II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ БЫТОВОГО ФИЛЬТРА ДЛЯ ВОДЫ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сумароков В.Н. 1

---

1

Волкова Л.А. 1

---

1

Работа в формате PDF

841.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

 ВВЕДЕНИЕ

Вода - основа жизни. Без воды человек не проживет и недели.

В организме человека вода увлажняет кислород для дыхания, регулирует температуру тела, помогает организму усваивать питательные вещества, защищает жизненно важные органы, смазывает суставы, участвует в обмене веществ, выводит различные отходы из организма. Регулярное потребление воды улучшает мышление и координационные действия мозга.

Однако, все это справедливо, если питьевая вода хорошего качества.

Мы живем в эпоху высокого уровня загрязнения среды, в том числе водоемов, которые используются для получения питьевой воды. Паводки или сезонные ливни приносят с собой в реки и озера много вредных веществ: всевозможные химические удобрения, растворенные в осадках выбросы промышленного производства, транспорта. Неблагоприятная экологическая обстановка стимулирует развитие болезнетворных микроорганизмов.

Централизованные системы водоснабжения делают все необходимое, чтобы качество воды соответствовало нормам СанПиН. Однако плачевное состояние распределительных сетей дает возможность вторичного загрязнения (внутри труб находятся песок, ржавчина, ил). Употребление такой воды влечет за собой множество разнообразных проблем. Поэтому вопросы водоочистки актуальны в настоящее время.

Гипотеза – использование фильтра улучшает качество воды.

Объект исследования – питьевая вода

Предмет исследования – физико-химические свойства питьевой воды.

Цель исследования – сравнение физико-химические характеристик водопроводной и фильтрованной воды.

Перед исследованием были поставлены следующие задачи:

1. Изучить теорию по данной теме.

2. Подобрать методики для оценки качества питьевой воды.

3. Провести проверку электропроводности нескольких жидких веществ.

4. Провести опыты по измерению времени закипания воды.

5. Качественно оценить жесткость питьевой воды.

6. Качественно оценить содержание хлора в воде.

7. Оценить необходимость использования бытового фильтра.

8. Сравнить бытовые фильтры для воды разных производителей.

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

§1. Показатели качества питьевой воды.

К физическим показателям качества воды относят температуру, запах, привкус, цветность, мутность. Они определяют органолептические качества.

Химические показатели характеризуют химический состав воды. К ним обычно относят: водородный показатель воды рН, жесткость и щелочность, минерализация, содержание органических и неорганических веществ.

Санитарно-бактериологические показатели характеризуют общую бактериальную загрязненность воды, загрязненность ее кишечной палочкой, содержание в воде токсичных и радиоактивных компонентов.

§2. Органолептические показатели.

Органолептические свойства - это свойства, которые определяются органами чувств человека (осязанием, обонянием, вкусом, зрением).

Запах воды может быть: болотный, гнилостный, землистый, сероводородный, ароматический, хлорный, фенольный, нефтяной и др.

Привкус воды : кисловатый, солоноватый, горьковатый, сладковатый.

Наличие запахов и привкусов говорит о содержании в воде газов, минеральных солей, органических веществ, микроорганизмов.

Оценка запахов и привкусов проводится на основании учета их интенсивности и характера. Интенсивность определяется по пятибалльной шкале (Приложение 1). Вода, используемая для питья, не должна иметь при температуре 60^оС оценку более 2 баллов.

Под цветностью понимается естественная окраска природной и питьевой воды. Цветность косвенно характеризует наличие в воде некоторых органических и неорганических растворенных веществ. Для измерения цветности воды используется хромово-кобальтовая шкала, с помощью которой возможна имитация природной цветности воды.

Мутность- иначе прозрачность. Зависит от наличия в воде взвешенных частиц. Использование мутной воды для питьевого водоснабжения нежелательно и даже недопустимо. Измеряется мутность в миллиграммах на литр (мг/л) при сравнении исследуемой воды с образцом дистиллированной воды при одинаковом освещении и при помощи специальных приборов (мутномера, фотокалориметр и других).

§3. Химические показатели.

Общая минерализация - суммарная концентрация анионов, катионов и растворенных в воде органических веществ. Влияет на органолептические свойства воды (вкуса). По сухому остатку можно судить о содержании в воде неорганических солей. Вода с повышенной минерализацией влияет на секреторную деятельность желудка, нарушает водно-солевое равновесие. Содержание сухого остатка в питьевой воде нормируется величиной не более 1000 мг/л.

Жесткость воды - обусловлена наличием в ней катионов кальция и магния. Взаимодействуя с карбонатными ионами, при высоких температурах они образуют малорастворимые соли. Поэтому жесткие воды могут образовывать накипь и отложения на бытовой технике, котлах, трубопроводах горячей воды. Установлена статистически достоверная связь между жесткостью воды и развитием сердечно-сосудистых заболеваний (частотой инфаркта миокарда). Есть предположение о роли жесткости воды в развитии мочекаменной болезни.

§ 4. Электропроводность воды.

