Научно-исследовательский проект "Исследование качественного состава воды в реке Аба города Киселёвска и возможностей использования"

Научно-исследовательский проект "Исследование качественного состава воды в реке Аба  города Киселёвска и возможностей использования её в быту"

Вода - ценнейший природный ресурс, который нельзя заменить никаким другим веществом. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Для многих живых организмов она служит средой обитания. Водные ресурсы нашей планеты очень велики, но основную часть водных запасов, около 97%, составляет солёная вода морей, океанов и некоторых озёр. Всего лишь 3% составляют запасы пресной воды. Основными загрязнителями природных вод являются: техногенные, бытовые и сельскохозяйственные отходы.  При таком отношении человека к дарам природы, уже сегодня мы вступаем в полосу нехватки пресной воды. Загрязнение больших и малых рек увеличивается, что ведет к уничтожению экосистем водных артерий. Нефтепродукты, фенолы, соединения азота, железа, меди, марганца, органические соединения изменяют химический состав воды в реках и ведут к их медленному исчезновению, поэтому данная проблема актуальна. Она послужила поводом для исследований качества воды в реке Аба города Киселёвска, которая на протяжении десятилетий испытывает сильное антропогенное воздействие шахт и разрезов.

Новизна исследования состоит в изучение качества воды в реке Аба города Киселевска, используя лабораторные данные по загрязнению реки.

Цель проекта. Исследование качественного состава воды в реке Аба города Киселёвска и возможностей использования её в быту.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить литературу по проблеме загрязнения малых рек.

2. Исследовать качественный состав воды в реке Аба города Киселёвска.

3. Провести социологический опрос населения посёлка бывшей шахты «Суртаиха».

4. Предложить рекомендации по улучшению экологического состояния исследуемой реки.

Объект изучения: река Аба города Киселёвска.

Предмет исследования: качественный состав воды в реке Аба города Киселёвска.

В начале исследования выдвинута гипотеза: исследование качественного состава воды в реке Аба города Киселёвска и возможностей её использования в быту будет эффективным, если:
- изучить литературу по проблеме загрязнения малых рек;
- исследовать показатели качества воды в реке Аба;
- провести социологический опрос населения посёлка бывшей шахты «Суртаиха»;
- предложить рекомендации по улучшению экологического состояния исследуемой реки.
В работе над проектом использованы следующие методы исследования:
- теоретические (изучение литературных источников, анализ, синтез);
- эмпирические (социологический опрос, наблюдение, измерение, описание);
- методы экологических исследований (полевой, лабораторный);
- метод математической обработки данных.

Сроки проведения исследования: январь 2012г. – октябрь 2014г.
 
Методика исследования
Для осуществления исследования по теме «Исследование качественного состава воды в реке Аба города Киселёвска и возможностей использования её в быту» были использованы специальные методики:

- методика определения температуры воды с помощью термометра;

- методика определения чистоты речной воды по биотическому индексу Майера;
- методика определения органолептических показателей речной воды;
- методика определения жёсткости речной воды с помощью мыла.

Результаты исследования
Общая характеристика реки Аба

Река Аба берёт начало в районе города Киселевска на склонах Тырганского плато и впадает в реку Томь слева на 580 км от устья. Это типичная равнинная малая река, имеющая довольно медленное течение (около 0,4м/сек), узкое русло с пологими бортами, незначительный годовой сток. Длина реки - 71 км, площадь водосбора - 867 км². Бассейн реки расположен в пределах юго-западной части Кузнецкой котловины. Поверхность бассейна реки изрезана логами, занята пашнями, лугами, по склонам долин частично залесена, в поймах заболочена.
Река Аба протекает по Киселевско-Прокопьевскому промышленному району, в результате чего загрязнена сточными водами предприятий горнодобывающей промышленности, хозяйственно-бытовыми стоками, а также поверхностными, ливневыми и талыми водами. Имеет мутный поток серо-грязного цвета и неприятного запаха. Всего в реку Абу (с притоком Большие Топки) сбрасывается в год 5291 тыс. м³ стоков предприятиями: ОАО «ПИК» «Киселёвская», ОАО «Киселёвский машиностроительный завод им. И.С. Черных», ОАО «Шахта Тайбинская», ОАО «Вахрушевразрезуголь», ОАО «Завод «Гормаш», П КК и ТС №1, шахта им Вахрушева, участок Коксовый. Ни один сброс сточных вод предприятиями не отвечает нормативным требованиям установленных предельно допустимых сбросов.
Характерными загрязняющими веществами реки Аба являются: нефтепродукты, фенолы, соединения азота, железа, меди, марганца, железа, органические соединения по показателям ХПК (химическое потребление кислорода) и БПК₅ (биохимическое потребление кислорода).
Основываясь на данных, представленных в докладах о состоянии и охране окружающей среды Кемеровской области в 2012-2014 годах, проведён мониторинг загрязнения содержания воды реки Аба характерными загрязняющими веществами.

