XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Снижение жесткости воды в домашних условиях

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Овденко Б.М. 1

---

1Лицей №97

Горбунов П.В. 1

---

1лЛицей №97

Работа в формате PDF

517.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Ежедневно мы используем воду с самыми разными целями, в городской квартире мы берем воду из центрального водопровода. За качеством этой воды следят санитарно-эпидемиологические службы города и централизованно проводят пробы несколько раз в год. На даче мы используем воду из скважины, качество и химический состав этой воды не исследовался. Мы заметили, что в чайнике и баке для нагрева воды в бане быстро и в большом количестве образуется накипь и осадок. Мне стало интересно с чем это связано? Какие свойства воды из скважины на даче необходимо исследовать и как улучшить ее качество если это необходимо?

Актуальность проблемы: для человека по значимости вода занимает второе место после кислорода, вода может оказывать на здоровье людей не только положительное, но и отрицательное влияние. Оно было отмечено еще в глубокой древности. В настоящее время в связи с ухудшением экологической ситуации проблема, связанная с качеством воды, стала наиболее актуальной. Человеку необходимо знать, какая питьевая вода хорошо влияет на организм, а какая ему вредна. Поэтому важно уметь определять свойства воды и изменять их с целью улучшения ее качества.

Цель проекта: выявить жесткая ли вода в скважине на даче, какими способами можно ее смягчить.

Задачи проекта:

Изучить информацию по данной теме;

Определить жесткость воды из скважины на даче

Смягчить воду путем кипячения

Смягчить воду путем замораживания

Смягчить воду фильтрованием

Смягчить воду отстаиванием

Сравнить полученные результаты и выявить лучший способ.

Гипотеза: вода, которая используется в быту из скважины на даче жесткая, что негативно сказывается на работе бытовых приборов и здоровье людей.

Предмет исследования: исследования являются пробы природной воды из скважины на даче

Объект исследования: выявление жёсткости воды, её влияние на жизнедеятельность человека, работу бытовых приборов и возможные способы устранения.

Глава 1. Теоретическая часть.

1.1 Свойства жёсткой воды.

Жёсткость воды— совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочно земельных металлов, главным образом кальция, магния и железа.

Свойства жесткой воды:

в жесткой воде высокие концентрации солей Ca2+ Mg 2+

в жесткой воде плохо мылится мыло, повышается расход порошка при стирке

в жесткой воде плохо разваривается мясо, крупы

жесткая вода раздражает слизистые

сушит кожу

приводит к образованию накипи на нагревательных элементах бытовых приборов

приводит к коррозии труб

в организме человека приводит к образованию камней в почках, желчном пузыре, развитию заболеваний суставов. ^{[6] [3]}

1.2Единицы измерения жёсткости воды

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации—моль на кубический метр(моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр(мг-экв/л).^{[3] [2]}

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2ммоль/л), средней жёсткости(2-10ммоль/л) и жёсткую (более 10 ммоль/л).^[1]

Виды жесткости воды:

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния, выраженная в ммоль/л или моль/кг. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной(постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость. Она обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов (при рН>8,3, слабо щелочная среда) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется ещё временной жесткостью.

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).^{[5] [2]}

1.3. Влияние жёсткой воды на организм человека.

Высокая жесткость способствует росту мочевых камнейи развитию мочекаменной болезни.

Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.

При умывании жесткая вода сушит кожу. Это происходит из-за появления «мыльных шлаков» образованных из мыла, которое не способно мылиться и растворятьсяв жесткой воде. Эти мыльные шлаки закупоривают поры, не давая им свободно дышать, вследствие чего могут развиваться кожные воспаления, зуд и жжение кожи

Образование тонкой корки на волосах разрушает естественную жировую пленку. Происходит это так же, как и на коже рук –«мыльные шлаки»не вымываются и постепенно накапливаются. Это может вызвать зуд кожи головы, перхоть и даже выпадение волос.

Влияние сильно жесткой воды на здоровье животных не отличается от воздействия на человеческий организм. Существует высокий риск развития мочекаменной болезни. У питомцев, питающихся сухими кормами, этот риск возрастает в несколько раз. Возможно появление проблем с шерстью и кожей, как у собак, так и у кошек при их регулярном купании.

З амедляется процесс приготовления пищи, из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.^{[1] [7]}

1.4. Последствия применения жёсткой воды в хозяйственной деятельности.

