Фізико-хімічний аналіз води відкритого водоймища парку "Перемога" міста Запоріжжя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фізико-хімічний аналіз води відкритого водоймища парку "Перемога" міста Запоріжжя

Вступ

Вода входить до складу всіх організмів біосфери, в тому числі і до складу тіла людини. Від забезпеченості водою залежить життєдіяльність усіх живих організмів. Вода регулює клімат планети, забезпечує господарську та промислову діяльність людей.

Сьогодні в усьому світі збільшується інтерес до проблем нормування мінерального складу питних вод та прогнозування їх впливу на здоров'я населення. Завдяки фундаментальним працям українських (Габовича Р.Д., Гончарука Є.Г., Омельянця М.І., Прокопова В.О.) учених створені передумови для широкого впровадження у практику методів профілактики захворювань, зумовлених несприятливим сольовим складом питних вод. Великий внесок у розвиток проблем вивчення впливу сольового складу питних вод на здоров'я людини зроблено Рахманіним Ю. А. (2012, 2014), Donato F., Monarca S., Gelatti U. (2012, 2013), Kousa A et al. (2014), які узагальнили наукою досвід попередників та запропонували нові наукові та методологічні підходи до оцінки ролі водного фактора у формуванні індивідуального та громадського здоров'я.

Актуальність роботи: Вивчення якісного складу води відкритого водоймища та його роль у формуванні індивідуального та громадського здоров'я.

Мета і завдання: Визначення фізико-хімічних показників якості води, зокрема, твердості, водневого показника, хлоридів, нітратів, розчиненого кисню та порівняння результатів з ГДК, а також аналіз якості води протягом осені та зими 2015 року.

Предмет і об'єкт досліджень: Вода відкритого водоймища парку «Перемога».

Методи досліджень: Якісний аналіз природних поверхневих вод, потенціометричний аналіз, титриметричний аналіз.

Наукова новизна: Визначені фізико-хімічні показники води відкритого водоймища парку «Перемога» протягом осені та зими 2015 року.

Практична значимість отриманих результатів: Своєчасні рекомендації відносно проведення регулюючих водозахисних заходів, а також підвищення якості води відкритих водоймищ міста Запоріжжя.

1. Фізико-хімічний аналіз природних вод

Для оцінки якості природних вод зразки її піддають фізико-хімічному аналізу. Останній ділиться на фізичні і хімічні визначення.

Фізичні показники якості води. До них відносяться: температура, запах, смак, прозорість, каламутність, кольоровість, густина та інші.

Хімічні показники якості води. При визначенні хімічних показників даються відповіді на питання, вельми важливі для практичної оцінки її якості [4,10]:

а) чи придатна вода для побутових і технічних потреб?

б) чи немає в ній речовин, що викликають корозію металів і бетонна, або речовин, що приводять воду до спінювання або відкладення накипу?

Крім того, на підставі зіставлення результатів хімічного аналізу природної води з вимогами, що пред'являються до очищеної води, судять про те, яким процесам очищення слід піддавати природну воду для покращення її якості.

При повному санітарно-хімічному аналізі води проводять наступні визначення [5,10,12]:

1) зважені речовини, мг/л;

2) сухий залишок, мг/л;

3) прожарений залишок, мг/л;

4) електропровідність,

5) окисненість, мгО2/л;

6) розчинений кисень, мг/л;

7) біохімічне споживання кисню (БСК5), мг/л; О2;

8) вільний хлор, мг/л;

9) хлороємність, мг/л;

10) активну реакцію середовища, рН;

11) кислотність, мг-екв/л;

12) лужність, мг-екв/л;

13) йони Са2+, Mg2+, Мn2+, А13+, Nа+, К+, С1-, SO42-, РO43-, F-, I-, мг/л;

14) азотовмісні речовини: азот амонійних солей (NН4+), нітрити і нітрати, мг/л;

15) твердість води, мг-екв/л;

16) вуглекислоту, мг/л; а) спільну; б) вільну (СО2), в) гідрокарбонатну (НСОз-); г) карбонатну; д) рівноважну; е) агресивну;

17) поверхнево-активні речовини;

18) сірководень;

19) йони важких металів.

У даній роботі визначались вибрані фізико-хімічні показники води відкритого водоймища парку «Перемога» протягом осені та зими 2015 року.

Активна реакція середовища.

Водневий показник - це від'ємний десятковий логарифм концентрації водневих іонів. Природна вода зазвичай має слабколужну реакцію середовища. Високе значення рН (лужне середовище) свідчить про викиди промислових підприємств або цвітіння водоймищ. Кисла реакція води вказує на появу у воді гумінових кислот (утворюються в результаті розкладання біологічних об'єктів, насамперед, рослин) або притоку стічних вод. За ГДК вважається значення водневого показнику в межах 6,0-9,0.

Вміст хлорид- та сульфат-йонів

Хлоровмісні речовини. Внаслідок великої розчинності хлоридів йон хлору присутній майже у всіх водах. Найбільшу розчинність мають магній хлорид (545 г/л) та натрій хлорид (360 г/л). Вміст хлорид-йонів у воді не повинен перевищувати 350 мг/л. Основним джерелом забруднення води хлорид-йонами є побутові води і сільськогосподарські викиди.

Наявність великих кількостей хлоридів у воді може бути викликане вимиванням солей з ґрунту або попаданням у воду господарсько-побутових стоків. Якщо у водоймище потрапили стічні води, то поряд з підвищенням в ній йонів хлору спостерігається присутність аміаку, нітриту, підвищуються окисненість, хлороємність та інші показники, що свідчать про це забруднення [2,10].

Сульфат-йони.

Поряд з йонами хлору зустрічаються в природних водах сульфат - йони. Потрапляють вони у воду при розчиненні осадових порід, до складу яких входить гіпс. Інколи сульфат - йони утворюються в результаті окиснення сірководню, їх джерелом може також бути забруднення води промисловими стоками.

