XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование качества питьевой воды села Кудашево

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гарайханова А.Р. 1

---

1МБОУ Кудашевская ООШ

Сафиуллина Ф.Х. 1

---

1МБОУ Кудашевская ООШ

Работа в формате PDF

482.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Питьевая вода – важнейший фактор здоровья человека, но практически все ее источники сегодня подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности. Проблема качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества. В настоящее время питьевая вода – это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. Мы на 80% состоим из воды, и наше здоровье зависит от той воды, которую мы пьём. Сегодня как никогда нашему организму очень важно получать чистую питьевую воду со сбалансированным минеральным составом. Чистая питьевая вода повышает защиту организма от стресса, обеспечивает работу внутренних органов.

Актуальность.

Сегодня перед всеми людьми стоят глобальные проблемы. Их не решение угрожает существованию человечества. Проблема пресной питьевой воды уже вышла на первое место. Понятие «чистая вода», это выражение можно принимать лишь как бытовое. В воде всегда присутствуют химические элементы. Люди вынуждены использовать для питьевых целей воду, не соответствующую гигиеническим требованиям, что создаёт серьёзную угрозу для их здоровья. Качество воды прямым образом влияет на здоровье человека, поэтому нас заинтересовали следующие вопросы: Какая вода течёт из нашего крана? Какие вещества содержатся в ней? Безопасно ли её пить? Цель данной работы: изучение экологического состояние качества питьевой воды в селе Кудашево.

Вода в природе.

Вода H2O – вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В.Петрянов свою научно – популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”(М.:Педагогика,1981). А начал свою книгу “Занимательная физиология”, написанная доктором биологических наук Б.Ф.Сергеевым с главы о воде – “Вещество, которое создало нашу планету”. Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах. (Энциклопедический словарь юного химика, М.:Педагогика,1982).

Хотя в природе имеются миллионы и миллиарды тонн свежей и чистой воды, её совсем немного, когда речь идет о возможности напоить человечество. Вода как универсальный растворитель не может быть заменена ни одним другим веществом, способным обеспечить в полном объеме выполнение всех физиологических функций в организме. В воде содержатся колоссальные запасы пищи и минерального сырья. Реки, моря и океаны – это не только пути сообщения, но и источники тепла и энергии. Они определяют состояние погоды, урожай и климат на всем земном шаре.

Вода покрывает ¾ поверхности нашей планеты, а именно 360 млн. м², или около 71%. Поэтому, чтобы быть более точными, её нужно бы называть не земным, а водяным шаром. Но кроме поверхностных вод – рек, озер, водохранилищ, морей и океанов – есть ещё подземные и атмосферные воды. Общие запасы свободной воды на Земле составляют 1,4 млрд. км³. Основное количество воды содержится в океанах – 97,6%. В виде льда на нашей планете имеется 2,14% воды. Вода рек и озер составляет всего лишь 0,29%, атмосферная вода 0,0005%.

Запасы подземных вод (вода обнаружена на глубине 4000м) составляют примерно половину объёма вод мирового океана. Вода образует подземные моря, которые обнаружены в Средней Азии, под Москвой, в Китае, Африке. Подземное море под Москвой используется в качестве хранилища природного газа. Оно работает по принципу лабораторного газометра.

В атмосфере в виде тумана, паров и облаков её содержится около 10000 млрд. тонн. И несмотря на такие астрономические цифры, пресной воды во многих частях мира не хватает, и ничем другим нельзя восполнить ее нехватку. Не случайно на поиски пресной воды тратится гораздо больше усилий и труда, чем на поиски нефти и золота.

На поверхности планеты вода распределена неравномерно. На африканском континенте и в Азии имеются огромные пространства, лишённые воды – пустыни. Целая страна - Алжир – живёт на привозной воде. В России каждый год бурят до 12000 скважин для вывода подземных источников воды. В стране имеется до 700 ледников. За год наша страна в виде осадков получает примерно 8790 млрд м³ воды (по объему это более 28 Азовских морей), из которых 4450 млрд м³ испаряется, а остальное стекает в моря и океаны. При этом каждая молекула воды совершает в течение года в среднем 34 круговорота: поднимается в воздух при испарении, передвигается с облаками и возвращается на землю в виде осадков.

