XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование качества питьевой воды в с.Красное

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Пономарева Д.А. 1

---

1МБОУ СОШ с.Красное Липецкая область

Миллер И.С. 1

---

1МБОУ СОШ с.Красное Липецкая область

Работа в формате PDF

318.1 KB

Введение

Вода жизненно необходима. Она нужна везде – в быту, в сельском хозяйстве, в промышленности. Вода необходима организму в большей степени, чем все остальное, за исключением кислорода. Человек может прожить без пищи 3-4 недели, а без воды – лишь несколько дней. Живой клетке вода требуется, как для сохранения своей структуры, так и для нормального функционирования; она составляет примерно 2/3 массы тела. Вода помогает регулировать температуру тела, служит в качестве смазки, облегчающих движение суставов. Она играет важную роль по строению и восстановлению тканей тела. При резком сокрушении потребления воды человек заболевает или его организм начинает хуже функционировать. Потребление чистой воды обеспечивает нормальную работу внутренних органов. Она сохраняет гибкость тела, смазывает суставы и помогает проникновению питательных веществ. Хорошее снабжение организма чистой водой помогает бороться с избыточным весом. Борется со стрессом. Здоровый образ жизни основан на правильном питании, активности и потребления чистой воды. При таком большом значении воды для человека, она должна быть соответствующего качества. Если же вода содержит, какие либо вредные вещества, то они будут неизбежно распространены по всему организму. [7]

Проблема качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течении всей истории его существования. В настоящее время питьевая вода – это проблема социально-политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. [4]

Питьевая вода – вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживанию) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека, либо для производства пищевой продукции.

Актуальность данной темы определена отношением к проблеме качества питьевой воды, необходимостью обеспечением качеством питьевой водой, которая служит основой эпидемической безопасности и здоровья населения. Доброкачественная вода является показателем высокого санитарного благополучия и жизненного уровня населения, обеспеченного централизованным водоснабжением.

Новизна работы состоит в том, что выявление зависимости заболеваний, среди населения, связанные с качеством питьевой воды, совершенствует отношение человека с окружающей средой.

Практическая значимость работы исследования помогут выяснить, какую питьевую воду употребляют жители села Красное.

Реализация проекта подчиняется гипотезе: предполагается, что качество воды, которая используется населением, не соответствует нормативным стандартам, а значит, оказывает негативное влияние на их здоровье.

Исходя из проблемы работы, определены задачи исследования направленные на изучение основных источников загрязнений питьевой воды, исследование качества питьевой воды в селе Красное.

Цель исследования: Изучение качества питьевой воды в селе Красное на основе комплексной методики.

Задачи исследования:

1. Выявить основные компоненты загрязнения питьевой воды в с.Красное.

2. Определить основные источники загрязнения питьевой воды.

3. Определить основные показатели качества питьевой воды.

4. Освоить методику определения качества питьевой воды.

Предмет исследования: Вода, используемая населением села Красное.

Методы исследования: изучение литературных источников,химиче­ский эксперимент, анкетирование, методика исследование качества питьевой воды.

Глава 1. Теоретические и методические основы исследования качества питьевой воды

1.1 Вода – самый ценный ресурс для человека

На планете всего 3% пресной воды и человек своими неразумными действиями создал ее дефицит, создав одну из глобальных проблем современности. Люди, использующие для питьевых целей не соответствующую гигиениче­ским требованиям воду, создают угрозу для собственного здоровья. Несмотря на то, что вопросам нехватки питьевой воды уделяется много внимания, пресной воды остаётся на Земле всё меньше и меньше. Люди неразумно используют воду, нарушая экологический баланс, не думая о будущих поколениях. Загрязнение воды различными отходами промышленности губительно отражается на экологии, приводя к отложению в них тяжелых металлов и ток­сичных веществ; это опасно как для животных так и для человека. Ведь в первую очередь важен не только факт наличия воды, но и ее безопасность. [2;254]

1.2 Основные компоненты загрязнения питьевой воды

Проблема чистой воды стала одной из важнейших в наше время. Научный прогресс, значительно облегчив нашу жизнь, породил другую проблему – загрязнение окружающей среды. Загрязнение пресных вод — попадание различных загрязнителей в пресную, происходит при попадании загрязнителей в воду в отсутствие качественных мер по очистке и удалению вредных веществ. Зачастую загрязнители растворимые вещества, и из-за этого в большинстве случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым. Но и здесь есть исклю­чения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности остатки нефтепродуктов и неочищенные стоки. Попить просто воды из под крана сегодня решиться далеко не каждый. [5]

Итак, что же за опасности подстерегают нас в воде из-под крана?

