Исследование качества воды хозяйственно-бытового и питьевого назначения

XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Исследование качества воды хозяйственно-бытового и питьевого назначения

Деменская Л.В. 1
1МБОУ "Лицей №1"
Тюкавкина М.Г. 1Петров Я.Ф. 2
1МБОУ "Лицей №1"
2ИрНИТУ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность:

В настоящее время очень часто встречается проблема загрязнения воды. Без воды не может существовать ни один живой организм. Из-за этого, постоянно приходится исследовать качество воды и проверять её пригодность к использованию. Моя работа направлена на выявления качества воды моего города из разных источников и её пригодности к употреблению. Моя работа посвящена актуальной проблеме – оценке качества питьевой воды и воды хозяйственно-бытового назначения с помощью химических и физико-химических методов анализа.

Проблема:

Исследуя качества воды, мы можем определить её органолептические, химические и санитарно-бактериологические свойства, где показатели будут приемлемыми, но она не всегда может быть пригодна к употреблению по вкусовым качествам. Может присутствовать привкус, запах. Какие бытовые приборы могут быть полезными при решении данной проблемы? Существует очень много фильтров улучшающих питьевые качества воды. Обладает ли эксклюзивный фильтр для очистки воды торговой марки ESPRING такими свойствами?

Цель:

Проведение анализа воды из разных источников территории г. Усолье-Сибирское фотометрическим, тетраметрическим и органолептическим методами и выявление её пригодности для хозяйственно-бытового и питьевого назначения, а также определение эффективности использования фильтра торговой марки ESPRING.

Задачи:

1) Собрать информацию употребления воды по СанПиН для хозяйственно-бытового питьевого назначения.

2) Провести химический анализ воды из водопроводной воды и воды из скважины по улице Щорса г. Усолье-Сибирское.

3) Провести сравнение полученных результатов с показателями СанПиН, сформировать выводы.

4) Провести очистку воды с помощью фильтра торговой марки ESPRING после химического анализа и снова сравнить с показателями СанПиН.

5) Обобщить собранную информацию, проанализировать и сделать выводы.

Основная часть

Химически чистая вода с формулой НО — это идеал, никогда не достижимый в природных условиях. Главное природное качество воды — универсальный растворитель, поэтому в ней постоянно присутствуют в растворенном виде различные соединения, элементы, ионы и газы. Количественный и качественный состав природной воды зависит от географических условий местности и строения водоносных горизонтов. Любой источник питьевого водоснабжения, в том числе частный колодец, должен быть исследован на показатели качества воды и ее пригодность для использования и питья. 

В воде содержится : соли Ca и Mg, хлориды, сульфаты, железо, соли аммиака, нитриты, нитраты, кислород, водород, сероводород, углекислый газ. Но в зависимости от города, региона, места сбора воды химический состав её может отличаться.

Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Исключительно важна роль воды в глобальном кругообороте вещества и энергии, возникновении и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

Питьевая вода

Питьевая вода — это вода, которая предназначена для ежедневного неограниченного и безопасного потребления человеком и другими живыми существами. Главным отличием от столовых и минеральных вод является пониженное содержание солей, а также наличие действующих стандартов на общий состав и свойства.

Восстанавливать водный баланс может только чистая, негазированная вода, без учета разных жидкостей в блюдах, соков, сладких напитков и так далее. Врачи рекомендуют употреблять воду, прошедшую фильтрацию, так как она не содержит дополнительных примесей из солей и металлов. Только такая вода правильно восстанавливает водный баланс, улучшает здоровье человека.

Техническая вода

Техническая, или же промышленная вода - результат поэтапной обработки – это очищенная жидкость и отмершие бактерии. Продукт переработки стоков может быть использован вторично – благодаря такому решению появляется возможность создать замкнутый цикл производства.

Коммунальное хозяйство, бытовое обслуживание – отопление, уборка улиц, полив насаждений.

Промышленность – металлургия, текстильное производство, целлюлозно-бумажная сфера.

Сельское хозяйство – орошение полей.

В сельском хозяйстве техническая вода очень эффективна – очищенные стоки содержат органику, кальций, фосфор и калий. Эти полезные вещества отлично подходят для удобрения растений.

Правила отбора и хранения проб воды

Важной частью исследования воды является отбор проб. Некорректно проведенный отбор пробы может оказать существенное влияние на достоверность результатов анализа (в пробу могут быть внесены загрязняющие вещества, может быть выбрана неверная посуда и т.д.).

