IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Гирич Д.И.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Люди издревле селились около открытых источников воды, т.к. знали, что без воды нет жизни. Со временем потребление человечеством природной воды неуклонно возрастало. Такая интенсивная эксплуатация природных источников и недостаточная вторичная очистка воды привели к деградации водных ресурсов. Сегодня качество воды в большинстве районов Земли оставляет желать лучшего.

Основные потребителями воды на нашей планете являются города. Так, без учета промышленных расходов потребление воды на одного жителя крупнейшего города в сутки составляет 700л, когда достаточно и 250л. Почти в каждом городе есть река, которая питает город водой и, в конце концов, принимая на себя часть городских отходов. Однако не расточительное расходование пресной воды, а повсеместное её загрязнение является главной опасностью для населения. В результате во многих городах вода далека от совершенства. Очистка промышленных стоков - важнейшая задача для любого города.

Какую воду мы сегодня пьем? 80% население города Калтана пьет воду из сетей центрального водоснабжение. Немало горожан употребляет родниковую воду, а также бутилированную.

Питьевая вода должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении, безвредной по химическому составу, благоприятной по органолептическим свойствам. При этом она должна быть физиологически полноценна, т.е. иметь оптимальный уровень минерализации и содержать ряд макро- и микроэлементов. [1] Основной интегральный показатель качества питьевой воды – её влияние на здоровье человека. Считается, что загрязненная питьевая вода вызывает 70-80% всех известных болезней и на 30 % ускоряет старение. [3]

Длительное использование питьевой воды, не отвечающей гигиеническим нормативам по химическим компонентам, приводит к заболеваниям органов кровообращения, пищеварения, эндокринной системы, мочевыводящих путей. Установлено, что химическое загрязнение питьевой воды вызывает, кроме заболеваний желудочно-кишечного тракта, заболевания кожи и подкожной клетчатки; патологию беременных и новорожденных; заболевания нервной системы и органов чувств; а также ведет к увеличению общей и детской заболеваемости.[3]

С помощью физических, химических, исследований можно оценить качество воды и обозначить тенденции в её изменении.

Объект исследования – влияние качества питьевой воды на организм человека.

Предмет исследования – определение качественного и количественного содержания ионов в питьевой воде, а также ее физических показателей.

Цель: исследование качественных и количественных показателей питьевой воды, взятой из разных источников.

Задачи:

  • Изучить литературные данные по теме влияние качества воды на здоровье человека

  • Определить физические свойства воды.

  • Провести химический анализ воды из разных источников.

  • Выявить наиболее пригодную воду для питья (качественную воду).

Гипотеза: качество питьевой воды зависит от физико – химических показателей.

Пробы воды взяты из разных источников: водопроводная, родниковая, минеральная, бутилированная и контрольная - дистиллированная.

В данной работе применен экспериментальный метод определения физических свойств воды.[1,3], рН- среды [3] и наличие солей [4], а также анализ и обобщение.

Работа состоит из введения, теоретической и практической части, заключения, списка использованной литературы, а также включает приложения.

  1. Вода в жизни человека

Значение воды в жизни человека

Вода - важнейшая составляющая среды нашего обитания. После воздуха она второй по значению компонент, необходимый для человеческой жизни.[6] Она – самое распространенное вещество на земле: три четверти поверхности планеты покрыто морями, океанами, реками, ледниками.

Значительная часть воды на нашей планете скрыта под ее поверхностью. Лишь относительно малая доза воды выходит наверх, то в виде тихих лесных ключей, то в виде горных ручейков или бурных пароводяных фонтанов – гейзеров.

Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Без воды человек мог бы прожить не более 2-3 дней. За 60 лет человек в среднем выпивает 50 т воды. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды больше в 2 раза по весу, чем питательных веществ. Если количество воды в человеческом теле уменьшиться 1-2% (0,5л) – человек испытывает жажду; на 5% (2-2,5л) – кожа сморщивается, во рту «пересыхает», сознание затемняется; на 14-15% (7-8л) – человек умирает.

