Аналіз якості питної води міста Херсон

ЗМІСТ ВСТУП

1. СУЧАСНИЙ СТАН ПИТАННЯ

2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

2.1 Хімічний аналіз води

2.2 Бактеріологічний аналіз води

2.3 Технологічний аналіз води

2.4 Методика визначення фізичних показників якості води

2.5 Методика визначення хімічних показників якості води

3. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕННЯ

3.1 Стан та використання мінерально-сировинної бази

3.2 Підземні води: ресурси, використання, якість

4. ЕКОЛОГІЧНА ОЦІНКА ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ МІСТА ХЕРСОН

4.1 Характеристика якості питної води

4.2 Характеристика стану систем водопостачання та водовідведення

4.3 Якість питної води Херсонської області

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП Здоров’я людей є головним чинником національної безпеки України. Особливе місце в цьому аспекті належить безпеці питного водопостачання.

Питна вода — це вода, яка придатна для вживання людиною внутрішньо і відповідає встановленим нормам якості. У разі невідповідності води стандартам, здійснюється її очищення і знезараження.

Якісна питна вода не повинна мати шкідливих для людини речовин, і повинна містити корисні мінерали, які необхідні для нормальної життєдіяльності нашого організму.

Питна вода м. Херсону та Херсонської області не зовсім відповідає вимогам Держстандарту -2874−82 «Вода питна». Вона має значно більшу мінералізацію, твердість, погіршені смакові якості, у деяких районах вода навіть має запах нафти. Саме ці якості та проблеми і визначають актуальність теми бакалаврської роботи.

Мета дослідження проаналізувати якість питної води міста Херсон.

Мета конкретизується наступними завданнями.

1.Проаналізувати якість питної води Херсонської області;

2. Дати екологічну оцінку якості питної води міста Херсон;

3. Запропонувати заходи щодо поліпшення якості питної води міста Херсон.

Об'єктом дослідження є питна вода, яка придатна для вживання.

Предметом дослідження є питна вода міста Херсона та її якість.

1. СУЧАСНИЙ СТАН ПИТАННЯ Вода питна — вода, яка за органолептичними властивостями, хімічним і мікробіологічним складом та радіологічними показниками відповідає державним стандартам та санітарному законодавству.

Безпека питного водопостачання є важливою складовою стабільного розвитку суспільства, національної безпеки та сталого розвитку країни. Проблеми питного водопостачання в Україні тісно пов’язані з господарськими, водогосподарськими та екологічними проблемами. Одним із основних факторів, що безпосередньо впливають на стан здоров’я населення є якість питної води, яку воно споживає.

У 260 населених пунктах України питна води за окремими фізико-хімічними показниками (загальний солевміст, жорсткість, концентрація заліза, нітратів, аміаку, перманганатна окисність та ін.) не відповідає вимогам ДержСанПіН «Вода питна». Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання. Деградація водних джерел, поява нових забруднюючих речовин, моральний і фізичний знос устаткування і мереж, вторинне забруднення води при її знезараженні і транспортуванні знижують екологічну безпеку питної води.

Забруднення питної води в трубах водопровідної мережі відбувається внаслідок раптової зміни руху води в ній, або зміни її хімічного складу. За першої причини спостерігається збурення осаду та його перехід в об'єм питної води. Наявність другої причини супроводжується розчиненням твердої частини осаду, що полегшує його збурення, перехід в об`єм питної води та транспортування до споживачів.

Концентрація заліза в промивній воді при першій промивці мережі залежить від матеріалу, з якого виготовлені трубопроводи .

Серед чинників, які впливають на якість води, що поступає до водоспоживачів, на перший план виступають:

— недотримання технологічного регламенту експлуатації водопровідної мережі;

— нестабільність вихідної води та неефективні технології її очищення;

— змішування у водопровідній мережі води від різних джерел водопостачання;

— невідповідність матеріалів труб якості води у водопровідній мережі;

— надмірні діаметри труб водопровідної мережі та порушення гідравлічних параметрів її роботи;

— незадовільний технічний стан водопровідної мережі тощо.

Кожен із зазначених чинників або їх комбінація можуть зумовити непередбачувані зміни якості води, що найбільш яскраво проявляється на межі її контакту з поверхнею трубопроводів та з наступним поширенням цього явища по усьому об'єму трубопроводу. Суть такої зміни може мати фізичні, хімічні або мікробіологічні ознаки.

З огляду на вторинне забруднення води особливої уваги заслуговують технологічні процеси її очищення перед подачею y водопровідну мережу, серед них окислювання та дезінфекція, коагуляція, біологічні процеси очистки.

Дуже важливою є стабільність якості водопровідної води. Нерідко у водопровідній мережі спостерігаються одночасно як корозія трубопроводів, так і випадання осаду, що провокує формування на поверхні трубопроводів біологічних процесів.

Біологічна стабільність питної води характеризується відсутністю умов для вторинного розвитку біоценозів під час її транспортування та зберігання. Біологічна нестабільність води зумовлена присутністю неорганічних і органічних субстратів, спроможних до біодеградації. До таких субстратів можна віднести: атомарний азот, нітрати, органічний вуглець, залізо (Fe⁺²), марганець, водень, сполуки сірки. Розвитку біологічної нестабільності води найбільше сприяє атомарний азот та органічний вуглець, а найменш — залізо та марганець. Формуванню біоценозу у водопровідній мережі сприяють також корозія металевих труб, наявність на поверхні труб мінерального осаду, мала швидкість руху води тощо.

Під впливом антропогенних факторів у воді джерел водопостачання з’явилися бактерії стійкі до дії одного або навіть кількох антибіотиків. Такого типу бактерії виявлено навіть у міських водопровідних мережах. Осад та значне накопичення бактерій сприяють розвитку шорсткості поверхні труб. Такі процеси є характерними переважно для сталевих, чавунних, залізобетонних та азбестоцементних трубопроводів.

Наявність біоценозу у питній воді зумовлює формування ряду проблем, що негативно позначаються на санітарному стані води, погіршенні її смаку, сприяє руйнуванню матеріалу труб.

За умов низької якості водопровідних мереж, значного їх об'єму, невисокої надійності в роботі значно потерпає якість питної води.