К наиболее распространенным загрязнениям воды можно отнести железо, марганец, сульфиды, фториды, соли кальция и магния, различные органические соединения.

Присутствие железа в воде здоровью не угрожает. Однако при повышении железа (более 0,3 мг/л), гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, органических комплексных соединений придает воде неприятную красно-коричневую окраску и вызывает ухудшение вкуса. При длительном употреблении внутрь воды с содержанием железа выше нормы, человек рискует приобрести различные аллергические реакции, заболевания печени, крови, нарушение репродуктивной функции.

Повышенное содержание марганца приводит к анемии, нарушению функционального состояния центральной нервной системы.

При повышенном содержании солей серной и соляной кислот (сульфаты и хлориды) вода приобретает неприятный соленый или горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушениям работы желудочно-кишечного тракта. Вода, в которой содержится более 350 мг хлоридов, а сульфатов более 500 мг на литр, считается неблагоприятной для здоровья.

Содержание в воде катионов кальция и магния придает воде так называемую жесткость. Оптимальный уровень жесткости: 3,0-3,5 мг/л. Постоянное употребление воды с повышенной жесткостью ведет к накоплению солей в организме, а в конечном итоге к заболеваниям суставов (артриты, полиартриты), образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях.

Повышенное содержание фтора приводит к крапчатости эмали зубов, увеличивается выведения кальция с мочой, уменьшается содержание кальция и фосфора в костях, подавляется иммунная реактивность, происходят морфофункциональные изменения в почках и печени. Однако, низкое содержание фтора тоже не слишком хорошо – вода отвечает за состояние зубов человека. От того, сколько фтора в ней содержится, зависит частота заболевания кариесом. Считается, что фторирование воды способствует профилактике кариеса, особенно для детей. Для того, чтобы вода не нанесла вред, содержание фтора в ней должно быть в пределах 0,7-1,5 мг/л.

Наличие в воде сульфидов придает воде неприятный запах и вызывает раздражение кожи. [12]

Мышьяк вызывает расстройства центральной и периферической системы, с последующим развитием полиневритов. Безвредной признана концентрация мышьяка 0,05 мг/л. (Приложение 1)

Алюминий накапливаясь в организме, может стать причиной старческого слабоумия, повышенной возбудимости, неврологического изменения, связанного с болезнью Паркинсона. У детей алюминий вызывает нарушения моторных реакций, анемию, головные боли, заболевания почек, печени, колиты.

Это все так называемые химические загрязнения. А ведь еще и органические. Это бактерии, которые вызывают различные заболевания. Например: через загрязненную воду передаются такие болезни, как брюшной тиф, дизентерия, водная лихорадка, полиомиелит.

1.3 Основные источники загрязнения питьевой воды

Коммунальные стоки – содержат как химические, так и микробиологические загрязнения и представляют серьезную опасность для здоровья человека. Обитающие в них бактерии и вирусы являются причиной опасных заболеваний: сыпного тифа и паратифа, сальмонеллёза, бактериальной краснухи, эмбрионов холеры, вирусов вызывающих воспаления околомозговой оболочки и кишечных заболеваний. Такая вода может быть переносчиком яиц глистов (солитеры, аскариды, власоглавы). В коммунальных стоках присутствуют также токсичные детергенты (моющие вещества), сложные ароматические углеводороды, нитраты и нитриты.