У річках і прісних озерах вміст сульфат - іона не перевищує 100 мг/л.

Присутність сульфатів у воді у великих кількостях небажано, оскільки натрій сульфат Nа2SO4 порушує діяльність шлунково-кишкового тракту, а кальцій сульфат СаSO4 і магній сульфат МgSO4 обумовлюють сульфатну твердість води. Вода, що містить великі кількості хлоридів і сульфатів, має корозійну активність [26].

Згідно нормативам для господарсько-питного водопостачання вміст сульфат-іонів повинен не перевищувати 500 мг/л. Великий вміст сульфатів у воді псує її смак і може викликати при її вживанні розлад травлення і є важливим показником забрудненості води тваринницькими викидами (складовою частиною білкових тіл є сульфур, яка при розкладі і наступному окисненні перетворюється на солі сульфатної кислоти).

2. Твердість води та її вплив на здоров'я людини

2.1 Види твердості води та її усунення

вода хімічний парк

Твердістю називають властивість води, зумовлену наявністю в ній розчинних солей кальцію та магнію. Розрізняють такі види твердості:

Загальна твердість. Визначається сумарною концентрацією іонів кальцію та магнію, являє собою суму карбонатної (тимчасової) та некарбонатної (постійної) твердості.

Карбонатна твердість. Обумовлена наявністю у воді гідрокарбонатів і карбонатів (при рН › 8,3) кальцію та магнію. Цей тип твердості майже повністю усувається під час кип'ятіння води й тому називається тимчасовою твердістю. При нагріванні води гідрокарбонати розпадаються з утворенням вугільної кислоти й випаданням в осад карбонату кальцію та гідроксиду магнію.

Некарбонатна твердість. Обумовлена наявністю кальцієвих та магнієвих солей сильних кислот (сірчаної, азотної та соляної) при кип'ятінні не усувається (постійна твердість).

Тверда вода непридатна майже для всіх галузей виробництва. Так, наприклад, тверду воду не можна вживати для прання білизни, миття шерсті і фарбування тканин, бо в ній мило втрачає свою мийну здатність. Це пояснюється тим, що розчинний у воді стеарат натрію С17Н35СООNa, який становить головну складову частину мила, переходить у нерозчинний стеарат кальцію (або магнію), утворюючи так зване кальцієве (або магнієве) мило:

2С17Н35СООNa + CaSO4 = Са(С17Н35СОО)2 v + Na2SO4

При цьому мильна піна утворюється тільки після повного осадження іонів кальцію і магнію, на що непродуктивно витрачається багато мила. Крім того, утворюваний осад кальцієвого і магнієвого мила міцно осідає на волокнах тканин і забруднює їх, а при фарбуванні утворює плями.

Тверда вода непридатна і для цілого ряду інших виробництв: паперового, шкіряного, крохмального, спиртового тощо. Вона непридатна і для паросилового господарства, бо при кип'ятінні води утворюється накип, який погано проводить тепло, внаслідок чого збільшується витрата палива. Накип викликає інтенсивне руйнування стінок котлів, що може призвести до аварії.

Для приготовлення їжі тверду воду теж не вживають, бо в ній погано розварюються м'ясо і овочі. Для пиття вона теж непридатна.

Для зниження твердості води застосовують різні способи. Серед них найбільш поширеним є так званий содово-вапняний спосіб. Суть його полягає в тому, що до води додають розраховану кількість розчину гідроксиду кальцію Са(ОН)2 (вапняна вода) і соди Na2CO3.

Гідроксид кальцію знижує карбонатну (тимчасову) твердість:

Ca(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 v + 2Н2О

Mg(НСО3)2 + Са(ОН)2 = MgCO2 v +CaCO3 v +2Н2О

Сода знижує постійну твердість води:

СаС12 + Na2СО3 = СаСO3 v +2NaCl

MgSO4 + Na2СО3 = MgCO3 v + Na2SO4

Утворені осади карбонатів кальцію і магнію відфільтровують. Карбонатну твердість можна усунути також шляхом нагрівання води до кипіння. При цьому кислі карбонати розкладаються з утворенням нормальних карбонатів кальцію і магнію, які виділяються в осад:

Са(НСО3)2 = СаСО3 v + Н2О + СО2 ^

Mg(НСО3)2 = MgСО3 v + Н2О + СО2 ^

Тому карбонатну жорсткість називають також тимчасовою.

Практично розрізняють три види твердості: загальну, ліквідну і постійну. Загальна твердість - це твердість сирої води, зумовлена всіма сполуками кальцію і магнію (іноді заліза і марганцю), незалежно від того, з якими аніонами вони зв'язані. Постійна твердість - твердість води після одногодинного кип'ятіння. Вона викликана присутністю сульфатів і хлоридів кальцію, заліза, магнію, калію, натрію, тобто солей, які не дають осаду при кип'ятінні. Ліквідна твердість спричинена наявністю у воді гідрокарбонатів кальцію Са(НСО3)2, менше магнію Мg(НСO3)2, які видаляються при кип'ятінні, осідаючи на стінках посуду у вигляді накипу (СаСОз, МgСОз). Таким чином, ліквідна твердість є частиною загальної твердості, яку можна обчислити за різницею між загальною і постійною твердістю. Карбонатна твердість зумовлена присутністю у воді карбонатів і гідрокарбонатів кальцію і магнію (іноді калію, натрію, алюмінію, марганцю, заліза). При кип'ятінні гідрокарбонати кальцію і магнію розкладаються:

Са(НСО3)2 = СаСО3 +Н2О +СО 2

Мg(НСО3)2 = МgНСО3 + Н2О + СО2

Карбонати кальцію і магнію, що утворилися, випадають в осад і тому вода втрачає частину твердості.

Карбонатна твердість часто збігається з ліквідною твердістю, але прирівнювати їх одну до одної не можна. При кип'ятінні ліквідовується переважно та частина карбонатної твердості, яка залежала від гідрокарбонату кальцію. При великій кількості у воді гідрокарбонату магнію різниця між карбонатною і ліквідною твердістю буває досить значною.

