарушает функцию центральной нервной системы, усугубляя психические расстройства. (10) Слишком большое количество железа в организме пожилых мужчин и женщин способствует накоплению свободных радикалов, может ускорить развитие общего старения. Поэтому взрослым мужчинам и женщинам после наступления у них климакса препараты железа следует принимать крайне осторожно, только при наличии соответствующих показаний. Железо стимулирует окисление «плохого» холестерина, что обусловливает прогрессирование атеросклероза, и вторично - ишемической болезни сердца. Гемохроматоз обычно развивается в среднем и старшем возрасте. При этом заболевании возникает бронзовая окраска кожи, развивается цирроз печени, сахарный диабет, поражается сердце. Последнее проявляется кардиомегалией, сердечной недостаточностью, аритмией, нарушением проводимости. Часто отмечаются гормональные нарушения - гипофизарная недостаточность, атрофия яичек с утратой либидо. Могут возникнуть боли в животе, артриты и хондрокальциноз. (4) При длительном употреблении внутрь воды с содержанием железа выше нормы человек рискует приобрести различные заболевания печени, крови, аллергические реакции, нарушения репродуктивной функции. По группе химических веществ, регламентированных по органолептическому признаку вредности ЖЕЛЕЗО: избыток железа (ГОСТ 4011) вызывает болезни крови, печени и подкожной клетчатки и такие нозологические формы как анемия. (1) Помимо всего прочего, в теле здорового человека постоянно присутствует 4-5 граммов железа. Примерно 70% этого количества требуется для насыщения гемоглобина, запакованного в эритроцитах, 5-10% железа приходится на миоглобин, который участвует в передаче кислорода и углекислого газа в мышцах, 20-25% находятся в резерве, преимущественно в печени. Около 0,1% всего железа связано с белком трансферрином в плазме крови.

Если железо слишком много, это может привести к раку. Дело в том, что повышенное содержание железа усиливает действие трех важных факторов риска возникновения рака молочной железы - гормона эстрадиола, этанола и ионизирующей радиации. (12) Повышенный уровень железа в волосах детей обычно ассоциируется с повышенной возбудимостью ЦНС, часто - агрессивностью, нарушением концентрации внимания.
У взрослых избыточное накопление в организме железа обычно встречается при хронических заболеваниях печени (в том числе алкогольного происхождения), хроническом гастродуодените с повышенной кислотностью, язвенной болезни, повышенной возбудимости ЦНС, сахарном диабете, артритах. Крайнее проявление избытка железа - гемохроматоз (заболевание, при котором поражается система кроветворения, печень и селезенка). (2)

По последним исследованиям ученых (2) о суточной необходимости железа для полноценного развития организма, необходимо: для взрослых - 10-15 мг, для детей - 7,0.

Несомненно, время внесет коррективы в современные представления о числе и биологической роли определенных химических элементов в организме человека. В данной работе мы будем исходить из того, что уже достоверно известно. (16)

Непонимание важности проблемы передозировки железа и связанной с ней необходимости обезжелезивания воды приводит к появлению в СМИ публикаций, вводящих в заблуждение широкие слои населения. Например, рекламируется польза «железной» воды и рекомендуется постоянно употреблять ее без какой-либо очистки. Вряд ли население ощутит пользу от использования воды с избыточным содержанием железа, а вред здоровью от постоянного употребления такой воды может быть очень большим.

3. Формы существования железа в железосодержащих природных водах

Река Обь является основным водотоком города. Однако, поверхностные воды не пригодны для питьевого водоснабжения (большая мутность, высокая цветность, большое содержание нефтепродуктов и т.д.). Вода р.Обь и ее притоков может использоваться только для промышленного водоснабжения.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются подземные воды. Утвержденные запасы подземных вод по Сургутскому месторождению составит 209,7 тыс.м³/сут., что при норме водоснабжения 300 л/сут. на 1 человека позволит обеспечить питьевой водой до 700 тыс. человек. Таким образом, город обеспечен хозяйственно-питьевой водой в современных условиях и на перспективу. Остановимся на подробном изучении содержаниия железа в питьевой воде в нашем городе.(21)

По распространенности в земной коре (4,65%) железо занимает четвертое место, уступая лишь кислороду, кремнию, алюминию. В горных породах и почвах его считают микроэлементом. Основным источником соединений железа в поверхностых водах являются процессы выветривания горных пород. По своей значимости для растений и животных железо занимает промежуточное положение между макро- и микроэлементами. Поведение железа в окружающей среде определяется его способностью легко изменять степень окисления и образовывать химические связи с кислородом, серой и углеродом. Значительные количества железа попадают в поверхностные воды с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, текстильной, лакокрасочной промышленности, а также увеличению подвижности железа способствуют антропогенные факторы: кислотные дожди, внесение подкисляющих почву удобрений и избыток органических удобрений.