Промышленные отходы – в грунтовых водах присутствуют в несколько меньших количествах, чем в поверхностных водах. Большинство этих отходов направляются прямо в реки. Кроме того, промышленные пыль и газы, оседают непосредственно или в соединении с атмосферными осадками и накапливаются на поверхности почвы, растениях, растворяются и проникают вглубь. Промышленные пыль и газы переносятся на сотни километров от источника эмиссии. Металлы и их соединения проникают в ткани организма в виде водного раствора. Проникающая способность очень высока: поражаются все внутренние органы и плод. Удаление из организма через кишечник, легкие и почки, приводит к нарушению этих органов. Накапливание в организме следующих элементов приводит к:

- Поражению почек – ртуть, свинец, медь.

- Поражению печени – цинк, кобальт, никель.

- Поражению капилляров – мышьяк, висмут, железо, марганец.

- Поражению сердечной мышцы – медь, свинец, цинк, кадмий, ртуть.

- Возникновению раковых заболеваний – кадмий, никель, кобальт, радиоактивные изотопы. [3;23]

1.4 Гигиенические требования к воде

Основным документом, содержащим гигиенические требования к питьевой воде называется: СанПиН 2.1.3684 – 21 "Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий" от 28.01.2021 г. [1; 201]

В этом документе, постановлением Главного государственного санитарного врача РФ Поповой А.Ю. нормируется содержание вредных химических ве­ществ, которые часто встречаются в природных водах, а также попадают в ис­точники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека.

На сегодняшний день при соблюдении всех требований СанПиНа, вода, посту­пающая населению должна быть чистой и безопасной для здоровья. Но, к сожа­лению, таковой она является только при выходе из очистных сооружений, да­лее, проходя по старым трубам водопровода, она насыщается вредными хими­ческими соединениями. [9]

1.5 Влияние качества питьевой воды на здоровье человека

Иногда в питьевой воде встречаются хлориды и сульфаты. Употребление та­кой воды приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта. Повышенные содержания сульфатов оказывают физиологическое воздействие на организм человека – они действуют как слабительные.

Органические вещества отрицательно влияют на печень, почки, репродуктив­ную функцию, и центральную нервную и иммунную системы чело­века. Они не настолько токсичны, чтобы вызвать острое отравление, но при длительном употреблении воды, в состав которой входят вещества в концентрациях выше нормативных, может развиться хрони­ческая интоксикация, приводящая в итоге к различным патологиям. Следует учитывать также, что токсические вещества могут проникать в наш организм оральным путем, и при всасывании через кожу.

Карбонаты определяют жесткость воды. Чем больше карбонатов, тем выше жесткость. Жесткая вода пагубно влияет на сердечно-сосудистую систему че­ловека, так как ионы кальция и магния, способствующие релаксации сердечной мышцы, в жесткой воде содержатся в слишком малой концентрации, а солей слишком много. Поэтому влияние жесткой воды на организм человека может выражаться в тяжелых осложнениях работы сердца, вплоть до появления устойчивой хронической аритмии.

Присутствие в воде железа не угрожает нашему здоровью. Но при употребле­нии для питья воды с высоким содержанием железа есть риск приобрести раз­личные заболевания печени, аллергические реакции, др.

Глава 2. Социальный опрос населения

В ходе анкетирования было опрошено 140 жителей села Красное. Им были за­даны вопросы «Чем вы обычно утоляете жажду?», «Какую воду вы чаще всего пьете?», «Какую воду вы считаете наиболее чистой и пригодной к употреблению?» и «Какую бутилированную воду вы чаще всего употребляете?» (Приложение 2)

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Глава 3. Экспериментальная часть

Основной задачей данного исследования является исследование качества питьевой воды используемой жителями села Красное. В результате работы необходимо выяснить качество питьевой воды по следующим параметрам: физические свойства, жесткость воды. А также сравнить полученные результаты с нормами, которые определены государственным стандартом.

По итогам анкетирования для экспериментальной части исследования мной были взяты 4 образца питьевой воды: водопроводная вода и 3 образца бутилированной воды. («Образец №1», «Образец №2», «Образец №3»)

Исследования в лабораторных условиях будут проводиться на органолептические показатели (запах, цвет, мутность, вкус), уровень рН, а так же на наличие сульфатов, хлоридов, карбонатов, железа, меди.