Твердість води залежить також від хімічного складу ґрунту, через який проходить вода, вмісту у воді оксиду карбону (IV), ступеня забруднення її органічними речовинами.

Одиниці вимірювання твердості води

У світовій практиці застосовується декілька одиниць твердості, усі вони певною мірою є співвідносними.

Один моль на кубічний метр відповідає масовій концентрації еквівалентів іонів кальцію (1/2 Са2+) 20,04 г/м3 та іонів магнію (1/2 Мg2+) 12,153 г/м3.

Числове значення твердості, виражене в молях на кубічний метр, дорівнює числовому значенню твердості, вираженому в міліграм - еквівалентах на літр (або кубічний дециметр), тобто: 1 моль/м3 = 1ммоль/л = 1мг-екв/л = 1 мг-екв/дм3.

Крім того, у зарубіжних країнах широко застосовується такі одиниці твердості, як німецький градус (d?, dH), французький градус (f?), американський градус, ррт СаСО3.

2.2 Вплив твердості на якість води

Твердість води коливається у широких межах. Існує чимало типів класифікації води за ступенем її твердості. З точки зору застосування води для пиття її прийнятність за ступенем твердості може істото варіюватися залежно від місцевих умов. У деяких випадках для споживачів прийнята вода з твердістю вище 10 ммоль-екв/л високий ступінь твердості погіршує органолептичні властивості води, додаючи їй гіркуватого присмаку й негативно впливаючи на функціонування органів травлення.

Всесвітня Організація Охорони Здоров'я не пропонує будь - якої рекомендованої величини твердості за показанням впливу на здоров'я. у матеріалах ВОЗ говориться про те, що, хоча під час деяких досліджень і виявлено статистично зворотну залежність між твердістю питної води і серцево - судинними захворюваннями, наявні дані недостатні для висновку про причинний характер цього зв'язку. Аналогічним чином однозначно не доведено, що м'яка вода зумовлює негативний ефект на баланс мінеральних речовин в організмі людини.

Разом з тим. Залежно від рівня рН та лужності, вода з твердістю понад 4ммоль-екв/л може спричинити у роздільній системі відкладень шлаків та накипу (карбонату кальцію), особливо при нагріванні. Саме тому нормами Котлонагляду вводяться дуже жорсткі вимоги до величини твердості води, що використовується для живлення котлів (0,05-0,1 ммоль-екв/л).

Крім того, при взаємодії солей твердості з миючими речовинами (мило, пральні порошки, шампуні) утворюються «мильні шлаки» у вигляді піни. Це призводить не тільки до значних перевитрат миючих засобів. Але й до наступного утворення піни на первинних відстійниках очисних споруд каналізації.

Необхідно згадати й про інший бік медалі. М'яка вода з твердістю менше 2ммоль-екв/л має низьку буферну ємність (лужність) і може, залежно від рН та низки інших факторів, обумовлювати підвищену корозійну дію на водопровідні труби. Тому у певних областях (особливо в теплотехніці) іноді доводиться здійснювати спеціальну обробку води з метою досягнення оптимального співвідношення між твердістю води та її корозійною активністю.

2.3 Вплив на людину хімічного складу води.

У природній воді є мінеральні солі. Вода вважається доброю, якщо мінералізація не перевищує 1000 мг/л. Води з великим вмістом солей належить до солоних і непридатні для пиття. Дуже мала мінералізація води погіршує її смак, а позбавлену солей (дистильовану) воду взагалі вважають шкідливою - вона порушує травлення і діяльність залоз внутрішньої секреції. Гранично допустимий вміст заліза у воді - до 0,3 мг/л, міді - 1 мг/л, цинку - 5 мг/л.

Іноді у питній воді зустрічається багато солей хлористоводневої та сірчаної кислот (хлориди і сульфати), які надають воді солоного та гірко - солоного смаку. Вживання такої води призводить до порушення діяльності травної системи. Воду, яка містить більше ніж 500 мг/л сульфатів і 350 мг/л хлоридів вважають шкідливою для здоров'я.

Із вмістом у воді солей кальцію та магнію тісно пов'язана інша її властивість - твердість. Припустимий рівень загальної твердості дорівнює 7 -10 ммоль•екв /л, при таких рівнях жорсткості вода не впливає на ліпідний обмін в умовах тривалого введення холестерину, і не може спричинювати розвиток атеросклеротичних змін артерій.

Зміни у концентрації розчинених у воді солей призводять до виникнення багатьох ендемічних хвороб, наприклад, ендемічного зобу і флюорозу.

Ендемічний зоб - захворювання було відоме вже стародавнім лікарям. Воно характеризувалося збільшенням щитовидної залози і має нині назву ендемічний зоб. За даним ВООЗ, зараз на Землі нараховується близько 200 млн. таких хвороб. Встановлено, що причиною ендемічного зобу є дефіцит йоду в біосфері.

В Україні ендемічний зоб зустрічається на території Західної України і Полісся. Район вважають ендемічним, якщо понад 10% населення мають ознаки зобу. Ендемічний зоб найчастіше зустрічається серед жінок, але в районах важкої ендемії (понад 60% населення уражено зобом) захворюваність чоловіків так само висока.

Доведено , що поряд з йодною недостатністю в осередках ендемічного зоба є й інші чинники, які сприяють розвитку цього захворювання: високий вміст у воді та ґрунті гумових кислот, зміна концентрації міді, цинку, ртуті, кобальту, молібдену, кальцію. Таким чином, промислове забруднення навколишнього середовища у біохімічних провінціях з нестачею йоду в біосфері, сприяє росту захворюваності на зоб.

Хворі на ендемічний зоб найчастіше скаржаться на косметичні незручності, інколи велика або розташована за грудиною пухлина здавлює стравохід, трахею, кровоносні судини. Порушуючи кровообіг і дихання.