Вода имеет первостепенное значение и для химических реакций, в частности биохимических. Древнее положение алхимиков «тела не действуют, пока не растворены» – в значительной степени справедливо.

Потребление чистой воды обеспечивает нормальную работу внутренних органов. Она является теплоносителем и терморегулятором, поглощает излишки тепла и удаляет его, испаряясь сквозь кожу и дыхательные пути. Вода увлажняет слизистые оболочки и глазное яблоко. В жару и при физических упражнениях происходит интенсивное испарение воды с поверхности тела.

Количество воды, требуется для поддержания водного баланса, зависит от возраста, физической активности, окружающей температуры и влажности. Суточная потребность взрослого человека составляет 2.5 л. Чистая питьевая вода также повышает защиту организма от стресса. Она разжижает кровь, борется с усталостью, помогает сердечно - сосудистой системе, борется стрессом. Здоровый образ жизни основан на правильном питании, активности и потреблении чистой воды. [2]

Сегодня, как никогда, нашему организму очень важно получать чистую воду со сбалансированным минеральным составом. 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.

Влияние качества воды на организм человека

Вода, которую мы потребляем, должна быть чистой. Болезни, передаваемые через загрязненную воду, вызывают ухудшение состояния здоровья, инвалидность и гибель огромного числа людей, особенно детей, преимущественно в менее развитых странах, обычным для которых является низкий уровень личной и коммунальной гигиены. Такие болезни, как брюшной тиф, дизентерия, холера, анкилостомоз, прежде всего, человеку в результате загрязнения источников воды экскрементами, выделяемыми из организма больных.

Через воду могут передаваться инфекционная желтуха, туляремия, водная лихорадка, бруцеллез, полиомиелит. Вода подчас становится источником заражения человека животными паразитами – гельминтами.

К наиболее распространенным загрязнителям можно отнести железо, марганец, сульфаты, фториды, соли кальция и магния, органические соединения и др.

Какие же отрицательные свойства воде могут придавать те или иные компоненты в случае их содержания выше нормативов?

Присутствие в воде железа не угрожает нашему здоровью. Однако повышенное его содержание в воде (более 0,3 мг/л) в виде гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, органических комплексных соединений или в виде высокодисперсной взвеси придает воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает её вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. При употреблении для питья воды с содержанием железа выше норматива человек рискует приобрести различные заболевания печени, аллергические реакции и др.

Иногда в питьевой воде встречается много солей соляной и серной кислот (хлориды и сульфаты). Они придают воде соленый и горько-соленый привкус.

Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта. Вода, в 1 л которой хлоридов больше 350 мг, а сульфатов больше 500 мг, считается неблагоприятной для здоровья.

Содержание в воде катионов кальция и магния сообщает воде так называемую жесткость. 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. [6]

Таким образом, питьевую воду необходимо проверять на присутствие в ней химических элементов для того, чтобы избежать многих заболеваний.

  1. Качественный анализ питьевой воды

Общеизвестно, что человек не может обходиться без воды длительное время. Но когда химическая формула воды повсюду остается одной и той же - Н2О, ее состав определяется местонахождением воды. Дело в том, что природная вода представляет собой по составу сложнейший раствор. Из воздуха она поглощает находящиеся в нем газы; по мере прохождения через почву вода обогащается неорганическими и органическими веществами. В зависимости от доли содержания этих веществ вода может оказать различное воздействие на физиологические процессы, протекающие в организме человека. [4]

Определение интенсивности запаха воды

Коническую колбу наполнить 2/3 объема исследуемой водой, плотно закрыть пробкой и сильно встряхнуть. Затем открыть колбу и отметить характер и интенсивность запаха, пользуясь таблицей 1.[1] Результаты исследования внесены в таблицу 2.

Таблица 1.

