Исследовательская работа по экологии «Проблема качества питьевой воды и пути её преодоления»

Исследовательская работа по экологии

«Проблема качества питьевой воды и пути её преодоления»

I. Введение. Цели и задачи.

   Вода – это жизнь. Вода окружает нас, она не только под нами, над нами, она еще и внутри нас. Без нее человек может прожить лишь несколько суток. Вода является самым распространенным веществом, и вместе с тем самым малоизученным в природе… Вода оказывает огромное влияние на здоровье человека. Для того, чтобы хорошо себя чувствовать, человек должен употреблять только чистую качественную питьевую воду. Учёными давно установлена прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни.

   В своей отчетной статистике Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) указала на то, что больше 80% людей всего мира заболевают из-за того, что употребляют некачественную воду. Нужно помнить о том, что даже та вода, которая внешне выглядит достаточно респектабельно, способна содержать в своем составе множество вредных компонентов. Употреблять такую воду считается опасным для здоровья и даже для жизни. Ещё в глубокой древности люди умели различать «живую» воду – пригодную для питья и «мёртвую» - непригодную для употребления. Вопрос качества питьевой воды не утратил своей актуальности и в настоящее время.

   С проблемой качества питьевой воды сталкиваются и жители Таганрога, пытаясь найти способы её улучшения: кто-то покупает очищенную воду, кто-то берёт воду из источников, кто-то использует фильтры дополнительной очистки воды в бытовых условиях.

Цель работы: раскрыть целесообразность использования бытовых фильтров для дополнительной очистки водопроводной воды.

Задачи:

1. изучить проблему качества питьевой воды в городе;

2. установить, по каким характеристикам различают бытовые фильтры;

3. изучить принцип действия бытовых фильтров для очищения воды;

4. выяснить эффективность применения бытовых фильтров для очистки воды в домашних условиях;

5. оценить экономическую эффективность использования бытовых фильтров в домашних условиях.

II. Проблема качества питьевой воды и пути её преодоления.

1. Проблема качества питьевой воды в г. Таганроге.

   Качественная питьевая вода – это вода, не содержащая примесей, вредных для здоровья человека. Она должна быть без запаха и цвета, и безопасна при длительном ее употреблении. Питьевая вода — это вода, пригодная к употреблению внутрь, отвечающая установленным нормам качества.

   Чистая вода обладает отличными от загрязненной воды физико-химическими свойствами. При определении чистоты воды оперируют такими физическими свойствами как мутность, цвет, запах и вкус. Для чистой воды характерными являются следующие показатели: мутность - 2,5 ЕМФ (единиц мутности по формазину), отсутствие запаха (в лабораторных условиях показателем является интенсивность запаха), вкус не более 1 (по пятибальной системе, определяется лабораторным путем), цветность - не более 20 градусов Pt-Co шкалы. Чистая вода всегда прозрачна, не имеет запаха и вкуса. К химическим свойствам воды относят: водородный показатель, общая минерализация, жесткость, кислотность, щелочность, окисляемость перманганатная и некоторые другие. Для чистой воды водородный показатель: 6 ед.pH, общая минерализация – 1000 мг/л, окисляемость перманганатная – не более 5 г кислорода на литр. Кроме того при определении чистоты воды используют бактериологические показатели, наличие неорганических и органических примесей, радиологические показатели и некоторые другие.

   Известно, что вода выводит вредные вещества из организма, являясь важнейшим элементом физико-химических процессов, происходящих в организме. Обмен веществ невозможен без участия воды, и от ее чистоты будет зависеть в конечном итоге наше самочувствие. Отложение солей, заболевания суставов и внутренних органов - следствие того, что вода, потребляемая человеком, была недостаточно чистая.

   По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) - 85% всех заболеваний в мире передается водой. Ежегодно 25 миллионов человек умирает от этих заболеваний. В Санитарных правилах и нормах РФ (Сан ПиН 2.1.4.559-96) «Питьевая вода» были определены показатели по вирусам, ужесточены требования по наличию пестицидов, а по хлорсодержащим веществам нормы увеличены более чем в три раза. Это объясняется вынужденным выбором для очистки воды одного из двух зол: обеззараживать воду обильным хлорированием и нарушать норму по хлору или смириться с наличием в воде бактерий. При хлорировании природных вод образуются хлорсодержащие токсичные, мутагенные и канцерогенные вещества - тригалометаны и ни много ни мало – диоксин – боевое отравляющее вещество, который американские войска использовали во Вьетнаме в 70-х годах прошлого века! Конечно, концентрация этих веществ в воде очень мала, но они могут накапливаться в организме человека, оказывая токсическое действие спустя годы. С учётом этого во многих странах нормы по предельно допустимым концентрациям (ПДК) хлорорганических соединений ужесточаются. Например, ПДК диоксинов в воде в России составляет 20 пг/л, тогда как в Германии всего 0,01 пг/л. Хотя хлор и уничтожает много опасных микробов, он является одной из причин возникновения атеросклероза.