Лікування ендемічного зоба залежить від його форм - призначають лікарські препарати чи приводять оперативне видалення пухлини.

Для профілактики зоба підвищують вміст йоду у харчових продуктах, перш за все солі.

Флюороз - ендемічна хвороба людини, яка також пов'язана з геохімічними чинниками: вона викликає в разі тривалого надмірного надходження фтору та його сполуки.

Біохімічні провінції з підвищеним вмістом фтору у воді характеризуються випадками ендемічного флюорозу, який найчастіше обмежується ураженням зубів. Спочатку на симетричних зубах з'являються не дуже помітні плями, потім - жовто - бура пігментація, емаль стирається коронка деформується. Якщо концентрація фтору перевищує у воді 6 мг/л, з'являються зміни в кістках (грибовидні та дзьобовидні кісткові вирости, закостення кісток), стійкі ураження печінки, травного каналу.

Профілактика флюорозу забезпечується механізацією та автоматизацією виробництва; ефективною вентиляцією. Захистом дихальних шляхів; зміною джерел питного водопостачання або дефторування води на водогінних спорудах.

Багаточисельні літературні дані свідчать про тісний зв'язок між мінеральним складом води і рівнем захворювання населення [3 - 7].

Окремі автори [8, 9] дотримуються думки, що при вивченні впливу водного фактора на стан здоров'я населення найбільш адекватними є епідеміологічні дослідження, як мінімум за трьохрічний період, з використанням таких інформативних показників захворюваності, як поширення окремих нозологічних форм, в першу чергу органів травлення, ендокринної, серцево - судинної, сечо - видільної, кістково - м'язової систем, та визначення взаємозв'язку між змінами в стані здоров'я показниками якості води.

Особливу актуальність дана проблема набуває у зв'язку з тим, що в Україні 50% підземних вод не відповідають державному стандарту на питну воду [9].

Між захворюванням населення слинокам'яною та сечокам'яною хворобами і твердістю питної води встановлено певний зв'язок. Найвища захворюваність цими хворобами спостерігається в районах, де питна вода має твердість від 16,0 до 23,0 мг-екв/л. при твердості питної води від 7,0 до 16,0 мг-екв/л має місце середній рівень захворюваності [6]. Вживання води, твердість якої перевищує 10 мг-екв/л, призводить до посилення місцевого кровотоку і змінює процес фільтрації та реабсорбції в нирках. Зазначені прояви є захисною реакцією організму. Тривалий вплив води такого складу на організм людини в більшості випадків призводить до виснаження регулюючих систем з наступним розвитком патологічних змін, зокрема сечокам'яної, гіпертонічної хвороб, склерозу та інших [14]. Показник твердісті води у дорослого населення корелює з рівнем захворювання сечостатевої системи (r = 0,75) та хворобами нирок (r = 0,62) і сечостатевої системи (r=0,60) у підлітків. [15].

У районах з високою мінералізацією питних вод при тривалому її вживанні має місце уповільнення виведення води з організму. При вживанні води з концентрацією хлоридів 1000 мг/л явних змін в організмі не спостерігається, що зумовлено швидким відновленням рівня солей та відповідно осмотичного тиску в крові та тканинах. При концентраціях 1500 - 2500 мг/л і вище виведення хлоридів супроводжується більш інтенсивною і тривалою напругою відповідних систем видільної функції та підтримки сталості внутрішнього середовища. При цьому сульфати викликають суттєвих змін в діурезі. Основний вплив сульфати чинять на шлунок, гальмуючи його секреторну діяльність, такий ефект проявляється при концентрації 1000 мг/л і вище. Сульфати виводяться із організму через кишечник. При концентраціях сульфатів у питній воді 2500 мг/л і вище їх виведення із організму супроводжується послаблюючою дією [16].

Надлишкове надходження в організм хлористого калію призводить до збільшення частоти серцево - судинних захворювань так, у людей, що тривало вживали високомінералізовані води з вмістом хлоридів 1400 мг/л, спостерігають схильність до гіпертензивних станів, підвищення реактивності судин і зміни водно - сольового обміну. У населення, яке вживає питну воду з вмістом хлоридів на рівні 300 - 400 мг/л, відхилень в стані серцево - судинної системи та водно - електролітного балансу не виявлено [17, 18].

Тривале вживання питної води зі вмістом хлоридів в середніх концентраціях корелює із захворюваністю життєво важливих органів дорослого населення, зокрема печінки (r = 0,68), серця (r = 0,70), нирок (r= 0,82) [15]. Під впливом питної води із вмістом нітратів вище 45 мг/л формується водно - нітратна метгемоглобінемія, яка проявляється ціанозом, підвищенням вмісту в крові метгемоглобіну, зниження артеріального тиску [19].

Актуальність питання мінерального складу питної води підтверджується результатами окремих досліджень, які вказують на зворотній зв'язок між твердістю питної води і смертністю від серцево - судинних захворювань. Такий зв'язок деякі автори [20,21] пояснюють сприятливим впливом на серцево - судинну систему жорстких вод завдяки присутності в них в оптимальних концентраціях іонів магнію. При епідеміологічному обстеженні населення, що вживають воду з низьким вмістом магнію (штат Огайо, США), виявлено більш високу захворюваність коронарною хворобою, а також випадків раптової смерті від гострої серцевої недостатності в порівнянні з районами, де населення вживало воду з оптимальним вмістом даного мікроелементу [20]. При цьому, вміст магнію в міокарді померлих з низьким надходженням магнію з водою від серцевих нападів був нижчим на 12 - 25%. Літературні дані [22] свідчать, що в середньодобовому раціоні харчування вміст магнію значно нижчий, ніж потреби в ньому. Це викликано тим, що більшість продовольчої сировини та продуктів харчування проходять попередню промислову обробку (очищення, фракціонування, заморожування, рафінування) при цьому частково втрачають мікроелементи та вітаміни ще до приготування їжі на кінцевому етапі кулінарної обробки. В даних умовах вживання твердих вод дефіцит магнію може значно знижуватись, а вживання м'яких вод може привести ще до більшого дефіциту його в організмі [21].