Сучасні технології очищення води (мембранні, сорбційні, каталітичні) дозволяють очистити воду від будь-яких забруднень. При застосуванні цих методів зростає вартість очищеної води і не завжди однозначні наслідки від її вживання. Додаткових досліджень вимагає оцінка якості води на виході з очисних споруд на основі врахування зміни складу води при її транспортуванні. Необхідна розробка оптимальної екологічно безпечної схеми питного водопостачання із урахуванням її екологічної безпеки. Це дозволить разом із дотриманням нормативних значень якості води прогнозувати ризик у системі водопостачання, щоб завчасно йому запобігати.

Проблема забезпечення населення питною водою, що відповідає нормативним вимогам визнача ється якістю води у джерелах водопостачання та технічним станом основних фондів централізованих джерел водопостачання та водовідведення. Питанням якості питної води в Україні та за кордоном приділяється значна увага. Так, необхідно відмітити роботи Хорунжого П. Д., Сердюка А. М., Прокопова В. А., Запольського А. К., Гіроля М.М., Орлова В. О., Ткачука О. А. та ін. Таким чином, на сьогоднішній день досить актуальними є питання забезпечення населення якісною та безпечною для здоров’я питною водою і дослідження сучасного стану джерел питного водопостачання [8−10]. Останнім часом в нашій країні і за кордоном здійснюються роботи, спрямовані на підвищення надійності та ефективності функціонування систем водопостачання. Цьому передували дослідження вітчизняних та зарубіжних дослідників і вчених: М. М. Абрамова, С. П. Висоцького, П.І. Гвоздяка, Л.І. Глоби, В. В. Гончарука, О. М. Грабовського, С.С. Душкіна, О.Г. Євдокимова, Л. А. Кульського, І.В. Кожинова, А. М. Курганова, Л.Ф. Мошніна, Г.І. Ніколадзе, В. О. Орлова, А. М. Тугая, В. А. Петросова, Б. Н. Фрога, П. Д. Хоружего, А. В. Яцика, В. Лоррі, Р. Ханом, Робертом Дж. Хебергом та ін. [20, 21].

Деякі вчені (А.В. Яцик, Сусума Кавамура, та інші) ставлять на порядок денний питання суворого контролю екологічного стану прісних водоймищ. Розв’язання цього питання ускладнюється тим, що якщо кількісний та якісний характер стаціонарних змін якості води у водоймищах в цілому вивчений і передбачений, то при випадкових викидах забруднень ситуація на водотоках може змінитися дуже різко і непередбачено. Поліпшити екологічну безпеку можна за рахунок розробки моделі прогнозування якості води, введення екологічних нормативів і заходів щодо зниження ризику.

Сучасна тенденція вдосконалення систем і споруд водопостачання обмежується адаптацією класичних схем обробки води без збитку для показників якості за рахунок введення нових споруд або реагентів (В.В. Гончарук, О. М. Грабовський, С.С. Душкін, Л. А. Кульський, В. О. Орлов, Б. Н. Фрог та інші). Ускладнення технології фізико-хімічної обробки води за рахунок збільшення доз використовуваних реагентів, застосування окислювачів, методів сорбційного очищення не завжди приводять до очікуваного ефекту. Використання підвищених доз реагентів і сорбентів збільшує кількість утворюваних осадів, підвищує солевміст очищеної води, створюючи при цьому проблему вторинного витягування цих солей. Крім того, в очищеній воді можуть залишатися практично всі низькомолекулярні сполуки.

Дотепер у зарубіжній і вітчизняній практиці знаходять застосування біологічні методи очищення (П.І. Гвоздяк, Л.І. Глоба, М.І. Куліков, П. Д. Хоружий, О. П. Оксиюк, Ф. П. Стольберг та інші). Застосування цих методів для очищення стічних вод є добре відомим і достатньою мірою розробленим. Для природних вод, з урахуванням їх особливостей (низькі концентрації органічних речовин, біогенних елементів та ін.), відсутня загальноприйнята технологія.

Для видалення різних інгредієнтів (солей, органічних речовин, важких металів та ін.) все частіше використовується нанофільтрація, ультрафільтрація і мембранні технології (С.П. Висоцький, І.Е. Апельцин, Ю.І. Дитнерський, U. Merten, К. Spigler, L. Dresner та інші). Це здорожує очищення, оскільки пов’язане із значними капіталовкладеннями на реконструкцію існуючих споруд або будівництво нових.

2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ Збір матеріалів здійснювався під час проходження виробничої практики. При написанні бакалаврської роботи були використані матеріали «Виробничого управління водопровідно-каналізаційного господарства міста Херсон» (рис. 2.1), яке здійснює подачу питної води населенню та підприємствам міста, прийом та очистку каналізаційних стоків.

Вимоги до якості питної води, сформульовані Державними санітарними правилами і нормами України (ДержСанПіН) «Вода питна». Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання"[1, 3, 4].

Враховуючи особливу важливість для здоров’я населення якості питної води Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ) розробляє базові нормативи якості води, які видаються у вигляді «Керівництва по контролю якості питної води». Ці нормативи ВООЗ для питної води включають:

— мікробіологічні показники;

— неорганічні компоненти;

— радіоактивність;

— органічні показники;

— пестициди і компоненти, які застосовуються або утворюються при дезінфекції води.

Окрім міжнародних нормативів ВООЗ існує Директива з питної води Європейського союзу і перелік забруднювачів води, що є пріоритетними для контролю.

З метою використання в національній практиці будь-якої країни науково-технічного і виробничого досвіду економічно розвинених країн створена Міжнародна організація з стандартизації (ІSО). У ній для розробки стандартів з якості води існує Технічний комітет ІSО/ТК 147. «Якість води». Постійними комісіями (ПК) ІSО/ТК 147 розробляються такі міжнародні стандарти:

— термінологія (ПК 1);

— фізичні, хімічні і біологічні методи (ПК 2);

— радіологічні методи (ПК 3);

— мікробіологічні методи (ПК 4);

— біологічні методи (ПК 5);

— відбір проб (ПК 6);

— точність аналізу (ПК 7).

Залежно від кількості й точності визначень аналіз може бути повним, скороченим і польовим.

