https://doi.org/10.53656/nat2025-3.34

Abstract. The quality of natural waters and their protection from pollution is crucial for the health of people and ecosystems. Water cleanliness in Sliven is particularly relevant today, due to the presence of numerous sources of pollutants in and around the city. This study focuses on the chemical analysis of river waters in the Sliven area. The theoretical part of the research raise questions about the chemical composition and the presence of specific ions in the natural waters examined in the city. Are these waters clean enough for daily human use, and could they pose health risks such as metabolic alkalosis or acidosis? The study was conducted using descriptive and comparative methods, along with analytical and synthetic approaches. The experiment established that some rivers contain specific types of the studied ions and are classified as so-called “hard waters.”

Keywords: chemical analysis; experiments; water hardness; water purity

Категория „Изследователски проект“

1. Проучване на източници

В предварителното проучване при работата по разработката използвах основно три източника на информация. В Програмата за опазване на околната среда 2016 – 2020 г. на „Водоснабдяване и канализация – Сливен“ ООД2 открих информация за различните водни басейни, източниците на замърсяване в община Сливен, посочени във фиг. 1 и мерките, които се вземат за разрешаване на редица проблеми. От нея получих и информацията за замърсяване на водите ни с нитрати и нитрити заради селскостопанската дейност в района и прекомерното наторяване на почвите.

Вторият източник дава много подробна и пълна информация за твърдостта на водата. В него е посочено, че теренът на града е карстов, а това е предпоставка за повишаване на количеството на Ca2+ и Mg2+ йони във водата. В тази статия много добре и с примери е посочена постоянната и временната твърдост на водата. „Постоянната твърдост на водата се определя от наличието на Ca2+ и Mg2+ йони, които се формират при естествените равновесни химични реакции, свързани с преминаването на водата през седиментните скали. Особеното на този тип твърдост е, че тя не може да се премахне чрез преваряване на водата, освен ако не съдържа калциеви или магнезиеви хлориди или сулфати. Временната твърдост на водата е продукт на разтворените калциеви и магнезиеви бикарбонати във водата. При химичния процес на разтваряне отново се отделят Ca2+ и Mg2+ йони, но реакцията е сравнително лесно обратима и се наблюдава ежедневно. Този тип твърдост се премахва чрез преваряване на водата или третирането ѝ с вар“3. Освен това много пълно е посочена и информация относно здравните последствия от твърдостта на водата – нейните позитивни и негативни ефекти, както и битови и индустриални последствия.

В Доклада за качеството на питейните води в Сливен за 2021 г.4 са посочени индикатори за оценка на качеството на питейните води на територията на България, причините за отклонението от данните, както и мерки за преодоляване на съществуващите проблеми.

2. Експериментална част

Събрах водни проби от различните водоизточници, подготвих разтворите и реактивите за доказване на съответните йони и към всеки от опитите оставих по една епруветка за контролна проба за сравнение на промяната в цвета на водата, ако има такава. Извърших изследването два пъти (в есенно-зимния период и през пролетта).

Поставих пробите от събраната вода в епруветки и потопих във всяка една с помощта на пинсета универсален индикатор. По цвета на скалата му установих следния резултат за рН (през есенно-зимния период), посочен в табл. 1. За доказване на останалите йони извърших няколко опита (описани по-долу), резултатите от които са показани в табл. 2.

Към всеки разтвор добавям по 5 – 6 капки HNO 3 и след това прибавям 3 – 4 капки (0,5 mL) от разтвора на 5% AgNO 3, за да докажа наличие на Cl- йони. Установих промяна в цвета на водната проба при река Асеновска и Дюлева, което значи, че има наличие на Cl - йони. Извършва се следното кратко йонно уравнение: Ag + + Cl - →AgCl↓ с бял цвят.

Към всеки разтвор добавям по 5 – 10 капки HCl и след това прибавям 2 ml от разтвора на BaCl 2, за да докажа наличие на SO 42- йони, в резултат на което установих, че във водните проби няма наличие на сулфати.

Към всеки разтвор добавям по 5 – 6 капки NH 4OH и след това прибавям 3 – 4 капки от разтвора на MgSO 4, за да докажа наличие на PO 43- йони, и установих промяна в цвета на водните проба при всички реки, което значи, че има наличие на PO 43- йони. Извършва се следното кратко йонно уравнение:

Mg2+ + NH 4+ + PO4 3- →MgNH 4PO4↓ с бял цвят.

Към 20 ml от всеки разтвор добавям по 1 ml от реактив на Грийс и оставям разтвора да престои 10 минути, за да докажа наличие на NO 2- йони. Установих, че водите в 4 реки съдържат NO 2-йони в по-голямо или по-малко количество според интензивността на розовото оцветяване.