Россия занимает первое место в мире по запасам пресных вод – здесь сосредоточено более 20% мировых ресурсов. Речной сток составляет 4270 км³ в год (10% мирового речного стока), то есть 30тыс.м³ воды на каждого жителя. Кроме того, в России действует более 2000 водохранилищ объемом более 1 млн м³ каждое и 37 крупных систем межбассейнового распределения стока. Тем не менее, проблема загрязнения водоемов и нехватки питьевой воды – в России одна из самых актуальных.

Источники загрязнения гидросферы

Человеческому телу необходима вода, но ему необходима не любая, а химически чистая вода, которая на 100% состоит из молекул воды. Такую чистую воду можно получить из двух источников. Прежде всего, она содержится в свежих овощах и фруктах. Природа дистиллирует в них воду естественным образом. Второй способ её получения – парообразование.

Загрязнение водоёмов промышленными и бытовыми стоками стало мировым бедствием, ибо ни в одной стране проблема очистки сточных вод до сих пор не решена полностью. А недостаток и низкое качество воды сказываются на уровне жизни населения, здоровье людей.

Согласно Всеобщей декларации прав человека право на чистую воду, её охрану и информацию о качестве воды – одно из основных прав человека, защищающее не только его здоровье, но и жизнь.

Большая часть воды является загрязненной. Сейчас практически невозможно отыскать реки, озера, пруды, которые хотя бы в незначительной степени не были загрязнены. Многие промышленные сточные воды загрязняют водоёмы различными ядами, в том числе солями тяжёлых металлов, цианистыми соединениями, углеводородами. Их действие на водоёмы оказывается очень вредным: яды подавляют или ослабляют жизнедеятельность водных организмов, поэтому на значительных отрезках реки, куда сбрасываются отходы, процессы самоочищения совсем не происходят и качество воды ухудшается. Сточные воды каменоломен и установок по промывке гравия делают воду мутной, в результате ухудшается проникновение света в водоёмы, а в связи с этим падает биологическая продуктивность производителей кислорода. Помимо этого, донные организмы постоянно покрываются выпадающим из воды осадком и гибнут. Возможно также загрязнение водоёмов радиоактивными веществами из ядерных технических установок и лабораторий, а также загрязнение возбудителями болезней, особенно сточными водами больниц. К сточным водам относится также вода атмосферных осадков, стекающих в водоёмы с улиц, зданий и мощёных поверхностей и захватывающая при этом растворённые и нерастворённые загрязнители. В современном обществе каждый житель ежедневно производит около 150-260 л бытовых стоков.

Влияние загрязненной воды на организм человека

По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических норм водоснабжения. В мире 2 миллиарда человек имеют хронические заболевания в связи с использованием загрязненной воды.

Серьёзную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она несёт большое количество соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. Чтобы очистить воду, получаемую из различных источников, и сделать её более или менее пригодной для употребления, её приходится сильно хлорировать. Для этого на водоочистных предприятиях применяют неорганический хлор, назначение которого – противодействовать развитию болезнетворных бактерий. Для фильтрации воды и очистки ее от грязи также используются квасцы и другие неорганические вещества.

Все эти вещества, очищая воду, оказывают определённое негативное воздействие на наш организм. Но наихудшим из этой когорты «защитников», через которые пропускается питьевая вода, является фторид натрия NaF. При попадании такой воды в организм в первую очередь происходит нарушение функционирования артерий, которые из-за воздействия фторида натрия преждевременно стареют и разрушаются. Отрицательным воздействиям этого ядовитого вещества подвергаются также сердце, легкие, печень и многие другие важные органы нашего тела. В таблице приведены заболевания, часто возникающие из-за загрязнения питьевой воды. По данным Всемирной организации здравоохранения, ущерб здоровью населения от потребления недоброкачественной питьевой водой равен с потерями стихийных бедствий, свыше 500 млн. человек в мире ежегодно болеют по этой причине.

Заболевания,появляющиеся при воздействии химических элементов,

находящихся в питьевой воде

Дополнительные источники пресной воды

Восполнением запасов пресной воды в настоящее время осуществляется по следующим направлениям:

1.Опреснение соленых вод

2.Использование ледников

3.Использование подземных вод

4.Очистка промышленных сточных вод и возвращение их в производство.

Опреснение соленых вод осуществляется различными способами: многокорпусной выпаркой, с помощью солнечных испарителей и ионообменных установок, вымораживанием, электродиализом и др.

Ледники, занимающие 12% суши, могут дать воды в 600 раз больше, чем все реки нашей планеты вместе взятые. Некоторые айсберги имеют запас воды, равный годовому стоку нашей Волги!

