Влияние города Калининграда на качество воды в реке Преголе

федеральное агентство  по образованию

Российский  государственный университет им. И. Канта

Проектная работа

на тему:  Влияние города Калининграда на качество воды в реке Преголе.

Руководитель работы                                                                    Работу выполнили преподаватель кафедры                                                                студенты 3 курса «Неорганическая химия»:                                                             биоэкологич.ф-та в/о:

Чибисова Н.В.                                                                               

Глушанина О.

Калининград

-2008- 
Содержание

цель работы:

Выявить количественно антропогенную  нагрузку, которую оказывает г. Калининград  на природный объект р. Преголя. Осуществить  контроль за качеством природных  вод реки Преголя до момента ее втекания в черту города и в центре города. Сделать сравнительную характеристику и выводы о наличии (или отсутствии) антропогенной нагрузки на р.Преголя и ее влияние на качество воды в исследуемом объекте.

Задачи:

1. Выбор точки отбора проб воды для сравнительного анализа.
2. Выбор параметров по которым будет осуществляться контроль.
3. Провести работу по отбору и анализу проб воды по выбранным параметрам.
4. Осуществить расчеты по полученным результатам исследования.
5. Сделать сравнительную характеристику и выводы по полученным данным о воздействии города на качество воды в р. Преголя.

Введение

Река Преголя  с ее многочисленными притоками  – основная водная система области. Она образуется от слияния рек Инструча и Анграпы на северо-западной окраине г. Черняховска. Главным истоком ее является Анграпа вместе со своим притоком – Писсой.

Город Калининград расположен в  пойме реки Преголя, что в значительной мере определяет наличие на его территории большого количества водных объектов: рек, ручьёв, каналов. Река протекает с востока на запад через область и город и впадает в Калининградский залив, в свою очередь открывающийся в Балтийское море. Основной водный объект города – река Преголя – является главным источником питьевой воды для Калининграда и важным элементом ландшафта города. Высокий уровень поверхностного загрязнения реки происходит преимущественно за счет легко окисляемой органики хозяйственно-бытовых и фекальных стоков. Дно реки Преголи покрыто мощным многометровым слоем мёртвых отложений. Некоторыми причинами, связанными с загрязнением реки, объясняется и неблагополучная обстановка с содержанием сероводорода в воздухе Калининграда, а именно:

• постоянные переливы и аварийные выпуски городских канализационных стоков, активно загрязняющие Преголю;
• нагонные явления в р. Преголе во время длительных западных ветров;
• интенсивное разрушение бетонного перекрытия самотечного главного канализационного коллектора в районе посёлка А. Космодемьянского (коллектор остается открытым).

Содержание органических загрязнений, особенно в летний период, значительно  варьирует и превышает значения предельно допустимых концентраций (ПДК). Содержание растворённого в воде кислорода в черте города часто находится в критических пределах. С промышленных предприятий в реку также попадают соли тяжёлых металлов.

В русло реки в черте города сточные  воды сбрасываются через 76 санкционированных выводов хозяйственно-бытовых и ливневых вод, в их числе:

• городская канализационная сеть;
• целлюлозно-бумажная промышленность (СП ЗАО «Цепрусс»);
• ОАО «Калининградский вагоностроительный завод»;
• ЗАО «Западно-Балтийский СРЗ»;
• Государственное унитарное предприятие «Нефтебаза»;
• ливневые, хозяйственно-бытовые и промышленные стоки трёх портов.

В большинстве случаев стоки  в реку Преголю проходят только механическую очистку. Помимо перечисленных выше выпусков, в реку Преголю периодически производится сброс городских хозяйственно-бытовых сточных вод через 10 аварийных выпусков. Ситуация усугубляется нарушением разделения хозяйственно-фекальной и ливневой канализационных систем, приводящим к загрязнению промышленными и бытовыми стоками практически всех городских водоемов.

В теплый период года, чаще всего с  середины мая по конец сентября, на городском участке реки Преголи регулярно возникает ситуация дефицита растворенного кислорода в воде, что приводит к прекращению самоочищения водоема и началу преобладания в нем неблагоприятных анаэробных процессов. Первым внешним проявлением таких изменений является недостаток кислорода для жизнедеятельности организмов, что сразу становится заметно из-за большого количества полуживой рыбы, плавающей по поверхности.