Характеристика запаха

Интенсивность запаха (балл)

Отсутствие ощутимого запаха

0

Очень слабый запах – не замечается потребителями, но обнаруживается специалистами

1

Слабый запах – обнаруживается потребителями , если обратить на это внимание

2

Запах легко обнаруживается

3

Отчетливый запах – неприятный и может быть причиной отказа от питья

4

Очень сильный запах – делает воду непригодной для питья

5

Определение прозрачности воды

Для опыта нужен плоскодонный стеклянный цилиндр диаметром 2 – 2,5 см, высотой 30-35 см. Цилиндр установить на печатный текст и вливать исследуемую воду, следя за тем, чтобы можно было читать через воду текст. Отметить, на какой высоте будет виден шрифт. Измерить высоты столбов воды линейкой.[1] Результаты исследования внесены в таблицу 2.

Определение содержания ионов водорода в воде: рН - фактор воды

В природных водах рН колеблется в пределах от 6,5 до 9,5. Норма – 6,5 - 8,5. Если рН воды водных объектов ниже 6,5 или выше 8,5, то это указывает на ее загрязнение сточными водами. [3] Результаты исследования внесены в таблицу 2.

Таблица 2

Анализ качества воды

Характеристики воды

Пробы воды

Род. вода№1 ул.Жданова

Род. вода№2 ул.Красёнка

Водопроводная

Карач

инская

Хан-куль

Из скважины

Дистиллированная

Бутилированная

Степень прозрач-ности

Более 30см

30см

30см

30см

30см

30см

30см

30см

Запах и его интенсивность

0.

без запаха

0.

без запаха

3

Хлорный запах

2

Слабый запах

1

Слабыйзапах

0.

Без запаха

0.

Без запаха

0.

Без запаха

рН- фактор

5-6

5-6

7

8

5-6

5-6

5-6

5-6

осадок

-

-

-

-

-

-

-

-

Химический анализ воды

Определение сульфатов

К 5мл исследуемой воды нужно добавить 4 капли разбавленной соляной кислоты и столько же капель 5%-ного раствора хлористого бария, а затем нагреть. Если вода содержит сульфаты, то появляется слабая муть или выпадает осадок:

Na2SO4+ BaCl2=↓BaSО4 + 2NaCl.[4] Результаты исследования занесены в таблицу 3.

Долю сульфатов можно определить, сравнивая полученный результат с с данными, содержащимися в нижеприведенном тексте:

Внешний раствор Доля сульфатов, мг/л 1.Слабая муть, появляющаяся 1-10 через несколько минут

2.Слабая муть, появляющаяся сразу 10-100

3.Сильная муть 100-500

4.Большой осадок, быстро более 500 оседающий на дно пробирки

Таблица 3

Содержание сульфат – ионов.

Проба

Внешний вид раствора

Доля сульфатов, мг/л

Родниковая.вода№1 ул.Жданова

Осадка нет

Менее 5

Родниковая.вода№2 ул.Красёнка

Слабый осадок.

5-10

Водопроводная

Слабый осадок

5-10

Карачинская

Слабый осадок

10-100

Хан-куль

Слабый осадок.

10-100

Из скважины

Слабый осадок

5-10

Дистиллированная

Слабый осадок

5-10

Бутилированная

Сильная муть

10-100

Определение соединение хлора

К 5мл исследуемой воды надо прибавить 3 капли нитрата серебра, подкисленного азотной кислотой. Появление осадка или мути указывает на наличие соединений хлора: AgNO3+NaCl = ↓AgCl+ NaNO3 [4]. Результаты исследования занесены в таблицу 4.

Долю хлоридов можно определить, сравнивая полученный результат с с данными, содержащимися в нижеприведенном тексте:

Внешний вид раствора: Доля содержащегося хлора, мг/л:

Опалесценция, слабая муть 1-10

Сильная муть 10-50

Хлопья осаждаются не сразу 50-100

Большой объемистый осадок более 100

Таблица 4

Содержание хлорид – ионов

Проба

Внешний вид раствора

Доля содержащегося хлора, мг/л

Родниковая вода№1ул. Жанова

Слабая муть.

1-10

Родниковая.вода№2 ул.Красёнка

Слабая муть.