Правильное хранение проб тоже является важной частью исследования, так как некоторые вещества, которые могут содержаться в воде, нестабильны и при неправильном хранении разрушаются, что приводит к заниженным результатам анализов.

Существует множество нормативных документов, устанавливающих правила отбора и хранения проб воды. Наиболее важным из этих документов является ГОСТ 31861 «Вода. Общие требования к отбору проб».

ПробыводыотбираютпоГОСТ31861,ГОСТ31862иГОСТ17.1.5.05объемомнеменее 500см3 вемкостиизполимерныхматериалов.

Пробыводы,еслионинемогутбытьпроанализированысразу,хранятпритемпературеот 2° Сдо8° Снеболее1 суток.

Отборпробпитьевойводы,расфасованнойвемкости,срокииусловияхранения—по ГОСТ32220.

Пробы воды

Нами были отобраны 2 пробы воды: из водопроводной сети и из скважины по улице Щорса г. Усолье-Сибирское

Пробы из водопроводной сети и из скважины были отобраны с учетом требований ГОСТ 31861, так как они исследовались на пригодность в качестве питьевой воды.

Пробы были доставлены в кратчайшие сроки в лабораторию качества воды ИРНИТУ для проведения анализа.

Все анализы были проведены в научно-исследовательской лаборатории качества воды Иркутского Национального Исследовательского Технического Университета под руководством Петрова Яна Фёдоровича и Колмакова Данила Александровича – студентов ИрНИТУ.

Перечень исследований

Запах – запах воды может говорить о наличии в воде тех или иных микроорганизмов или органических веществ зачастую вредных для человека.

Мутность воды нормируется исходя как из эстетических соображений, так и из-за того, что высокая мутность (наличие взвешенных веществ) способствует размножению микроорганизмов и усложняет процесс ультрафиолетового обеззараживания.

Азотсодержащие соединения токсичны. В воде централизованного водоснабжения они встречаются редко, но в воде из частных скважин появляются регулярно. Это связано с использованием в сельском хозяйстве аммонийных удобрений.

Высокое содержание железа в воде придает ей неприятные привкус, запах и цвет, может вызывать аллергические реакции и приводить к проблемам с ЖКТ.

Жесткость обусловлена содержанием в воде солей щелочноземельных металлов, таких как кальций и магний. Использование жесткой воды приводит к образованию накипи и значительно сокращает срок службы как бытовой техники, так и трубопроводов горячего водоснабжения.

Методы анализа воды

Для проведения анализов проб воды были использованы титриметрические, фотометрические и органолептические методы анализа.

Титриметрический метод анализа (титрование) – метод количественного анализа, основанный на измерении объёма раствора реактива точно известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом.

Титриметрические методы основаны на точном измерении объемов растворов двух веществ, вступающих между собой в химическую реакцию.

Титрование осуществляют, медленно прибавляя раствор реагента, называемого титрантом, из бюретки в коническую колбу, содержащую определяемое вещество, при постоянном перемешивании раствора вращением колбы до тех пор, пока они не провзаимодействуют в эквивалентных количествах.

Фотометрия широко применяется как вид молекулярно - абсорбционного анализа, основанного на пропорциональной зависимости между концентрацией однородных систем (например, растворов) и их светопоглощением в видимой области спектра.

Фотометрический метод анализа основан на избирательном поглощении электромагнитных излучений различных участков спектра однородной системы.

Фотометрическое определение компонентов проводилось на однолучевом сканирующем спектрофотометре HeliosOmega (градуировочные графики для всех компонентов были построены заранее).

Органолептическая оценка товара — это обобщённый результат оценки его качества, выполненный с помощью органов чувств человека. 

Практическая часть

Определение запаха (приложение 1)

Интенсивность запаха воды оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям таблицы.

Определение мутности и цветности (приложение 2)

Для определения мутности воды и ее цветности применения реактивов не требуется. Определения проводились на спектрофотометре HeliosOmega с использованием заранее построенных градуировок.

Фотометрическое определение железа с сульфосалициловой кислотой (приложение 3)

В слабощелочной среде ионы железа образуют с сульфосалициловой кислотой комплексные соединения, которые придают раствору желтое окрашивание. Интенсивность окрашивания пропорциональна содержанию железа в растворе (измеряется на приборе).

