68

ЗМІСТ

стор.

АНОТАЦІЯ 3

ВСТУП 6

1.2. Показники якості води 18

1.2.1 Критерії якості води 19

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 29

3.1 Результати досліджень та їх обговорення 29

1) неоднаковою питомою електропровідністю розчинів різних солей; 40

2) підвищенням електропровідності зі збільшенням температури; 40

АНОТАЦІЯ

Дипломна робота 67 ст., табл. – 8, рис. – 8, джерел інформації – 72.

Вибір теми пов’язаний з активним використанням питних джерельних вод на території дендропарку «Софіївка» туристами, відвідувачами, місцевим населенням в якості повсякденного споживання, для задоволення своїх різноманітних потреб, та можливості визначення основних фізико-хімічних та органолептичних показників, які відображали сучасний екологічний стан підземних та, зокрема, поверхневих вод. На основі цих даних можна було б стверджувати відповідність сучасним санітарно-гігієнічним нормам якості питної води в Україні на території дендрологічного парку «Софіївка» як об’єкту державного та міжнародного значення.

Об’єкт дослідження: поверхневі та підземні (джерельні) води дендрологічного парку «Софіївка» НАН України.

Предмет дослідження: екологічний стан водних об’єктів на території дендропарку «Софіївка», зокрема поверхневі та джерельні води на основі встановлених фізико-хімічних, хімічних, органолептичних показників якості, забруднювальних речовин, які найбільш поширені у водах, та, в першу чергу, дати загальне уявлення про екологічний стан того чи іншого об’єкта.

Мета роботи: дослідження екологічного стану поверхневих і підземних вод на основі загальноприйнятих методик.

На основі отриманих даних визначити та проаналізувати сезонну динаміку змін показників поверхневих (ставкових) та питних вод, які найбільше впливають на стан здоров’я населення, відпочиваючих, проаналізувати основні причини, що призводять до погіршення якості питних вод і з’ясувати стан придатності їх для споживання людиною за санітарно-гігієнічними нормами України.

У роботі виконано огляд літератури, в якому охарактеризовані загальні відомості про водні ресурси України та світу в цілому, розглянуто будову і властивості води, фактори, що формують якість природних вод, критерії якості води, та для рекреаційних й естетичних потреб в цілому. У другому розділі наведені природні умови, та загальна характеристика дендрологічного парку «Софіївка» як об’єкту дослідження.

Експериментальна частина включає результати власних досліджень, а саме моніторинг показників складу поверхневих та питних вод дендропарку. На підставі виконаної роботи здійснено хімічний аналіз води, що характеризує її загальний екологічний стан придатності для вживання людиною. Також проаналізовано зміну показників у різні періоди відбору проб.

У четвертому розділі розраховано кошторисну вартість проведення дослідів для оцінки якості поверхневих і підземних вод дендропарку «Софіївка» НАН України, а також здійснено порівняння ефективності витрат на проведення власних досліджень на базі лабораторій Уманського НУС ніж згідно постанови Кабінету Міністрів України.

У п’ятому розділі описано основні положення охорони праці під час роботи у хімічній лабораторії.

Публікація: по темі дипломної роботи опубліковані тези конференцій в матеріалах Всеукраїнської конференції молодих вчених УНУС 2013 р.

ВСТУП

Однією із найважливіших глобальних проблем людства починаючи з кінця ХХ – початку ХХІ століття є забезпечення людства якісною питною водою, за умов глобального забруднення гідросфери та біосфери в цілому.

Вода є необхідною умовою існування всіх живих організмів на Землі. Саме у водному середовищі зародилось життя на планеті, вода є невід’ємним фактором в нашому житті, вона є могутньою геологічною силою, яка виконує величезну роль в процесі фотосинтезу, перенесенні тепла, розчиняє та переносить природні елементи, руйнує та перетворює літосферу, бере участь в метеорологічних та гідрологічних процесах, є середовищем існування водних організмів та рослин. Кількість та якість води поступово відновлюються, якщо забезпечуються необхідні для цього умови. Значення води в процесах життєдіяльності визначається тим, що вона є основним середовищем в клітині, де здійснюються реакції та процеси метаболізму, виступає найважливішим вихідним, проміжним чи кінцевим продуктом біохімічних перетворень.

