Физико-химический анализ питьевой воды в р.п. Дмитриевка

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Никифоровская средняя общеобразовательная школа №1 им. Героя РФ А.С. Досягаева»

Физико-химический анализ питьевой воды в р.п. Дмитриевка

Исследовательская работа

Выполнила:

Денисова Елизавета Романовна,

Ученица 11 «А» класса

Руководитель:

Сидельникова Ирина Михаловна,

Учитель химии, преподаватель-организатор ОБЖ

Содержание

Введение…………………………………………………………………….3-4

Глава I. Обзор источников информации по проблеме исследования…..5-6

1. Как подготовить пробу для анализа……………………..……………6

2. Критерии качества питьевой воды ………………………………….6-7

Глава II. Методика проведённых исследований………………….......... 8-10

1. Исследование физических свойств питьевой воды……...……...........7

2. Исследование минерального состава питьевой воды ………….....7-10

Глава III. Результаты и их обсуждение ……………..……………….…….11

1.Результаты органолептического анализа……………………………..11

Результаты химического анализа…………………………………..11

Сравнение полученных результатов с нормой…………………....11

Глава IV. Воздействие минеральных элементов воды

на здоровье человека...……………………………………………….....12-13

Глава V . Способы повышения качества питьевой  воды.

Способы очистки воды от примесей……………………………….……14-18

Способы очистки воды от Fe2+…………………………………...12-14

Способы очистки воды от SO42-…………………………………..14-15

Способы очистки воды от Cl -…………………………………….15-16

Заключение и выводы по работе…... ………………………..………………19

Список использованных источников информации...……………………….20

Приложения……………………………………………………………….......21

Физико-химический анализ питьевой воды в р.п. Дмитриевка

Введение (приложение 1)

«Следует знать о водах, какие воды вредны и какие очень здоровы, какие неудобства и какое благо происходит от употребления вод, так как они имеют большое влияние на здоровье...» ©Гиппократ

Без воды жить на Земле невозможно. Тела животных и человека больше чем наполовину состоят из неё. С каждым годом люди потребляют всё больше воды. Она нужна абсолютно везде. Но вредные вещества загрязняют воду, делают её непригодной для питья. В очередной раз наливая воду из под крана, я задумалась об её составе. Что в ней содержится? Как она влияет на организм человека? Для того чтобы быть здоровым, человек должен употреблять качественную воду. В условиях школьной лаборатории, проведём оценку органолептических показателей и физико-химический анализ образцов питьевой воды в р.п. Дмитриевка и выясним, какая вода самая качественная.

 Проблема: как определить качество питьевой воды, чтобы быть уверенным, что питьевая вода в посёлке не причинит  вреда здоровью и пригодна для питья.

 Актуальность: в настоящее время остаётся актуальным решение проблем чистоты окружающей среды, из которых проблема качества питьевой воды для людей наиболее важна, так как человек ежедневно использует её.  Без пищи человек может прожить около сорока  дней, а без воды лишь восемь Люди не задумываются над тем, какую воду они пьют и используют для приготовления пищи, чем, возможно,  приносят вред своему здоровью.

Предмет исследования

Качественный состав воды взятых образцов

Объект исследования

Образцы воды взятые из

Скважины (ул. Интернациональная)

Родника (ул. Малая Советская)

Фильтра (ул. Максима Горького)

Школы (ул. Мира)

Водопровода (Мкр. Сахзавод)

Цель Осуществление физико-химического анализа разных образцов питьевой воды в р.п. Дмитриевка

Задачи

Изучить специальную литературу;

Собрать материал для исследования;

Провести лабораторный анализ;

Систематизировать полученные данные;

Сделать вывод об исследовании.

Гипотеза

Если вода в р.п. Дмитриевка соответствует нормам качества питьевой воды, то в условиях школьной лаборатории можно это доказать.

Методы исследования

Анализ литературы и информации Интернета;

Лабораторные исследования: наблюдение, сравнение, лабораторный опыт;

Анализ полученных результатов.

Глава I. Обзор источников информации по проблеме исследования

В век информационных технологий и бурного развития науки и техники, люди научились производить различные искусственные материалы, заменяющие естественные. Вода – единственный ресурс природы, который не имеет заменителя.

Качество питьевой воды во многом определяется качеством воды источника водоснабжения. При неудовлетворительном природном составе воды или большом антропогенном загрязнении источника даже современные методы водоподготовки не могут гарантировать получение воды необходимого качества. Важнейшими гигиеническими характеристиками источника водоснабжения являются качество воды, подверженность влиянию природных и антропогенных факторов.

