Исследование загрязнения реки Белой в республике Адыгея

Российский национальный юниорский водный конкурс

Исследование загрязнения реки Белой в республике Адыгея

Руководитель проекта:

Житниковская Ольга Александровна,

учитель биологии, химии

ст. Новосвободной, Майкопского района

Аннотация проекта

В настоящее время республика Адыгея испытывает серьезную проблему водоснабжения. В середине декабря 2011 года произошел оползень в горном районе поселка Гузерипль. Почти 5-ти километровый оползень, состоящий из глинистых сланцев, сошел с западного склона горы Гузерипль. Данное событие представляет собой природный процесс стихийного характера. Населенные пункты, использующие воду из реки Белой, на некоторое время остались практически полностью без водоснабжения, жители города Майкопа в начале прошлого года были вынуждены ограничить потребление воды, особенно в районах Восход, Шовгеновский, ЦКЗ, где вода не протяжении нескольких месяцев подавалась в жилые дома и квартиры ограниченно по времени и количеству. Многие предприятия города Майкопа страдают из-за дефицита технической воды. Увеличились в десятки раз расходы по очистке воды от загрязнений, в частности глинистых.

В результате данной катастрофы встает серьезная проблема, не только экологическая, но и социально-экономическая. Не смотря на то, что среди загрязнений воды р.Белой нет ядовитых и радиационных опасных веществ, необходимо усилить систему водоочистки, решить проблему водоснабжения во многих микрорайонах города Майкопа.

Проект исследования предусматривает изучение причин загрязнения воды р. Белой, сравнительный анализ способов очистки воды и поиск путей решения проблемы загрязнения. Помимо этого в дальнейшем планируется проведение ряда мероприятий по охране, водосбережению и очистке воды среди молодежи Майкопского района, проведении акций и конкурсов по защите окружающей среды среди учащихся школ.

Актуальность проекта. При изучении проблемы загрязнения воды в реке Белой, мы столкнулись с тем, спустя год после стихийного бедствия в районе поселка Гузерипль, научных исследовательских работ и информации по данной теме крайне мало. Информация содержится только в СМИ, а также на страницах отчетов служб мониторинга и охраны окружающей среды.

Цель проекта: исследование причины загрязнения воды в реке Белой, а также изучение способов очистки воды, их анализ и поиск экономически выгодных путей решения проблемы.

Методы изучения. Теоретические: анализ, синтез, сравнение.

Эмпирические: изучение литературы, интернет - источников, информационного блока СМИ, наблюдение, измерение, экспертные оценки.

Исследования причин загрязнения и наблюдения проводились на базе лаборатории Адыгейского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды филиала ФГБУ Северокавказского УГМС.

Объектом наблюдения является река Белая на участке от места впадения в р. Белую р. Мутный Тепляк до района сдт. «Дружба» в городе Майкопе.

Материалы изучения:

Вода – уникальное вещество, незаменимое для всех живых существ, используемое во всех техногенных процессах, Без неё невозможна работа промышленности, транспорта, строительства. Это источ­ник энергии и перевозчик грузов. Незаменима вода и в быту: без неё немыслимо приготовление пищи, личная гигиена, отдых.

Среди множества проблем, стоящих сегодня перед человече­ством, наиболее актуальными являются социальная, экологиче­ская, продовольственная, энергетическая и водная. При этом пер­вые четыре не могут быть решены, если не будет найдено прием­лемое решение водных проблем.

Централизованное снабжение водой городов, поселков и промышленных предприятий республики Адыгея представляет собой сложный комплекс технико-экономических и организационных мероприятий. Их рациональное решение определяет уровень санитарного благоустройства городов и поселков, обеспечивает нормальные условия жизни населения, гарантирует бесперебойную работу промышленности.

В нашей республике река Белая является не только источником водоснабжения, но и объектом эстетического наслаждения, спорта и туризма. На протяжении всей береговой линии она всегда радовала своей красотой не только жителей Адыгеи, но гостей республики со всей России и зарубежья.

Огромное количество пресной воды необходимо для функционирования промышленных предприятий. Еще большее количество пресной воды используется в сельском хозяйстве, в рыбоводческих хозяйствах. Повышение жизненного уровня населения также требует больших расходов пресной воды на хозяйственные и бытовые нужды. В среднем один человек расходует около 250 литров воды в сутки. Создается диспропорция между естественным запасом пресной воды и ее потреблением. Возникает угроза дефицита воды. Именно поэтому мы должны подойти со всей значимостью к решению проблемы загрязнения воды в реке Белой.

Географическая характеристика района.

Характеристика реки Белой.