С каждым годом возрастает применение подземных вод.

Огромное значение имеют очистка и использование промышленных сточных вод, потому что сотни тысяч кубометров промышленных вод ежечасно сбрасываются в различные водоемы страны. Только Волга и ее притоки каждые сутки получают более 6 млн м³ отравленных вод, которые содержат примерно 11000 т нефтепродуктов, 26000 т сульфатов, 100000 т разнообразного шлака, 365000 т золы и др.

Методы очистки воды

1.Очистка природных вод от органических примесей.

В результате массового отмирания водных организмов, например, в осенний период, в воду поступает большое количество продуктов распада с резким запахом (меркаптаны, сероводород, фенолы, высшие спирты, альдегиды, ацетон и др.). большое количество органических веществ попадает из почвы. Это могут быть не только естественные компоненты почвы, но вещества, применяемые для защиты растений от вредителей (пестициды). Они обусловливают возникновение запахов и привкусов искусственного происхождения.

Методы удаления органических веществ из вод можно разделить на две группы: окислительные и адсорбционные. В качестве окислителей органических примесей используют хлор, озон, перманганат калия.

Адсорбционные методы извлечения из природных вод водорастворимых органических веществ основаны на применении активированного угля. Активированный уголь имеет высокоразвитую поверхность, обусловленную наличием тонких каналов и пор, является хорошим сорбентом для фенолов, спиртов, ПАВ, продуктов жизнедеятельности водных организмов.

2.Обеззараживание воды

Наиболее распространенным методом обеззараживания воды является обработка газообразным хлором или его соединениями. При растворении хлора в воде протекает гидролиз с образованием двух кислот: хлорноватистой и хлороводородной (соляной):

Cl₂ + H₂O → HClO + HCl

Время контакта хлора с водой, необходимое для обеззараживания, составляет 30 мин. Большинство микроорганизмов гибнут, устойчивость проявляют лишь споровые формы.

При наличии в воде органических веществ, вызывающих запахи, привкусы, используется другой комбинированный метод – хлорирование с манганированием. В очищаемую воду дополнительно вводится перманганат калия. Перманганат калия является эффективным обеззараживающим реагентом и способствует улучшению органолептических свойств воды. Однако по данным некоторых исследований при действии перманганата калия возможно образование токсичных продуктов деструкции органических веществ.

3.Озонирование воды

Озон является неустойчивым соединением и более сильным окислителем, чем обычный кислород. Метод обработки воды с целью уничтожения запаха называется дезодорацией. «… Озонирование, кроме уничтожения бактерий, сообщает воде нужную бесцветность, блестящий вид и приятный освежающий вкус, устраняет из воды дурной запах и не вводит никаких посторонних примесей, кроме безусловно полезного кислорода…» Н.П.Зимин)

4.Физические методы обеззараживания воды

Применяют два основных физических метода: облучение воды ультрафиолетовыми лучами и воздействие ультразвуком. При использовании этих методов достигается высокая степень обеззараживания.

Применение ультрафиолетового излучения основано на том, что ультрафиолетовая часть спектра, соответствующая длине волн от 200 до 300 нм, обладает сильно выраженным бактерицидным действием. Бактерицидное действие УФ-излучения вызывается протеканием фотохимических реакций, ведущих к нарушению обмена веществ в клетках микроорганизмов, образованию биологически активных веществ и коагуляции белковых макромолекул.

Под действием ультразвука наблюдается коагуляция белковых компонентов клетки микроорганизмов и возрастает скорость окислительных процессов. Максимальное бактерицидное действие ультразвука наблюдается при частоте 500-1000 кГц. При действии ультразвука происходит отмирание как вегетативных, так и споровых форм.

5.Очистка промышленных вод

Все многообразные методы очистки промышленных вод сводятся в следующие основные группы:

1)Методы регенерационной очистки. Так очищают фенольные воды, сточные воды цехов химической обработки металлов. К этой же группе методов относится и применение ионообменных смол и активированного угля (например, извлечение анилина и нитробензола на активированном угле).

2)Физико-химические методы очистки.

Коагулирование. Этот метод используется для выделения из сточных вод взвешенных и коллоидных примесей. Перспективным методом очистки от коллоидных и эмульгированных примесей служит электрокоагуляция. Этот метод имеет ряд преимуществ перед обычным коагулированием. Он относится к безреагентным методам, является более технологичным, не требует больших производственных площадей.