Минерализация и соли жесткости влияют на электропроводность воды. Электропроводность – это способность вещества проводить электрический ток. Жидкости, проводящие ток, называются электролитами. Электрический ток в жидких проводниках представляет собой поток заряженных частиц вещества — ионов. Ионы возникают в растворе вследствие взаимодействия молекул растворяемого вещества с молекулами растворителя (воды).Про­цесс рас­па­да ве­ще­ства на сво­бод­ные ионы при его рас­тво­ре­нии или рас­плав­ле­нии на­зы­ва­ют элек­тро­ли­ти­че­ской дис­со­ци­а­ци­ей.

Ионы в растворах электролитов, как и свободные электроны в металлах, движутся беспорядочно. Но когда электроды присоединяют к полюсам источника тока, в растворе возникает электрическое поле. Под воздействием поля ионы, сохраняя хаотическое движение, одновременно начинают двигаться в определенном направлении. Положительные ионы направляются к электроду, соединенному с отрицательным полюсом источника (катоду), а отрицательные ионы — к электроду, соединенному с положительным полюсом (аноду). Дойдя до соответствующих электродов, ионы отдают им свои заряды и, став атомами или молекулами, выделяются на электродах или вступают в химические реакции.

§5. Бытовые фильтры для очистки воды.

Фильтр для воды— устройство для очистки воды от механических, нерастворимых частиц, примесей, хлора и его производных, а также от вирусов, бактерий, тяжелых металлов.

Большое распространение получили фильтры – кувшины. Главным элементом кувшина является сменный фильтрующий картридж. На входе и выходе любого картриджа установлена сетка (мембрана) для механической доочистки воды от твердых включений и предотвращения попадания в воду фрагментов засыпки:

• В качестве основного сорбционного элемента используется гранулированный активированный уголь (чаще всего – кокосовый).

• В фильтрах, предназначенных для воды повышенной жесткости, применяется определенное количество ионообменной умягчающей смолы.

• В большинстве картриджей используется серебро в ионизированной несмываемой форме. Его главная задача – предотвратить размножение бактерий внутри засыпки, обеззаразить сам картридж.

Залитая в приемную воронку вода под действием силы гравитации протекает через фильтрующий картридж, где проходит требуемую доочистку. Затем она скапливается в основном нижнем резервуаре, где находится до использования в питьевых целях (Приложение 2).

ГЛАВА 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

В данной работе исследовались органолептические показатели качества фильтрованной воды и воды из-под крана: цветность, запах, мутность (прозрачность). Общая жесткость воды была определена методом измерения электропроводности воды, а так же качественно оценена с помощью мыльного раствора. С помощью реакции на хлор, качественно определено содержание данного элемента в образцах воды.

В работе использовалась дистиллированная вода, вода из-под крана, вода, прошедшая очистку с помощью фильтров – кувшинов «Барьер» и «Аквафор».

Опыт 1. Определение цветности воды.

Оборудование: стеклянный стакан.

Методика эксперимента. В стеклянные стаканы налить 150мл исследуемой воды и сравнить с аналогичным столбиком дистиллированной воды. Рассмотреть её на свет на фоне белого листа бумаги, определить цвет.

Результаты эксперимента Приложение 3.

Опыт 2. Определение мутности (прозрачности) воды.

Методика эксперимента. В стеклянные стаканы налить 150мл исследуемой воды и сравнить с аналогичным столбиком дистиллированной воды. Рассмотреть её на фоне белого листа бумаги, оценить прозрачность.

Результаты эксперимента Приложение 4.

Опыт 3. Определение запаха воды.

Оборудование: колба емкостью 100мл, нагреватель, термометр.

Методика эксперимента. Исследуемую воду нагреть до температуры 60 °С. Характер запаха выразить описательно: без запаха, хлорный, сероводородный, болотный, гнилостный, плесневый и т. п. Интенсивность запаха оценить по пятибалльной шкале.

Результаты эксперимента Приложение 5.

Опыт 4. Определение электропроводности воды.

Оборудование: источник тока ВР24, соединительные провода, миллиамперметр, вольтметр, металлические электроды, растворы сульфата меди различной концентрации, стеклянный стакан, образцы воды.

Методика эксперимента.

1. Собрать электрическую цепь (Приложение 6).

2. Изменяя напряжение от 0В до 10В измерить силу тока, протекающего через дистиллированную воду, 5% и 13% растворы медного купороса в воде, водопроводную воду, воду, пропущенную через фильтры.

3. Результаты измерений занести в таблицу (Приложение 7).

4. Построить ВАХ исследуемых образцов (Приложение 8).

5. Аналогичные измерения провести для воды из-под крана и фильтрованной воды.

6. Результаты измерений силы тока и напряжения, а также вольтамперные характеристики представлены в Приложении 9 и Приложении 10.

Опыт 5. Качественная оценка жесткости воды.

Оборудование: пробирки с 8 мл исследуемой воды, одинаковое количество хозяйственного мыла.

Методика эксперимента. В пробирки с водой добавить равное количество мыльной стружки. Хорошо взболтать. По количеству образовавшейся пены визуально оценить жесткость: обильная пена – вода мягкая, мало пены – вода жёсткая.