До основних аналізів води належать хімічний, бактеріологічний і технологічний.

2.1 Хімічний аналіз води

Хімічний аналіз води поділяється на якісний і кількісний. Завдання якісного аналізу — встановлення якісного складу домішок. Кількісний аналіз дає можливість оцінити кількісний вміст домішок у воді.

Якісний аналіз дає відповідь типу «так-ні». Його виконують додаванням у дослідну пробу води реактиву (реагенту), який вступає в реакцію з визначуваною домішкою води, що супроводжується характерною зміною системи (поява чи зміна забарвлення, помутніння). В ряді випадків проведення якісного аналізу буває достатнім, щоб установити придатність води для певних цілей.

Якісний аналіз також дає можливість правильно обрати метод кількісного аналізу. Більшість методів визначення кількісного вмісту домішок призводять до помилкових результатів у присутності елементів, які мають певний вплив.

Найпоширенішими методами кількісного аналізу є гравіметричний, об'ємний (титриметричний) та фізико-хімічний.

Гравіметричний аналіз виконується додаванням у пробу надлишку реактиву (тобто із запасом), який утворює з визначуваною речовиною малорозчинну сполуку, що дає осад. Останній відфільтровують, висушують, визначають його масу.

Характерною особливістю гравіметричного аналізу є додавання до проби води надлишку реактиву для забезпечення повноти реакції його з визначуваним компонентом. Реактив повинен бути селективним, тобто реагувати тільки з визначуваною домішкою.

Принцип об'ємного аналізу полягає в тому, що визначувана речовина вступає в хімічну взаємодію з реактивом, який додають у пробу води у вигляді розчину точно відомої концентрації (титрований розчин) і в кількості, що еквівалентна кількості визначуваної речовини. Процес приливання реактиву у аналізовану воду називається титруванням. Кінець реакції між титрованим розчином реактиву і визначуваною речовиною встановлюють за зміною забарвлення індикатора, який додають у воду як допоміжний реактив.

Для обчислення результату аналізу необхідно знати точні об'єми розчинів речовин, які беруть участь у реакції (титрованого розчину і проби води). Формула для розрахунку має вигляд:

(2.1)

де х — кількість визначуваної речовини, мг/дм³; v₁ — об'єм титрованого розчину, витраченого на титрування проби досліджуваної води, см³; N — молярна концентрація еквівалента реактиву (титрованого розчину), моль/дм³; е молярна маса еквівалента визначуваного компонента, г/моль; v₀ — об'єм досліджуваної води, що взяли для титрування, см³.

У тих випадках, коли визначувана речовина є у воді в дуже малій кількості, найдоцільнішими є методи фізико-хімічного аналізу. Особливо поширені методи колориметрії та нефелометрії.

Методами колориметрії концентрацію речовини, якщо вона забарвлена, можна визначити безпосередньо, порівнюючи інтенсивність забарвлення зі стандартом (тобто із розчином з відомою концентрацією речовини). В інших випадках у досліджувану воду додають реактив, який вступає в реакцію з визначуваною речовиною і утворює забарвлену сполуку. Порівнюючи забарвлення досліджуваної води із стандартом, до якого введено той самий реактив, встановлюють концентрацію визначуваної речовини.

Порівнюючи інтенсивності забарвлення, використовують головним чином такі методи: метод кольорової шкали, метод порівняння забарвлення, фотоколориметричний.

При використанні методу кольорової шкали забарвлення досліджуваної проби води порівнюється із забарвленням серії стандартних розчинів, виготовлених таким самим способом. Аналіз виконується у скляних посудинах, які заповнюються досліджуваною водою і стандартними розчинами. Концентрація визначуваної речовини у воді дорівнює концентрації стандартного розчину, з кольором якого збігається колір проби води.

При застосуванні методу порівняння забарвлення порівнюється інтенсивність забарвлення проби води і стандартного розчину, які можуть значно різнитися між собою. Порівняння проводять у спеціальних колориметричних циліндрах (циліндри Генера) із маленькими кранами, що розміщені у нижній частині циліндра. Висоту стовпа рідини в кожному циліндрі регулюють через відливання таким чином, щоб інтенсивності кольорів у обох циліндрах при розгляданні рідини зверху зрівнялись.

При досягненні однакової інтенсивності забарвлення мають місце співвідношення

С_ст h_ст = С_в h_в та, (2.2)

де С_ст і С_в — концентрації відповідно стандартного розчину і досліджуваної води; h_ст і h_в — висота стовпа відповідно стандартного розчину і води.

Методами хімічного аналізу визначають фізичні і хімічні показники якості води.

До фізичних показників належать: температура води, вміст завислих речовин, забарвлення, запах і смак; до хімічних — активна реакція води (рН), перманганатна окислюваність, хімічне споживання кисню (ХСК), біохімічне споживання кисню (БСК), наявність азотвмісних речовин, розчинені у воді гази, щільний залишок і втрата при прожарюванні, жорсткість, лужність, вміст у воді сульфатів, хлоридів, заліза, марганцю та інших елементів.

2.2 Бактеріологічний аналіз При бактеріологічному аналізі води визначають кількість сапрофітних (нехвороботворних) бактерій і бактерій групи кишкової палички Escherichia coli, які характеризують фекальне забруднення води. Розрізняють такі бактеріологічні показники якості води:

1) ЗМЧ загальна кількість сапрофітних бактерій в 1 см³ води; цей показник називають також загальним мікробним числом;

2) БГКП (колі-індекс) кількість бактерій групи кишкової палички, яка міститься в 1 дм³ води.

2.3 Технологічний аналіз В сучасних умовах отримання води певної якості здійснюється за складною хімічною технологію, в якій застосовується велика кількість різних реагентів, матеріалів, фізичних агентів і різноманітні споруди.

У результаті цих дій властивості води зазнають значних змін, які важко передбачити, але необхідно брати до уваги, щоб забезпечити потрібний ефект очистки. Ці так звані технологічні властивості води визначають методами технологічного аналізу. За допомогою такого аналізу серед кількох можливих методів коригування певного показника якості води вибирають найбільш ефективний та економічний, встановлюють необхідну дозу реагенту, визначають кінетику осаду зависів, швидкість протікання води в різних спорудах, динаміку збільшення втрат напору у фільтрувальних спорудах тощо. Незнання технологічних властивостей води може призвести до значних помилок при проектуванні водоочисних станцій.