Подземные воды пресные, с минерализацией 0,2-0,4 мг/л, содержание железа в воде составляет 0,5-2,4 мг/л, что приводит к необходимости проводить обезжелезивание воды на напорных фильтрах с кварцевым песком. (15) Главными источниками соединений железа в природных водах являются процессы химического выветривания и растворения горных пород.

Железо реагирует с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами, образуя сложный комплекс соединений, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

В питьевой воде железо может присутствовать также вследствие применения на муниципальных станциях очистки воды железосодержащих коагулянтов, либо из-за коррозии "черных" (изготовленных из чугуна или стали) водопроводных труб.(20)
Содержание железа в поверхностных пресных водах составляет десятые доли миллиграмма. Основной его формой в поверхностных водах являются комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом с солями гуминовых кислот - гуматами. Поэтому повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах (единицы миллиграммов), где концентрация гумусовых веществ достаточно велика. При рН = 8.0 основной формой железа в воде является гидрат оксида железа Fe(OH)₃, находящийся во взвешенной коллоидной форме.

Наибольшие же концентрации железа (до нескольких десятков миллиграмм в 1 дм³) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН и с низким содержанием , а в районах залегания сульфатных руд и зонах молодого вулканизма концентрации железа могут достигать даже сотен миллиграммов в 1 литре воды. В подземных водах железо присутствует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное железо при определенных условиях также может присутствовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых органических комплексов. (4) Содержащая железо вода (особенно подземная) сначала прозрачна и чиста на вид.

Однако даже при непродолжительном контакте с кислородом воздуха железо окисляется, придавая воде желтовато-бурую окраску. Уже при концентрациях железа выше 0.3 мг/л такая вода способна вызвать появление ржавых потеков на сантехнике и пятен на белье при стирке.

При содержании железа выше 1 мг/л вода становится мутной, окрашивается в желто-бурый цвет, у нее ощущается характерный металлический привкус. Все это делает такую воду практически неприемлемой как для технического, так и для питьевого применения. По органолептическим признакам предел содержания железа в воде практически повсеместно установлен на уровне 0.3 мг/л (а по нормам ЕС даже 0.2 мг/л). Здесь необходимо подчеркнуть, что это ограничение именно по органолептическим соображениям. По показаниям вредности для здоровья такой параметр не установлен. (11)

Глава II. Экспериментальная часть

1. Методика подготовки реактивов к проведению анализа воды

Методы исследования: ГОСТ 4011-72 Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа. Измерение массовой концентрации общего железа с сульфосалициловой кислотой.

Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и устанавливает колориметрические методы измерения массовой концентрации общего железа.

Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты

20 г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью 100 см³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

Приготовление раствора хлористого аммония молярной концентрации 2 моль/дм³

107 г NH ₄ Cl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой во­дой до метки.

Приготовление раствора аммиака (1:1)

100 см³ 25 %-ного раствора аммиака приливают к 100 см³ дистиллированной воды и перемешивают.

Поправочный коэффициент (К=0.006/0,201) с учетом качества нашей дистиллированной воды и особенности фотоколориметра (ФЭК), нам рассчитали в лаборатории «СМГУП ГТС», т.к. для его расчета необходима специальная программа. (Приложение 1)

2. Отбор проб в школах г. Сургута

В последние годы, из-за недофинансирования в сфере коммунального хозяйства, происходит опережающий износ существующих сооружений водоподготовки и систем подачи и распределения воды - объем восстановления и обновления трубопроводов составляет 10-12% от реальных потребностей, что ведет к нарастанию протяженности полностью изношенных труб и росту аварийности.

