Снабжение питьевой водой города Тюмени осуществляется из двух источников. Около 40% – от подземных источников Велижанского водозабора. 60% – из Метелёвского водозабора, источником для которого служит река Тура, являющаяся наиболее протяжённым притоком реки Тобол. Река Тура впадает в реку Тобол, имеет длину 1030 км, беря начало на восточном склоне Среднего Урала. Для реки Тура характерны: четко выраженное весеннее половодье, летние и осенние дождевые паводки, ежегодно повторяющееся сезонное стояние низких (меженных) уровней воды в реках. В поступлении в реку Тура вод преимущественное значение имеют снеговые воды. Имеет место изменение сезонного соотношения подземной и поверхностной составляющих стока. Таловые воды в суммарном годовом стоке вод составляют приблизительно 50%, подземный поток составляет порядка 28% стока. По принятой классификации химического состава вод, вода реки Тура принадлежит к гидрокарбонатному типу с преобладанием главнейшего аниона HCO3-, а также значительного количества сульфатов, из катионов присутствуют кальций и магний в количестве до 300-450 мг/л, что соответствует «средней минерализации». Сумма ионов в речной воде в течение года обычно колеблется от 200 до 621 мг/л. Жесткость воды находится в пределах от 0,6 ммоль/л в весеннее половодье до 4,5 ммоль/л в зимнее время. В реке Тура из органических соединений имеют место растворённые гуминовые и фульвокислоты. На участке города Тюмени качество воды в реке Тура подходит классу «чрезвычайно грязная». В реку Тура сточные воды металлургических заводов Свердловской области приносят свинец, олово, кадмий, хром, никель, медь, мышьяк, цинк. В результате концентрация тяжелых металлов в 15-30 раз превышает ПДК. В 10-30 раз превышает ПДК концентрация нефтепродуктов как следствие аварий при эксплуатации месторождений и транспортировке нефти. Наряду с нефтепродуктами имеет место загрязнение продуктами неорганического происхождения: азотосодержащими веществами, нитратами [1-3].
Технология обработки воды на Метелёвском водозаборе состоит из следующих стадий: хлорирование, коагуляция, флокуляция, отстаивание воды, фильтрация с последующим хлорированием. Цель первичного хлорирования – обеззараживание воды. Цель коагуляции – удаление из воды коллоидно-дисперсных примесей. Цель флокуляции – интенсификация процесса слипания коллоидных частиц, ускорение образования хлопьев, уплотнения их с последующим выпадением в осадок. С начала процесса очистки до его завершения проходит от 2,5 до 4 часов [4; 5].
Велижанский водозабор – подземный источник водоснабжения, расположенный в 30 км от города. Система очистки воды, действующая с 1972 года на базе подземных источников Велижанского водозабора, заменена практически полностью на новую. На нем установлена технология аэрации (дегазация и фильтрация). Были выведены из эксплуатации и переоборудованы под аэраторы-дегазаторы четыре фильтра водозабора. К кварцевому песку, который использовался в фильтрах ранее для очистки, добавили новый материал – «Бризант», способный удалять примеси молекулярного характера [6].
Вода из Метелевского и Велижанского водозаборов закольцована в единую систему, от которой и забирается в водозаборные колонки, расположенные в разных частях города. Водозаборная колонка представляет собой специальное приспособление, которое необходимо для подачи воды из центрального водопровода.
Цель исследования – определение качества воды в реке Тура, на Велижанском и Метелевском водозаборах, а также в различных районах частного сектора г. Тюмени; сопоставление качества воды из различных водозаборных колонок с характеристиками воды Велижанского, Метелевского водозаборов.
Материалы и методы исследования
Исследовали воду из колонок, расположенных в шести районах частного сектора города Тюмени, а именно: Заречный (улица Береговая, 205), Мыс (улица Глинки, 16), Лесобаза (улица Константина Заслонова, 40), улица Воровского, Дом Обороны (улица Ямская, 48), Букино (Полетаева, 30А). Карта расположения исследуемых колонок – места отбора проб представлены на рисунке.
Пробы были отобраны 8.04.2021 г. в соответствии с действующей методикой отбора проб [7]. Средняя цифра показателя выведена на основании трёх определений. Исследования проводились в учебно-исследовательской лаборатории кафедры общей и специальной химии, Строительный институт, ТИУ.
Исследовали основные физические и химические показатели: физические – запах, вкус, цветность, прозрачность, плотность; химические – щёлочность, кислотность, жёсткость, окисляемость, водородный показатель рН, остаточный хлор.