Флотация. Сущность флотации заключается в образовании агрегатов «пузырек газа – извлекаемая примесь», которые затем всплывают на поверхность. Формирующийся на поверхности пенный слой механически удаляется. Поглощением с помощью шлака и золы извлекаются фенолы, очищаются воды после сухой перегонки дерева. Метод флотации успешно применяется для очистки сточных вод предприятий нефтехимической, нефтеперерабатывающей, химической промышленности.

Экстракция. Извлечение органических примесей с малой растворимостью в воде с помощью органических растворителей-реагентов, в которых эти соединения хорошо растворимы. Этим методом удаляются органические вещества, полнота их извлечения составляет более 90%.

Электродиализ. Основное назначение электродиализных установок – извлечение из обрабатываемой воды ионизированных примесей. Установки с ионитовыми мембранами используются для опреснения воды и для очистки производственных сточных вод, которые применяются в оборотных системах водоснабжения.

Успешно используются метод ионного обмена, гиперфильтрации (обратный осмос) и мн.другие

3)Термические методы очистки. Сточные воды подвергаются воздействию воздуха при высокой температуре и давлении, а также могут сжигаться в специальных топках, с добавкой жидкого или твердого топлива, или выпариваться и пр.

4)Биохимические методы. Для осуществления этих методов предложены различные аппараты: башенные биофильтры, биофильтры с принудительной циркуляцией, новые схемы очистки. Наиболее широко и часто применяют следующие методы: процеживание через решетки с целью задержать различные твердые частицы; отстаивание, чем достигается отделение твердых или жидких примесей, имеющих плотность больше или меньше единицы; фильтрование, позволяющее освободиться от волокон (целлюлозно-бумажная промышленность), смол (коксохимические заводы); дегазация – для выделения растворенных газов; отгонка растворенных примесей водяным паром; извлечение примесей растворителями, не смешивающимися с водой; поглощение активированным углем, шлаком, золой; пропускание через ионообменные смолы; нейтрализация добавкой известкового молока или серной кислоты; восстановление или окисление примесей до получения безвредных веществ; биохимическая очистка с применением микроорганизмов (например, с успехом используется водоросль хлорелла, поглощающая углекислый газ и аммиак и насыщающая воду кислородом).

Исследование качества питьевой воды

Для исследования отбирались пробы из разных источников:

проба 1.с.Кудашево, ул.Советская, снабжение от центрального водопровода;

проба 2. с.Кудашево, ул.Советская, родник «Хыял»;

проба 3. с.Кудашево, ул.Советская родник «Мәхәбәт»;

проба 4. с.Кудашево, ул.Заря - вода от водонапорной башни;

проба 5. с.Кудашево, ул.Молодежная - вода от водонапорной башни;

проба 6. с.Кудашево, ул.Советская - вода в школьной столовой

проба 7. с.Кудашево - снеговая вода.

I.Органолептические показатели воды

Данные показатели мы определяли с помощью методики сайта https://studfile.net/preview/6172045/page:4/ . Прозрачность и мутность определяли с помощью датчика мутности оборудования «Точка роста».

Табл.2.Органолептические показатели воды

Вывод: Вода в пробах 1,2,3,4,5,6 по органолептическим показателям пригодна для питья; вода в пробе 7 (снеговая) по прозрачности, мутности и запаху сомнительна для употребления.

Качества воды, определённые методами химического анализа

1.Водородный показатель (рН)Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Значение рН воды водоемов хозяйственного, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5 – 8,5. Кислотность воды природных водоёмов может изменяться под влиянием промышленных выбросов (оксиды серы, азота, углерода) и сточных вод. На кислотность вод природных водоёмов оказывает характер грунтов местности. Понижение или повышение кислотности воды вне указанных пределов создаёт условия, непригодные для жизни растений и животных, особенно простейших. При значении водородного показателя ниже 4,5 погибают такие неприхотливые рыбы как голец; при значениях 5 в водоёме исчезает щука и окунь; при рН 5,5 погибают лосось, плотва и форель.

Правила отбора проб воды по методике основывается на отборе проб в чистую стеклянную или пластмассовую бутыль не менее 0,5 л (в бутыли должно остаться не более 5-10 мл воздуха); пробы следует анализировать в течение нескольких часов после отбора. Для определения кислотности рН мы использовали вначале датчик кислотности оборудования «Точка Роста» и сравнили с цветовыми показателями шкалы универсальной лакмусовой бумаги.

2.Жесткость воды.