За да докажа наличие на NH3, към 5ml от всеки разтвор добавям по 3 капки от Неслеров реактив, в който съм разтворил кристалчета NaOH (изследванията за NO2–йони и NH3 са според указанията в упътването за използване на реактивите от Малка лаборатория за изследване на вода – от NSF Bulgaria, вносител „Глобал“). Установих, че водата в река Асеновска съдържа голямо количество NH3, а водите в останалите три реки съдържат следи от NH3. Питейната вода също съдържа в малко количество амоняк. Дъждовната вода е без промяна в оцветяването.

През пролетта отново повторих изследванията на водите в реките на Сливен. Описанието на процедурата по изследването и получените резултати съм представил в табл. 3, като използвах реактивите от Минилаборатория за изследване на водата. Отново установих, че водите на реките в община Сливен се замърсяват с фосфати, амониеви йони, нитрати и нитрити.

3. Изводи от анализа

Получените от мен резултати потвърждават информацията, която събрах и проучих в началото на моето изследване. Водите на нашите реки са със съдържание на амоняк и нитрити в по-голямо количество заради интензивната земеделска дейност в района5, както и заради промишлени и битови замърсители.

Наднормените количества на нитрати (>50 мг/л) е най-широко разпространеният проблем по отношение физико-химичните качества на питейната вода и се отчита в около 4% от анализите според изследване за качеството на питейната вода в Р България.

Проблемът има здравна значимост. „Наднорменото съдържание на нитратите във водата може да причини развитието на заболяването водно-нитратна метхемоглобинемия при кърмачета и малки деца. В райони с дефицит на йод може да доведе до нарастване на честотата на ендемичната гуша при подрастващите. Този проблем е с многогодишна давност и е характерен за районите с интензивно земеделие, като нашият град Сливен е в списъка на най-засегнатите области като Стара Загора, Велико Търново, Бургас, Ямбол, Плевен, Шумен Хасково, Варна, Ловеч, Разград, Добрич, Русе, Търговище, Пловдив, Враца“6. В преобладаващите случаи отклоненията са до два пъти над допустимата норма и се срещат преди всичко в по-малките зони на водоснабдяване.

Останалите йони се съдържат в по-малко количество във водните проби. Питейната ни вода е сравнително чиста по отношение на изследваните йони, но има какво да се желае в това отношение, за да не бъде количеството на откритите йони в нея предпоставка за различни болести.

Потвърди се и информацията, че водите в община Сливен са със значително съдържание на Ca2+ и Mg2+ йони, т.е. те са твърди води. В твърдите води сапуненият разтвор се пресича, не се образува много пяна и измивното му действие намалява, за разлика от дъждовната вода, която е мека вода. При загряване на такава „твърда вода“ по дъното на съдовете се отлага „котлен камък“ – CaCO3 и MgCO3, а това нарушава топлообмена им. Тази „твърдост“, причинена от калциевите и магнезиевите хлориди и сулфати, се отстранява по химичен път, като към водата се добавят Na2CO3 и Ca(OH)2 (Pavlova et al., 2017, p. 58).

4. Заключение

Извършените експерименти в моето изследване показват, че отделните водни проби имат различен химичен характер, като на някои реки стойностите на pH се припокриват:

– pH (Дюлева река, Тунджа река и чешмяна вода) = 7 – неутрален характер;

– pH (Новоселска, Селишка и Асеновска река = 8 – слабоосновен характер.

Потвърди се и предположението за съдържание на определени аниони в тези води, от което мога да направя извод, че те са замърсени с нитрити, амоняк, фосфати, а това определено крие риск за здравето на жителите на града. Потвърдих и тезата, че водите на Сливен са с твърдост в диапазон от 9 до 18°dH (немски градуса – „1 немски градус е равен на 10 мг CaO (негасена вар) на литър вода“), според картата на България, което, от своя страна, изисква търсенето на решения за предотвратяване или намаляване на последствията от употребата на такава вода в бита, промишлеността и за човешкото здраве.

БЕЛЕЖКИ

1. Първа награда в категория „Изследователски проект“.

2. https://mun.sliven.bg/arhiv-programi-2020

3. https://cleanwater.bg/blog/tvardost-na-vodata

4. Доклад за качеството на питейните води в Сливен за 2021 г. – https://shorturl. at/mh0WU

5. https://shorturl.at/duNtQ

6. Национален доклад за състоянието и опазването на питейните води в РБългария – https://old.eea.government.bg/bg/soer/2017/water/kachestvo-napiteynite-vodi

ЛИТЕРАТУРА

Павлова, М., Кирова, М., Бояджиева, Е., Върбанова, Н., Иванова, В. & Кръстев, А. (2017). Химия и опазване на околната среда за 8. клас. Педагог 6.

REFERENCES

Pavlova, M., Kirova, M., Boyadzhieva, E., Varbanova, N., Ivanova, V. & Krastev, A. (2017). Chemistry and Environmental Protection for 8th Grade. Pedagog 6. [In Bulgarian]