Скорым поломкам бытовой техники – часто приходится заменять нагревательный элемент;

Неисправностям инженерных систем – стенки труб постепенно разрушаются из-за образования отложений, а также засоряются;

У худшается качество постиранных вещей (моющий состав хуже пенится), а также увеличивается расход моющих средств.^{[4] [5]}

Способы смягчения воды.

Существует несколько методов смягчения воды:

кипячение

заморозка

отстаивание

дистилляция

фильтрование

1) Кипячение.

Высокие температуры уничтожают патогенные бактерии, а примеси превращают в осадок и углекислый газ.

Как правильно смягчить воду кипячением:

Наполнить емкость водой и поставить на сильный огонь. Когда вода закипела, уменьшить нагрев до минимума и держать на нем воду 50 мин. Снять воду с огня и дать отстояться 24 часа, чтобы соли выпали в осадок. Процедить воду через несколько слоев марли.

Недостатки способа: Трудозатраты, временные затраты и расход электроэнергии. Образование накипи на посуде приведет к ее быстрому износу. Длительное кипячение удаляет полезные компоненты и кислород из воды, такая вода не подходит для полива растений. Изменяются органолептические свойства воды.

2) Заморозка.

Заморозка и дальнейшая разморозка – один из наиболее эффективных, простых и безопасных способов смягчения и очищения воды. Одни вредные соединения замерзают позже, а другие раньше, чем вода.

Воду необходимо налить в пластиковую емкость и поставить в морозилку. через 30 мин удалить лед, образовавшийся первым (в нем содержаться вредные соединения). Когда 80% воды станет льдом, оставшуюся жидкость слить (в ней остается основная часть солей и вредных примесей). Лед разморозить при комнатной температуре. В очищенной подобным способом воде сохраняются полезные компоненты и кислород. Она подходит для питания и полива растений.

Недостатки способа: через 24 часа вся польза талой воды пропадает.

Биологическая активность этой воды длится 10 часов.

3) Отстаивание.

Этот способ идеален для больших объемов воды. Необходимо набрать воду в большую емкость и отстаивать сутки или дольше. Отстоянная вода, как и талая не теряет кислород и свою структуру.

Недостатки способа: быстрое размножение микроорганизмов, поэтому подходит только для бытовых целей и полива растений. Низкая производительность отстаивания не дает удовлетворить все потребности человека в чистой воде:

слишком долго идет процесс;

велика доля неиспользуемой жидкости;

нет гарантии обезвреживания всех источников опасности.

4) Дистилляция.

Дистилляция, она же перегонка, заключается в испарении воды с последующим охлаждением и конденсацией паров. Вода «обессоливается»: минералы и другие неорганические соединения остаются в осадке, получается деминерализованная вода. Она хороша в техническом плане, ею можно заправлять бытовую технику, мыть машину, чистить ковры — не будет ни накипи на водонагревающих элементах, ни белого налета на поверхностях.

Недостатки способа: растворенные газы (в том числе кислород) тоже уходят. Все это, конечно, сказывается на вкусе — он заметно скучнеет.

Зато многие летучие органические вещества (например, действительно опасные хлорорганические соединения), как и некоторые неорганические, «перегонятся» вместе с водяным паром и останутся в дистилляте, возможно даже в большей концентрации. Так что пить такую воду — не лучший вариант: это невкусно и небезопасно.

5) Фильтрование.

Фильтрация основана на том, что обратноосмотическая мембрана полупроницаема, то есть одни вещества она пропускает, а другие задерживает: за счет этого происходит циркуляция и обмен веществ в живых клетках. Никаких отверстий в мембране нет, она функционирует не по принципу сита, все дело в химической связи с одними молекулами и отторжении других.

В отличие от дистилляции, при фильтрации вода сохраняет жидкое агрегатное состояние. Мембрана очень эффективно борется с загрязнителями, но с хлором, например, она не справится, он ее разрушает — поэтому в фильтре предусмотрены сорбционные модули с углем, которые отлично защищают мембрану от хлора и его производных.А еще во всех современных моделях бытовых фильтров есть минерализатор — чтобы восполнить недостаток солей магния, от этого вода приобретает привычный приятный вкус. Кроме этого, при очистке методом фильтрации кислород не удаляется из воды, как это происходит при дистилляции. Очистка по технологии фильтрации в первую очередь нужна для питья и кулинарии. Такая вода также может использоваться для бытовой техники (утюгов, увлажнителей, кофе-машин и др.), это заметно продлит ее срок службы.