Различают общую, временную и постоянную жесткость воды. Общая жесткость обусловлена в основном присутствием растворимых соединений кальция и магния в воде. Временная жесткость иначе называется устранимой, или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная жесткость (некарбонатная) вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния.

Общая жесткость варьирует в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водозабора, а также от сезона года. Значение общей жесткости в источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммоль∙экв/л, в отдельных случаях, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы, - до 10 ммоль∙ экв/л.

В зависимости от значения жесткости различают следующие типы вод:

1.очень мягкие – 1,5 ммоль∙экв/л

2.мягкие – 1,5 – 3,0 ммоль∙экв/л

3.среднежесткие – 3,0 – 4,5 ммоль∙экв/л

4.довольно жесткие – 4,5 -6,5 ммоль∙экв/л

5.жесткие - 6,5 – 11,0 ммоль∙экв/л

6.очень жесткие – свыше 11,0 ммоль∙экв/л

Методика определения жесткости воды. Определение карбонатной жесткости воды

Налить в склянку 10 мл анализируемой воды, добавитб 5-6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появится, то считайте, что карбонат-ионы в пробе отсутствуют. В случае возникновения розовой окраски пробу титруйте 0,05 Н раствором соляной кислоты до обесцвечивания. Концентрацию карбонат-ионов рассчитайте по формуле:

С_к = V(HCl)∙0,05∙60∙1000 = V(HCl)∙300,

10

где С_к – концентрация карбонат-ионов, мг/л

V(HCl) – объем соляной кислоты, израсходованной на титрование, мл

Затем в той же пробе определите концентрацию гидрокарбонат-ионов. К пробе добавьте 1-2 капли метилового оранжевого. При этом проба приобретает желтую окраску. Титруйте пробу раствором 0,05Н соляной кислоты до перехода желтой окраски в розовую. Концентрацию гидрокарбонат-ионов рассчитайте по формуле:

С_гк = V(HCl)∙0,05∙61∙1000 = V(HCl)∙305,

10

где C_гк – концентрация гидрокарбонат-ионов, мг/л;

V(HCl) – объем соляной кислоты, израсходованной на титрование, мл

Карбонатную жесткость Ж_к рассчитайте, суммируя значения концентраций карбонат- и гидрокарбонат-ионов по формуле:

Ж_к = С_к ∙ 0,0333 + С_гк ∙ 0,0164

где 0,0333 и 0,0164 – коэффициенты, равные значениям, обратным эквивалентным массам этих анионов.

Табл.3 Качества питьевой воды, определенные методами химического анализа

Вывод: по кислотности вода во всех источниках соответствует допустимым нормам. Но по показателям жёсткости как это отображено на таблице – нет, кроме снеговой воды.

Общие выводы:

1. Вода от центрального водопровода и от водонапорной башни по цвету, прозрачности, запаху, мутности, кислотности соответствует норме; по жесткости относится к жесткой воде. Вода относительно пригодна для употребления в пищу и для хозяйственных нужд.

Рекомендации

Для сохранения качества воды необходимо: 1.Своевременная очистка родников. 2.Своевременная замена водопроводных труб. 3.Содержание насосов в водонапорных башнях в соответствии с санитарными нормами.

4.Нельзя допускать застоя воды, водозабор должен быть постоянным.

5. Рекомендовать жителям использовать для питья фильтры, специально предназначенные для жёсткой воды.

Литература

1.Исаев Д.С. Анализ загрязнений воды // химия в школе. – 2001, №5 с.77

2.Гусева Н.Е., Проскурина И.Н. Разработка химического эксперимента с экологическим содержанием// Химия в школе 2002 №10 с.72

3.П.Р.Таубе, А.Г.Баранова Химия и микробиология воды. «Высшая школа» 1993

4.Морозов В.Е. Сборник элективных курсов, «Учитель», Волгоград, 2007

5.Харьковская Н.Л, Асеева З.Г. Анализ воды из природных источников// Химия в школе 1997 №5 с.61

6.Цитцер О.Ю. Проблема опасных токсических веществ// Химия в школе 2003 №9 с.8

7.Пугал Н.А., Евстигнеев В.Е. Методические рекомендации по проведению экологического практикума. ООО «Химлабо», 2008

8. https://studfile.net/preview/6172045/page:4/

VII Приложения.

Водонапорная башня Родники «Хыял» «Мәхәбәт»

Виктория берет снег для анализа

Ребята исследуют…