В наш час кардинально змінилася екологічна ситуація у світі, відчувається дефіцит водних ресурсів, зокрема в якісному відношенні, що пов’язаний з їх виснаженням та забрудненням. До того ж, з якістю води пов’язаний стан здоров’я і харчування населення.

Актуальність теми: зростання антропогенного навантаження на водні об’єкти в наш час зумовило зміну якісного і кількісного стану поверхневих та підземних вод, погіршилася якість питної води, що негативно відображається на здоров’ї народу, суспільства, нації. Тому в наш час розвиток рекреаційної діяльності є досить поширеним, зокрема, це вимагає відповідних умов для відпочинку і потреб населення, відпочиваючих, туристів.

Наукова новизна: вперше виконано наукове дослідження показників якості вод дендропарку в рекреаційних територіях на основі дворічних даних, обґрунтовано причини, що зумовлюють погіршення стану якості питної води.

Мета та завдання роботи: визначити та проаналізувати сезонну динаміку змін показників поверхневих (ставкових) та питних вод, які найбільше впливають на стан здоров’я населення, рекреантів, проаналізувати основні причини, що призводять до погіршення якості питних вод, з’ясувати стан придатності їх для споживання людиною згідно санітарно-гігієнічних норм України.

Об’єкт дослідження: поверхневі і підземні води дендрологічного парку «Софіївка» НАН України.

Предмет дослідження: якісний і кількісний стан, санітарно-гігієнічна характеристика поверхневих і підземних вод дендрологічного парку «Софіївка» НАН України.

Методи досліджень: хімічні, фізико-хімічні, органолептичні, відповідно регламентованим методикам законодавства України.

Розділ і огляд літератури

1.1. Загальні відомості про водні ресурси

Під водними ресурсами в широкому розумінні сприймаються всі види води, що знаходяться в Землі, на її поверхні і в атмосфері. У більш вузькому розумінні під водними ресурсами розуміються ті природні води, які можна використовувати в даний час, управляючи їх режимом, а також води, що можуть бути використані в найближчій перспективі [10].

Таке визначення водних ресурсів відповідає їх економічному розумінню й знаходиться в тісному зв'язку з рівнем розвитку людського суспільства.

Виходячи з цього визначення, в поняття «водні ресурси» включаються тільки прісні води суходолу, що безпосередньо використовуються або визначені для використання в процесі матеріального виробництва. На практиці до такої категорії доступних для використання вод зараз відносять річковий стік і придатні для експлуатації підземні води [33].

Водні ресурси вважаються фізично невичерпними, але в своєму розміщенні та режимі стоку вони витримують прямий та опосередкований вплив інших компонентів природного комплексу та антропогенний тиск, внаслідок чого відрізняються значними коливаннями і нерівномірністю розподілу, а також по своїм якісним характеристикам [36]. На сучасному етапі соціально-економічного розвитку окремих регіонів України, що характеризуються збільшенням антропогенного навантаження на природу, гостро стоїть проблема використання охорони водних ресурсів країни [52, 41].

Основним джерелом формування та поповнення водних ресурсів служать атмосферні опади, розподіл яких досить нерівномірний. З цим в значній мірі пов'язані відмінності в природному забезпеченні України водними ресурсами. Важливим чинником, що впливає на формування водних ресурсів, є також випаровування з поверхні, яке зростає з північного заходу на південний схід.

Різниця між кількістю опадів і випаровуванням, а також відношення величини стоку з певної території до кількості опадів на цій території обумовлюють водозабезпеченість території, формуючи власні водні ресурси в об'ємі 50,7 км³/рік [15]. Водні ресурси річок є одним з найважливіших природних ресурсів. Вони характеризуються об’ємом стоку річок, що щорічно стікає з певної території. Водні ресурси поновлюються і їх середня багаторічна величина протягом тривалого часу залишається постійною [12].