В подземных водах найдено около 70 химических элементов. Наибольшее значение для питьевого водоснабжения имеют фтор, йод, железо и соли жесткости (магния и кальция).

Показателем качества питьевой воды является её минерализация. Наличие солей растворённых в воде. Наиболее распространенные неорганические соли (магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде. В результате исследований устанавливаются безвредные уровни содержания в питьевой воде различных солей, которые называются предельно допустимыми концентрациями (ПДК).

Согласно ГОСТу СанПиН2.1.4.1074-01 вода признанная питьевой «должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу, и иметь благоприятные органолептические свойства». В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается: по органолептическим показателям 

- это прозрачная вода, без запаха и с приятным вкусом;

- жесткость не выше 7 –10 градусов жёсткости;

- суммарное количество полезных минералов не более 1000 мг/л;

- вредные химические примеси составляют десятые-сотые доли предельно допустимых концентраций (ПДК).

Качество воды характеризуют следующие параметры: общие физико-химические показатели качества воды, органолептические показатели, бактериологические.

1. Как подготовить пробу для анализа:

Прежде чем набирать воду, необходимо дать ей стечь 10-12 минут;

Ополоснуть емкость той водой, которую набираете на проверку;

Заполнять тару следует не спеша небольшой струей. Важно не допускать бурления воды, чтобы не перенасытить жидкость кислородом;

Чтобы не появилась воздушная пробка, следует заполнить емкость до горлышка;

Желательно сразу после подготовки пробы отправить её в лабораторию. Можно недолго хранить емкость в темном прохладном месте.

2. Критерии качества питьевой воды

На специальном оборудовании проверяют:

Уровень рН, окисляемость жидкости, жесткость, содержание солей металлов и прочие технологические характеристики.

Концентрацию опасных для здоровья человека соединений тяжелых металлов, нитритов и нитратов, органических примесей.

Количество кишечной палочки, наличие патогенной флоры.

Согласно ГОСТу, вода для питья должна иметь прозрачный цвет, уровень кислотности должен находиться в пределах 6,5-8,5. Качественная вода не имеет запаха и выраженного вкуса. Кроме того, в составе не должны быть обнаружены патогенные микробы, высокие концентрации органических примесей.

Ниже представлены ключевые показатели качества воды для питья.

Мутность — 1,55 мг/дм3

соединения хлора — 350 мг/ дм3

сульфаты — 500 мг/ дм3

феррум — 1,0 мг/ дм3

Глава II. Методика проведённых исследований (приложение 2)

1. Исследование физических свойств питьевой воды

1.1Критерии изучения органолептических свойств воды

Прозрачность

Запах

Цвет

1.2 Наименование эксперимента: прозрачность воды

Оборудование: 5 конических колб, образцы воды

Ход работы: проверяем прозрачность воды, рассматривая её на свету.

Результаты эксперимента: Самым прозрачным является образец под номером 3 - фильтрованная вода

1.3 Наименование эксперимента: цвет и запах воды

Оборудование: 5 конических колб, образцы воды

Ход работы: оцениваем цвет воды, рассматривая её на свету. Проверяем запах

Результаты эксперимента: ни один из образцов не имеет ярко выраженных цвета и запаха.

2. Исследование минерального состава питьевой воды

2.2Критерии изучения химических свойств воды

2.2.1Наименование эксперимента:

Опыт №1 Водородный показатель (pH)

Оборудование: штатив с пробирками, образцы воды, универсальная индикаторная бумага

Ход работы: В пробирку наливаем 5 мл исследуемой воды, затем в каждую пробирку кладем кусочек универсального индикатора. По окраске раствора оценивают величину рН.

Розово – оранжевая рН около 5;

Светло – желтая – 6

Светло – зеленая – 7;

Зеленовато – голубая – 8.

Результаты эксперимента: Универсальный индикатор приобрёл зелёноватую окраску, среда - нейтральная.

2.2.2Наименование эксперимента: Опыт №2 "Содержание Fe2+"

Оборудование: штатив с пробирками, образцы воды, HNO3 , H2O2 , KSCN

Ход работы: Качественное определение железа проводилось по реакции:
Fe3+ + 3CNS- = Fe(CNS)3

Признак реакции: красное окрашивание раствора. В пробирку помещаем 6 мл исследуемой воды, добавляем 1 каплю концентрированной азотной кислоты, 0,5 мл раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия.

Шкала для определения железа:

Отсутствие окраски – менее 0,05 мг/л;

Едва заметное желтовато – розовое – от 0,05 до 0,1 мг/л;

Слабое желтовато – розовое – 0,1 до 0,5 мг/л;

Желтовато-розовое – 0,5 до 1,0 мг/л;

Желтовато – красное – 1,0 – 2,5 мг/л;

Ярко – красное более 2,5 мг/л.