Титриметрическое определение хлоридов с нитратом серебра (приложение 4)

Добавляя в раствор, содержащий ионы хлора, нитрат серебра мы постепенно осаждаем хлор в виде хлорида серебра. Как только ионы хлора в растворе закончатся – цвет раствора изменится с желтого на оранжевый за счет взаимодействия избытка серебра и индикатора, который мы добавили заранее.

Фотометрическое определение нитритов с реактивом Грисса (приложение 5)

Нитрит ионы вступая в реакцию с реактивом Грисса образуют комплексное соединение, которое придает раствору красно-фиолетовое окрашивание. Интенсивность окрашивания измеряют с помощью прибора и рассчитывают концентрацию нитрит-ионов в пробе.

Фотометрическое определение нитратов с салициловокислым натрием (приложение 6)

Взаимодействие нитратов с салициловокислым натрием в сернокислой среде приводит к образованию соли нитросалициловой кислоты, окрашенной в желтый цвет (интенсивность окрашивания пропорциональны содержанию нитратов в пробе).

Определение аммиака и ионов аммония с реактивом Несслера (приложение 7)

Ионы аммония с реактивом Несслера образуют комплексное соединение желтого цвета. Интенсивность окрашивания раствора говорит о количественном содержании ионов аммония в пробе.

Титриметрическое определение жесткости с Трилоном Б (приложение 8)

Индикатор – эриохром черный, в присутствии ионов кальция и магния придает раствору красное окрашивание в слабощелочной среде. Трилон Б, по мере добавления, связывает ионы кальция и магния и цвет раствора постепенно изменяется с винно-красного на синий.

Результаты исследований (приложение 9)

Полученные результаты я сравнила с ПДК (предельно допустимыми концентрациями) для питьевой воды.

ПДК были взяты из СанПин 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и/или безвредности для человека факторов среды обитания».

По результатам анализов — вода из скважины пригодна для питья, но с небольшими оговорками. В водопроводной воде превышено содержание железа, но это может быть связано с состоянием труб в самом доме, а не с качеством воды в распределительной сети. 

Результаты анализов проб водопроводной воды могут быть немного отклоняющимися от реальных показателей, так как при отборе проб были не соблюдены некоторые правила (перед отбором пробы вода была пропущена около трёх минут, а по норме это нужно было делать около 10). Также могут быть небольшие отклонения от реальных результатов, так как пробы воды были проанализированы примерно через 15 часов, хотя это нужно было делать через пару часов после отбора проб. Были проведены анализы не на все показатели, так как не хватило проб.

Использование фильтра

В качестве эксперимента, параллельно с исследованием проб воды из скважины и из водопроводной сети было проведено исследование той же воды, прошедшей очистку с помощью фильтра.

Фильтр eSpring - эксклюзивная портативная система очистки воды прямоточного типа, уничтожающая до 99,99% вредных микроорганизмов и задерживающая свыше 140 потенциально опасных веществ.

Ограниченный объем пробы и специфические условия фильтрации позволили провести анализ лишь на некоторые параметры: железо, жесткость, хлориды.

Установка для фильтрации

Установка для фильтрации имеет ряд недостатков, что могло стать причиной неточности в измерениях.

Для проведения будущих экспериментов рекомендуется подключать фильтр непосредственно к крану водопроводной сети или сливному крану скважины.

Фильтр eSpring – эксклюзивная портативная система очистки воды прямоточного типа, уничтожающая до 99,99% вредных микроорганизмов и задерживающая свыше 140 потенциально опасных веществ.

Данный фильтр предназначен для домашнего пользования и с равным успехом используется при доочистке:

водопроводной;

колодезной;

артезианской или любой другой прошедшей проверку и признанной пригодной для питья воды.

Результаты исследований (приложение 10)

Несмотря на то, что содержание хлоридов, железа и солей жесткости в исследуемой пробе снизилось после прохождения фильтра, конструкционные недостатки системы в связи с условиями проведения эксперимента не позволяют с уверенностью говорить об эффективности фильтрации.

Тем не менее, в проведенном эксперименте качество воды после фильтрации повысилось.

Вывод

По результатам исследования можно сказать, что вода из скважины и вода из водопроводной сети пригодны для употребления в качестве питьевой.

В приоритетах моей работы проводить анализы воды из разных городов, регионов, местностей. А также провести отбор проб воды в разное время года. Все эти факторы могут сильно сказаться на результатах анализов и в сравнении будут очень заметны многие различия.

