Проекты

Динамика изменения показателей качества воды в роднике № 39 Тропарёвского лесопарка г. Москвы. Предложения по внедрению энергонезависимой системы очистки родника

Работа призёров конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Инновации умного города. Умная школа» среди работ учащихся 7−9 классов

Направление работы: Инженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2025
Предметы: Биология, Химия
Классы: 9 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

В районе Тропарёво-Никулино расположен родник № 39, который пользуется большой популярностью среди местных жителей, периодически набирающих из него воду, в том числе для питья. В течение 5 часов в июне 2020 г. нам удалось опросить у родника 40 человек, 85% которых считают воду безопасной. Об этом роднике достаточно много пишут на специализированных сайтах, однако информация о качестве воды в нём противоречива. Данные, представленные в одних источниках, указывают на то, что превышений нормативов качества по содержанию химических веществ в воде не выявлено. В социальных сетях активно обсуждаются его полезные свойства. Вместе с тем, по информации, приведённой в других источниках, пить воду из этого родника опасно. В Москве Роспотребнадзор периодически проводит мониторинг всего 32 родников. Родник в Тропарёвском лесопарке не попал в периодический мониторинг, что сделало наше исследование несомненно актуальным.

Цель

Исследование изменения качества воды в роднике № 39 Тропарёвского лесопарка и определение возможности её безопасного использования для питья.

Задачи

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  1. Изучить родник в Тропарёвском лесопарке и его историю.
  2. Изучить состав, свойства и основные требования к качеству питьевой воды.
  3. Изучить методы исследования качества питьевой воды.
  4. Провести исследования динамики изменения качества воды в роднике Тропарёвского лесопарка.
  5. Определить возможность её безопасного использования для питья и дать рекомендации для жителей Тропарёво-Никулино в части потребления воды из него.

Для проведения исследований органолептических, физических и некоторых химических свойств воды:

  • Мультидатчик RELAB Point БИО-1
  • Температурный щуп
  • Кабель
  • Датчик оптической плотности (колориметр)
  • Пластиковый кювет
  • Датчик pH RELAB
  • Стеклянный щуп для измерения pH
  • Персональный компьютер

Для проведения микробиологических исследований:

  • СВЧ-печь
  • Чашки Петри (пластиковые)
  • Пипетки Пастера
  • Стерильные бутылочки для забора проб
  • Колба с притёртой пробкой для приготовления питательной смеси
  • Шпатель для дозирования питательной основы
  • Парафильм для заклеивания чашек Петри
  • Маркер
  • Образцы дистиллированной и водопроводной воды
  • Сухое горючее
  • Подставка керамическая под сухое горючее
  • Крышечка
  • Минеральные основы сред Эндо, Чапека

Описание

Для достижения цели работы авторы использовали следующие методы:


Анализ:

Анализировалась информация из открытых источников на предмет качества воды в роднике, существующих способов оценки качества воды. Отдельной сложной задачей было проведение анализа полученных лабораторных исследований (32 параметра), выявление полученных закономерностей.  Авторы проанализировали ряд нормативно-правовых документов и выяснили требования к качеству питьевой воды.


Измерение:

Суть измерения – получение различных цифровых данных, выражающих различные качества объекта исследования.

В ходе исследований измерялись следующие показатели:

-   температура окружающей среды,

-   показатель кислотности (pH),

-   дебит родника,

-   оптическая плотность,

-   запах,

-   вкус.

Кроме того, в связи с отсутствием возможности измерить самостоятельно количественный состав химических элементов в воде (32 элемента) и состав микрофлоры (3 основных показателя) пробы воды были переданы в специализированные учреждения, а именно – лаборатории Химического факультета МГУ и «ЭкоТестЭкспресс».


Опрос:

Был проведён социологический опрос людей, приходивших на родник за водой, и выяснены возраст людей, частота и причина посещения родника, для чего использовалась вода, а также обрабатывают ли её люди. Для этого использовались анкеты, подготовленные заранее.

Изучение и аналитика документов:

Кроме того, учащиеся ознакомились с требованиями лабораторий по правилам сбора проб воды и порядку проведения микробиологических исследований. Всего в работе использовали 32 источника литературы. 


Эксперимент:

Создавались искусственные условия, в которые помещался объект.

- 14 раз проводился комплекс исследований органолептических, некоторых физических и основных показателей родника (всего более 92 исследований, что составляет более 294 измерений различных параметров);

- с привлечением специалистов лаборатории МГУ проведено 1 исследование токсикологических свойств воды в роднике и найдены результаты 5 аналогичных исследований, проведённые в разные годы;

- проведены трижды собственные качественные исследования микробиологических свойств воды (проведения посевов в среду Эндо и среду Чапека с последующей качественной оценкой);

- с привлечением специалистов лаборатории МГУ и лаборатории «ЭкоТестЭкспресс» проведены количественные исследования микробиологических свойств и дополнительно найдены результаты об   аналогичных исследованиях, проведённых в разные годы.

Результаты работы/выводы

Показатели качества (органолептические, токсикологические и микробиологические) с течением времени изменяются. Органолептические и некоторые физические свойства воды колеблются в незначительных пределах, и их изменение практически незаметно для окружающих без динамических наблюдений. Химический состав воды также меняется незначительно (в основном в пределах ПДК), при этом по химическому составу вода близка к высшей категории.

Наиболее критично меняются микробиологические качества воды. По результатам 2 анализов из 3 воду употреблять было запрещено в связи с превышением всех трёх показателей качества по микробиологии. Употребление воды из родника № 39 для питья в чистом виде может привести к серьёзным заболеваниям.

Для полной очистки воды необходимо установить систему, оборудованную ультрафиолетовой лампой, ветрогенератором, солнечными панелями и аккумулятором, что позволит накапливать энергию, часть которой будет тратиться на обеззараживающую лампу, остальное будет переходить в аккумулятор. Избыточную энергию можно тратить на подзарядку телефонов москвичей, гуляющих в парке.

Перспективы использования результатов работы

Необходимо закончить создание прототипа энергонезависимой системы и установить её на роднике. Также следует разобраться в периодическом присутствии в воде колиморфных и термотолерантных колиморфных бактерий, так как это свидетельствует о сбрасывании фекальных стоков в воду, а это недопустимо для питьевой воды. Наладить бесперебойную работу установки и по возможности запатентовать её, для того чтобы можно было применять установку и очищать воду на других источниках. Организовать взаимодействие с руководством парка Тропарёво-Никулино по использованию полученных наработок.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Лаборатория МГУ

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

15.02.21 – Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ им. Д.И. Менделеева – диплом призёра III степени.

20.03.21 – Региональный этап Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы» – победитель.

26.03.21 – Международная научно-практическая конференция «От школьного проекта – к профессиональной карьере» – победитель

Мнение автора

«В рамках проекта системно и всесторонне с применением различных методов и оборудования изучено качество воды в конкретном роднике города Москвы. На основе исследований физических, химических и микробиологических свойств разработаны технические предложения по системе очистки воды конкретного родника. Авторами получены системные знания в области порядка организации исследований и уникальный опыт их проведения»