При використанні найуживаніших технологічних схем очищення води необхідно мати дані про параметри, які характеризують її технологічні властивості: коагульованість, знебарвлення, осаджуваність зависі, фільтрованість, знезалізення, пом’якшення, стабільність, хлорованість. Ці дані отримують в результаті технологічного аналізу води.

2.4 Визначення фізичних показників якості води Температура води — важливий фактор, що впливає на фізичні, хімічні, біохімічні та біологічні процеси, які відбуваються у водоймах. Від неї значною мірою залежить кисневий режим водойми, інтенсивність процесів самоочищення тощо. На температуру води зважають при розрахунках багатьох очисних споруд.

Для питних цілей оптимальною є температура 7…11 С. Цій умові найбільш відповідають підземні води. Вони, як правило, характеризуються сталістю температури, котра при глибині залягання водоносного шару більше ніж 200 м складає 6…10 С. Для поверхневих вод властиві значні сезонні перепади температури — в середньому від 0,1 до 30 С. Вимірювання температури проводять одночасно з відбором проби води з джерела. Там, де це неможливо, температуру вимірюють у бутлі вмістом не менш як 1000 см³, яку перед відбором проби витримують у досліджуваній воді для зрівняння температур.

Для вимірювання використовують калібровані ртутні термометри з ціною поділки 0,1…0,5 С. Результат виражають в градусах Цельсія, знак ставиться тільки при температурах, нижчих за нуль.

2.4.1 Прозорість води Прозорість води визначають якісно і кількісно для озер, а для річок тільки якісно. Якісну характеристику прозорості води визначають візуально (неозброєним оком або за допомогою приладів). Для цього в одно літрову посудину з прозорого скла наливають досліджувану воду і розглядають на світло. Оцінку дають за такою шкалою:

— дуже прозора — коли немає будь-яких найменших часточок у воді;

— прозора — коли є невелика кількість дрібненьких часточок;

— слабо каламутна — коли добре видно роздріблені частинки;

— дуже каламутна — коли роздрібнених частинок так багато, що проба води майже непрозора.

Для кількісного визначення прозорості води користуються більше диском, який занурюють у воду на шнурі з тіньового боку човна. Занурюючи диск, спостерігають, коли він зникне з очей. Глибину, на якій диск перестає бути видно, вимірюють у сантиметрах і вважають прозорість води. Якщо глибина водойми настільки мала, що диск лягає на дно раніше, ніж зникає з очей, то визначають прозорість «до дна», а в дужках поряд зазначають глибину в сантиметрах.

2.4.2 Кольоровість води Кольоровість води визначають у прозорій воді. Якщо вода не прозора, її фільтрують. У пробірку наливають майже повно води, ставлять її на аркуш білого паперу і, спостерігаючи зверху вниз, оцінюють воду щодо кольору так: безбарвна, світложовта, жовта, зеленувата, бура тощо.

Кількісне визначення кольоровості води проводять способом порівняння досліджуваної води з стандартом — платино-кобальтовим розчином. Для цього беруть два одинакові циліндри заввишки 20 см і об'ємом 100 мл. В один наливають досліджуваної води, а в другий таку саму кількість стандартного розчину, ставлять циліндри на аркуш білого паперу і порівнюють їх кольори. Якщо кольори не одинакові, то з досліджуваною водою порівнюють другий зразок стандартного розчину і так роблять доти, поки бідберуть стандарт потрібного кольору. Підібравши колір стандартного розчину до досліджуваного, визначають градуси кольоровості води за стандартом.

2.4.3 Методика визначення смаку

Смак води визначають органолептично: 10…15 см³ води, підігрітої до 30С, кілька секунд утримують у роті, визначаючи якісну характеристику смаку і оцінюючи його інтенсивність.

При оцінці смаку рекомендована така шкала:

Для оцінки можуть застосовуватись також бальні шкали. Наприклад, смак еталонного зразка має показник 20 балів, а втроє неприємніший — 60 балів і т. ін.

2.5 Визначення хімічних показників якості води Активна реакція води визначає її кислотність або лужність. Вода, як і кислоти, солі та луги, частково дисоціює на іони:

Н₂О Н⁺ + ОН.

Ступінь дисоціації води дуже незначна: з 55,56 молів води, які містяться у 1 дм³, дисоціює лише 10⁷ молей. У хімічно чистій воді концентрація іонів водню дорівнює концентрації гідроксид-іона:

[H⁺] = [OH] = 10⁷ моль/дм³.

При 22С добуток концентрації цих іонів:

k_w = [H⁺] [OH] = 10¹⁴ .

Цей добуток, який має назву іонного добутку води, зберігає постійне значення і в присутності речовин, які утворюють під час дисоціації іони водню та гідроксид-іони: k_w = const. Це означає, що досить визначити концентрацію одного з іонів (Н⁺ або ОН), щоб вирахувати кількість іншого. На практиці знаходять концентрацію іонів водню і позначають її з допомогою водневого показника рН, який являє собою від'ємний десятковий логарифм концентрації іонів водню:

рН = lg [H⁺]

Величина рН характеризує стан водного середовища:

в нейтральному середовищі [H⁺] = [OH] = 10⁷ моль/дм³, тож рН = 7;

якщо [H⁺] [OH], рН 7 — середовище кисле;

якщо [H⁺] [OH], 7 рН 14 — середовище лужне.

Активна реакція води — один із найважливіших показників її якості, що визначає характер протікання хімічних і біохімічних процесів у природних водах та очисних спорудах. Від рН залежить розвиток та життєдіяльність водних організмів, форма існування у воді цілого ряду хімічних сполук, корозійна активність води відносно металів та бетону тощо. Водневий показник важливий при проведенні ряду процесів її обробки, наприклад, при коагулюванні, реагентному пом’якшенні, знезалізенні, виділенні сполук кремнію, марганцю тощо, при виконанні деяких видів хімічного аналізу. ДержСанПіН України регламентує рН у межах 6,5…8,5.