При этом, порядка 20-30% населения использует индивидуальные фильтры, либо бутилированную воду, либо привозит воду для питьевых целей из имеющихся нецентрализованных источников (родники, колодцы и т.д.). Может возникнуть вопрос - почему мониторинг именно в школах? Потому, что современный школьник испытывает колоссальные физические и умственные перегрузки. Качественная питьевая вода является незаменимым помощником для восстановления сил и развития умственных способностей ребенка.
Многочисленные исследования, проведенные в России, показали, что работа мозга напрямую зависит от воды. Это и неудивительно: ведь клетки мозга состоят из воды на 85 процентов.(13) Стоит им недополучить ее, и их работоспособность снижается. Поэтому, если ребенок выглядит вялым и не работает на уроке в полную силу, возможно ему просто не хватает качественной воды.

Для реализации программы были выделены три источника мониторинга: город разделен на три района - 25микрорайон, НГДУ и ЖД вокзал, соответственно - МБОУ СОШ № 45, МБОУ СОШ № 6, МБОУ СОШ № 20.

Регулярно, 2 раза в месяц проводился в этих школах отбор проб питьевой воды в период с апреля 2011 года и с сентября по октябрь 2011 года.

В программе проведен сравнительный анализ воды по школам и изменения качественного состава воды. В процессе работы над программой причины изменения наличия железа в воде будут уточнены.

Вода отбиралась в день проведения анализа. Поэтому не было необходимости ее консервировать и хранить в холодильнике. Это дает более точный результат и меньшую погрешность при анализе, т.к. воздухе ионы железа окисляются, меняется цвет воды и результат искажается. (Приложение 2)

3. Экспериментальное измерение массовой концентрации общего железа воды в школах г. Сургута

Проведение анализа (Приложение 3)

За окончательный результат (Приложение 4) анализа принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных измерений, допус­тимое расхождение между которыми не должно превышать 25 % при массовой концентрации железа на уровне предельно допусти­мой. Результат округляют до двух значащих цифр, мг/дм³

4. Экспериментальное наблюдение за организмом водорослей (элодеи), дрожжей, ампулярий качестве исследования влияния избытка железа в воде на живые организмы

Чтобы изучить влияние на живые организмы избытка железа в воде, мы параллельно с мониторингом воды провели эксперимент. В качестве подопытных организмов были взяты водоросли, как представители низших растений, дрожжи - представители класса грибов, ампулярии - моллюски. (Приложение5)

Для каждой группы организмов были созданы следующие условия:

1. Обычная вода из-под крана.

2. Вода с превышением ионов железа до 0.6 (выше нормы в 2 раза)

3. Бутилированная вода из магазина.

В течение 2 месяцев (сентябрь-октябрь 2011г.) проводилось наблюдение за изменением в активности и жизнедеятельности вышеперечисленных организмов. В работе была оказана консультативная помощь учителем биологии МБОУ СОШ № 6, который является аспирантом СуРГУ, Переваловым Сергеем Валерьевичем.

Результаты наблюдений эксперимента: 1. В питьевой воде из-под крана (железа 0,15 мг/дм³) и в бутилированной воде из магазина (железа 0.9 мг/дм³) живые организмы, а именно - дрожжи, элодея и ампулярии развивались практически одинаково, данные условия явились оптимальными для развития вышеперечисленных организмов, т.к. наличие ионов железа в этих образцах воды в пределах нормы. 2. В образце воды, где наличие ионов железа равно 0,6 мг/дм³ и превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию) первые погибли ампулярии, как более высокоорганизованные организмы из взятых нами для эксперимента, затем элодея. Дрожжи в последнем образце воды развиваться не стали совсем и вскоре погибли.

Исходя из наблюдений можно прийти к выводу, что наличие ионов железа в воде, превышающее нормы питьевой воды (0.3 мг/дм³ ), значительно влияет не только на организм человека, что было доказано с использованием научных источников, но и отрицательно сказывается на жизнедеятельности таких живых организмов, как водоросли, дрожжи, ампулярии.