Методы анализа физических показателей
Для определения цветности воды был применен метод сравнительной оценки (по бихромат-кобальтовой шкале). Выбор бихромат-кобальтовой шкалы обусловлен цветностью природных вод, характерной для заболоченных территорий Тюменской области [8].
Вкус и запах определяли по пятибалльной шкале в соответствии с методикой определения. Запах характеризовался по соответствующим принятым признакам (землистый, болотный, рыбный, гнилостный, ароматический…) [8, 9].
Прозрачность воды определяли методом шрифта – путем чтения стандартного шрифта через столб воды, находящийся в цилиндре при условии помещения цилиндра на высоту 4 см от стандартного шрифта. Прозрачность воды выражается в сантиметрах максимальной высоты столба воды, сквозь который отчётливо читается шрифт [8].
Карта расположения исследуемых колонок: • места забора проб воды
Плотность воды определяли ареометром с точностью до третьего десятичного знака.
Определение химических показателей: общую жесткость определяли комплексонометрическим методом путем титрования Т-Б (Трилон-Б) с индикатором эриохромом черным в присутствии аммонийной буферной смеси до перехода вишнево-красной окраски в синюю [8].
Перманганатную окисляемость воды определяли методом обратного титрования перманганатом калия (KMnO4) по методу Шульца в щелочной среде и по методу Кубеля в кислой среде [8].
Щелочность воды определяли титрованием соляной кислотой последовательно с индикатором фенолфталеином и метилоранжем. Наблюдалось отсутствие щелочности по фенолфталеину (отсутствует малиновая окраска). При последующем добавлении метилоранжа наблюдался переход окраски с желтой до розовой [8].
pH воды определялся с помощью прибора рH-метра марки И-160 [8].
Общую кислотность воды определяли титрованием щелочью NaOH с индикатором фенолфталеином до появления не исчезающей слаборозовой окраски [8].
Остаточный хлор определяли по KI в кислой среде, титрованием Na2S2O3 в присутствии ацетатной буферной смеси и индикатора крахмала [8].
Результаты исследования и их обсуждение
Показатели качества воды Велижанского и Метелёвского водозаборов представлены в таблице 1.
Выводы: цветность воды от Метелёвского водозабора выше, возможно, это можно объяснить сезоном года, временем отбора проб – период весеннего половодья. Землистый запах воды Велижанского водозабора характерен для подземных источников водоснабжения, каким и является Велижанский водозабор. Запах хлора на Метелевском водозаборе – результат прехлорирования, что практикуется в период весеннего половодья. Вода на Велижанском водозаборе более прозрачная, возможно, это объясняется тем, что вода, проходя через слой грунта, фильтруется, очищается. Жесткость воды обоих водозаборов <4 ммоль/л. Вода по характеру, в соответствии с классификацией природных вод по жесткости, определяется как «мягкая», что является очевидным, поскольку река Тура протекает по заболоченной территории Тюменской области. Окисляемость воды Велижанского водозабора выше по сравнению с водой Метелёвского. Возможно, это обусловлено повышенным содержанием в подземной воде катионов Fe+2, которые, окисляясь до Fe+3, дают более высокие значения окисляемости. Повышенное содержание остаточного хлора в воде Метелевского водозабора связано с прехлорированием воды в период половодья. Показатели качества воды в реке Тура, Метелёвском и Велижанском водозаборах и различных районах города Тюмени представлены в таблице 2.
Анализируем цветность воды в водоразборных колонках районов: Мыса, Лесобазы, улицы Воровского, Заречного – цветность воды сохранилась только в Букино, в остальных ухудшилась. Это объясняется тем, что в воду попадают катионы железа в результате коррозии труб, а также жизнедеятельности микроорганизмов, которыми обрастает внутренняя сторона труб; а также возможно попадание болотных вод (гумуса) во время ремонтных работ [10].