Следует отметить, что в упомянутых выше Санитарных нормах РФ допускаетсясодержание свинца и алюминия соответственно в 3-10 раз больше, чем это предусмотрено в стандартах ВОЗ. При этом необходимо учитывать, что свинец и алюминий относятся к классу высокоопасных веществ. Свинец откладывается в костях, приводит к изменениям в центральной нервной системе (полиневриты, церебральный артериосклероз), крови (снижение гемоглобина, уменьшение числа эритроцитов), желудочно-кишечном тракте (спастический хронический колит), а также к нарушению обмена веществ, “угнетению” многих ферментов и гормонов. Даже небольшое количество свинца вызывает поражение почек. Алюминий парализует нервную и иммунную системы, особенно уничтожающе он действует на детский организм, способствует развитию болезни Альцгеймера. Длительное использование питьевой воды с нарушением гигиенических требований по химическому составу обуславливает развитие различных заболеваний у населения. Неблагоприятное биологическое воздействие избыточного поступления в организм ряда химических веществ проявляется не только в повышении общей или специфической заболеваемости, но и в изменении отдельных показателей здоровья, свидетельствующих о начальных патологических или предпатологических сдвигах в организме.

   Несмотря на то, что большинство проб питьевой воды удовлетворяет требованиям Сан ПиН, проблему качества воды нельзя считать решённой. В случае несоответствия воды стандартам, производится ее очистка и обеззараживание. Очистка воды подразумевает под собой освобождение воды от взвешенных частиц, мутности, от несвойственных ей цвета, запаха и привкусов, от избыточного содержания солей и газов. Очистка и обеззараживание воды производится различными средствами.

   Существуют несколько методов очистки воды от вредных примесей:

1.Фильтрация — очистка воды от механических примесей, таких как песок, частицы ржавчины и т. д. Осуществляется путём фильтрования воды через пористые или волокнистые материалы с различным эффективным диаметром пор.

2. Сорбация — удаление нежелательных химических веществ, чем достигается улучшение вкуса, устранение запаха путём связывания таких веществ за счёт сил межмолекулярного взаимодействия. Наиболее часто в качестве сорбента используется активированный уголь различного происхождения или некоторые другие природные материалы.

3. Ионный обмен — замена одних (нежелательных) ионов другими (нейтральными), например, кальция и магния — на натрий в случае умягчения воды. Ионный обмен часто используется для удаления определённых загрязняющих компонентов, таких как тяжелые металлы, фториды и др., а также для введения в воду некоторых веществ в необходимых случаях (фтор, йод).

   Самым радикальным способом очистки воды является её дистилляция, однако дистиллированная вода, не содержащая примесей, как считают учёные-гигиенисты, не пригодна для употребления. Постоянное употребление такой воды может привести к нарушению солевого баланса. С водой организм должен получать целый комплекс минеральных веществ, без которых человек рискует столкнуться со многими неприятностями. В питьевой воде должны быть не только фтор и йод, но и кальций, магний, железо, медь, цинк. Однако, минерализация воды (количество растворенных в воде солей) является неоднозначным параметром. Исследования, проведенные в последние годы, показали неблагоприятное воздействие на организм человека питьевой воды с минерализацией свыше 1500 мг/л и ниже 30-50 мг/л. Такая питьевая вода плохо утоляет жажду, ухудшает работу желудка, нарушает водно-солевой обмен в организме. До недавнего времени на высокую минерализацию воды – жесткость – обращали внимание лишь из-за ее влияния на пригодность воды для мытья волос и стирки, а также на интенсивность образования накипи при кипячении воды. Теперь благодаря полученным научным данным стало ясно, что очистка воды необходима, т. к. жесткость питьевой воды имеет большое значение для поддержания здоровья. Например, повышенное содержание солей кальция и магния в воде способствует развитию атеросклероза, мочекаменной болезни, вызывает нарушение обменных процессов. С другой стороны, смертность от сердечно-сосудистых заболеваний на 25-30% выше среди людей, употребляющих для питья мягкую воду, содержащую менее 75 миллиграммов кальция и магия в литре воды.