Прикладная ценность полученных результатов: Работа является прикладной, т.к в ее процессе была изучена теория, выдвинута гипотеза о наличии железа в воде, проведено практическое ее исследование, мониторинг по трем школам, изучено влияние на живые организмы избытка ионов железа в воде. На основе столь подробного изучения сделаны выводы, как решается проблема с питьевой водой сегодня в нашем городе. Соответствующие законы о питьевой воде не приняты до сих пор. Традиционная система водоподготовки не улучшает качества питьевой воды. Система очистки и водоподготовки не устраняет из забираемой воды элементов техногенного происхождения: железа. Мы уже привыкли к тому, что чистая вода поступает в изобилии и никогда не заканчивается. Для этого муниципальные власти проводят колоссальную работу по очистке громадного количества воды, поступающей в наши дома. Тем не менее, сейчас многие жители не доверяют воде, которая течет из водопроводных кранов. А также сомневаются в чистоте воды из пробуренных скважин и вырытых колодцев у себя на даче. В воде содержится достаточно большое количество ионов железа, и это количество ежедневно растет за счет промышленности. В малых количествах избыток железа ежедневно попадает в питьевую воду, и никто не знает, какими последствиями это чревато.

Выводы:

1. Особенностями формирования качества воды источников питьевого водоснабжения в условиях воздействия антропогенных факторов нефтегазодобывающего комплекса являются: наличие множества скважин различного назначения (поисково-разведочных, нефтедобывающих и нагнетательных скважин), несанкционированное разбуривание артскважин, большое количество заброшенных скважин;

- образование большого количества производственных отходов на предприятиях нефтегазового комплекса при бурении скважин, добыче, транспортировке и хранении нефтепродуктов.

- снижение уровней в продуктивных горизонтах и изменение характера движения подземных вод в пределах площади депрессионных воронок.

2. К приоритетным показателям, определяющим качество воды источников питьевого водоснабжения г. Сургута относится наличие избытка ионов железа, т.к даже если концентрация их не превышает ПДК (предельно допустимая концентрация), они мигрируют в токсичных ионных формулах, что может приводить к нежелательным последствиям для здоровья.
3. Комплексная оценка системы централизованного водоснабжения населения, с учетом всей цепочки факторов ее составляющих, свидетельствует об имеющемся неблагополучии питьевого водопользования, степень которого оценивается как умеренная.

4. Основной вклад в суммарное неблагополучие питьевого водопользования вносят: недостаточная эффективность водоподготовки, устаревшие системы водоснабжения.

5. Существует потенциальный риск здоровью населения г. Сургута, связанный с водным фактором, т.к. иногда наличие ионов железа в воде превышает допустимые нормы.

6. Потенциальный риск, обусловленный избытком ионов железа в воде наиболее присутствуют в школе НГДУ и ЖД районов.

7. Величина потенциального риска, связанного с присутствием в питьевой воде железа, оценивается как приемлемая (0.3 мг/дм³).

5. В экспериментах на лабораторных животных установлено отрицательное воздействие на организм превышение железа в питьевой воде.

7. Наши исследования, могут обеспечить благоприятный прогноз условий водопользования населения на перспективу. С учетом выявленных приоритетов аргументированы основные медико-биологические аспекты безопасного водопользования населения: применение эффективных технологий по очистке воды от железа, повышение надежности систем транспортировки воды и санитарной охраны источников питьевого водоснабжения;

Значимость работы:

Казалось бы, централизованные системы водоснабжения в соответствии со своим предназначением делают все необходимое, чтобы качество воды соответствовало нормам СанПиН. Выходной контроль качества воды осуществляется постоянно в соответствии с разработанной рабочей программой и не пропускает воду, не соответствующую установленным нормам. Однако плачевное состояние распределительных сетей дает возможность вторичного загрязнения воды

Чаще всего низкое качество питьевой воды из централизованных систем водоснабжения связано с повышенным содержанием в ней железа и марганца. Избыток железа природного происхождения характерен для подземных вод в южной и центральной частях России, а также в Сибири. (21)

Кроме того, концентрация железа повышается при коррозии стальных и чугунных водопроводных труб. От этого страдает Сургут, где коррозии способствует мягкая вода.

Методы борьбы за качество воды могут быть разными, но единственно приемлемый и гарантированный способ получить питьевую воду высокого качества - проводить ее очистку системой, построенной на основании точной информации о качестве и составе очищаемой воды.