Результаты эксперимента:

Образец №1: 1мг\л

Образец №2: 0,01мг\л

Образец № 3: 0,05мг\л

Образец №4: 0,5мг\л

Образец №5: 0,1мг\л

2.2.3Наименование эксперимента: Опыт №3" Определение SO42"

Оборудование: штатив с пробирками, образцы воды, HСl , BaCl2

Ход работы: Качественное обнаружение проводилось по реакции:
Ba2++ SO42+-= BaSO4

В пробирку помещаем 6 мл исследуемой воды, 0,5 мл соляной кислоты и 2 мл 5 %-ного раствора хлорида бария. По характеру выпавшего осадка
определяем содержание сульфатов. При отсутствии мути концентрация сульфат-ионов менее 5 мг/л; при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут, - 5-10мг/л; при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария, - 10-100 мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100 мг/л).

Результаты исследования:

Образец №1: 6мг\л

Образец №2: 15мг\л

Образец № 3: 5мг\л

Образец №4: 10мг\л

Образец №5: 13мг\л

2.2.4Наименование эксперимента: Опыт №4 Выявление Cl -

Оборудование: штатив с пробирками, образцы воды,

Ход работы: К 6 мл пробы воды прибавили 1 каплю азотной кислоты и 0,5 мл раствора нитрата серебра. Помутнения не было. Значит, хлор в воде отсутствует.

Результаты исследования:

Образец №1: 0,3мг\л

Образец №2: 0,6мг\л

Образец № 3: 0,1мг\л

Образец №4: 0,5мг\л

Образец №5: 0,8мг\л

Глава III. Результаты и их обсуждение

Результаты органолептического анализа

По 5-ти бальной шкале, высший балл получила фильтрованная вода, а вода из школы на последнем месте.

Критерии изучения химических свойств воды

Водородный показатель (pH)

Содержание Fe2+

Определение SO42-

Выявление Cl -

Результаты химического анализа

По 5-ти бальной шкале лидирует фильтрованная вода, а водопроводная на последнем месте.

Сравнение полученных результатов с нормой

Норма Результаты исследования

Cl - ≤ 350  мг/л Cl - < 0,8 мг/л

Fe2+ ≤ 1 мг/л Fe2+ ≤ 1,0 мг/л

SO42- < 16 мг\л SO42- ≤ 500 мг/л

Результаты исследования соответствуют норме

Глава IV . Воздействие минеральных элементов воды на здоровье человека

  Вопрос о «минеральном составе» человека и, соответственно, потребностях его организма очень сложный. По значениям предельно допустимых концентраций веществ питьевой воды (ПДК) к «главным ионам» в составе воды можно отнести катионы  кальция (ПДК–200 мг/л)  и магния (ПДК –100 мг/л).  Кальций является составной частью костной ткани (зубы, кости), участвует в сокращении мышц, в процессе свёртываемости крови, в сердечной деятельности, а  магний участвует в механизмах регуляции возбудимости нервных волокон и мышц (2). Избыточное содержание кальция и магния в воде связано с понятием «жёсткость воды». Норма жёсткости питьевой воды до 10 градусов жёсткости. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к накоплению солей в организме и, в конечном итоге, к заболеваниям суставов (артриты, полиартриты), к образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях. 

Калий и натрий  (ПДК по 200 мг/л) также необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, т.к. благодаря этим элементам в клетку проникают вещества из межклеточной жидкости, а из клетки выводятся продукты ее жизнедеятельности. Так же, особенно важен калий для сердечно-сосудистой деятельности, т.к. он нормализует давление крови и работу сердца.

 Главными ионами среди анионов в питьевой воде являются: гидрокарбонат ион (ПДК -1000 мг/л); сульфат ион (ПДК-500 мг/л); хлорид ион (ПДК-350 мг/л); карбонат ион (ПДК-100 мг/л). Наличие в воде хлоридов и сульфатов природного происхождения более 350 мг/л придает ей солоноватый привкус и приводит к нарушению пищеварительной системы у людей. Потребители сульфатов могут страдать от обезвоживания и диареи. Воздействие на организм воды с избытком хлора грозит нарушениями в работе желудочно-кишечного тракта и повышает риск развития желчно- и мочекаменной болезни.

Вредные нитрат-ионы содержатся главным образом в поверхностных водах (колодезная вода - грунтовая, значит, в моей воде нитратов не должно быть). Нитраты в концентрации более 20 мг/л оказывают токсическое действие на организм человека. Постоянное употребление воды с повышенным содержанием нитратов приводит к заболеваниям крови, сердечнососудистой системы, мочекаменной болезни.