Таблица 1

Мониторинг загрязнения воды реки Аба  (2012-2014гг.)

Примечание: ПДК – предельно допустимая концентрация.                       

Вывод. Результаты мониторинга свидетельствуют о высокой степени загрязнения воды реки Аба.

Несмотря на то, что очистные сооружения имеют достаточную производственную мощность для очистки сточных вод, степень очистки очень низкая, что объясняется следующими причинами:

- перегрузка по объему стоков, поступающих на очистные сооружения;

- смешанный состав сточных вод, поступающих на очистные сооружения, запроектированные на прием сточных вод определенной категории;

- увеличение загрязняющих веществ в исходной воде в 3-10 раз;

- износ и моральное старение очистных сооружениях (срок службы превышает проектную);

- минимальные затраты на содержание, реконструкцию и модернизацию.

В результате качество очистки сточных вод неуклонно снижается. Некоторые предприятия выполняют реконструкцию действующих очистных сооружений, проектируют современные, отвечающие последним достижениям науки и техники. Однако, на большинстве предприятий ситуация не изменилась, так как отдача от подобных вложений средств будет не скоро.

 
Результаты исследования показателей качества воды
 в реке Аба города Киселёвска
С целью изучения экологического состояния воды реки Аба проведено исследование качественных показателей её воды: удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ), температуры, чистоты, органолептических характеристик (прозрачности, запаха) и жёсткости.

Исследование 1. «Определение качества речной воды по значению показателя УКИЗВ».
Удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ) – комплексный относительный показатель степени загрязненности воды, рассчитывается по наиболее распространенным в поверхностных водах загрязняющим веществам (от 14 и более) и показывает их долю загрязняющего эффекта, обусловленную их одновременным присутствием, от общего загрязнения. Значение УКИЗВ может варьировать от 1 до 16; чем больше значение, тем хуже качество воды.
На основе данных докладов о состоянии и охране окружающей среды Кемеровской области в 2013-2015 годах проведён мониторинг значений показателя УКИЗВ реки Аба [5].

Таблица 2

Мониторинг значений показателя УКИЗВ
реки Аба (2012-2014гг.)

Вывод. Результаты проведённого монитринга значений показателя УКИЗВ реки Абы говорят об ухудшении экологического состояния её вод (по сравнению с 2009 годом, когда река считалась «очень загрязнённой», в настоящее время Аба классифицируется как «грязная» река).

Исследование 2.  «Определение динамики температуры речной воды». 

От температуры воды зависят многие параметры состояния водоёма: содержание растворённого в воде кислорода, скорость протекания биологических и физико-химических процессов и видовое разнообразие. Кроме того, при изучении водотоков, протекающих по территории промышленных предприятий, разность температуры воды на разных участках даёт информацию о существующих промышленных или бытовых выбросах в реку (особенно в зимний период).
С целью изучения изменений температуры воды реки Аба методом снятия показаний водного термометра проведён мониторинг температуры речной воды (2012-2014гг.), результаты которого представлены в таблице.

Таблица 3

Мониторинг температуры воды реки Аба
(2012-2014гг.)

По данным таблицы 2 «Мониторинг температуры воды реки Аба (2012-2014гг.)» построена диаграмма, отражающая динамику температуры за последние три года.

Вывод. Результаты исследования 2 свидетельствуют о повышении температуры речной воды, что объясняется сбросом в воду загрязняющих стоков промышленных предприятий. Полученные в ходе исследования данные подтверждаются результатами проведённого ранее мониторинга значений показателя УКИЗВ реки Аба (см. Таблица 2 «Мониторинг значений показателя УКИЗВ реки Аба»).

Исследование 3.  «Определение чистоты речной воды по биотическому индексу Майера».

Видовое разнообразие и обилие животного населения водоёма является важным показателем чистоты его вод. Метод определения чистоты воды по биотическому индексу Майера основан на том, что различные группы водных бес­позвоночных приурочены к водоёмам с определенной степенью загрязненности.
 

Таблица 3

Организмы – индикаторы

Чистота реки рассчитана по формуле  S = Х*3 + Y*2 +Z*1, где X – количество найденных групп обитателей чистых вод, Y – количество групп организмов средней чувствительности, Z – количество групп обитателей загрязнённых водоёмов и S -  степень загрязнённости воды (в баллах), которая оценивается следующим образом:
- более 22 баллов – водоём чистый (1 класс качества);
- 17-21 баллов – 2 класс качества;
- 11-16 баллов – умеренная загрязненность водоёма (3 класс качества);
- менее 11 баллов – водоём грязный (4-7 классы качества). 
S реки Аба составляет менее 11 баллов, то есть вода в реке – грязная.
Вывод. Качество речной воды – плохое, так как в водоёме  обитают личинки мошки,  пиявки, прудовики.
 