   В Таганроге и Ростовской области тоже есть свои, «наболевшие проблемы», связанные с качеством воды:

- повышенное содержание железа и марганца. Избыток железа природного происхождения характерен для подземных вод. Кроме того, концентрация железа повышается при коррозии стальных и чугунных водопроводных труб;

- высокая минерализация. Исследование влияния питьевой воды на заболеваемость населения неинфекционными болезнями, проведённое в Ростовской области, выявило связь между её высокой минерализацией и мочекаменной болезнью, повышенные показатели которой отмечены в Таганроге.

   Простые наблюдения в быту указывают на присутствие в водопроводной воде нашего городе этих вредных примесей:

- изношенная раньше времени сантехника свидетельствует о наличии в воде нерастворимых механических частиц, песка, взвеси, и ржавчины. Эти частицы нерастворимы, оседают на стенах труб, коммуникации засоряются, просвет в трубах становится меньше, в кранах снижается давление.

- на сантехнике появляются бурые подтёки, а вода при отстаивании или нагреве становится бурого цвета, когда в воде присутствуют растворённые железо и марганец.

- на кафеле заметны белёсые разводы, причина которых растворённые в воде соли кальция и магния. Они же являются первопричиной накипи на стенках чайника, спиралях стиральных и посудомоечных машин, водонагревателей.

- наличие остаточного хлора и сероводорода можно определить по запаху.

   А вот бактериологические загрязнения (микробы и бактерии) могут быть незаметны невооруженному глазу и носу, для определения их присутствия в воде требуется проведение лабораторного анализа.

   С целью выяснить, как оценивается состояние воды в г. Таганроге потребителями и как в быту решается проблема улучшения качества воды, среди учащихся 7 - 9 классов было проведено анкетирование по вопросам:

1. Как вы оцениваете по 5-бальной системе качество питьевой воды в Таганроге?

2. Как в вашей семье решается проблема качества питьевой воды?

   Результаты опроса показали, что в большинстве случаев ( 86 %) подростки недовольны качеством водопроводной воды, поставив качеству воды оценки «2» и «3». А вот для улучшения воды, по результатам анкетирования, чаще всего в семьях используются покупная очищенная вода ( 65 %) и бытовые фильтры (35%), имеет место улучшения питьевой воды путём кипячения (10%) и отстаивания (7 %).

2. Бытовые фильтры для очистки воды.

   Задача улучшения качества питьевой воды может быть решена, если правильно использовать разнообразные фильтры для очистки воды. На рынке существуют два основных класса фильтров:

1. Фильтры кувшинного типа.

2. Фильтры проточного типа.

   Сформулируем преимущества и недостатки фильтров для домашней очистки питьевой воды.

Фильтры — кувшины. Эти фильтры не нужно устанавливать, они не требуют места под раковиной, дёшево стоят и обеспечивают достаточно высокую степень очистки. Применение таких фильтров возможно даже в тех местах, где нет водопровода, поэтому вы без труда сможете ими пользоваться на даче или в офисе. Кроме того, такой фильтр можно использовать для хранения чистой воды. Несмотря на простоту, такие фильтры очень хорошо очищают воду: от хлора и фенола — на 95 — 99%, от хлороформа и токсичных металлов — на 80 — 90%. Основным минусом фильтров — кувшинов является достаточно низкая скорость фильтрации. Чтобы наполнить водой, к примеру, чайник, надо подождать 3 — 5 минут. Покупка такого фильтра обойдётся в 300 — 400 рублей. В течении всего срока эксплуатации необходимо покупать сменные картриджи, что несколько увеличивает общие затраты по использованию такого фильтра.

Проточные фильтры. Степень очистки воды у них выше, чем у водоочистителей других типов. Качество очистки не ухудшается со временем. При использовании обратноосмотической мембраны через её поры проходят только молекулы воды, при загрязнении мембраны снизится производительность фильтрации, грязь же никак не сможет пройти на выход системы. Отдельный кран для чистой воды. Высокая производительность. Водоочиститель здесь расположен под мойкой и не загромождает рабочее пространство. Сменные элементы заменяются редко, не чаще2-х раз в год. Замена элементов происходит очень просто. Про использовании очищенной воды в утюгах, кофеварках, электрочайниках гарантируется отсутствие накипи. К недостаткам этого фильтра можно отнести высокую цену и сложный монтаж, как правило, требующий квалифицированного сантехника.