Результаты эксперимента Приложение 11.

Опыт 6. Качественное определение наличия в образцах хлорсодержащих элементов.

Оборудование: пробирки с 5 мл воды, нитрат серебра (AgNO₃). Методика эксперимента. В пробирки с 5 мл исследуемых образцов воды добавить одинаковое количество капель нитрата серебра. О наличии хлорсодержащих элементов можно судить по выпадению белого осадка.

Результаты эксперимента Приложение 12.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В ходе исследования произведено сравнение физико-химических свойств образцов воды по 6 показателям: цветность, прозрачность, запах, жесткость, электропроводность, содержание хлора.

2. Опыт показал, что исследуемые образцы не имеют цвета.

3. Прозрачность дистиллированной воды чуть выше, чем у остальных образцов.

4. Все образцы не имеют выраженного запаха.

5. Качественная оценка жесткости показала, что после пропускания через фильтр вода становится более мягкой. Об этом свидетельствовало наличие обильной пены в пробирках с фильтрованной водой. Можно сделать вывод, что после прохождения через фильтр количество солей жесткости уменьшается.

6. Пропуская электрический ток через дистиллированную воду, 5% и 13 % растворы сульфата меди было установлено, что электропроводность увеличивается с увеличением концентрации растворенного вещества.

7. В ходе эксперимента установлено, что водопроводная вода является проводником. Результаты работы подтверждают необходимость соблюдения ТБ при выполнении работ с электроприборами: нельзя выполнять данные работы мокрыми руками или в сырых помещениях, так как существует опасность поражения электрическим током.

8. Опыт показал, что электропроводность фильтрованной воды ниже, чем у воды из- под крана. Это свидетельствует об уменьшении концентрации растворенных веществ.

9. Детальный химический анализ в ходе эксперимента не проводился. Поэтому нет возможности сказать, ионы каких элементов задержал фильтр.

10. Качественная реакция на хлор подтвердила наличие данного элемента в водопроводной воде. После добавления в образцы нитрата серебра, наблюдается выпадение белого осадка. Хлор содержится и в фильтрованной воде (заметно помутнение). Хотя производители фильтров «Барьер» и «Аквафор» гарантируют удаление до 98% этого вещества.

11. В ходе проведенного исследования подтвердилась выдвинутая гипотеза: использование фильтров для воды улучшает некоторые показатели качества воды, а именно: жесткость, минерализацию.

12. Проведен сравнительный анализ фильтров «Барьер» и «Аквафор».

1. Одна ценовая категория.

2. Фильтры- кувшины имеют одинаковый объем.

3. Одинаковый срок службы картриджей (смена раз в 3 месяца).

4. В ходе экспериментов заметных отличий в качестве очистки не обнаружено.

1. Данные, полученные в работе могут быть использованы на уроках физики, химии при изучении электрических свойств жидкостей, а также в качестве рекомендаций при покупке фильтров.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Химия. 8 класс: Учеб. для общеобразоват. учреждений/ О. С. Габриелян. – М.: Просвещение, 2010.

2. Ахманов М. Вода, которую мы пьем. Качество питьевой воды и ее очистка с помощью бытовых фильтров. СПб.: «Невский проспект», 2002.

3. Физика и астрономия: Учеб. для 8 кл. общеобразоват.учреждений/А.А. Пинский, В.Г. Разумовский, Н.К.Гладышева и др; Под ред.А.А. Пинского, В.Г. Разумовского. – М.: Просвещение ,1999.

4. http://www.vodoobmen.ru/

5. http://voda-v-dome.net/filtr-kuvshin-dlya-vody.html

Приложение 1. Интенсивность запаха воды.

Приложение 2. Фильтр – кувшин.

Приложение 3. Оценка цветности воды.

Приложение 4. Определение мутности (прозрачности) воды.

Приложение 5. Оценка запаха.

Приложение 6. Установка для опреленения электропроводности воды.

Приложение 7. Таблица зависимости силы тока от напряжения для дистиллированной воды, 5% и 13% раствора сульфата меди.

Приложение 8. Вольтамперная характеристика для дистиллированной воды, 5% и 13% раствора сульфата меди.

Ряд 1 – 5% раствор медного купороса

Ряд 2 – 13% раствор медного купороса

Ряд 3 – дистиллированная вода.

Приложение 9. Таблица зависимости силы тока от напряжения для водопроводной и фильтрованной воды.

Приложение 10. Вольтамперная характеристика для водопроводной и

фильтрованной воды.

Ряд 1 - водопроводная вода

Ряд 2 – фильтр «Аквафор»

Ряд 3 – фильтр «Барьер»

Приложение 11. Качественная оценка жесткости воды.

А – фильтр «Аквафор»

Б – фильтр «Барьер»

В – вода из-под крана

Д – дистиллированная вода

Приложение 12. Качественная оценка содержания хлора в воде.

А – фильтр «Аквафор»

Б – фильтр «Барьер»

В – вода из-под крана

Д – дистиллированная вода

15