Исследование 4. «Определение органолептических показателей речной воды (прозрачности и запаха)».
Прозрачность воды – это способность воды пропускать световые лучи, обусловленная её цветом и мутностью, то есть содержанием в ней взвешенных частиц и коллоидов. Прозрачность воды характеризует фотосинтетическую активность в водоёме.
Определяя прозрачность исследуемой воды, использовали метод «по шрифту»: под цилиндр высотой 60 см и диаметром 3-3,5 см подложили стандартный шрифт на расстоянии 4 см от дна, пробу воды наливали в цилиндр, так чтобы можно было прочитать шрифт, и отмечали предельную высоту столба воды.
Вывод. Вода из реки Аба – мутная (прозрачность составляет менее 30 см), что является показателем загрязнённости водоёма.
Запах воды в водоёме обусловлен жизнедеятельностью водных организмов (естественные запахи) и попадающими в него канализационными и промышленными стоками (искусственные запахи). Определяя запах исследуемой воды, колбу с притёртой пробкой заполнили на 2/3 водой и закрыли, интенсивно встряхнули, открыли и отметили интенсивность запаха и его характер (Приложение 1).
Вывод. Запах воды из реки Абы – устойчивый гнилостный, свидетельствующий о наличии застоявшихся сточных вод.
 
Исследование 5. «Определение жёсткости воды реки».
Жёсткость воды – совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»), которые способны образовывать твёрдые осадки при взаимодействии с анионами жизненных органических кислот, входящих в состав различных мыл. Жёсткость воды представляет собой традиционную меру способности воды реагировать с мылом: жёсткая вода требует для образования пены значительного количества мыла, поэтому жёсткость во многом определяет потребительские качества воды. Жёсткость обусловлена: природными источникам (осадочные породы, фильтрация, сток с почвы) и промышленными (стоки предприятий, производящих неорганические химические вещества, и горнодобывающая промышленность).
Определяя жёсткость исследуемой воды, обнаружили, что в ней плохо образуется пена, на поверхностях остаются «мыльные шлаки», которые не смываются водой.
Вывод. Вода реки Аба – жёсткая, поэтому она может быть использована только для тушения пожаров, полива огорода, уборки улиц и тротуаров, а при принятии ванны, мытье посуды, стирки, мытье машины менее эффективна.
 
Результаты социологического опроса населения
посёлка бывшей шахты «Суртаиха» города Киселёвска
Исследуя проблему экологического состояния реки Аба города Киселёвска, проведён социологический опрос населения посёлка бывшей шахты «Суртаиха» города Киселёвска, в котором приняло участие 50 респондентов. В ходе опроса жителям посёлка предлагалось ответить на следующие вопросы:
 - «Интересуют ли вас проблемы загрязнения реки Абы?» (да – 70% опрошенных, нет – 30%);
- «Как изменилось экологическое состояние реки Абы за последние 5 лет?» (улучшилось - 16%, ухудшилось – 60%, не изменилось – 24%);
- «Для каких хозяйственных нужд вы используете воду реки Аба?» (для полива огорода – 50%, для мытья и стирки – 10%, для приготовления пищи и питья – 0%, не использую – 40%);
- «Какова основная причины загрязнения реки Абы?» (хозяйственно-бытовое загрязнение – 40%, промышленное загрязнение – 40%, другие – 20%);
- «Как вы считаете, кто должен решать проблему загрязнения реки Абы в нашем городе?» (администрация города – 60%, жители – 20%, совместно – 20%);
- «Готовы ли вы принять участие в акциях по улучшению экологического состояния реки Абы?» (да – 70%, нет – 20%, не знаю – 10%).
         Обработав полученные в результате социологического опроса данные, построены диаграммы, отражающие отношение населения к проблеме загрязнения исследуемой реки (Приложение 2). Анализ диаграмм позволяет сделать вывод об обеспокоенности населения проблемой загрязнения реки и неблагополучии её экологического состояния.
 
4.Выводы
В ходе проведения исследований, предусмотренных данным проектом, получены результаты, свидетельствующие о неблагополучном экологическом состоянии реки Абы:
- большинство опрошенных жителей обеспокоены проблемой загрязнения реки;
- значение показателя УКИЗВ реки характеризует её как «грязную»;
- за последние 3 года температура воды повысилась вследствие сброса стоков;
- качество речной воды – плохое, пригодное только для обитателей загрязнённых водоёмов (личинки мошки, пиявки, прудовики);
- по органолептическим показателям речная вода определяется как сильно мутная со стойким гнилостным запахом;
- по способности образовывать пену при взаимодействии с мылом является жёсткой, что обусловлено промышленными стоками предприятий и ограничивает её хозяйственную значимость.
Основываясь на результатах исследования, убедились в необходимости мероприятий по «оздоровлению» малой реки, которые включают в себя:
- сокращение сброса загрязняющих веществ в водный объект;
- проведение очистки водоохранных зон реки, продолжить работу по ликвидации несанкционированных свалок и запрету размещения автотранспорта;
- выполнение берегоукрепительных работ и углубление речного дна;
- проведение очистки дренажных и ливневых канав на промышленных площадках промышленных предприятий;
- проектирование и строительство очистных сооружений городских ливнестоков.