Длина – 273 км, общая площадь бассейна – 5990 км². Исток реки находится на Главном Водораздельном хребте Кавказа, у вершин Фишт и Оштен. В верхнем течении является типичной горной рекой, постепенно меняя его на равнинный характер. Питание смешанное – ледниковое и дождевое. К главным притокам относятся реки: Пшеха, Курджипс, Руфабго, Березовая, Мутный Тепляк, Киша, Дах. На реке Белой находятся следующие населенные пункты: города Майкоп и Белореченск, поселки: Гузерипль, ст. Даховская, Хамышки, Никель, Каменномостский, ст. Абадзехская, Тульский, Гавердовский, Ханская и др.

Энергетический потенциал реки используется Белореченской и Майкопской ГЕС, суммарная мощность данных станций составляет 57,4 МВт, выработка – 241,9 млн.кВт.ч/год.

Таким образом, становится понятно, что охрана воды в реке и ее очистка являются важными пунктами не только в экономике республики.

Обследование района схода катастрофического селевого потока в районе р. Мутный Тепляк.

Район катастрофического схода селевого потока находится на юго-западном склоне г. Гузерипль и приурочен к долине безымянного левого притока реки Мутный Тепляк, характеризующийся крутосклонным рельефом со средним уклоном тальвега 0,26. Перепад высотных отметок составляет более 520 м (отметки в верхней части составляют 1800-1840 м. в районе р. Мутный Тепляк – 1280м.) Водосборная площадь бассейна ручья 1,2 км.

В тектоническом плане участок расположен в Архыз-Гузерипльской структурно-тектонической зоне, испытывающей большие тектонические деформации, зафиксированные в виде системы тектонических разломов, выраженные в рельефе узкими приразломными понижениями в интенсивно перемятых породах нижней средней юры.

Кроме того, в верховьях левого притока зафиксирован тектонический разлом, проходящий по контакту Тоарского яруса и Тубинской свиты.

Геологическое строение. Породы Тоарского яруса представлены литофицированными аргиллитами, алевролитами, песчаниками, конгломератами и известняками. Породы интенсивно дислоцированы. Глинисто-сланцевый состав комплекса и интенсивная тектоническая раздробленность способствует формированию карстовых пустот, образованных в результате химического растворения соединений в породах.

Тубинская свита представлена аргиллитами (80 %), как правило алевритистыми, с частными прослойками алевроитов (15 %, глинистых сидеритов (5 %), единичными пластами песчаников. Мощность отложений – более 700 м.

Темно-серые аргиллиты Тубинской свиты характеризуются полосчатой и микрослоистой текстурой. Особенностью состава толщи является обогащенность органикой, которая образует микропрослойки. Высокое содержание органики придает увлажненным грунтам тиксотропные свойства, которые могут привести к их внезапному текучему состоянию при динамическом воздействии (сейсмические толчки, обрушения пород и т.д.). окремнелые аргалиты, глинистые сланцы и прослои песчаников имеют высокую степень литификации, что определяет их значительную прочность. Породы не размокают в воде, однако, значительное содержание органики и пирита, быстро окисляющихся на поверхности, приводит к их интенсивному расслаиванию.

Избыточное увлажнение пород Тоарского яруса и Губинской свиты в верховьях долины р. Белой при интенсивной инфильтрации выпадающих осадков и поверхностных вод способствует разуплотнению пород, потери устойчивости склонов.

Эти процессы играют определенную роль в накоплении обломочного материала при формировании селей. В периоды выпадения интенсивных осадков в русле левого притока за короткие промежутки времени образуются мощные водотоки, что приводит в дальнейшем к прохождению селевых потоков. Предполагаемые ориентировочные объемы селевых масс катастрофического потока декабря 2011 года предварительно оценивались более 1 млн. м³.

Скорость схода селевого потока была весьма значительна, отмечаются мощные заплески грязекаменного потока на бортах долины и в углах поворотов (см. приложение 2, рис. 5).

Оставшийся рыхлообломочный материал в верховьях ручья оценивается примерно в 0,5 млн. м³, которые представлены водонасыщенным рыхлообломочным материалом с большим объемом тонких глинистых и крупнообломочных фракций, с включением крупных глыб светлых песчаников. Эти отложения интенсивно размываются поверхностным водотоком, который представляет в настоящее время грязекаменный поток, несущий мелкообломочный материал. Именно это мы наблюдаем уже на протяжении года – река Белая стала чёрной.5

На сход селевого потока в декабре 2011 года весьма вероятно оказало воздействие землетрясение в 3,2 балла, эпицентр которого оказался в районе горы Фишт. Линеаментный анализ космоснимков показал наличие устойчивого линеамента северо-западного простирания, проходящего через эпицентр события. Характеристика сейсмического события, предоставлена данными сети станций РСС «Дельта-ГЕОН» Геленджикской и Сочинской ПШЗ за декабрь 2011 года.