Встановлено [22], що кожні 2 ммоль-екв/л твердості води є джерелом 6 - 7% загального надходження магнію. Це співпадає з даними, згідно яких при твердості питної води 7 ммоль-екв/л в організм додатково надходить 27% магнію. Надходження магнію з питною водою становить 60%, а з харчовими продуктами до 30%. Останнє ще раз підтверджує особливе значення магнію твердих вод у зниженні серцево - судинної патології.

Однак, враховуючи наявність у складі м'якої питної води інших елементів (свинець. кадмій та ін), які можуть негативно впливати на серцево - судинну систему на сучасному етапі неможливо вважати повністю обґрунтованими твердження, що дефіцит магнію в воді є основним чинником негативної дії м'якої води на дану систему [22].

Звертає увагу обмеженість експериментальних даних щодо ролі різних концентрацій магнію у водах різноманітного складу у розвитку серцево - судинної патології.

Доведено [23], що питна вода підвищеної мінералізації (загальна мінералізація - 3050 ± 10,9 мг/л, жорсткість - 17,6 ± 3,4 мг-екв/л) - фактор високої інтенсивності, який може сприятливо вплинути на специфічні функції жіночого організму - менструальну та дітородну, на протікання та стан вагітності і пологів, а також на організм новонародженого. Такий якісний склад води може обумовлювати і підвищену гінекологічну захворюваність. Експериментальними дослідженнями доведено [23], що вода підвищеної мінералізації має ембріотоксичну дію, яка проявляється зниженням маси тіла тварини, порушенням регулярності і зниженням маси плодів.

Експериментальними дослідженнями доведено вплив гідрокарбонатно-кальцієвих вод на пуриновий обмін. При напуванні дослідних щурів такою водою з мінералізацією 3500 мг/л протягом кількох тижнів спостерігалось підвищення виділення сечової кислоти в порівняні з контролем [38]. Вживання людьми такої води протягом 4 тижнів також підвищувало виділення сечової кислоти. За даними диспансерного обстеження, у осіб, що вживали гідрокарбонатно-кальцієві води з вмістом кальцію 100 - 150 мг/л, Магній потрібний для засвоєння кальцію, калію та фосфору.

Нормальне співвідношення кальцію, і магнію 2:1. У тих місцевостях, де люди п'ють тверду воду, тобто в ній кальцію удвічі більше, ніж магнію, вони менше страждають від серцево-судинних хвороб, гіпертензії, хвороб жовчовидільних шляхів і раку, ніж люди з тих місцевостей, де вода м'яка чи де воду знезаражують фтором.

Незважаючи на значну кількість робіт по визначенню впливу мінерального складу питної води на здоров'я населення, не всі дослідники прийшли до однозначних висновків щодо мінімального та оптимального вмісту солей в питній воді. Такий стан проблем, з одного боку, пояснюється

різноманітністю мінерального складу питних вод, в яких зустрічаються різні кількісні співвідношення макро- та мікроелементів, а з другого, - тим, що організм людини та експериментальних тварин одержує їх не тільки з водою, а також з харчовими продуктами.

Однак, результати аналізу накопичених даних не залишають сумніву щодо наявності зв'язку між хімічним складом питної води і станом здоров'я населення. Вплив питної води на стан здоров'я населення визначається мінеральним складом і концентраціями макро- і мікроелементів. Негативний вплив питної води на організм населення обумовлений комбінованою дією її складових і носить різнонаправлений характер, що може проявлятися як напругою регуляційно - адаптаційних систем, так і клінічно вираженими патологічними змінами різних органів і систем. Вивчення взаємозв'язку та механізму таких змін потребує комплексного підходу, з використанням експериментальних та епідеміологічних досліджень, з урахуванням умов водокористування, санітарно - гігієнічної характеристики і мінерального складу питної води, а також соціально - гігієнічних факторів

3. Об'єкти та методи дослідження

3.1 Об'єкт дослідження

Об'єктом дослідження даної роботи є вода відкритих водоймищ м. Запоріжжя, зокрема - відкритого водоймища парку «Перемога».

Відбір проб води, їх консервація і зберігання здійснювали відповідно до ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охорона природи. Гідросфера. Загальні вимоги до відбору проб поверхневих і морських вод, льоду і атмосферних опадів».

Відбір проб проводився з урахуванням специфіки джерел забруднення, що визначають комплекс хімічних елементів, що беруть участь в забрудненні відкритих водоймищ і ґрунтів регіону, що вивчається.

3.2 Методи дослідження

Відбір проби води є важливою частиною її аналізу, необхідною умовою правильності отримуваних результатів і використання їх в практиці. Помилки, що виникають внаслідок неправильного відбору проби, надалі виправити не можна.

Головні принципи, які потрібно дотримувати при відборі проб води, полягають в наступному.

1. Проба води, взята для аналізу, повинна відображати умови і місце її взяття.

2. Відбір проби, зберігання, транспортування і робота з нею повинні проводитися так, щоб не сталося змін в складі визначених компонентів або в властивостях води.

3. Об'єм проби має бути достатнім і повинен відповідати використаній методиці аналізу.

Місце для відбору проби вибирається відповідно до цілей аналізу і на підставі дослідження місцевості, причому враховуються всі обставини, які могли б зробити вплив на склад узятої проби.

При відборі проб поверхневих і підземних вод потрібне ретельне обстеження навколишньої місцевості.

Особливо уважно треба обстежувати притоки річки і джерела забруднення в її басейні, місця узяття проби, що знаходяться вище.

Місце для відбору проб стічних вод вибирають лише після докладного ознайомлення з технологією виробництва, споживання води, розташуванням цехів, системою каналізації, призначенням і роботою окремих елементів станції очищення і так далі [1,22-23].