2.5.1 Жорсткість води

Жорсткість води зумовлена наявністю в ній іонів кальцію та магнію. В природних умовах солі надходять у воду внаслідок взаємодії розчиненого у ній діоксиду вуглецю СО₂ з карбонатними мінералами (доломітами, вапняками) і хімічного вивітрювання та розчинення гірських порід. Джерелом кальцію та магнію є також стічні води силікатної, металургійної та хімічної промисловості, поверхневий стік із сільськогосподарських угідь, які оброблялись мінеральними добривами, що містять кальцій.

Розрізняють карбонатну Ж_к, некарбонатну Ж_нк, кальцієву Ж_Са, магнієву Ж_Mg та загальну жорсткість Ж_{заг .}

Карбонатна жорсткість зумовлена наявністю у воді гідрокарбонатів кальцію та магнію Ca (HCO₃)₂ i Mg (HCO₃)₂, а некарбонатна — кальцієвих та магнієвих солей сильних кислот (CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄ та ін.). Наявність солей кальцію зумовлює кальцієву жорсткість, а наявність солей магнію — магнієву.

Загальна жорсткість — це сума кальцієвої і магнієвої жорсткості:

Ж_заг = Ж _Са + Ж _Mg;

або карбонатної і не карбонатної:

Ж _заг = Ж _к + Ж _нк.

Одиниця виміру жорсткості води — ммоль/дм³ (мг-екв/дм³). Згідно із ДержСанПіН жорсткість питної води в Україні не повинна перевищувати 7 ммоль/дм³.

Визначення загальної жорсткості ґрунтується на реакції іонів кальцію та магнію з трилоном Б, в результаті чого утворюються комплексні сполуки. На закінчення реакції вказує зміна кольору індикатору еріохром-чорного з винно-червоного на синій. Внаслідок того, що іони Ca²⁺ i Mg²⁺ утворюють з трилоном Б малостійкі комплекси, титрування проводять у лужному середовищі, застосовуючи для цього буферну суміш гідроксиду амонію з хлоридом натрію (аміачний буферний розчин), що має рН = 10.

2.5.2 Методика визначення лужності

Під загальною лужністю води розуміють суму гідрокарбонатних НСО₃, карбонатних СО₃², гідроксидних ОН іонів та аніонів слабких кислот. Відповідно до цього розрізняють гідрокарбонатну, карбонатну та гідроксидну лужність. Оскільки в більшості природних вод переважають вуглекислі сполуки (в основному іони НСО₃), звичайно враховують лише гідрокарбонатну і карбонатну лужність [16,17].

Лужність не входить до числа жорстко обмежених за своїм значенням показників якості води, однак ДержСанПіН України рекомендує т.зв. показники фізіологічної повноцінності складу води, до яких входить і загальна лужність 0,5…6,5 мг-екв/дм³.

Лужність води — важливий показник при проведенні багатьох процесів очистки води, особливо при обробці її коагулянтами, пом’якшенні.

Визначення лужності води ґрунтується на реакції іонів НСО₃ із соляною кислотою в присутності індикатора суміші бромкрезолового зеленого і метилового оранжевого (ISO 9963−1).

Реакція проходить згідно рівняння:

НСО₃ + Н⁺ = СО₂ + Н₂О.

На закінчення реакції вказує зміна кольору з зеленувато-блакитного на сірий.

В конічну колбу місткістю 250 см³ наливають 100 см³ води і додають 2−3 краплі розчину індикатору, перемішують і титрують розчином соляної кислоти (20 ммоль/дм³) до зміни кольору.

Лужність обчислюють за формулою, ммоль/дм³ (мг-екв/дм³):

(2.3)

де v₁ — об'єм розчину соляної кислоти, витраченого на титрування, см³;

С₁ — концентрація розчину соляної кислоти, ммоль/дм³ (20 ммоль/дм³);

v₀ — об'єм проби води, взятої на аналіз, см³ (100 см³).

2.5.3 Методика визначення перманганатної окиснюваності

В конічну колбу місткістю 250 см³ наливають 100 см³ води, додають 5 см³ сірчаної кислоти (розведення 1:3) і розчин перманганату калію (молярна концентрація еквівалента С₁ = 0,01 моль/дм³) у кількості v_п = 10 см³. Накривши колбу воронкою кип’ятять 10 хвилин від моменту закипання.

Перманганат калію, як сильний окислювач, реагує з присутніми у воді відновниками:

MnO₄ + 8H⁺ + 5e Mn²⁺ + 4H₂O.

Оскільки перманганат додають з надлишком, його залишок забарвлює досліджувану пробу води і реагує з щавлевою кислотою, яку додають у кількості 10 см³ (молярна концентрація еквівалента 0,01 моль/дм³) у зняту з нагрівального приладу колбу:

2MnO₄ + 5C₂O₄² + 16H⁺ 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O.

Гарячий розчин після введення щавлевої кислоти втрачає колір. Щоб визначити залишок щавлевої кислоти пробу у колбі відразу титрують розчином KMnO₄ (молярна концентрація еквівалента 0,01 моль/дм³) до слабкорожевого кольору. Кількість витраченого розчину KMnO₄ позначаємо v₁ (перше титрування). Таким чином, на реакції з органічними речовинами досліджуваної води і 10 см³ щавлевої кислоти витрачено (v_п + v₁) см³ розчину KMnO₄ (молярна концентрація еквівалента 0,01 моль/дм³).

Для визначення кількості розчину перманганату калію, який витрачається на титрування 10 см³ щавлевої кислоти (молярна концентрація еквівалента 0,01 моль/дм³), тобто для визначення титру KMnO₄, в ту саму колбу в ще гарячий розчин доливають 10 см³ розчину щавлевої кислоти і знову відтитровують перманганатом калію до слабкорожевого кольору, який зберігається протягом 1 хвилини. Кількість витраченого розчину KMnO₄ позначаємо v₂ (друге титрування). Об'єм розчину KMnO₄, який витрачено на реакції з органічними домішками досліджуваної води, становить (v_п + v₁ v₂) см³.

Перманганатну окиснюваність, О_к, обчислюють за формулою:

(2.4)

де k — поправочний коефіцієнт, ;

е — молярна маса еквівалента кисню, е = 8 г/моль;

v₀ — об'єм досліджуваної води, см³.