Исследования воды показали, что ядовитых веществ в воде не найдены, основная угроза и несоответствие санпин нормам связаны с высоким содержанием глинистых взвесей. По данным, предоставленным Адыгейским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды филиала ФГБУ Северокавказского УГМС загрязнения воды реки Белой на ноябрь 2011 года составляли 25-50 мг/л. Это в основном глинистые осаждения. На сегодняшний день загрязнение составляет 4100 мг/л (анализ воды за 12.02 2013г.) в связи с этим остро встает вопрос изучения способов очистки воды, их анализ и выбор наиболее экономически выгодного способа, подходящего для нашего региона.

Анализ способов очистки воды.

Методы очистки воды.

При механическом методе нерастворимые примеси удаляют из сточных вод через систему отстойников и разного рода ловушек. В прошлом этот способ находил самое широкое применение для очистки промышленных стоков. Сущность химического метода заключается в том, что на очистных станциях в стоки вносят реагенты. Они вступают в реакцию с растворенными и не растворенными загрязняющими веществами и способствуют их выпадению в отстойниках, откуда их удаляют механическим путем. Но этот способ непригоден для очистки стоков, содержащих большое количество разнородных загрязнителей. Для очистки промышленных стоков сложного состава применяют электролитический (физический) метод. При этом способе электрический ток пропускают через промышленные стоки, что приводит к выпадению большинства загрязняющих веществ в осадок. Электролитический способ очень эффективен и требует относительно небольших затрат на сооружение очистных станций.

При очистке бытовых стоков наилучшие результаты дает биологический метод. В этом случае для минерализации органических загрязнений используют аэробные биологические процессы, осуществляемые с помощью микроорганизмов. Биологический метод применяют как в условиях, приближенных к естественным, так и в специальных биоочистительных сооружениях. В первом случае хо­зяйственно-бытовые стоки подаются на поля орошения. Здесь сточные воды фильтруются через почвогрунты и при этом проходят бактериальную очистку. На полях орошения скапливается огромное количество органических удобрений, что позволяет выращивать на них высокие урожаи.

Очистные сооружения решают проблему сохранения каче­ства пресных вод лишь до определенной стадии развития экономики, конкретных географических регионов. Затем наступает момент, когда местных гидроресурсов уже не хватает для разбавления возросшего количества очищенных стоков. Тогда начинается прогрессирующее загрязнение гидроресурсов, наступает их качественное истощение. Кроме того, на всех станциях очистки по мере роста стоков встает проблема размещения значительных объемов отфильтрованных загрязняющих веществ. Таким образом, очистка промышленных и коммунальных стоков дает лишь временное решение местных задач охраны вод от загрязнения.

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается:

• вода с соответствующими органолептическими показателями — прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

• вода с рН = 7-7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;

• вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;

• вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют(то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);

• вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и вирусов.

Рассмотрим способы очистки воды, применяемые в России и странах зарубежья.

Озонирование.

Озонирование воды в качестве технологии водоподготовки пользуется популярностью в западных странах. Принцип действия озона при очистке таков: молекулы этой химически активной формы кослорода проникают через клеточные мембраны органических веществ и быстро их окисляют. Это становится причиной гибели клеток микроорганизмов. Водоподготовка с помощью озона способствует улучшению вкусовых качеств воды и уничтожению неприятных запахов. Наиболее широкое применение технология озонирования получила в области подготовки питьевой воды. Этот способ является предпочтительным, что вызвано:

1. возможностью получения озона на месте применения;

2. высокой активностью озона в отношении обеззараживания воды от бактерий и вирусов.

Несмотря на явные преимущества этого способа очистки воды, он мало применяется в России. Это связано с недостатком электроэнергии, а так же с тем, что свойства озона мало изучены. Кроме того, озон, в больших количествах ядовит и может нанести вред организму, поэтому озонирование, как способ очистки воды, зарекомендовал себя при очистке больших ее объемов.

Активное серебро.

Это древнейший способ очистки воды. Очищающие свойства серебра используются человеком с незапамятных времен. Когда-то воду просто выдерживали некоторое время в серебряных сосудах. Считалось, что после этого вода полностью обеззараживалась. Современное применение серебра для водоочистки заключается в соединении ионов серебра с оболочкой бактерий. У этого метода, однако, есть противники, которые утверждают, что поскольку серебро — тяжелый металл, то такого рода очистка представляет опасность для организма. На сегодняшний день серебро применяют для длительного хранения исходно чистой воды.

Хлорирование.

Механизм бактерицидного действия хлора и его кислородсодержащих соединений заключается во взаимодействии с составными частями клетки микроорганизма, в первую очередь с ферментами, что ведет к нарушению обмена веществ в клетке и гибели микроорганизмов. Профилактическая дезинфекция колодцев также производится активным хлором. Но длительное потребление хлорированной воды негативно сказывается на состоянии здоровья.