Регулярное употребление воды с повышенным содержанием железа может привести к сухости кожи, увеличению риска аллергических проявлений.

Глава V . Способы повышения качества питьевой  воды. Способы очистки воды от примесей

1. Способы очистки воды от Fe2+

Отстаивание;

Кипячение;

Вымораживание

Фильтр с наполнителем из активированного угля

Бытовые способы удаления железа из воды самостоятельно

Уменьшить содержание этого микроэлемента в жидкости, поступающей из центрального водопровода или скважины, можно без сложного оборудования. Существует ряд простых, доступных методов обезжелезивания воды:

Отстаивание;

Кипячение;

Вымораживание.

К названным способам следует добавить использование самодельного фильтра с наполнителем из активированного угля. Сделать фильтр для воды от железа на даче своими руками в домашних условиях можно без значительных денежных затрат. Рассмотрим эти методы и механизмы их действия подробнее.

Отстаивание

Если исходную жидкость из скважины или водопровода налить в емкость и оставить ее на время, она станет чище, а на днище образуется осадок рыжего цвета. Дело в том, что часть содержащегося в воде двухвалентного Fe2+ контактирует с воздухом и начинает активно окисляться и образовывать нерастворимые соединения.

Такая несложная система очистки воды от железа своими руками позволяет существенно снизить суммарное содержание железистых соединений в воде, делает ее пригодной для питья и приготовления пищи. Устройство нуждается в ежедневном сливе и наполнении емкостей, в сливе отстоя с загрязнениями.

Кипячение

При нагревании двухвалентное железо вступает в реакцию с растворенным и атмосферным кислородом, в результате чего окисляется и образует нерастворимые соединения. Последние выпадают в осадок рыжего (ржавого) цвета и на днище посуды появляется накипь. Для обезжелезивания воды необходимо кипячение в течение 7-10 минут, после остывания ее желательно перелить в неметаллическую емкость.

Этот метод позволяет очистить воду от железа своими руками, полностью удалить из воды бактериальные составляющие: микроорганизмы при кипячении погибают, а продукты их метаболизма распадаются. Описанный способ снижения содержания железа в воде крайне затратный: на нагрев расходуется много газа или электроэнергии. Для получения питьевой воды его можно применять лишь в ограниченных масштабах.

Замораживание

Данный способ, позволяющий очистить воду от железа в домашних условиях, основан на разнице температур перехода чистой и загрязненной воды в твердое состояние. Для реализации этого метода достаточно наполнить пластиковую бутылку жидкостью из-под крана и положить ее в морозилку. Когда большая ее часть превратиться в лед, процесс можно считать завершенным.

Вынимаем емкость из морозилки и сливаем не замерзшую часть воды вместе с избытком растворенного железа в канализацию. Дожидаемся, пока лед, растает. Получившаяся вода будет чистой, пригодной для питья и приготовления пищи. Метод замораживания для очищения воды от железа своими руками имеет те же недостатки, что и кипячение. Соответственно и ограничения по его использованию аналогичны.

2. Способы очистки воды от SO42-

Ионообменные фильтры

Обратный осмос

Ионообменные фильтры от сульфатов в воде

В основу технологического ионообменного процесса заложен принцип прохождения через аниониты - многокомпонентные анионообменные смолы. Сильные реагенты извлекают из воды растворенные анионы солей, очищая её от примесей.

Преимущества метода:

Смола истощается медленно, её можно использовать долго, периодически удаляя накопленный осадок.

Реагенты не только снижают превышение сульфатов в воде, они попутно очищают воду от железа, жесткости, органических веществ.

Вода проходит не менее 5 ступеней очитки - на выходе получается качественный продукт.

Регенерация смол производится при помощи недорогих компонентов - с помощью солевого раствора 8-12 % NaCl.

Недостатки использования ионообменного способа - необходимо контролировать:

Процесс - при перенасыщении фильтрата сульфаты могут попасть в очищенную жидкость.

Качество исходного водного раствора на входе в систему и качество чистой воды на выходе.

Как убрать сульфаты из воды с помощью обратного осмоса

В таких очистных линиях вода под сильным давлением проходит через ряд мембран, пропускающих молекулы воды, но задерживающих все иные примеси, включая растворенные. Очищенная вода - пермеат - готова к дальнейшему использованию. Раствор с собранными примесями собирается в отстойнике. Он может быть очищен или утилизирован.