Сбросы трех портов (торгового, рыбного, речного), включая сброс ФГУП «Портовая нефтебаза», - это выпуски льяльно-балластных вод, хозяйственно-бытовые и фекальные воды

Большинство водоёмов г. Калининграда превращено практически в сточные канавы, через которые в реку Преголю сбрасываются необеззараженные сточные воды. Вода в водоёмах мутная, тёмного цвета, со специфическим запахом. Дно и русла водотоков заилены. захламлены бытовым мусором, откосы оплыли и заросли древесно-кустарниковой растительностью.

В настоящее время по г. Калининграду на учет поставлено 48 очистных сооружений фактической мощностью 97776 тыс.м³ в год, при этом 23 сооружения биологической очистки мощностью 2520 тыс.м3 (2,5%), 5 сооружений физико-химической очистки (1,9 %) и 20 сооружений механической очистки мощностью 94932 тыс.м³/год (95,6 %).

Большинство очистных сооружений построены  по устаревшим проектам, требуют ремонта и реконструкции.

Неблагоприятная экологическая ситуация с р. Преголя непосредственным образом  влияет на качество питьевой воды, подавляющая часть которой (до 2/3 общего объёма) подается в систему водоснабжения из р. Преголя и создает потенциальную угрозу здоровью граждан города.

Поэтому необходимо выявлять и контролировать влияние города на качество воды в  основной водной системе  как города, так и области – реке Преголе.

1. Органы осуществляющие мониторинг реки Преголя

Основной мониторинг реки Преголи осуществляется Калининградским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (далее КЦГМ) в двух пунктах наблюдения (фоновый створ 1 км выше Берлинского моста и 3 контрольных створа в 1км выше устья реки) по 24-м мониторинговым параметрам. Наблюдения ведутся на протяжении всего года с частотой 1 раз в месяц путем отбора проб в створах.

КЦГМ своевременно информирует  все заинтересованные природоохранные организации и органы власти в случаях высоких загрязнений (ВЗ) и экстремально высоких загрязнений (ЭВЗ).

Калининградский центр Госсанэпиднадзора  ведет мониторинг качества воды поверхностных  водоемов I и II категории, в том числе реки Преголя, мелких водоемов (в основном, купальных озер) и источников водоснабжения с целью оценки влияния на здоровье населения. Мониторинговые наблюдения ведутся с частотой 1 раз в месяц в 7 точках по реке Преголе на протяжении всего года и в 13 точках в период с апреля по август (в случае жаркого лета- по сентябрь) по мелким водоемам. Наблюдения ведутся по 16 мониторинговым параметрам, включающим органолептические, химические и микробиологические показатели.

Для регулирования хозяйственной  деятельности в зоне водосбора реки Преголи отделом аналитического контроля Госкомэкологии проводятся мониторинговые наблюдения в период май-октябрь в устьевой части реки Преголи в 8 контрольных точках по 6 мониторинговым параметрам. Периодически проводится контроль качества реки по расширенному  (около 20 показателей) перечню загрязняющих веществ.

Кроме того изучением экологического состояния водоемов области занимаются и другие организации, такие как АтлантНИРО, Атлантическое отделение института океанологии РАН, факультет биоресурсов и природопользования Калининградского государственного технического университета, биологический факультет Российского государственного университета им. И. Канта, ведомственные биологические лаборатории.

2. выбор параметров анализа

Для отбора проб воды необходимо выбрать  две точки. Выбор осуществлялся руководствуясь тем что необходимо изучить влияние города Калининграда на качество вод реки Преголя. Для этого одна точка отбора была выбрана на въезде в город, где нет его влияния состояние водного объекта – этой точкой был выбран район Берлинского моста.

Вторая точка отбора должна была представить данные о влияние  города на реку. Для этого была выбрана  точка отбора в центре города –  это район Двухъярусного моста. В этой точке можно обнаружить загрязнение реки выпусками городской  хоз-фекальной канализации, плавмастерскими, торговым портом, складами и т.д. (Приложение 1. рис. 1)

В различных аналитических лабораториях нашей страны специалисты ежегодно выполняют не менее 100 млн анализов качества воды, причем 23% определений заключается в оценке их органолептических свойств, 21% – мутности и концентрации взвешенных веществ, 21% составляет определение общих показателей – жесткости, солесодержания, ХПК, БПК, 29% – определение неорганических веществ, 4% – определение отдельных органических веществ.