Проведенный мониторинг позволит выделить причины повышения концентрации железа в воде и возможные пути решения этой проблемы. Для каждой выделенной причины повышения концентрации железа в питьевой воде, взятой в нескольких районах нашего города, можно разработать полный комплекс типовых мероприятий, направленных на улучшение качества воды и определить приоритеты их проведения.

Это позволит разработать комплекс профилактических мероприятий и определить приоритеты, требующие первоочередных инвестиций для оптимизации условий водопользования населения г.Сургута.

С позиции государства этот вопрос решается разрабатываемой программой "Чистая вода", цели которой - приведение отечественной питьевой воды в соответствие с мировыми стандартами.

Однако забота о воде - задача каждого хозяйствующего субъекта, так как именно от нее зависит в конечном итоге и работоспособность населения, и продолжительность жизни, и уровень заболеваемости. Установка водоочистного комплекса может застраховать работодателя от немалого количества листов нетрудоспособности, производство - от проблем с экологической полицией, руководство региона - от эпидемий.

Цена риска употребления некачественной воды не так несущественна, как могло бы показаться: только по данным ВОЗ она составляет порядка 33,7 млрд руб. в год.(10)

Наконец, бережное отношение к водным ресурсам позволит оставить в наследство грядущим поколениям то, без чего ни один человек не проживет и трех суток, воду.

Самостоятельность

Отбор проб воды, подготовку к анализам проводились самостоятельно. Под руководством руководителя проводился химический эксперимент. Подсчет результатов и их обработка также проводились самостоятельно. Для более яркой картины полученных результатов и чистоты эксперимента, часть результатов сверялись с результатами организации, отвечающей за качество питьевой воды в нашем городе - с «ГТС», что и указано в диаграмме « Сравнительный анализ результатов эксперимента».

( Приложение №5)

Практическое значение

1. Результаты исследований позволят научно обосновать гигиенические требования и профилактические мероприятия по оптимизации водопользования населения г. Сургута, разработать, внести предложения к корректировке и поэтапно реализовать комплексные программы обеспечения населения г. Сургута и ХМАО доброкачественной питьевой водой.

2. При разработке основных проектных решений по внедрению в практику обеспечения мониторинга качества питьевой воды, что позволит обеспечить комплексный подход к учету всех факторов, влияющих на качество питьевого водоснабжения.

3. При реконструкции и модернизации сооружений водоподготовки водозаборных узлов города, а также организации контроля качества питьевой воды и составлении рабочих программ производственного контроля.

4. На уроках химии при проведении лабораторных и демонстрационных работ.

5. В составлении дидактического материала при подготовке к урокам изучения ионов железа в растворах.

6. Для демонстрации результатов эксперимента на уроках здоровьесбережения.

Литература:

1. Алексеев С.В., Пивоваров Ю.П., Янушанец О.И. Экология и здоровье человека. Особенности влияния природных и антропогенно измененных природных факторов на организм человека// Экология человека.- М.: ИКАР,2002.-С.З 04-362.

2. Алексеев С.В., Пивоваров Ю.П., Янушанец О.И. Экология и здоровье человека. Особенности влияния природных и антропогенно измененных природных факторов на организм человека// Экология человека.- М.: ИКАР,2002-с. 04 - 423.

3. Беляев Е.Н. Влияние химического состава питьевой воды на здоровье человека// Питьевая вода и здоровье населения : Информационное пособие. Вып.1.-: М.Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России,2002.

4. Борзунова Е.А., Романцева О.А., Селянкина К.П.Гигиеническая оценка влияния химического состава питьевой воды на здоровье населения// Отчет, № гос. регистрации 01860009386,-Свердловск,1988

5. Борзунова Е.А., Надеенко В.Г. Селянкина К.П. Гигиеническая оценка влияния марганца питьевой воды на здоровье населения // Вопросы гигиены и профессиональной патологии в металлургии.-М.,1998.

6. Боревский Б.В.Отчет // Переоценка запасов эксплуатируемого Сургутского месторождения подземных вод для водоснабжения г. Сургута, М. :ГИДЭК,2009

7. Вода питьевая. Государственные стандарты. Методы анализа. М: ИПК. Издательство стандартов, 1996.