Часова і просторова динаміка водних ресурсів знаходиться у безпосередній залежності багатьох водно-балансових факторів – величини, інтенсивності і розподілу атмосферних опадів по території, випаровування, факторів підстилаючої поверхні, господарської діяльності тощо [42].

1.1.1 Будова та властивості води

Н айважливішою і найпоширенішою бінарною сполукою гідрогену є вода. Вода займає 70,9 % усієї площі Земної кулі. Вона відіграє особливу роль у природі і є тим середовищем, в якому виникло життя на Землі. Молекула води Н₂О має кутову будову:

Рис. 1.1 Будова молекули води

Полярні зв’язки ОН в молекулі розміщені під кутом 104,5°. Тому молекула води полярна, з довжиною диполя 0,039 нм і високим дипольним моментом 1,84. Завдяки високій полярності молекула води здатна утворювати водневі зв’язки: два за рахунок двох неподілених пар електронів утворює атом оксигену і по одному зв’язку – кожний атом гідрогену [24].

Вода в твердому стані має тетраедричну будову, в якій навколо кожного атома оксигену у вершинах тетраедра розміщені чотири атоми гідрогену. У рідкому стані вода втрачає частину водневих зв’язків, але тетраедрична структура зберігається. Завдяки водневим зв’язкам молекула води в твердому і рідкому станах асоційована. Утворення міцних асоціатів зумовлює специфічність фізичних властивостей води. В порівнянні зі своїми аналогами вода має високі температури плавлення (0°С), високі теплоємність і теплоту випаровування [27].

Густина води – 998,2 кг/м³ при 20°С, їй характерні аномальні властивості. В інтервалі температур від 0 до 4 С густина води збільшується, за температури, вищої ніж 4°С, – зменшується, а при температурі 3,98°С вона максимальна.

Переходячи в твердий стан вода розширюється, тоді як інші речовини стискуються. Тому густина льоду менша, ніж густина води і він не тоне у воді. У рідкому стані вода – добрий розчинник для органічних і неорганічних речовин. Висока діелектрична стала води (ɛ= 81) спричинює різке зменшення сил взаємодії електричних зарядів. Тому речовини з йонним і полярними зв’язками під час розчинення у воді дисоціюють на йони [23].

Розчинення багатьох речовин у воді супроводжується виділенням теплоти, що вказує на хімічну взаємодію між молекулами води та розчиненої речовини. Сполуки, що утворюються під час розчинення, називаються гідратами. В основу гідратів покладено донорно-акцепторний і водневий зв’язки.

Вода – універсальна речовина – вона реагує з багатьма простими речовинами, і є головним компонентом живого організму [23]. Вода – це хімічна сполука оксигену з гідрогеном; окис водню, вона є безбарвною рідиною і не має ні кольору, ні запаху [52].

При атмосферному тиску 760 мм рт. ст. вода переходить в тверду фазу (лід) при температурі 0°С. Вода кипить при температурі 100°С. Найбільшу щільність вода має при температурі 40°С. Показник заломлення води складає 1,334; швидкість звуку – 1437 м/с [24, 25].

Фізичні властивості природних вод характеризуються й іншими показниками: температурою, прозорістю, питомою теплоємністю. Вода в природі може бути в трьох агрегатних станах – твердому (лід), рідкому (вода), газоподібному (водяна пара). Зміну агрегатного стану речовин називають фазовими переходами, які супроводжуються виділенням або поглинанням енергії, яку називають теплотою фазового переходу. При нормальному атмосферному тиску точки замерзання і кипіння дистильованої води і відповідають за шкалою Цельсія 0 і 100°С. Температура замерзання і кипіння води залежать від її солоності й атмосферного тиску. Морська вода замерзає при температурі –1,0-2,0°С, а кипить – 100,08-100,64°С. При підвищенні тиску лід плавиться вже не при 0°С, а при від’ємних температурах [ 31].