2.5.4 Методика визначення біохімічного споживання кисню

Досліджувану воду наливають у колбу місткістю 1 дм³, підігрівають (або охолоджують) до 20С та сильно струшують протягом 1 хв. для насичення киснем. Коли бульбашки кисню вийдуть, воду наливають у дві склянки з притертими пробками. В одній з них визначають розчинений кисень [О₂]₀. Другу склянку з досліджуваною водою (інкубаційну) ставлять у термостат і витримують при температурі 20С 5 діб. Потому в ній, як і в першій склянці, визначають розчинений кисень [О₂]₅. БСК розраховують за формулою:

БСК = [О₂]₀-[О₂]₅, мгО₂/дм³

де [О₂]₀ — початковий вміст кисню, розчиненого у воді, мгО₂/дм³;

3. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕННЯ

3.1 Стан та використання мінерально-сировинної бази

Херсон — промисловий та адміністративний центр півдня України. Місто розташоване на відстані 25 км. від гирла Дніпра, площа 210 км², жителів більше 350 тис. (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 — Карта-схема Херсонської області

В екологічному відношенні досліджувана територія відноситься до розряду забрудненої з погіршеними умовами проживання населення. Це вимагає термінових заходів з оздоровлення навколишнього середовища, постійного догляду та відновлення ландшафтів, боротьби з підтопленням ґрунтовими водами, зниження забруднення поверхневих вод та водоносних горизонтів.

На території області розвідані та затверджені державною комісією по запасах корисних копалин запаси прісних підземних вод по наступних родовищах: Херсонське, Бериславське, Генічеське, Голопристанське, Каланчацьке, Каховське, Новокаховське, Асканійське, Вадимське, Лазурненське, Скадовське, Цюрупинське, Збур'ївське.

Постановою Кабінету Міністрів України від 11.12.1996р. № 1499 затверджений Перелік водних об'єктів, що відносяться до категорії лікувальних. На території Херсонської області до них відносяться: родовище мінеральних вод Залізний Порт — Хорли та Північно-Сиваське родовище термальних мінеральних вод.

Державною комісією України по запасах корисних копалин при Міністерстві охорони навколишнього природного середовища України затверджені запаси мінеральних підземних вод по двох родовищах: Любимівське родовище мінеральних підземних вод, Нововоронцовський район (протокол № 1101 від 12.04.2006р.), родовище «Гаряче джерело» мінеральних лікувальних вод, Генічеський район (протокол № 1187 від 07.11.2006р).

Станом на 01.01.2010р. в Держуправлінні на обліку знаходиться 5164 свердловини на воду, в т. ч. 1 свердловина мінеральної води на території санаторію «Золота Нива» у с. Залізний Порт, Голопристанського району, 1 свердловина термальної мінеральної води ТОВ «Гаряче джерело» у с. Генічеська Гірка, Генічеського району та 1 свердловина мінеральної води малого приватного підприємства «Таврія» в с. Любимівка, Нововоронцовського району.

3.2 Підземні води: ресурси, їх використання та якість За даними Південно-Української гідроекологічної експедиції державному обліку підлягають прогнозні ресурси (ПРПВ), розвідані і, затверджені державним комітетом та технічною комісією по запасах, експлуатаційні запаси підземних вод (ЕЗПВ).

Загальний модуль розвіданих запасів по області становить 33,13 м³/добу/км² (до 1,5 г/дм³), по адміністративних районах він змінюється від 5,2 до 115,22 м³/добу/км², а по території Херсонської міської ради — 567,7 м³/добу/км². Забезпеченість експлуатаційними запасами підземних вод на 1 особу населення в середньому становить 0,84 м³/добу.

На одного мешканця області з мінералізацією до 1,5 г/дм³ доводиться від 0,03 до 10,15 м³/добу. Із 18 районів області найменша кількість оцінених прогнозних ресурсів підземних вод припадає на Новотроїцький, Високопільський, Іванівський райони та Херсонську міськраду — менше 1,0 м³/добу, практично незабезпечені - Білозерський, Верхньорогачицький, Нижньосірогозький, Нововоронцовський райони (від 1 до 2,5 м³/добу); відносно забезпечені - Великолепетиський, Горностаївський, Каховський райони (від 2,5 до 6 м³/добу); забезпечені - Голопристанський, Каланчацький, Скадовський, Цюрупинський та Чаплинський райони (від 6 до 10,1 м³/добу).

Виходячи із орієнтовної потреби на 1 мешканця у питній воді 0,2 м³/добу, Херсонська область є цілком забезпечена прісними підземними водами, окрім Новотроїцького району (0,03 м³/добу).

Загальний водовідбір із підземних вод. 36% (131,473 тис. м³/добу) від загального водовідбору припадає на експлуатаційні запаси підземних вод (ЕЗПВ), 33% (122,972 тис. м³/добу) на дренажний водовідлив та 31% (114,341 тис. м³/добу) на прогнозі ресурси підземних вод.

В області на обліку знаходяться 2253 водозаборів, які належать 1624 водокористувачам. Підземні води експлуатуються як груповими водозаборами так і поодинокими свердловинами. Врахована кількість водопунктів станом на 01.01.10 р. складає 6393, у тому числі артезіанських свердловин — 5363, шахтних колодязів — 65 та 965 дренажних свердловини, в середньому по 1 водозабору (свердловині) на 4,3 км² площі.

Із загальної кількості водопунктів нараховується 3109 непрацюючих свердловин (майже 48% від загальної кількості), із них 796 підлягають санітарно-технічному тампонажу, 509 знаходяться на консервації, 11 потребують ремонту, решта свердловин не використовуються по різноманітним причинам. В середньому на одну працюючу свердловину доводиться 0,112тис.м³/добу.

На території області нараховуються 23 водозабори що видобувають підземні води з водовідбором >1000 тис. м³/добу та 90 з водовідбором >300тис.м³/добу.

Звітний баланс використання підземних вод ведеться по адміністративних районах, річкових басейнах та водоносних горизонтах. Узагальнений баланс видобутку та використання підземних вод складений по наданим водокористувачами звітним формам № 7-ГР (підземні води) та № 2ТП (водгосп). За 2009 р. звітувало 305 водокористувачів (19%) за формою № 7-ГР та 426 (26%) формою № 2ТП.