Нормативы качества воды различных  источников – предельно-допустимые концентрации (ПДК), ориентировочные  допустимые уровни (ОДУ) и ориентировочно-безопасные уровни воздействия (ОБУВ) – содержатся в нормативно-технической литературе, составляющей водно-санитарное законодательство. К ним, в частности, относятся Государственные стандарты – ГОСТ 2874, ГОСТ 24902, ГОСТ 17.1.3.03, различные перечни, нормы, ОБУВ, санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами СНиП № 4630 и др.   

 Среди нормативов качества  воды устанавливаются лимитирующие показатели вредности – органолептические, санитарно-токсико-логические или общесанитарные. Лимитирующий показатель вредности объединяет группу нормативов для веществ, вредное воздействие которых на организм человека и окружающую среду наиболее выражено именно в данном отношении.

К органолептическим  лимитирующим показателям относят также ПДК для имеющих окраску соединений хрома (VI) и хрома (III), имеющих запах и характерный привкус керосина и хлорофоса, образующего пену сульфолана и т.п. Лимитирующие общесанитарные показатели устанавливаются в виде нормативов для относительно малотоксичных и нетоксичных соединений – например, уксусной кислоты, ацетона, дибутилфталата и т.п. Для остальных (основной массы) вредных веществ установлены как лимитирующие санитарно-токсикологические показатели вредности.

Таким образом, к основным параметрам, по которым можно определить  качество природных вод будут  относиться относятся органолептические свойства, а также общие и суммарные показатели. Поэтому для работы были определены следующие контрольные показатели и методы их определения:

Таблица 1. Показателей качества воды и методы их определения.

Продолжение табл. 1

* Диапазон  измеряемых концентраций приведен  без учета возможного разбавления  пробы.

** Нормативы  качества приведены по данным СанПиН 2.1.4.559-96, ГН 2.1.5.689-98 (для питьевой воды и воды поверхностных источников хозяйственно-питьевого назначения).

3. Отбор проб воды и их консервация

    Отбор проб – операция, от  правильного выполнения которой  во многом зависит точность  получаемых результатов.

Чаще всего на водоеме отбираются так называемые разовые пробы. Однако при обследовании водоема может возникнуть необходимость отбора и серий периодических и регулярных проб – из поверхностного, глубинного, придонного слоев вод и т.д. Пробы могут быть отобраны также из подземных источников, водопровода и т.п. Усредненные данные о составе вод дают смешанные пробы.

Для определения влияния места  сброса сточных вод и вод притоков, пробы отбирают выше по течению и  в точке, где произошло полное смешение вод. Следует иметь в виду, что загрязнения могут быть неравномерно распространены по потоку реки, поэтому обычно пробы отбирают в местах максимально бурного течения, где потоки хорошо перемешиваются. Пробоотборники помещают вниз по течению потока, располагая на нужной глубине.

Следует отметить, что качество воды в водоемах (как озерах, так и  реках) носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следует отбирать в одно и то же время суток (например, в 12 часов), а продолжительность сезонных исследований должна быть не менее 1 года, включая исследования серий проб, отобранных в течение каждого времени года. 

В табл. 2 приведены способы консервации, а также особенности отбора и  хранения проб. При анализе воды на некоторые показатели (например, растворенный кислород, фенолы, нефтепродукты) к отбору проб предъявляются особые требования. Следует иметь в виду, что ни консервация, ни фиксация не обеспечивают постоянства состава воды неограниченно долго. Они лишь сохраняют на определенное время соответствующий компонент в воде, что позволяет доставить пробы к месту анализа – например, в полевой лагерь, а при необходимости – и в специализированную лабораторию. В протоколах отбора и анализа проб обязательно указываются даты отбора и анализа проб.

Общие правила отбора, хранения, и  транспортирования проб приведены  в ГОСТ 17.1.5.05, ГОСТ 4979, ГОСТ 24481, ГОСТ 24902, ИСО 5667.

Таблица 2 Способы консервации, особенности отбора и хранения проб

4. Характеристики показателей качества воды

В нормативных документах не оговорены  условия применения полевых методов, однако такими условиями для большинства  методов определения могут быть приняты следующие:

1. температура анализируемой воды 15–25°С
2. температура воздуха, 5–30°С
3. относительная влажность воздуха и атмосферное давление не ограничены

    Ограничения  по температуре воды и воздуха  не распространяются на условия  отбора проб. Указанные ограничения  могут быть легко устранены  путем подогрева проб перед  анализом (сложнее пробы охладить в условиях повышенной температуры). Вместе с тем, при выполнении анализов температура проб должна контролироваться, т.к. она является фактором, способным повлиять на результат измерения концентрации и нарушить правильность измерений.