Оборудование, принадлежности и реактивы:

Реактивы: HNO₃, BaCl₂, KMnO4_, HCl, H₂O₂, KSCN

Оборудование: Колбы(24 шт), пипетки (6 шт), воронки(6 шт), лакмусовые бумажки (4 шт), фильтры(4 шт)

3.1 Органолептические показатели (запах, прозрачность, цвет, вкус)

1. Запах 

Запах воды также может многое рассказать о её чистоте. Тестирование на запах проводили исключительно при помощи органов чувств. Для определения за­паха, образец нагревают до 20 градусов, тестируют на запах, после нагревают до 60 градусов и делают повторный тест. Запах присутствует только у воды «Образец №2».

2.  Прозрачность. 

Вода, пригодная для питья, должна быть прозрачной. На прозрачность подзем­ных вод влияет в основном наличие Fe(OH)₃.  Мутность поверхностных вод обусловлена содержанием песка, ила, примесей глины и других взвешенных частиц, часто сильно снижающих качество воды.

Определение  и оценку качества воды по уровню её прозрачности определяют следующим образом. В цилиндр необходимо налить испытуемый образец воды высотой 20 см, поставить цилиндр на белый лист бумаги с текстом размером в 3 мм, и оценить читаемость текста. По прозрачности воду оценивают: 

- вода мутная (текст явно имеет расплывчатый характер). 

- вода слабо мутная (текст виден со слабой расплывчатостью); 

- вода опалесцирующая (текст виден хорошо с еле заметной расплывчатостью); 

- вода прозрачная (текст виден отчетливо); 

Безопасной для питья по этому показателю является вода абсолютно прозрач­ной. Бутилированная вода «Образец №3» и родниковая вода оказались прозрачными, а мутной была водопро­водная вода.

Цвет

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений. Определяется путем сравнения окраски испы­туемой воды с эталонами. Цветность природных вод обусловлена наличием соединений железа и других веществ. Их количество зави­сит от географического положения, характера почв. Также, сточные воды некоторых предприятий могут влиять на окраску воды и делать ее довольно интенсивной. Для определения цветности воды использовал стеклянный цилиндр и лист белой бумаги. В цилиндр набрал воду и на белом фоне бумаги определи цвет воды (голубой, желтый, серый, зеленый, коричневый) – показатель определенного вида загрязнения. Если бы вода была бы чистой, то цвет воды был голубой. В результате исследования выяснили, что все об­разцы воды не имеют цвета, за исключением водопроводной. Водопроводная вода имеет серый оттенок.

Вкус

Вкус воды зависит от растворен­ных в ней солей и газов. На вкусовые качества воды влияют ионы металлов или неорганические соли, разнообразные органические соединения. Наиболее часто появ­ление привкусов и запахов в поверхностных водах объясняется присутствием водорослей. В процессе метаболизма водорослей выделяются пахучие соедине­ния, придающие воде привкус рыбы, травы, плесени или зловонных отбросов.По вкусу вода может быть: сладкая, с горчинкой, кислая, соленая.

3.2. Определение качества воды методами химического анализа

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию. Необходимо определить уровень рН воды, вода питьевого назначения регламентируется в пределах 6-8. На полоску уни­версальной индикаторной бумаги наносим каплю воды из исследуемой пробы. Сразу же по шкале определяем кислотность среды. Результаты эксперимента показали – рН воды приблизительно равен 6-8.

Для определения жесткости воды использовал метод сравнения, для этого использовал дистиллированную воду образец и исследуемые образцы воды Смешав данные образцы с мылом обнаружили, что при смешивании мыла с водой, образовался мутный раствор, в котором появились хлопья, пена не образовалась, что свидетельствует о жесткости всех видов воды.

Также присутствие в водопроводной воде наличие солей кальция и магния, можно обнаружить при длительном кипячении воды в емкости, на стенках емкости образуется накипь. Данные эксперимента доказывают, что водопроводная обладает жесткостью.

Чтобы обнаружить карбонаты в воде, нужно к 2.5 мл воды добавить 1.5 мл соляной кислоты. При наличии карбонатов в воде, выделяется газ(CO2).