Питні води. Для організації централізованого водопостачання районних центрів, селищ міського типу та окремих підприємств області в різні роки (переважно 70−80р.) розвідані і затверджені експлуатаційні запаси питних підземних вод по 14 родовищам (32 ділянки). Загальна кількість експлуатаційних запасів складає 923,445 тис. м³/добу (18% від величини ПРПВ) з мінералізацією до 1,5 г/дм³. З загальної кількості розвіданих родовищ питних вод з різних причин на теперішній час не введені в експлуатацію 3 родовища: Голопристанське, Цюрупинське, Збурї'вське та окремі ділянки родовищ — Підстепненська, Бериславська Східна, Вадимська Кількість незадіяних затверджених запасів питних підземних вод складає 275,3тис.м³/добу (30% від загальної кількості).

Процент використання запасів підземних вод Херсонського родовища складає 39%, решта експлуатується з водовідбором, що не перевищує 22% від затверджених запасів, однак в розрізі ділянок водовідбір коливається від 1% до 76%. По ділянках Індійська-1 та Бориславська-2 спостерігається перевищення освоєння запасів над затвердженими на 15 та 57%, відповідно.

Найбільше експлуатаційне навантаження спостерігається на ділянці Кіндійка-1 Херсонського родовища, де середньодобовий водовідбір на одну працюючу свердловину складає 1,92 тис. м³. Таке високе експлуатаційне навантаження вочевидь і привело до порушення водно-сольової рівноваги, що спричинило погіршення якості підземних вод верхньосарматського горизонту і скорочення запасів прісних вод. Підземні води тут видобуваються з мінералізацією понад 3,0 г/дм³, крім цього відмічається наявність і інших забруднювачів таких як нітрати та амоній. ЕЗПВ по ділянці Кіндійська-1 підлягають списанню, як некондиційні.

У межах Асканійського і Вадимського, а також Херсонського родовищ (8 ділянок) на цей час поширені слабосолонуваті води, що сформувалися внаслідок порушення водно-сольового балансу в процесі експлуатації водозаборів і впливу іригаційних факторів.

Населення в межах цих території відчувають дефіцит у якісних питних водах, найбільше від даної проблеми потерпають жителі обласного центру м.Херсон. Потребу в питних водах задовольняють за рахунок пунктів розливу питної води. У грудні 2009 року розвідане родовище «Олешківська благодать», експлуатаційні запаси затверджені у кількості 230 м³/добу по категорії В (протокол ДКЗ України № 1888 від 24.12.2009р.) родовище буде експлуатуватися з 2010 року.

Мінеральні води. На території Херсонської області окрім прісних розвідані 4 родовища (4 ділянки) мінеральних підземних вод, запаси затверджені у кількості 34,003 тис. м³/добу по категоріям А+В+С₁. Два родовища мінеральних вод (Залізний Порт та Хорли), на теперішній час не експлуатуються. Дві свердловини на ділянках Херсонська-1 та Херсонська-2, видобувають мінеральні столові води, проте запаси окремо не підраховувалися і були прийняті на НТР підприємства (ВАТ «Джерело» та ЗАТ НВП «Сінта»).

Мінеральні води використовуються для розливу населенню та розливу у пляшки в якості мінеральної природно-столової води (вода «Воронцовська»). Промислові води використовуються для лікувальних цілей населення у лікувально-профілактичному закладі (водолікарня «Гаряче джерело). Видобуток мінеральних підземних вод у 2009 р. склав 0,171 тис. м³/добу (0,5%) від затверджених запасів (4 свердловини).

Територіально родовища експлуатаційних запасів підземних вод в межах Херсонської області розподіляють по 10 адміністративним районам. Переважна більшість водозаборів (86%) в Херсонської області працюють на ділянках надр з неоціненими запасами підземних вод. Розподіл їх на території області дуже нерівномірний. Розподіл прогнозних ресурсів підземних вод по видах використання. Херсонська область досить забезпечена підземними водами на господарсько-питні потреби. Однак, в процесі, довготривалої експлуатації відбулися деякі зміни якості вод. За даними водовідбору, станом на 01.01.10 р., прісні підземні води з мінералізацією до 1г/дм³ відсутні на територіях Іванівського, Нижньосірогозького та Новотроїцького районів. Зростання мінералізації підземних вод спостерігається:

— у Новтороїцькому районі - водовідбір у кількості 8,16 тис. м³/добу з мінералізацією 1−1,5 г/дм³ перевищив ПРПВ (1,10 тис. м3/добу) на 7,06 тис. м³/добу;

— у Білозерському районі - водовідбір у кількості 8,785 тис. м³/добу з мінералізацією 1,5−3 г/дм³ перевищив ПРПВ (3,53 тис. м³/добу) на 5,25 тис. м³/добу;

— по 13 районам із 18 спостерігається водовідбір з мінералізацією >3г/дм³ (найбільший водовідбір на території Херсонської міської ради — 53%, 40% в Іванівському та 7% в Високопількому районах; решта менше 4% від загальної кількості видобутих ПВ.

Отже, раніше оцінені прогнозні ресурси на теперішній час по окремим районах не відповідають дійсності і потребують перегляду.

Слід відмітити, що:

1. У північній (Верхньорогачицький район) та південно-західній частині області (Голопристанський, Каланчацький, Скадовський і Цюрупинський райони) зберігається благополучна гідрохімічна обстановка протягом тривалого періоду експлуатації, тобто має значні ресурси прісних підземних вод, придатних для водопостачання населення на правобережної частини області.

2. У Бериславському, Нижньосірогозькому та Чаплинському районах підземні води, що використовуються для водозабезпечення з мінералізацією до 1,5 і 1,5−3,0 г/дм³ представлені приблизно у рівній мірі.

3. На більшій частині площ Білозерського, Горностаївського, Іванівського районів поширені підземні води з мінералізацією 1,5−3,0 г/дм³.

4. На території Іванівського району підземні води характеризуються підвищеною мінералізацією (4−5 і навіть до 8 г/дм³), тут практично не має підземних вод питної якості.