Таблица 1
Результаты исследования качества воды Велижанского и Метелёвского водозаборов
|
Показатели качества |
Велижанский водозабор |
Метелевский водозабор |
||
|
Физические |
цветность (градусы) |
5 |
25 |
|
|
запах (баллы) |
3 – землистый |
2 – запах хлора |
||
|
вкус (баллы) |
1 – горький |
3 – кислый |
||
|
прозрачность (см) |
30 |
26 |
||
|
плотность (кг/м3) |
996 |
994 |
||
|
Химические |
жесткость |
общая жесткость (моль/л) |
2,00 |
2,27 |
|
окисляемость |
по Кубелю (мг·л-1) |
1,60 |
1,26 |
|
|
по Шульцу (мг·л-1) |
2,15 |
1,66 |
||
|
хлор остаточный (мг/л) |
0,50 |
0,60 |
||
Таблица 2
Показатели качества воды в различных районах города Тюмени
|
Позиция |
Цветность, град. |
Запах, баллы |
Вкус, баллы |
Прозрачность, см |
Плотность, кг/м3 |
Жёсткость, ммоль/л |
Окисляемость, мгО2 / л |
Щёлочность, ммоль/л |
Кислотность, ммоль/л |
рН |
|
Река Тура |
>30 |
Болот- ный – 4 |
- |
11 |
996 |
1,2 |
20,6 |
1,2 |
1,1 |
6,7 |
|
Букино |
15 |
0 |
0 |
30 |
996 |
2,7 |
5,5 |
5,7 |
2,2 |
6,7 |
|
Мыс |
25 |
0 |
0 |
30 |
995 |
2,7 |
5,9 |
6,4 |
1,0 |
7,3 |
|
Лесобаза |
30 |
0 |
0 |
30 |
995 |
2,8 |
5,0 |
5,6 |
0,9 |
7,3 |
|
Улица Воровского |
30 |
0 |
0 |
28 |
996 |
2,4 |
5,2 |
5,4 |
2,2 |
6,7 |
|
Дом Обороны |
5 |
0 |
Метал лич. – 3 |
30 |
994 |
2,3 |
4,9 |
2,8 |
1,0 |
6,8 |
|
Заречный |
25 |
0 |
Прият- ный – 2 |
30 |
995 |
2,4 |
3,3 |
5,8 |
0,8 |
7,7 |
|
Велижан ский водозабор |
5 |
Землис- тый – 3 |
Горь-кий – 1 |
30 |
996 |
2,0 |
2,15 |
5,0 |
1,0 |
7,1 |
|
Метелёвский водозабор |
20 |
Запах хлора |
Кис- лый – 3 |
26 |
994 |
2,27 |
1,6 |
5,2 |
1,0 |
6,9 |
|
ПДК |
20 |
3 |
3 |
30 |
1000 |
7,0 |
5,0 |
0,5-6,5 |
1,0 |
6,5-9,5 |
Сравниваем вкус: в воде Велижанского водозабора в ходе исследований был обнаружен очень слабый горький привкус. Горький вкус, вероятно, придают воде сульфат-анионы SO42- (подземный водозабор). В Заречном микрорайоне вода имеет приятный привкус, обусловленный, по-видимому, наличием в ней растворенных газов CO2 и O2. .На улице Ямской металлический привкус, возможно, объясняется новизной труб.
Жесткость воды: в Тюмени вода мягкая. Некоторые повышения жесткости в десятых единицах в Букино, Лесобазе, на Мысу и в Заречном. На Ямской и Метелевском водозаборе жесткость одинакова. Некоторое повышение жесткости объясняется увеличением рН у образцов: Заречного, Мыса и Лесобазы и, соответственно, их щелочности, поскольку при более высоких рН увеличивается содержание в воде карбонат-анионов, следовательно, жесткость может увеличиваться.
Кислотность: самая высокая кислотность – на Воровского и в Букино. Возможно обрастание труб микроорганизмами, в результате их жизнедеятельности – выделения катионов водорода Н+ из H2 водородными бактериями.
Окисляемость: повышение окисляемости в частном секторе г. Тюмени можно объяснить появлением веществ, способных окисляться. Например, катионов Fe2+ – в результате коррозии трубопроводов, попадания дождевых вод в момент ремонтных работ, размножения микроорганизмов. Ухудшение качества воды, в частности ее окисляемости, можно предотвратить заменой металлических труб на пластмассовые, что и делается в городе Тюмени.
Заключение
Исследовали качество воды в реке Тура, на Велижанском и Метелевском водозаборах, а также в различных районах частного сектора города Тюмени. Сравнили качество воды из различных водозаборных колонок с характеристиками воды Велижанского и Метелевского водозаборов. Качество воды водозаборов Велижанского и Метелёвского отвечает требованиям действующего СанПиНа [11].
Но, проходя многокилометровый путь от водозабора до потребителя, вода меняет свои исходные показатели в худшую сторону. Необходимо совершенствовать как сам процесс водоподготовки, так и качество трубопроводов.