H₂O + CaCO₃ + HCl = CaCl­₂ + H₂O + CO₂ ↑ [8]

Для качественного определения хлоридов с приближенной оценкой использовал метод сравнение. Данное исследование проведено следующим образом. В пробирку набрал 5 мл исследуемой воды и добавил 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра, который дает с хлорид-ионами белый осадок. Осадка не образовалось – это доказывает содержание хлоридов приблизительно равно нулю. [12]

При исследовании на содержание в воде железа в пробирку поместил 10 мл исследуемой воды, прибавила одну каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. В результате эксперимента выявил, что образцы исследуемой воды окрасились в розовый цвет, это доказывает содержание железа приблизительно 0,1 мг/л. При отстаивании через некоторое время на стенках сосудов появляется желтый осадок, что свидетельствует о наличии в воде оксидов железа. Результаты эксперимента показали содержание железа в образцах исследуемой воды незначительное, также воде присутствуют оксиды железа.

При обнаружении меди в фарфоровую чашку поместил 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпарил досуха и нанес на периферийную часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. В результате эксперимента обнаружил, что пятно не окрасилось, это доказывает об отсутствии ионов меди в образцах исследуемой воды. (Приложение 1)

Для обнаружения в воде посторонних включений и микроорганизмов, поместил каплю воды на предметное стекло и рассмотрел в световой микроскоп. В результате в исследуемой воде не было обнаружено посторонних включений и микроорганизмов.

Дата забора воды: 21. 02. 2024 г.

Дата анализа: 21. 02. 2024 г.

3.3 Итоги лабораторного исследования питьевой воды в с.Красное

(Приложение 3)

Заключение

Изучив качество питьевой воды, которую пьют жители села Красное я сделал выводы о том, что не смотря на то, что бутили­рованная вода должна быть самой очищенной, у бутилированной воды «Образец №2» присутствует запах, а у бутилированной воды «Образец №1» водородный показатель рН равен 6, граничащий с нормой. В водопроводной воде наивысшее содержание железа, но его очень просто объяснить: вода не очищена и идет по железным трубам, насыщаясь ионами железа. Самой грязной оказалась водопроводная вода: она самая мутная, у нее водородный показатель рН 8, граничащий с нормой и наибольшее содержание карбонатов.

Цель исследовательской работы реализована через поставленные задачи и получены следующие результаты: изучены источники загрязнения питьевой воды с.Красное, при исследовании основных показателей качества питьевой воды – вода пригодна для питья, вода жесткая. При проведении анализа питьевой воды обнаруживается содержание оксидов железа и мутности.

Наша гипотеза подтвердилась частично: по большинству показателям пить­евая вода соответствовала санитарным требованиям, однако не по всем.

Литература

1. Беглик А. Г. Вода питьевая. Общие требования к организации и Методам контроля качества (взаменГОСТ2874-82), Постановление Гос­стандарта России от 28.01.2021 г.

2. Дерпгольц В.Ф. Мирводы.–Л.:Недра,2009.254с.

3. Ершов М.Е. Самые распространенные способы очистки воды.–М.:Сталкер, 2018

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Дефицит_водных_ресурсов

5. https://thewallmagazine.ru/lack-of-fresh-water/

6. https://vuzlit.ru/1269065/vliyanie_kachestva_pitevoy_vody_zdorove_cheloveka

7. https://www.healthwaters.ru/articles/polza-vody-dlya-organizma/

8.http://www.pandia.ru/search/?q=Лабораторные%20работы%20определение%20карбонатов%20в%20воде

9. http://docs.cntd.ru/document/1200003120

10.https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2014/10/19/problema-pitevoy-vody-v-sovremennom-mire-0

11. http://www.dwater.ru/him.php?act=4&hid=2

12. https://sistemyochistkivody.ru/xloridyi-v-vode.html

Приложение 1

Обобщенные показатели и содержание вредных веществ в питьевой воде согласно СанПин

Приложение 2

Результаты социального опроса населения с.Красное

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Приложение 3

Итоги лабораторного исследования питьевой воды в с.Красное

Таблица 5