1-10

Водопроводная

Слабая муть.

1-10

Карачинская

Слабая муть.

1-10

Хан-куль

Слабая муть.

1-10

Из скважины

Слабая муть

1-10

Дистиллированная

Слабая муть

1-10

Бутилированная

Слабая муть

1-10

Определение соединений трехвалентного железа

К 5 мл природной воды нужно добавить 1-2 капли концентрированной соляной кислоты и 5 капель раствора роданида аммония NH4CNS. В присутствии соединений трехвалентного железа раствор окрашивается в красный цвет, характерный для роданида железа.

FeCl3+ 3NH4CNS= Fe(CNS)3+ 3NH4Cl. [4] Результаты исследования занесены в таблицу №5

Долю ионов железаFe³⁺ можно определить, сравнивая полученный результат с данными, содержащимися в нижеприведенном тексте:

Цвет раствора Содержание железа Fe(III), в мг/л:

Слабо-желтовато-красноватый 0.05-0.4

Желтовато-красный 0.4-1

Красный 1-3

Ярко-красный 3-10

Таблица 5.

Содержание ионов трехвалентного железа

Проба

Цвет раствора

Содержание Fe(III), в мг/л

Родниковая вода№1ул.Жданова

-

-

Родниковая.вода№2 ул.Красёнка

-

-

Водопроводная

-

-

Карачинская

-

-

Хан-куль

-

-

Из скважины

Желтовато-красный

0.05-0,3

Дистиллированная

-

-

Бутилированная

Слабо-желтовато-красноватый

0.005-0.4

Определение соединений двухвалентного железа

К 5мл исследуемой воды надо добавить 0,1 г (примерно столько умещается на кончике ножа) гидросульфата калия ( KHSO4), около 0,1 г смеси красной кровяной соли и сахарной пудры ( 1 : 9 ) и хорошенько взболтать. Если вода содержит соединения двухвалентного железа, то возникает сине-зеленое окрашивание. [4] Соединения двухвалентного железа не обнаружены.

Долю ионов железа Fe²⁺ можно определить, сравнивая полученный результат с данными, содержащимися в нижеприведенном тексте:

Цвет раствора Содержание железа Fe(II), в мг/л:

Светло-сине-зелёный 1-6

Сине-зелёный 6-10

Синий 10-15

Тёмно-синий 15-30

Определение нитратов

Следует иметь в виду, что обнаружению этих веществ мешают соединения азотистой кислот(HNO2),поэтому их надо предварительно разрушить. Делается это так: к исследуемой воде добавляют несколько кристалликов хлорида аммония и кипятят 2-3 минуты. После этого к 5мл воды, осторожно по стенке пробирки, прилить около 1 мл реактива, кислоты; если вода содержит нитраты, то появится синее окрашивание. Эта реакция очень чувствительна и позволяет обнаружить даже незначительные примеси нитратов[4]. Нитраты во всех пробах воды отсутствуют.

Заключение

Вода – не только самая распространенная, но и самая важная в природе жидкость.

Общеизвестно, что человек не может обходиться без воды длительное время. Но когда химическая формула воды повсюду остается одной и той же - Н2О, ее состав определяется местонахождением воды. Дело в том, что природная вода представляет собой по составу сложнейший раствор. Из воздуха она поглощает находящиеся в нем газы; по мере прохождения через почву вода обогащается неорганическими и органическими веществами. В зависимости от доли содержания этих веществ вода может оказать различное воздействие на физиологические процессы, протекающие в организме человека.

При определении физических свойств воды - уровня прозрачности, интенсивности запаха, установление активной реакции среды выявлено: все пробы воды не имеют загрязнения, так как не образуют осадка при отстаивании, имеют высокий уровень прозрачности, и нет запаха. Водопроводная вода обладает хлорным запахом, хотя характерна высокая степень прозрачности и не образуется осадок при отстаивании.