Список литературы

На госты:

1. ГОСТ 31861-2012. Вода. Общие требования к отбору проб.

2. ГОСТ 33045-2014. Вода. Методы определения азотсодержащих веществ.

3. ГОСТ Р 52769-2007. Вода. Методы определения цветности.

4. ГОСТ Р 57164-2016. Вода питьевая. Методы определения запаха, вкуса и мутности.

На ПНД:

5. ПНД Ф 14.1:2.50-96. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации общего железа в природных и сточных водах фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой.

На РД:

6. РД 52.24.450-2010. Массовая концентрация сероводорода и сульфидов в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с N,N-диметил-n-фенилендиамином.

На СанПиН:

7. СанПиН 1.2.3685-2021. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания.

Книги:

8. «Руководство по анализу воды. Питьевая и природная вода, почвенные вытяжки»

Под редакцией А. Г. Муравьёва. – СПБ.: «Крисмас+», 2011. – 264 с., илл.

9. «Критерии качества воды поверхностных и подземных источников. Эколого-гигиеническая оценка качества питьевой воды, воды водоёмов». – Л. П. Игнатьева, М. О. Потапова. (учебное пособие)

Иркутск ИГМУ 2014

Приложение 1

Показатель

Водаизскважины

Водопроводнаявода

Норматив

Запах

0 баллов

0 баллов

Не более 2

Приложение 2

Показатель

Водаизскважины

Водопроводнаявода

Норматив

Мутность

<1,0 ЕМФ

1,73 ± 0,35 ЕМФ

Не более 2,6

Цветность

1,47 ± 0,44 градуса

16,18 ± 3,24 градуса

Не более 20

Приложение 3

Показатель

Водаизскважины

Водопроводнаявода

Норматив

Железо

<0,05 мг/л

0,4683 мг/л

Не более 0,3

Приложение 4

Показатель

Водаизскважины

Водопровод

Норматив

Хлориды

55,0 мг/л

33,5 мг/л

Не более 350

Приложение 5

Показатель

Водаизскважины

Водопроводнаявода

Норматив

Нитрит-ион

0,0164 мг/л

0,0091 мг/л

Не более 3

Приложение 6

Показатель

Водаизскважины

Водопроводнаявода

Норматив

Нитрат-ион

6,873 мг/л

0,1 мг/л

Не более 45

Приложение 7

Показатель

Водаизскважины

Водопроводнаявода

Норматив

Аммиак и ионы аммония

<0,1 мг/л

<0,1 мг/л

Не более 2

Приложение 8

Показатель

Водаизскважины

Водопроводнаявода

Норматив

Жесткость

4 ± 0,6 градуса жесткости

2,3 ± 0,35 градуса жесткости

Не более 7

Приложение 9

Показатель

Водаизскважины

Водопроводнаявода

Норматив

Запах

0 баллов

0 баллов

Не более 2

Мутность

<1,0 ЕМФ

1,73 ± 0,35 ЕМФ

Не более 2,6

Цветность

1,47 ± 0,44 градуса

16,18 ± 3,24 градуса

Не более 20

Железо

<0,05 мг/л

0,4683 мг/л

Не более 0,3

Аммиак и ионы аммония

<0,1 мг/л

<0,1 мг/л

Не более 2

Нитрит-ион

0,0164 мг/л

0,0091 мг/л

Не более 3

Нитрат-ион

6,873 мг/л

0,1 мг/л

Не более 45

Хлорид-ион

55,0 мг/л

33,5 мг/л

Не более 350

Жесткость

4 ± 0,6 градуса жесткости

2,3 ± 0,35 градуса жесткости

Не более 7

Приложение 10

Показатель

Водаизскважины

Водопровод

Скважинафильтр.

Водопроводфильтр.

Норматив

Железо

<0,05 мг/л

0,4683 мг/л

<0,05 мг/л

<0,05 мг/л

Не более 0,3

Жесткость

4 ± 0,6 градуса жесткости

2,3 ± 0,35 градуса жесткости

2,3 ± 0,35 градуса жесткости

0,55 ± 0,08

градуса жесткости

Не более 7,0

Хлориды

55,0 мг/л

33,5 мг/л

47,0 мг/л

24,0 мг/л

Не более 350

Просмотров работы: 58