4.1. Органолептические показатели

    Любое  знакомство со свойствами воды, сознаем мы это или нет, начинается  с определения органолептических  показателей, т.е. таких, для  определения которых мы пользуемся  нашими органами чувств (зрением,  обонянием, вкусом). Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена быстро и без каких-либо приборов. К органолептическим характеристикам относятся цветность, мутность (прозрачность), запах, вкус и привкус, пенистость.   

4.1.1. Цветность

    Цветность – естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Цветность воды может определяться свойствами и структурой дна водоема, характером водной растительности, прилегающих к водоему почв, наличием в водосборном бассейне болот и торфяников и др.    

Удовлетворительная цветность  воды устраняет необходимость определения  тех загрязнителей, ПДК которых  установлены по цветности (лимитирующий показатель – органолептический). К таким загрязнителям относятся многие красители и соединения, образующие интенсивно окрашенные растворы и имеющие высокий коэффициент светопоглощения.   

 Цветность воды  определяют визуально или фотометрически, сравнивая окраску пробы с окраской условной 1000-градусной шкалы цветности воды, приготавливаемой из смеси бихромата калия K₂Cr₂O₇ и сульфата кобальта CоSO₄. Для воды поверхностных водоемов этот показатель допускается не более 20 градусов по шкале цветности.

Если окраска воды не соответствует природному тону, а также при интенсивной естественной окраске, определяют высоту столба жидкости, при котором обнаруживается окраска, а также качественно характеризуют цвет воды. Соответствующая высота столба воды не должна превышать: для воды водоемов хозяйственно-питьевого назначения – 20 см; культурно-бытового назначения – 10 см.    

 Можно определять  цветность качественно, характеризуя  цвет воды в пробирке высотой  10–12 см (например, бесцветная, слабо-желтая, желтая, буроватая и т.д.).

4.1.2. Запах

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в воду естественным путем либо со сточными водами. Практически все органические вещества (в особенности жидкие) имеют запах и передают его воде. Обычно запах определяют при нормальной (20°С) и при повышенной (60°С) температуре воды.

Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая его субъективно  по своим ощущениям:

1. естественного происхождения (от живущих и отмерших организмов, от влияния почв, водной растительности и т.п.): землистый, гнилостный, плесневый, торфяной, травянистый и др. 

искусственного происхождения: нефтепродуктов (бензиновый и др.), хлорный, уксусный,

Интенсивность запаха оценивают по 5–балльной шкале, приведенной в  табл. 5 (ГОСТ 3351). 

Таблица 3. Таблица для определения характера и интенсивности запаха

4.1.3. Прозрачность

Прозрачность, или светопропускание, воды обусловлена ее цветом и мутностью, т.е. содержанием в ней различных  окрашенных и минеральных веществ. Прозрачность воды часто определяют наряду с мутностью, особенно в тех случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, которые затруднительно обнаружить приведенными выше методами. Прозрачность определяют с использованием диска Секки, а также по высоте столба воды, который позволяет различать на белой бумаге стандартный шрифт. Последний метод, регламентированный ИСО 7027, он позволяет судить о прозрачности воды практически в любых условиях и на любом водоеме, независимо от его глубины, наличия мостов, погодных условий и др.

Прозрачность измеряется как высота столба воды, при взгляде сквозь который можно различать узнаваемый знак (отверстия на диске, стандартный  шрифт, крестообразная метка и т.п.). Следует отметить, что на прозрачность воды может влиять не только наличие взвешенных частиц, но и окраска (цветность) воды.    

4.2. Общие и суммарные показатели

4.2.1. Температура

Температура является важной гидрологической  характеристикой водоема, показателем  возможного теплового загрязнения. Измерения температуры воды необходимы также при выполнении некоторых гидрохимических анализов (растворенный кислород, БПК). Тепловое загрязнение водоема происходит обычно в результате использования воды для отвода избыточного тепла и сбрасывания воды с повышенной температурой в водоем. При тепловом загрязнении происходит повышение температуры воды в водоеме по сравнению с естественными значениями температур в тех же точках в соответствующие периоды сезона.

Тепловое  загрязнение опасно тем, что вызывает интенсификацию процессов жизнедеятельности и ускорение естественных жизненных циклов водных организмов, изменение скоростей химических и биохимических реакций, протекающих в водоеме. В условиях теплового загрязнения значительно изменяются кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения водоема, изменяется интенсивность фотосинтеза и др. В результате этого нарушается, часто необратимо, природный баланс водоема, складываются особые экологические условия, негативно сказывающиеся на животном и растительном сообществе.