4. Результати дослідження

Дослідження проводилися на базі науково дослідної лабораторії біоіндикації та біоекології Регіонального науково-виробничого центру «Екологія» при Запорізькому національному університеті.

4.1 Визначення твердості води відкритого водоймища парку «Перемога»

Відкрите водоймище парку «Перемога» безпосередньо знаходиться на території м. Запоріжжя і підлягає впливу самих різноманітних джерел забруднення. Це зумовлює необхідність дослідження гідрохімічного режиму відкритого водоймища парку «Перемога» як з точки зору своєчасного одержання достовірної інформації про екологічний стан його води, так і оптимізації заходів щодо його покращення. Моніторинг відкритих водоймищ, зокрема, водосховищ, озер природного та штучного походження, включає вивчення антропогенного впливу на них та спостереження за переформуванням берегової лінії та гідрогеологічним режимом прибережних територій а також за зміною фізико-хімічних показників поверхневих вод.

Проведені протягом осені-зими 2015 року дослідження гідрохімічного режиму відкритого водоймища парку «Перемога» деякою мірою доповнюють узагальнену інформаційну характеристику екологічного стану цього водного об'єкту.

Визначення твердості води проводилось впродовж осені - зими 2015 років (табл. 3.1, 3.2,)

Визначення загальної твердості води

Загальну твердість води, яка характеризується сумарним вмістом розчинених солей Са і Мg незалежно від природи аніону. Загальна твердість води, згідно з ГОСТом 2874-82 "Вода питна", повинна бути не вище 7 ммоль·екв/л для водопроводів, які подають воду без спеціальної обробки, при узгодженні з органами СЕС, допускається до 10 ммоль·екв/л.

Метод ґрунтується на утворенні стійкої комплексної сполуки трилону Б (динатрієвої солі етилендиамінтетраоцтової кислоти - ЕДТА) з іонами кальцію і магнію. Визначення проводять титруванням проби трилоном Б при рН=10 в присутності індикатора. Формула трилону Б

Утворений хелатний комплекс з Са2+

Обладнання

1. Колба на 250 мл; 2. Бюретка; 3. Проба води.

Реактиви

Для перевірки якості дистильованої води до 100 см3 додають 1 см3 буферного розчину і 5-7 крапель індикатора. В чистій воді з'явиться спік з бузковим відтінком забарвлення.

1. Буферний розчин. 10 г NН4СІ розчинити в дистильованій воді, додати 50 мл 25 %-го розчину аміаку (NН4ОН) і довести до 500 мл дистильованою водою. Перерахувати кількості на кінцевий об'єм 20 мл.

2. Індикатор хромоген чорний. 500 мг хромогену чорного розчинити В 20 мл буферного розчину і довести об'єм етанолом в мірній колбі до 100 мл. Перерахувати кількості на кінцевий об'єм 5 мл. Розчин індикатора хромогену чорного стійкий протягом 10 діб. Допускається користування сухим індикатором. Для цього 0,25 г індикатора змішують з 50 г хлориду натрію, попередньо добре розтертого в ступці.

3.  0,05 н водний розчин трилону Б (ЕДТА, М=292).

Приклад встановлення концентрації комплексону ІІІ (трилону Б) за стандартним розчином магній сульфату.

В колбу для титрування вносять 10 мл 0,025 н розчину MgSO4 додають 50 мл дистильованої води, 5 мл амонійного буферу, 2-3 краплі індикатора хромогену чорного і титрують розчином трилону Б до зміни забарвлення від червоно-фіолетового до зеленувато-синього.

Титрування повторюють три рази. Результати заносять у табл. 3.1.

Таблиця 3.1.

№ п/п	V (MgSO4)	V (трилону Б)	Vсер. (трилону Б)	CнТрил.Б (ммоль·екв/л)
1	10	10,1	10,2	0,0245
2	10	10,2
3	10	10,3

Концентрацію трилону Б в (моль·екв/л) обчислюють за формулою:

CнТрил.Б = V (MgSO4) · Cн (MgSO4) / Vсер. Трил.Б

CнТрил.Б = 10мл · 0,025 н / 10,2 = 0,0245 н (моль·екв/л)

Методика визначення загальної твердості води

В колбу для титрування вносять 10 мл досліджуваної проби води, додають 50 мл дистильованої води, 5 мл. амонійного буферу, 2-3 краплі індикатора хромогену чорного і титрують розчином трилону Б до зміни забарвлення від червоно-фіолетового до зеленуванто-синього. Титрування повторюють три рази. Результати заносять у таблиці.

Обчислення загальної твердості води досліджуваної в (мг•екв/л) проводять за формулою:

Т заг. = V (трилону Б) • Cн (трилону Б) · 1000/ V (H2O)

Таблиця 3.2. Об'єм Трилону Б та значення твердості води впродовж осені - зими 2015 року.

Місяць, рік	V (трилону Б) мл	Cн (трилону Б) моль·екв/л	Т заг. ммоль·екв/л
вересень 2015	2,9	0,0245	7,25
грудень 2015	3,1	0,0250	7,75

У період з вересня по грудень спостерігається незначна тенденція росту показників загальної твердості, що пов'язано із зменшенням опадів та підвищенням ступеня осадження іонів кальцію та магнію при зниженні температури навколишнього середовища. Твердість води у поверхневих водах піддається помітним сезонним коливанням і звичайно корелює зі зміною загальної мінералізації води. Найважливішим фактором, що визначають твердість води, є мінливі співвідношення між поверхневим і підземним стоками. Помітний вплив виявляють окисно-відновні процеси, біологічна обстановка у водному об'єкті й господарська діяльність людини.

4.2 Аналіз фізико-хімічних показників природних вод

Фізико-хімічні показники природних вод досліджувались на прикладі відкритого водоймища парку «Перемога» (вересень, грудень, 2015р.).