8. ГОСТ 4011-72 «Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа». Переиздание с Изменениями № 1, 2, утвержденными в сентябре 1981 г. (ИУС 11-81, 4-87).

9. Гудун О.В. Проблемы водоснабжения г. Сургута.//: Материалы научно-практической конференции -Ханты-Мансийск, 2002

10. Демко Е.Б. Изучение микроэлементного фона местности для прогнозирования биогеохимических эндемий, их лечение и профилактика.// Проблемы экологии и медицинской географии России. 2005.

11. Зарубин Г.П., Новиков Ю.В. Барьерная роль водопроводных сооружений // Современные методы очистки и обеззараживания питьевой воды.-М.,1976.

12. Захарченко М.П. Кошелев Н.Ф. Здоровье как главный критерий состояния человека // Профилактика дозонологических изменений в системе: окружающая среда- здоровье человека.СПб., 1992.

13. Информационный бюллетень «О состоянии окружающей природной среды Ханты-Мансийского автономного округа в 2001 году»// Под ред.Карасева В. И.- Ханты-Мансийск. НПЦ «Мониторинг»,2002.

14. КазачининА.А, Журавлев В.Я О состоянии водоснабжения в Ханты-Мансийском автономном округе.//Материалы окружной конференции,-Ханты-Мансийск, 2010.

15. Кардашина Л.Ф., Розенталь О.М., Горлов Е,А., Фотиев А.А. Физико-химические основы и технологии очистки железосодержащих природных вод.Екатеринбург,-1994.

16. Кукушкин Ю.Н. «Химические элементы в организме человека» , М., 1998г., Химия.

17. Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации, Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

по Ханты-Мансийскому автономному округу-Югра, Территориальный отдел в городе Сургуте и Сургутском районе: Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в городе Сургуте в 2010 году».

18. Протокол отраслевого совещания "Об итогах работы жилищно-коммунального комплекса и предприятий коммунальной энергетики Ханты-Мансийского автономного округа - Югры за 2010 год и о подготовке к осенне-зимнему периоду 2011-2012 годов", г. Сургут, 27. 05.2011.

19. Рахманин Ю.А., Михайлова Р.И., Ческис А.Б., Роговец А.И. Современные критерии гигиенической оценки доброкачественной питьевой воды //Гигиена и санитария-2004.-№8.

20. Руководство по контролю качества питьевой воды.- Второе издание -Т.1.ВОЗ: Женева, 1994.

21. «Устойчивое развитие Сургутского региона: взгляд на проблему регионального развития нефтедобывающих регионов» - Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в городе Сургуте в 2010 году».

Приложение 1.

Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты

20 г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью 100 см³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

Приготовление раствора хлористого аммония молярной концентрации 2 моль/дм³

107 г NH ₄ Cl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой во­дой до метки.

Приготовление раствора аммиака (1:1)

100 см³ 25 %-ного раствора аммиака приливают к 100 см³ дистиллированной воды и перемешивают.

Поправочный коэффициент (К=0.006/0,201) с учетом качества нашей дистиллированной воды и особенности фотоколориметра (ФЭК), нам рассчитали в лаборатории «СМГУП ГТС», т.к. для его расчета необходима специальная программа.

Приложение 2.

Как правильно отобрать воду для анализа?

1. При отборе пробы воды для химического анализа воды на железо следует

использовать пластиковую тару объемом 0,5 литра из-под простой питьевой или

дистиллированной воды. Не следует использовать бутылки из-под сладких

ароматизированных напитков!

2. Перед тем, как набрать воду, ее необходимо предварительно пролить в течение 5-10

минут. Это необходимо делать для того, чтобы избежать попадание в образец

застоявшейся воды и тем самым получить неточный результат анализа воды.

3. Бутылку и пробку перед пробоотбором несколько раз тщательно промывают изнутри той водой, которую будут брать на анализ воды. При этом моющие средства использовать нельзя!

4. Набирать воду желательно тонкой струйкой и по стенке бутылки. Такой способ отбора позволяет уменьшить насыщение воды кислородом воздуха и, как следствие, предотвращает протекание химических реакций, что позволяет получить гораздо более точный результат анализа воды.

5. Воду рекомендуется налить в бутылку под «горлышко» и плотно завернуть пробку. Наличие воздуха под пробкой может привести к искажению результатов анализа воды.