вода питна якість

4. ЕКОЛОГІЧНА ОЦІНКА ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ МІСТА ХЕРСОН

4.1 Характеристика якості питної води Однією з найболючіших проблем області є стан питних вод. Саме цей фактор серйозно впливає на здоров’я населення області, зокрема, на сольовий баланс системи травлення, появу злоякісних пухлин, порушує діяльність кровотворної, сечостатевої й інших систем людини.

Джерелом питної води м. Херсона є підземні води сарматського водоносного горизонту. Для водопостачання населення, підприємств, організацій і закладів міста Херсона Виробниче управління водопровідно-каналізаційного господарства здійснює забір питної води 129 свердловинами із встановленим лімітом спеціального водокористування.

На даний момент водопостачання міста проводиться Водоканалом з Верхньо-Сарматського водоносного горизонту 153 свердловинами. Подається та розподіляється вода шістьма насосними станціями водопроводу. Добова подача для міста — 120−130 тис. м³ води/доба. З них, 55 свердловин подають близько 58 тис. м³/добу з відхиленням від ГОСТ по сольовому складу (вживання цієї води дозволено Мінздравом та Гостстандартом України). В місті в літній, пекучій період відчувається дефіцит питної води, яка досягає 30−40 тис. м³/добу. Із 153 свердловин 111мають 100% зношення та експлуатуються на 10−15, а деякі й на 20 років понад нормативного терміну експлуатації.

Контроль якості води проводиться акредитованою лабораторією Водоканалу по графіку, затвердженому Міською санепідемстанцією. З практичного досвіду тампонування свердловин, що дають неякісну воду, та свердлування в безпосередній близькості від нових свердловин, встановлено, що якість води знову просвердлених свердловин відповідає ГОСТ.

Місто Херсон розташоване на правому березі Дніпра. Історично склалося, що питну воду беруть із артезіанських свердловин, які розташовані на території самого міста. У останні роки у місті все більше зростає дефіцит питної води та погіршилась її якість.

Свердловин на території Херсону близько 400, але тільки 146 належать Міськводоканалу — організації, яка постачає питну воду херсонцям. Інші свердловини належать різним підприємствам, які споживають цю воду безконтрольно. Ця основна причина того, що виснажується водоносний пласт, з якого відбирається вода.

Однією з причин дефіциту питної води є вкрай зношена водна мережа міста. Таким чином, м. Херсон забезпечується артезіанською питною водою, яка є біохімічно чистою — у ній відсутні бактерії, але її нераціонально використовують, втрачають при транспортуванні у загальну мережу водопостачання.

Другою причиною є безконтрольність водоспоживання господарств, які використовують воду із мережі водопостачання міста.

Ще однією особливістю водопостачальної мережі Херсону є те, що у різних районах міста вода неоднакова. Це пояснюється тим, що є свердловини локально приєднані до окремих будинків і не з'єднані з міською мережею. У таких свердловинах вода має добрий смак, не має перевищення по мінералізації та твердості. Крім того, у таких свердловинах відсутнє хлорування води.

Прогресивне погіршення питної води в Херсоні за останні кілька десятиріч є результатом порушеного режиму підземних вод, який утворився внаслідок довготривалої, поза терміном амортизації, експлуатації артезіанських свердловин. Добування питної води проходить, як правило, з ділянок площею в кілька квадратних кілометрів кожна і при переексплуатації конкретного геологічного ярусу (в Херсоні. це найчастіше сарматський ярус неогенового горизонту) проходить притік небажаних інгредієнтів з інших горизонтів по всій площі депресії. Для артезіанських вод Херсона головними такими інгредієнтами є катіони та аніони легко розчинних солей, металів, а інколи — аміаку, нафтопродуктів, сполук азоту.

Особливо небезпечний просачування сильно забруднених вод з верхнього шару в цей горизонт. Ґрунтові води в місті, як зазначено вище, під впливом промислової діяльності та транспорту забруднюються нафтопродуктами, свинцем, кадмієм, нітратами (табл. 4.1). За таблицею одразу стає зрозумілим, що всі райони міста Херсон, а саме: Дніпровський, Комсомольський та Суворовський, мають незадовільну якість питної води, особливо Дніпровський район, де показник загальної жорсткості питної води не повинен перевищувати 7 ммоль/дмі, а внашому випадку він складає 13.9 ммоль/дмі. Отже, більшість показників, за якими оцінюють якість питної води в місті Херсон — далекі від гігієнічних вимог до води, призначеної для споживання людиною.

Таблиця 4.1 — Інформація стосовно результатів досліджень забруднення питної води за 2010 рік міста Херсон

Вода, що добувається в селищі Комишани — непридатна для вживання По 6 свердловинам мінералізація води коливалається в межах 3,8 — 4,2 г/л, що в 4 рази більше ГДК. вміст хлоридів був в 3, а сульфатів в 2 рази більше граничнодопустимої концентраті. В воді більшості свердловин спостерігалися високі концентрації нітратів. Аналогічна ситуація спостерігалась в деяких свердловинах селища Степанівка. На свердловинах, що розташовані на території напірної станції № 1 ВУВКГ (центр міста), мінералізація коливається, в межах 0,4 — 3,6 г/л (ГДК — 1 г/л), вміст хлоридів — 0,5 — 0,8 (ГДК — 0,35), сульфатів — 0,7 — 1,2 г/л (ГДК — 0,5).

Води мають великий вміст СО2,(до 75 мг/л, при ГДК — 20), що є непрямим підтвердженням наявності певного бактеріального забруднення води. В деяких свердловинах, що розташовані на території напірної станції № 1 (зокрема, № 8), виявлена велика кількість амонійного азоту (до 30 мг/л, при ГДК — 2,6), що мабуть засвідчує той факт, що в питні води міста попадають каналізаційні стоки. Можливе їх джерело — старі свердловини поглинання та вигрібні ями, що існувати в центрі міста до побудови каналізаційної мережі в місті наприкінці XIX століття. Інше джерело — ділянки приватної забудови вздовж Дніпра, де підземні води верхньосарматського горизонту не мають природного захисту від нечистот із вигрібних ям, побутового сміття тощо.