Аналіз фізико-хімічних показників включав визначення активної реакції середовища (рН), сульфат-йонів, хлорид-іонів та розчиненого кисню.

Визначення рН води

Водневий показник - це від'ємний десятковий логарифм концентрації водневих іонів

Водневий показник води (рН) - характеризує активну реакцію, визначає природні властивості води і є індикатором забруднення. Природна вода зазвичай має слаболужну реакцію. Збільшення лужності вказує на забруднення або цвітіння водойми, кисла реакція - на наявність гумінових речовин (болотні води) або промислових стічних вод. Водневий показник питної води (рН) повинен бути в межах 6,0-9,0.

Визначення рН води проводять згідно ДСТУ 4077-2001 Якість води. Визначення активної реакції середовища (рН) проводилось іонометричним методом з використанням приладу рН-метру серії 150 М за допомогою скляного електроду.

Порядок виконання роботи.

Виміряти рН досліджуваної води за допомогою рН-метра (перед початком вимірювань електроди повинні бути занурені в дистильовану воду). Вимірювання проводять у наступній послідовності:

1. Перед експлуатацією прилад необхідно ввімкнути й прогріти протягом 30 хвилин.

2. Вимірювальний і допоміжний електроди встановлюють на штатив, занурюють у перший буферний розчин і підключають відповідно до гнізд "ИЗМ." і "ВСП." приладу.

3. Установку температури здійснюють вручну. Для цього в розчин занурюють термометр і натисканням кнопки ^, а потім кнопки > переміщують курсор у поле значення температури. Вводять необхідне значення температури, використовуючи кнопки ^,Ў,<,> і натискують кнопку ВВОД.

4. Натисканням кнопки РЕЖИМ вибирають режим "УСТАНОВКА", в якому необхідно указати: 1) одиниці вимірювання (pX), після вибору натискують кнопку ВВОД; 2) вид вимірюваних іонів (H+), після вибору натискують кнопку ВВОД.

5. Натисканням кнопки РЕЖИМ вибирають режим "НАСТРОЙКА". Для настройки використовують буферні розчини з такими значеннями рН, які максимально наближаються до вимірюваної величини. Перший буферний розчин повинен мати більше значення pН (але меншу концентрацію). Необхідно дочекатися встановлення стабільних значень ЕРС (не менше 5 хвилин). Якщо необхідно відредагувати значення рН, котре з'являється на дисплеї (воно повинно співпадати зі значенням pН даного буферного розчину) - використовують кнопки ^,Ў,<,>. Після цього натискують кнопку ВВОД. Прилад запропонує провести настройку за другим буферним розчином. Якщо в процесі настройки за двома розчинами в правому нижньому куті дисплея з'явиться повідомлення "Ks < 0,8 (Ks > 1,2), необхідно повторити настройку!

6. Натисканням кнопки РЕЖИМ виберіть "ЗАКІНЧИТИ" настройку і при- лад автоматично перейде у режим "ВИМІРЮВАННЯ". Далі необхідно виконати контроль правильності проведення настройки за третім буферним розчином (виміряне значення рН розчину повинно співпадати зі значенням рН буферного розчину). Після чого виконують вимірювання рН в досліджуваному розчині. Після вимикання, а потім ввімкнення прилад автоматично входить у режим "ВИМІРЮВАННЯ" Вимірюють значення рН в розчині, який досліджують. Електроди залишають у склянці з дистильованою водою.

Сульфат-йони визначали гравіметрично з використанням реакції осадження:

SO42- + Ba2+ > BaSO4

Визначення хлоридів у воді

Хлориди в природних водах займають перше місце серед аніонів. Вміст їх коливається від десятих до тисячі і більше міліграм в 1 дм3. У побутових стічних водах особливо багато хлоридів. Різке збільшення концентрації хлор-іонів у воді вказує на забруднення водойми стічними водами. При концентрації хлоридів більше 300 мг/дм3 вода набуває солонуватого присмаку. Крім того хлориди посилюють корозію заліза у воді, внаслідок утворення добре розчинного FeCl2. Хлориди часто містяться у стічних водах хімічних підприємств.

Визначення концентрації хлоридів проводиться згідно ДСТУ ISO 9297:2007 Якість води. Визначання хлоридів. Титрування нітратом срібла із застосуванням хромату як індикатора (метод Мора). У питній воді допускається наявність хлоридів органічного походження до 20-30 мг/л; хлоридів мінерального походження -- до 350 мг/л.

Титриметричне визначення хлоридів аргентометричним методом Мора грунтується на утворенні в нейтральному або слабокислому середовищі (рН=7- 10) малорозчинного осаду хлориду срібла

Cl- + Ag+ > AgClv

Для встановлення кінця титрування як індикатор використовують хромат калію, який з надлишком іонів срібла утворює червоний осад - хромат срібла:

CrO42- + 2Ag+ > Ag2CrO4v

Визначення розчиненого кисню у воді

Природна вода знаходиться у постійній взаємодії з навколишнім середовищем. О2 газ б/к, б/з, б/с, погано розчинний уводі: при 20? в 100 об'ємах води розчиняється ? 3 об'єми О2, вміст якого в воді чітко регламентується. Йодометричне визначення О2 полягає в наступному: до проби, що аналізують, вводять сіль Mn (II) та луг, при цьому утворюється осад Mn (ОН)2, який окислюється киснем води:

MnCl2 + 2NaOH = Mn(OH)2 + 2NaCl;

Mn(OH)2 + 1/2O2+ H2O = MnO2•2H2O

Цей осад відновлюється та розчиняється в суміші H2SO4 та KI:

MnO2•2H2O+2 KI+2H2SO4=MnSO4+K2SO4+I2+4H2O;

2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI

інд. крохмаль змінює колір від синього до безбарвного.