6. Если невозможно отправить в лабораторию пробу воды сразу после отбора, то её следует хранить в холодильнике не более 24 часов.

7. Пробу воды при необходимости снабдить сопроводительным документом с указанием: места отбора, источника воды (колодезная, родниковая, артезианская из скважины, водопроводная), времени и даты отбора (число, месяц).(8)

Вода отбиралась в день проведения анализа. Поэтому не было необходимости ее консервировать и хранить в холодильнике. Это дает более точный результат и меньшую погрешность при анализе, т.к. воздухе ионы железа окисляются, меняется цвет воды и результат искажается.

Приложение 3.

Проведение анализа :

50 см³ исследуемой воды отмеряют с помощью мерного цилиндра и помещают в химический стакан вместимостью 100 см³.

1стакан -холостая проба (дистиллированная вода). 2,3,4 стаканы -проба, взятая в одном и том же месте (три контрольных пробы)

Если проба при отборе не консервировалась кислотой, то к 50 см³ добавляют 0,20 см³ соляной кислоты (конц).

Пробу воды на­гревают до кипения и упаривают до объема 35-40 см³.

Раствор охлаждают до комнатной температуры, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см³, ополаскивают 2-3 раза по 1 см³ дистилли­рованной водой, сливая эти порции в ту же мерную колбу.

Затем к полученному раствору прибавляют:

1,00 см³ хлористого аммония,

1,00 см³ сульфосалициловой кислоты,

1,00 см³ раствора аммиака (1:1),

тщательно перемешивая после добавления каждого реакти­ва.

Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллиро­ванной водой, оставляют стоять 5 мин для развития окраски.

Из­меряют оптическую плотность окрашенных растворов, используя фотоколориметр (ФЭК), фиолетовый светофильтр ( = 425 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 2 см, по отношению к 50 см³ дистилли­рованной воды, в которую добавлены те же реактивы.

В качестве холостой пробы берется дистиллированная вода, с которой проводят тот же химический анализ, что и с исследуемой водой.

Обработка результатов

Устанавливают в Фотокалориметр (ФЭК) анализируемую пробу и холостую пробу. Длина волны = 425 нм.

Считывается результат.

Фотокалориметр (ФЭК)

Массовую концентрацию железа (X) в анализируемой пробе, мг/дм³ с учетом разбавления вычисляют по формуле:

С*50

V

Х= * K

0,006

0,201К=

С*0,006

0,201Х=

где с - концентрация железа, найденная по ФЭК, мг/дм³;

V - объем воды, взятый для анализа, см³;

50 - объем, до которого разбавлена проба, см³.

Приложение 4

Результаты мониторинга воды в МБОУ СОШ № 6 (еженедельно)

Год

Месяц

Дата про-

ведения анализа.

1анализ

2 анализ

3 анализ

Среднее

значение

Рез-ты

«ГВК»

Примечание

2011

Апрель

04.04

0.34

0.36

0.32

0.34

0.38

Апрель

11.04

0.37

0.35

0.35

0.36

-

В начале недели водоразбор хуже и это сказывается на результатах анализа.

Апрель

22.04

0.32

0.31

0.34

0.32

-

Апрель

29.04

0.30

0.32

0.32

0.31

-

В конце недели результаты лучше, т.к. происходит сброс воды за неделю.

Май

04. 05

0.31

0.33

0.32

0.32

0.35

Май

11.05

0.35

0.34

0.36

0.35

-

В праздники водоразбор был минимален, следовательно, наличие железа повысилось.

Май

18.05

0.29

0.28

0.30

0.29

-

Май

23.05

0.34

0.35

0.32

0.34

-

Сентябрь

05.09

0.40

0.37

0.38

0.39

0.37

В течение лета водоразбор низкий, это сказывается на результатах анализа.

Сентябрь

15.09

0.35

0.33

0.35

0.34

-

Сентябрь

19.09

0.32

0.34

0.33

0.33

-

Сентябрь

30.09

0.29

0.33

0.35

0.32

-

В конце недели результаты лучше, т.к. происходит сброс воды за неделю.