   Проточные фильтры в свою очередь делятся на три класса:

1. Насадки на кран имеют скорость фильтрации — примерно стакан в минуту. Стоимость таких моделей составляет 300 — 1200 руб., но и в этом случае не обойтись без дополнительных затрат на покупку картриджа. Плюс некоторое неудобство с необходимостью часто снимать и одевать на кран.

2. Фильтры, присоединяемые к крану, крепятся к крану только на время фильтрации, но одеваются не на кран, а присоединяются к нему. Они имею заметно большой ресурс и более высокую скорость фильтрации, стоят дороже, чем насадки на кран и фильтры — кувшины.

3. Стационарные проточные фильтры - одна из самых сложных систем. Их «врезают» непосредственно в водопровод и располагают чаще всего под мойкой. Стационарные фильтры могут быть оснащены сразу несколькими картриджами, имеют на выходе собственный кран, который находится рядом с обычным. Из одного крана вы набираете воды для питья и готовки, а из другого — для хозяйственных нужд.

III. Практическая часть. Оценка эффективности

использования бытовых фильтров.

1. Оценка эффективности очистки воды бытовым фильтром типа кувшин.

   Большое распространение в быту получили фильтры-кувшины, в которых вода проходит через сменный картридж в нижний сосуд. Для оценки эффективности очистки воды были проведены опыты с сорбентом, заполняющим картридж (смесью измельчённого угля и гранул ионообменной смолы)

Опыт 1. В воду поместили химический загрязнитель - медный купорос и раствор приобрёл голубую окраску. Затем в стакан насыпали сорбент (1-2 чайные ложки на 100 мл воды) и перемешали. Через 5-6 мин наблюдали изменение интенсивности окраски раствора, что объясняется поглощением сорбентом солей меди.

Опыт 2. Производим загрязнение воды ионами свинца путём добавления в воду ацетата свинца (1 г на 200 мл воды). Для определения ионов свинца в качестве реактива используем йодид калия. В фильтрате ионы свинца не обнаружены. Зная, что чувствительность этого метода составляет 0,1 мг ионов свинца в 5 мл раствора, можно рассчитать, какая часть ионов свинца задерживается сорбентом.

Вывод: результаты опытов подтвердили эффективность использования бытовых фильтров кувшинного типа. Они идеально подходят для улучшения качества водопроводной воды.

2. Экономический аспект применения бытовых фильтров типа кувшин.

   Для многих семей важен и экономический аспект применения бытовых фильтров типа кувшин. Рассчитаем стоимость одного стакана воды при использовании фильтров — кувшинов и покупной очищенной воды.

1. Кассета для кувшинного фильтра рассчитана на очистку 350 л воды. Стоимость её составляет 105 рублей, следовательно, очистка одного литра воды обойдётся в 30 копеек. В литре содержится 5 стаканов по 200 мл. Получается, что один стакан, очищенной с помощью фильтра, воды стоит 6 копеек.

2. Стоимость одного литра покупной очищенной воды — 1 руб. 30 копеек. В литре содержится 5 стаканов по 200 мл. Следовательно, один стакан покупной очищенной воды стоит 26 копеек.

Вывод: использование фильтра-кувшина является эффективным и достаточно экономичным способом очистки воды в быту; именно у фильтра этого типа установлено оптимальное соотношение цены, качества, и удобства использования.

IV. Выводы и рекомендации.

   Стоит помнить, что качественная питьевая вода – это вода, не содержащая примесей, вредных для здоровья человека. Она должна быть без запаха и цвета, и безопасна при длительном ее употреблении. Учитывая особенности питьевой воды в нашем регионе, и в Таганроге в частности, необходимо подвергать водопроводную воду дополнительной очистке. Наиболее простые, но недостаточно эффективные способы — отстаивание и кипячение. Можно использовать покупную очищенную воду и применять фильтры дополнительной очистки.

   Результаты данной работы позволяют сделать вывод, что бытовые фильтры типа кувшин являются простым в использовании, достаточно эффективным и экономичным способом решения проблемы качества питьевой воды в каждой семье нашего города.

V. Использованные источники информации.

1. Санитарные правила и нормы (СанПиН) 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды центральных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М.:Минздрав, 2002;

2. Таубе П.В., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды. М.:Высшая школа, 1989;

3. Пичугина Г.В. Химия и повседневная жизнь человека. М.:Дрофа, 2006;

4. Алексеев Л.С.Контроль качества воды. М.:ИНФРА-М, 2004;

5. Независимые экспертизы. Издание «Потребитель».

6. Интернет ресурсы.