Обчислення результатів вимірювання

Вміст розчиненого кисню у (мг О2 /л) визначають за формулою:

де Сн - нормальність розчину тіосульфату,

V - кількість мл тіосульфату, витраченого на титрування ,

8 - атомарна маса Оксисену,

1000 - коефіцієнт об'ємного і масового перерахунку одиниць (з грамів у міліграми),

100 - об'єм досліджуваної проби води.

Ступінь насичення води киснем обчислюють за формулою:

де С - концентрація кисню мг/л

Со - нормальна концентрація кисню для температури, виміряної при взятті зразка та атмосферному тиску 760 мм рт. ст.

Результати досліджень наведені в таблиці 4.1

Таблиця 4.1. Фізико-хімічні показники поверхневих вод відкритого водоймища парку «Перемога» (вересень, грудень, 2015р.)

2015 рік	номер проби	рн	розчинений кисень, мг/л	сl-, мг/л	so42- мг/л
вересень	1	7,95	2,30	229	454
	2	8,20	2,16	230	443
	3	7,96	2,02	228	436
грудень	4	8,08	2,96	296	455
	5	7,95	3,08	294	458
	6	8,12	3,12	295	449

Дослідження показали, що вміст сульфат-іонів та хлорид-йонів впродовж осені - зими 2015 року не перевищує ГДК у всіх місцях відбору проб.

Значення рН середовища не перевищують норму для відпочинку населення, але є непридатною для господарсько-питного водопостачання (табл. 4.1).

Встановлено, що значення рН середовища в місцях відбору проб в період осені - зими 2015 року залишалось приблизно однаковим або змінювалось незначно.

рН більшості природних вод близький до нейтральної (7,95-8,20). Сталість рН природних вод забезпечується наявністю в ній буферних сумішей. Зміна значення рН свідчить про забруднення води продуктами розпаду органічних сполук, стоками хімічних заводів та інших підприємств [9-10].

Життя більшості водних організмів обумовлено кількістю розчиненого кисню, тобто кисень у водяних екосистемах є одним з головних лімітуючи життя факторів. Головними джерелами надходження кисню в поверхневі води є процеси абсорбції його з атмосфери і продукування в процесі фотосинтетичної діяльності водних організмів. Вміст розчинного кисню не повинний бути менш як 4 мг/дм3 в будь-якій порі року. Результати дослідження свідчать (табл. 4.1), що поверхневі води водоймища парку «Перемога» мають незадовільні значення за цим показником. Кількість розчиненого кисню трохи збільшується в зимовий період в порівнянні з осіннім періодом.

Висновки

В результаті виконаної роботи можна зробити наступні висновки:

1. Проведено огляд літературних джерел з теми дослідження.

2. Визначена загальна твердість води відкритого водоймища парку «Перемога» в період осені - зими 2015 р., котра не перевищує ГДК, але є непридатною для господарсько-питного водопостачання.

3. Встановлено, що вміст хлорид та сульфат-іонів у воді відкритого водоймища парку «Перемога» в місцях відбору проб не перевищує гранично допустимі концентрації.

4. В результаті проведених досліджень встановлено що вміст розчиненого кисню є недостатнім для життя більшості водних організмів.

Список використаних джерел

1.ЗАКОН УКРАЇНИ Про Загальнодержавну програму «Питна вода України» на 2006 - 2020 роки

2.Коломийцева М. Г., Габович Р. Д. Микроэлементы в медицине. - М., 1970. - 170с.

3.Габович Р.Д., Попович Н.А. Пищевая токсикология как раздел гигиены питания и учебный курс.// Гигиена и санитария. - 2013. - №1. - С.42 - 45.

4.Онищенко Г. Г. Актуальные проблемы реализации в России решения ООН о провозглашении десятилетия 2005 - 2015 г.г. международной декадой «Вода для жизни»// Гигиена и санитария. - 2005. - №4. - С. 3-6.

5.Лосева М.И., Карева Н.П. Минеральный состав питьевой воды и здоровье населения. - Новосибирск, 1985. - С. 21 - 24.

6.Лопатин С. А., Нарыков В. И., Раевский К. К. и др. Современные проблемы водоснабжения мегаполисов.// Гигиена и санитария. - 2005. - №4. -С. 20 - 25.

7.Цапко В.В. Гигиеническое обоснование к использованию подземных вод УССР для питьевого водоснабжения и их санитарная охрана: Автореф. дис. д-ра мед. наук. - Киев, 1970.

8.Шевелев Ф.А., Орлов Г.А. Водоснабжение больших городов зарубежных стран. - М., 1987. - 150 с.

9.Сергеев Е.П., Можаев Е.А. Санитарная охрана водоемов. - М., 1979. - 152 С.

10.Шпаков Е.А., Проблемы санитарной охраны водоемов. - Пермь, 2008. - С. 50 - 51.

11.Прокопов В.А., Тетенева И.А. К вопросу использования некондиционных артезианских вод для хозяйственно-питьевых целей./ Доповідні міжнародні наукові конференції «Проблеми забезпечення населення якісною водою». - К., 1997. -С. 95 - 95.

12.Габович Р.Д., Степаненко Г.Ф., Бурьян П.М. Фтор продукты питания.// Рациональное питание. - Киев, 2014. - Вып. 10. - С. 91 - 94.

13.Шаповал В.Ф., Ковган М.І. Оптимізація вмісту фтору в питних водах джерел централізованого водозабезпечення населення в Полтавській області. / Доповіді міжнародної наукової конференції «Проблеми забезпечення населення якісною водою». - К., 1997. - С. 73 - 74.

14.Дымшиц Я. И., Петухова К.А., Попкова В.И., Шипицин С.А. Вопросы эндемического зоба и тиреотоксикоза в Прибайкальском эндемическом очаге. - Иркутск, 1993. - С. 40 - 44.

15.Плитман С.И., Новиков Ю. В., Тулакина Н.В. и др. К вопросу корректировки гигиенических нормативов с учетом уровня жесткости питьевых вод.// Гигиена и санитария. - 1989. - №7. - С. 7 - 10.

Размещено на Allbest.ru