Октябрь

03.10

0.36

0.34

0.33

0.34

-

Октябрь

10.10

0.37

0.35

0.37

0.36

-

Октябрь

17.10

0.35

0.34

0.35

0.35

-

Октябрь

24.10

0.32

0.34

0.33

0.33

-

Результаты мониторинга воды в МБОУ СОШ № 20

Год

Месяц

Дата про-

ведения анализа.

1анализ

2 анализ

3 анализ

Среднее

значение

Результаты«ГВК»

2011

Апрель

04.04

0.26

0.28

0.26

0.26

-

Апрель

22.04

0.28

0.27

0.26

0.27

-

Май

11.05

0.25

0.28

0.26

0.26

-

Май

23.05

0.24

0.25

0.26

*0.25

0.27

Сентябрь

15.09

0.19

0.22

0.20

*0.20

0.22

Сентябрь

30.09

0.20

0.19

0.21

0.20

-

Октябрь

03.10

0.18

0.20

0.17

0.18

-

Октябрь

24.10

0.17

0.17

0.18

0.17

-

* В конце мая организация «Тепловик», отвечающая за воду в районе железнодорожного вокзала, передала данную функцию «СГМУП Горводоканал» и «СГМУП Городские Тепловые Сети». Качество воды в районе значительно улучшилось.

Результаты мониторинга воды в МБОУ СОШ № 45

Год

Месяц

Дата про-

ведения анализа.

1анализ

2 анализ

3 анализ

Среднее

значение

Результаты«ГВК»

2011

Апрель

04.04

0.20

0.21

0.22

0.21

-

Апрель

22.04

0.17

0.18

0.15

0.17

-

Май

11.05

0.23

0.21

0.24

0.23

-

Май

23.05

0.19

0.18

0.15

0.17

0.19

Сентябрь

15.09

0.17

0.16

0.18

0.17

0.15

Сентябрь

30.09

0.20

0.24

0.21

0.22

-

Октябрь

03.10

0.17

0.17

0.19

0.18

-

Октябрь

24.10

0.16

0.15

0.16

0.16

-

Результаты мониторинга воды в МБОУ СОШ № 6

Год

Месяц

Дата про-

ведения анализа.

1анализ

2 анализ

3 анализ

Среднее

значение

Результаты«ГВК»

2011

Апрель

04.04

0.34

0.36

0.32

0.34

0.38

Апрель

22.04

0.32

0.31

0.34

0.32

-

Май

11.05

0.35

0.34

0.36

0.35

-

Май

23.05

0.34

0.35

0.32

0.34

-

Сентябрь

05.09

0.40

0.37

0.38

0.39

0.37

Сентябрь

30.09

0.29

0.33

0.35

0.32

-

Октябрь

03.10

0.36

0.34

0.33

0.34

-

Октябрь

24.10

0.32

0.34

0.33

0.33

-

Приложение 5.

Влияние наличия железа в воде на живые организмы

Организмы

Вода

Месяц

Недели месяца

1

2

3

4

Дрожжи

Вода из-под крана

Сентябрь

Активно размножаются

Активно размножаются

Активно размножаются

Активно размножаются

Водоросли

Сентябрь

Активно размножаются

Активно размножаются

Активно размножаются

Активно размножаются

Ампулярии

Сентябрь

Активное движение, питание, рост

Активное движение, питание, рост

Активное движение, питание, рост

Активное движение, питание, рост

Дрожжи

Вода в бутылках из магазина

Сентябрь

Активно размножаются

Активно размножаются

Активно размножаются

Активно размножаются

Водоросли

Сентябрь

Активно размножаются

Активно размножаются

Активно размножаются

Активно размножаются

Ампулярии

Сентябрь

Активное движение, питание, рост

Активное движение, питание, рост

Активное движение, питание, рост

Активное движение, питание, рост

Дрожжи

Вода с содержанием железа 0,6 мг/дм³

Сентябрь

Роста не произошло

Погибли

-

-

Водоросли

Сентябрь

Рост не заметен

Роста нет, происходит изменение цвета на бурый.

Слабый рост, изменение цвета более заметно.

Роста не просходит, изменение цвета сохраняется.

Ампулярии

Сентябрь

Рост визуально не заметен, вялое движение.

Роста не происходит, две особи погибли.

Рост не заметен, особи вяло активны.

Еще одна особь погибла.

Элодея.

Дрожжи.

Ампулярии.