При замерзанні і перетворенні води на лід унаслідок зменшення густини об’єм води збільшується з великою силою, чим і пояснюється процес руйнування гірських порід. Густина води залежить від вмісту розчинних речовин і збільшується з ростом солоності. Збільшення солоності призводить до зниження температури найбільшої густини [32]. Так, при солоності 5% температура найбільшої густини становить 2,9°С, при солоності 35% (-3,4°С). Деякий вплив на густину має також і тиск. На кожні 1 км глибини густина води, внаслідок впливу тиску стовпа води, збільшується на 4,5-4,9 кг/м³. До важливих особливостей змін агрегатного стану води відносять великі затрати тепла на плавлення, випаровування, сублімацію, велике виділення тепла у зворотних переходах одного агрегатного стану в інший [43].

Для води характерні деякі аномальні особливості теплових властивостей. Так, аномально висока її питома теплоємність. При 15°С вона дорівнює 4190Дж. Внаслідок великої теплоємності вода нагрівається й теплоємність чистого льоду майже вдвічі менша теплоємності води, а чистого сухого снігу в 7,1 рази менша теплоємності води, але в 450 разів більша за теплоємність повітря. Охолоджується повільніше, ніж повітря [23, 43].

В порівнянні з іншими речовинами питома теплота плавлення льоду і питома теплота пароутворення аномально великі [43].

Дуже висока теплота плавлення (замерзання) і випаровування, а також велика теплоємність води мають великий регулюючий вплив на теплові процеси не тільки у водних об’єктах, а й на всій планеті. При нагріванні земної поверхні значна кількість теплоти витрачається на танення льоду, нагрівання і випаровування води і тому нагрівання земної поверхні уповільнюється [27].

З інших теплових властивостей важливе значення має теплопровідність - передача енергії від частин із більшою енергією до частин із меншою енергією.

У зв’язку з низькою теплопровідністю водні маси у водних об’єктах нагріваються в основному внаслідок перемішування води, яке виникає при різній густині або під дією вітру. Завдяки малій теплопровідності льодовий покрив, що утворився на поверхні водойм і водотоків, послаблює подальше охолодження води, а наростання його товщини уповільнюється. Мала теплопровідність води сприяє її поступовому нагріванню й охолодженню.

Поверхневий натяг води у порівнянні з іншими рідинами великий, із підвищенням температури дещо зменшується. З усіх рідин більш високий поверхневий натяг має тільки рідка ртуть. Коефіцієнт поверхневого натягу води змінюється від 75,5·10^-3 Н/м при 0°С до 57,1·10^-3 Н/м при 100°С. Поверхневий натяг сприяє розмиванню ґрунтів, відіграє роль і в процесах хвильоутворення на поверхні води, обміну теплом і речовиною між водою та атмосферою. На величину поверхневого натягу нерідко дуже впливає забруднення води, особливо нафтова плівка.

В'язкість води – властивість води чинити опір при переміщенні однієї частини її щодо іншої. В'язкість води невелика і характеризується кінематичним коефіцієнтом в'язкості, який при 0°С дорівнює 1,78·10^-6 м²/с, а при температурі 50°С – 0,55·10^-6 м²/с. Капілярність відіграє велику роль у багатьох процесах, які проходять на Землі. Вона обумовлює рух по порах і змочує ґрунти, які лежать значно вище рівня ґрунтових вод, забезпечуючи коріння рослин розчиненими у воді поживними речовинами.

Оптичні властивості води. Світло проникає у воду на невелику глибину. Так, у чистій воді на глибині 1 м інтенсивність світла становить лише 90 % інтенсивності світла на поверхні, на глибині 2 м – 81 %, на глибині 3 м – 73 %, а на глибині 100 м зберігається лише біля 1 % інтенсивності світла на поверхні.

Акустичні властивості води. Вода – добрий провідник звуку. Швидкість поширення звуку у воді становить 1400-1600 м/с, тобто в 4-5 разів більша від швидкості поширення звуку у повітрі. Швидкість звуку у воді збільшується з підвищенням температури, збільшенням солоності.

Електропровідність води. Хімічно чиста вода – поганий провідник електричного струму. Питома теплопровідність такої води при температурі 18°С дорівнює 3,8·10^ˉ6 ( Ом·м^-4). Електропровідність води трохи збільшується з підвищенням температури і значно зростає зі збільшенням солоності [24].