Температура воды определяется непосредственно  на водоеме калиброванным термометром  с ценой деления 0,1–0,5°С (в отдельных  случаях оправдано измерение  с ценой деления 1°С). Термометр  устанавливают в пробоотборнике, который размещают на выбранной  глубине, и выдерживают на нужной глубине не менее 5–10 мин, после чего пробоотборник поднимают и, не вынимая термометр, сразу же определяют температуру.

4.2.2. Водородный показатель (pH)

Водородный  показатель (pH) представляет собой отрицательный  логарифм концентрации водородных ионов в растворе: рН = –lg[Н⁺].

В питьевой воде допускается pH 6,0–9,0; в  воде водоемов хозяйственно-питьевого  и культурно-бытового водопользования  – 6,5–8,5. Величина pH природной воды определяется, как правило, соотношением концентраций гидрокарбонат-анионов и свободного СО₂. Пониженное значение рН характерно для болотных вод за счет повышенного содержания гуминовых и других природных кислот. 

Для определения pH используют рН-метрию и  визуальную колориметрию. pH-метрия предполагает измерение водородного показателя с помощью стационарных (лабораторных) приборов – рН-метров, в то время как визуально-колориметрическое определение проводят с использованием портативных тест-комплектов, основанных на реакции универсального или комбинированного индикатора с водородными ионами, сопровождающейся изменением окраски раствора. Точность измерения водородного показателя с помощью pH-метра может быть высока (до 0,1 единиц рН и менее), с помощью визуально-колориметрических тест-комплектов – около 0,5 единиц pH.

В некоторых случаях – для  быстрого (сигнального) анализа неизвестных  растворов – используется рН-индикаторная бумага, имеющая точность определения  рН не более ±1, что недостаточно для выполнения анализа природной  и питьевой воды. Вместе с тем, при  грубой оценке (начальный уровень, 5–8 классы) индикаторная бумага также может быть полезна.

4.2.3. Сухой остаток

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минеральных) и  органических веществ, температура  кипения которых превышает 105–110°С. Сухой остаток определяют гравиметрическим и расчетным методами. Перед определением сухого остатка пробу необходимо фильтровать либо отстаивать для отделения от взвешенных веществ.

Гравиметрический метод основан  на определении веса высушенного остатка.

 При гравиметрическом определении  сухого остатка сначала проводят  выпаривание основной массы пробы,  которая может составлять 250–500 мл. Далее оставшуюся часть пробы  высушивают во взвешенной, доведенной  до постоянной массы чашке  (стакане, тигле) в сушильном шкафу в стандартных условиях в два этапа. На первом этапе удаляются влага и все летучие органические вещества, однако сохраняется почти вся кристаллизационная вода солей – кристаллогидратов. На втором этапе разлагаются кристаллогидраты, более полно испаряются и разлагаются органические вещества, разлагаются также некоторые соли – например, гидрокарбонаты до карбонатов и далее до оксидов. Величину сухого остатка определяют по разности масс остатка пробы до и после высушивания. Взвешивание выполняют на аналитических весах с погрешностью не более ±1 мг (лучше ±0,1 мг). Перед взвешиванием тигель необходимо охладить до комнатной температуры.

Величина сухого остатка для  поверхностных вод водоемов хозяйственно-питьевого  и культурно-бытового водопользования не должна превышать 1000 мг/л (в отдельных случаях допускается до 1500 мг/л).

4.2.4. Взвешенные вещества

Метод определения взвешенных твердых  частиц фильтрованием через стекловолоконный фильтр устанавливает международный  стандарт ИСО 1923. Данный метод применим к неочищенной воде и сточным водам.

Нижний предел определения составляет приблизительно 2 мг/л. Верхний передел  не установлен. Для образцов, содержащих более 100 мг/л взвешенных твердых  частиц, может потребоваться специальная  обработка.

Образцы сточных вод не всегда стабильны, содержание взвешенных твердых частиц зависит от времени и условий  хранения, значения рН других факторов. Результаты, полученные на нестабильных образцах, следу интерпретировать с  осторожностью. Результаты определения до некоторой степени зависят от типа фильтра, следовательно, тип фильтра должен быть установлен. Всплывающие масла и другие несмешивающиеся органические жидкости вызывают помехи.