Недостатки способа: требует материальных затрат для приобретения специального оборудования.^[2][1]

Глава 2. Практическая часть.

Цель: исследование степени снижения жесткости воды разными способами.

Для исследования был взят образец воды из дачной скважины. Вода была отдана на исследование в лабораторию. По результатам исследования образце жесткость воды составила 9,2 мг-экв/л.Опыт №1

Метод кипячения.

Н аполнили емкость водой и поставили на сильный огонь. Когда вода закипела, уменьшили нагрев до минимума и держали на нем воду 50 мин. После кипячения отстаивали воду 24 часа, затем процедили через несколько слоев марли и этот образец отдали на исследование в лабораторию. Получено заключение, жесткость воды составила 6,16 мг-экв/л

Вывод: кипячение воды уменьшило жесткость на 33%.

Опыт № 2

Метод замораживания.

В оду налили в пластиковую емкость и поставили в морозилку. Через 30 мин удалили лед, образовавшийся первым. Когда примерно 80% воды превратилось в лед, оставшуюся жидкость слили. Получившийся лед растаял при комнатной температуре, и образец воды отдали на анализ в лабораторию. Получено заключение, жесткость воды составила 2,94 мг-экв/л.

Вывод: замораживание воды уменьшило жесткость на 68%.

Опыт №3

Метод фильтрации.

В оду пропустили через бытовой фильтр «Аквафор DWM-202S». Особенностью данного метода является трёхэтапная фильтрация воды, проходящей через три разных модуля фильтра: механическая очистка, сорбционная очистка, очистка воды обратным осмосом. Полученный образец воды был отдан на анализ в лабораторию. Получено заключение, жесткость воды составила 0,82 мг-экв/л.

Вывод: фильтрация воды фильтром «Аквафор DWM-202S» уменьшила жесткость на 91%.

Опыт №4

Метод отстаивания.

Воду налили в стеклянную емкость и поставили в темное место на 8 часов. Через 8 часов слили 2/3 воды без образовавшегося осадка в чистую емкость, и образец воды отдали на анализ в лабораторию. Получено заключение, жесткость воды составила 7,2 мг-экв/л.

Вывод: отстаивание воды уменьшило жесткость на 22%.

Вывод: гипотеза о том, что замораживание является самым эффективным способом смягчения воды была опровергнута результатами исследований. Самым эффективным способом смягчения воды является фильтрование.

Заключение.

Были изучены критерии оценки жесткости воды, её влияние на живые организмы и бытовые приборы, а также основные способы смягчения воды, используемые в домашних условиях.

Показатель жесткости воды, взятой из скважины на даче, составил 9,2 мг-экв/л. Вода с таким показателем считается жесткой и может оказывать негативное влияние на организм человека и портить бытовые приборы.

Для смягчения воды были применены три способа, доступные в быту: кипячение, замораживание, фильтрация. Кипячение и замораживание не требуют больших материальных затрат, однако весьма времязатратны и не смягчают воду до безопасного уровня. Более того, при использовании вышеуказанных методов вода теряет полезные свойства. В то же время, фильтрация требует материальных вложений в покупку бытовых фильтров для воды, однако смягчает воду до безопасного уровня, сохраняя полезные свойства.

По результатам исследования, фильтрация с использованием качественного фильтра на воду показала себя как самый эффективный способ смягчения воды. Благодаря проведенным опытам, нами было принято решение установить фильтр «Аквафор DWM-202S» на дачную скважину.

Список использованной литературы и источников.

Антипов М. А., Безденежных Н. А., Голицин М. С. Система обеспечения качества анализа химического состава природных вод на современном этапе //Разведка и охрана недр. – 2014. – №. 8.

Климбовская Л. М., Карпов Б. С., Старцева В. В. Жесткость воды и способы ее устранения //Малые Менделеевские чтения. – 2020. – С. 64-68.

Кнунянц И. Л. и др. (ред.). Химический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1983. – С. 656.

Куцева Н. К., Карташова А. В. Отбор проб-важная стадия анализа //Контроль качества продукции. – 2014. – №. 2.

Очков В. Ф., Хуснуллин А. Ш., Мельников И. А. Единицы жесткости воды и прочие концентрации //Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. – 2010. – №. 6. – С. 47-55.

Пилипенко А. Т. и др. Справочник по элементарной химии. – 1977.

Шестерин И. С. и др. Инструкция по химическому анализу воды прудов //М.: ВНИИПРХ. – 1984.