При проведении анализа на содержание химических соединений установлено: химические соединения обнаружены во всех пробах воды в предельно допустимых нормах. (Приложение 2.) Но при проведении исследования дистиллированная вода показала содержание соединений хлора, что говорит о не качественном производстве дистиллированной воды. Бутилированная вода, используемая для соблюдения питьевого режима в школе, также содержит ионы, не указанные производителем на упаковке, в частности ионы железа. Образцы минеральных вод соответствуют заявленному содержанию на этикетке. По всем показателем все пробы воды пригодны для использования.

В результате проведенных исследований можно сделать вывод что, острой проблемы нехватки чистой питьевой воды в городе Калтан в настоящее время не существует. Водопроводная вода пригодна для употребления, так как имеют невысокий уровень загрязнения, как по физическим, так и по химическим показаниям. Основной источник воды для горожан это река Кондома и при ее загрязнении может возникнуть дефицит питьевой воды.

Большую роль в обеспечении качественно чисто водой играю родники, по данным исследования в воде нет ни механических примесей, ни химических веществ загрязняющего характера, поэтому сохранение родников это важная задача всех жителей города. (Приложение 1)

Каждый человек должен сделать все возможное для сохранения и улучшения качества пресной воды, увеличения ее количества для будущих поколений. В нашей школе создана программа, с помощью которой можно смоделировать виды исследовательских работ, проводимых учащимися под управлением педагогов школы. Учащиеся школы приняли участие в реализации экологического проекта по очистке родников. В ходе данной акции по благоустройству родников, ребята убрали весь мусор на прилегающей к источникам территории и очистили стоки воды.

Литература

  1. Габриелян, О.С. Химия 8 класс [Текст] : учебник для общеобразовательных учреждений / О.С.Габриелян. – Москва. : Дрофа,2008. – 270с.

  2. Карташев, А.Г. Введение в экологию [Текст] / А.Г. Карташев. – Томск. : Издательство Водолей, 1998. – 384с.

  3. Мансурова, С.Е. Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города [Текст]: школьный практикум 9-11 классы / С.Е. Мансурова, Г.Н. Кокуева. – М. : Владос, 2001. – 112с.

  4. Меденцев, Н.А. Меденцев А.А. Химия 8 класс [Текст] : учебное пособие для общеобразовательных и начальных профессиональных учебных заведений / Н.А. Меденцев, А.А Меденцев – Томск. : Издательство Томского университета, 2001. – 68с.

  5. Ревель, П. Ревель, И. Среда нашего обитания книга 2: загрязнение воды и воздуха [Текст] / П. Ревель, И. Ревель. – М. : Мир, 1995. – 293с.

  6. Федорова, А.И. Никольская, А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды [Текст] : учебное пособие для студентов высших учебных заведений / А.И. Федорова, А.Н. Никольская – М. : Владос, 2001. – 288с.

  7. Экология [Текст] : энциклопедия для детей Т. 19 / Под ред. В.А. Володина. – М. : Аванта+, 2001. – 448с.

Приложение 1

Родники города Калтан

Родник в окрестностях Калтана

Родник улицы Совхозная

Благоустройство родников

Приложение 2

Химический анализ проб воды г. Калтан

Проба воды

Сульфаты мг/л

Хлориды мг/л

Железо Fe(II) мг/л

Железо Fe(III) мг/л

Нитраты мг/л

Запах, баллы

Прозрачность, ссм

рН

Родниковая вода №1ул.Жданова

Менее 5

1-10

-

-

-

0

Более 30

5-6

Родниковая вода №2 ул.Красёнка

5-10

1-10

-

-

-

0

30

5-6

Водопроводная

5-10

1-10

-

-

-

3

30

7

Карачинская

10-100

1-10

-

-

-

2

30

8

Хан-куль

10-100

1-10

-

-

-

1

30

5-6

Из скважины

5-10

1-10

-

0.05-0,3

-

0

30

5-6

Дистиллированная

5-10

1-10

-

-

-

0

30

5-6

Бутилированная

10-100

1-10

-

0.005-0.4

-

0

30

5-6

Предельно допустимые нормы

Более 500

Более 350

 

Более 0,3