Ультрафиолет — это злейший враг бактерий. Обработка воды ультрафиолетовыми лучами или посредством ультрафиолетовой мембраны признана

одним из наиболее эффективных способов водоочистки. Технология заключается в прохождении особых фотохимических реакций, в результате которых клетки микроорганизмов, находящиеся в воде, серьезно повреждаются и бактерии погибают.

Преимущества ультрафиолетового способа водоочистки: сокращение времени технологических процессов, неизменность вкусовых качеств и химических свойств воды, простота технологического оборудования, повышение экологической чистоты процесса. Основная проблема заключается в том, что обработка ультрафиолетом является дорогостоящей.

Распространенные способы очистки воды в домашних условиях без использования фильтров.

• кипячение

• отстаивание

• вымораживание

На сегодняшний день, активно используются бытовые фильтры, которые можно легко приобрести и установить прямо на водопроводный кран. Фильтром называется устройство для очищения жидкостей и газов от частиц примесей, приборы для очистки воды в городской квартире отличаются от приборов для очистки воды из скважин в загородном доме или на даче.

Виды фильтрации воды

Очистные системы насыпного типа.

Сетчатые и дисковые фильтры механической очистки, удаляющие нерастворенные механические частицы, песок, ржавчину, взвеси и коллоиды.

Ультрафиолетовые стерилизаторы, удаляющие микробы, бактерии и другие микроорганизмы.

Окислительные фильтры, удаляющие железо, марганец, сероводород.

Компактные бытовые умягчители и ионообменные фильтры, умягчающие, а также удаляющие железо, марганец, нитраты, нитриты, сульфаты, соли тяжелых металлов, органические соединения

Адсорбционные фильтры, улучшающие органолептические показатели (вкус, цвет, запах) и удаляющие остаточный хлор, растворенные газы, органические соединения

Комбинированные фильтры - комплексные многоступенчатые системы.

Мембранные системы - обратноосмотические системы подготовки питьевой воды, высшая степень очистки.

Выводы.

В сотрудничестве с Адыгейским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды филиала ФГБУ Северокавказского УГМС мы ознакомились с причинами и основными проблемами загрязнения р. Белой, выяснили острую необходимость принятия мер по дополнительной очистке воды из реки.

Изучив основные способы очистки воды, и проведя анализ методов удалений загрязнений, становится понятно, что данный вопрос требует к себе внимания не только служб по мониторингу и исследованию загрязнения окружающей среды, но и общественности. В связи со сложившейся ситуацией, жители города Майкопа должны сознательно отнестись к экономии чистой питьевой воды, на предприятиях должны активно внедряться дополнительные меры по очистке сточных вод. Город нуждается в строительстве дополнительных очистных сооружений наносного типа.

В ходе дальнейших исследований планируется изучение состояния загрязнения воды в реке, разработка и моделирование оптимально подходящих для данного региона очистных сооружений. Нами разрабатывается в настоящее время план мероприятий на уровне Майкопского района по привлечению молодежи к общественной деятельности в данном направлении. В частности это акции по охране воды в реке Белой, выпуск листовок по сбережению чистой воды в домах и квартирах, конкурс среди учащихся по способам водосбережения, охране и очистке воды от загрязнений.

Список используемой литературы:

1. Аналитическая химия. Химические методы анализа / под. Ред. Петрухина О.М., М.: Химия, 1992г.

2. Вода в нашей жизни: учебно-методическое пособие к элективному курсу для 10-11 классов базового уровня средней школы. О.С. Габриелян, 2009.

3. Вода, которую мы пьем. М. Ахманов. - Москва: Эксмо, 2006. - 188 с.

4. Методическое пособие к учебнику под редакцией Н.М. Черновой «Основы экологии. 10 (11) класс.- М.: Дрофа, 2006. - 192 с.

5. Экология в вопросах и ответах: учеб. Пособие. - ТК Велби, Изд-во Проспект, 2008. - 184 с.

6. Экологические очерки о природе и человеке. Б. Гржимек. - Москва: Эксмо, 2008.

Приложения. Приложение1.

Рис. 1. Географическая карта республики Адыгея.

Рис.2. Географическая карта исследуемого района поселка Гузерипль.

Приложение 2.

Рис. 3. Сход оползня со склона горы Гузерипль.

Рис. 4. Исследовательская группа на месте схода оползня.

Рис. 5. Вода в реке Мутный Тепляк после схода оползня. Март 2012г.

Рис. 6. Место впадения р. Руфабго в р. Белую. Июнь 2012г.

Рис. 7. Вода в реке Белой. Июнь 2012г. Район сдт. «Дружба»