Преимущества обратноосмотических установок (УОО):

Качество воды на выходе не зависит от исходного состава. До нулевых параметров очищаются самые загрязненные растворы с высокой концентрацией солей свыше 2000 мг/литр.

Установка помогает удалить из воды сульфаты с помощью мембранных фильтров, не требуется загружать химические реагенты - метод экологически безопасен.

Устройства имеют компактные размеры: бытовая обратноосмотическая линия, которая обеспечит чистой водой многоэтажный коттедж, умещается под кухонной раковиной.

Производится комплексная очистка - снижается жесткость; производится обессоливание, обезжелезивание, осветление; выполняется дезодорация, очистка от химических соединений.

Установки можно применять для дома и для решения разных задач в любой отрасли промышленности: пищевой, медицинской, энергетической, электронной.

В УОО можно очищать любую воду - водопроводную, артезианскую, речную, морскую, озерную с результатом очистки до 98-99,8 %.

На выходе водный раствор не имеет запаха, при использовании других фильтров вода может слегка пахнуть реагентами.

По сравнению со всеми прочими видами очистки от высокого содержания сульфатов в воде линии обратного осмоса наиболее эффективны и производительны.

Способы очистки воды от Cl -

Отстаивание

Очистка озоном

Обратный осмос

Фильтрация через активированный уголь

Очистка ионообменными смолами

Способы очистки воды от ионов хлора

Способ отстаивания, который является самым доступным методом. Отстаивание в течение 30 минут снижает количество растворенного хлора почти вдвое. Плюс минуса в том, что он не требует затрат. Минус метода – при отстаивании не улетучиваются вредные соединения хлора, которые находятся в воде в виде солей.

Очистка воды озоном, при котором вода насыщается кислородом. Озон, необходимый для обработки воды, вырабатывается в самой установке, а остаточный озон превращается в кислород. Озон связывает вредные соединения хлора, растворенные в воде, и переводит их во взвеси, которые задерживаются на фильтре. Плюсом метода является его экологичность, простота, надежность, а также неограниченный срок действия озонофильтрующего оборудования.

Методом обратного осмоса, при котором используются обратноосмотические мембраны. Плюс метода в том, что происходит очищение воды от хлоридов на 99%. Минус метода в том, что для очистки воды требуется большое давление воды для прохождения воды через мембрану.

Очистка методом фильтрации через активированный уголь, при помощи которого удаляется свободный хлор и соединения хлора. Плюс метода состоит в его простоте и экономичности. Минус метода в том, что угольные фильтры по мере использования заселяются колониями бактерий, для которых уголь – благоприятная среда для развития. Поэтому периодически угольный фильтр необходимо подвергать очистке (промывке горячей водой или паром).

Заключение и вывод

В условиях школьной лаборатории, я провела физико-химический анализ образцов питьевой воды в р.п. Дмитриевка. Исследование показало, что все пробы соответствуют нормам, и самая чистая вода та, которая проходит фильтрацию, а самая грязная – водопроводная.

Для улучшения качества питьевой воды я создала интерактивный продукт в сети Интернет «Вода, которую мы пьём, и как сделать её чище (приложение 3)

          Надеюсь, с применением этих советов качество домашней питьевой воды улучшится, её употребление больше не будет  приносить вред здоровью человека.

          Работа по изучению качества питьевой воды оказалась интересной и полезной не только для меня, но и для окружающих.

Список использованных источников информации

Большая иллюстрированная энциклопедия интеллекта. Хочу все знать! М.: Эксмо, 2007.

Речкалова Н. И., Сысоева Л. И.: Какую воду мы пьём. - Журнал. Химия в школе, 2004

https://o-vode.net/vodosnabzhenie/analiz/pitevoj-v

https://infourok.ru/issledovatelskaya-rabota-na-temu-kachestvo-i-ispolzovanie-pitevoy-vodi-1254829.html

https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2013/07/28/uchenicheskaya-issledovatelskaya-rabota-issledovanie-vody-kotoruyu-my-pyom

https://domsdelat.ru/vodosnabshenie-doma/kak-sdelat-analiz-vody-v-domashnix-usloviyax-instrukcii-video-obzory.html

https://www.healthwaters.ru/articles/kriterii-kachestva-vody/

https://vseowode.ru/prosto-o-vode/kachestvo-vody.html

https://diasel.ru/article/kak-ochistit-vodu-ot-zheleza-svoimi-rukami/

https://diasel.ru/article/kak-ochistit-vodu-ot-sulfatov/

https://sistemyochistkivodyru.turbopages.org/sistemyochistkivody.ru/s/ochistka-vodyi-ot-xlora.html ​​​​​​​