Оценка качества водопроводной воды. Проблемы. Пути решения

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

Оценка качества водопроводной воды. Проблемы. Пути решения

Переверзева Е.И. 1Переверзева А.И. 1
1МБОУ СОШ № 9
Никитин В.Н. 1Калинина А.А. 2
1Корпоративный университет компании Spectrum Brands
2МБОУ СОШ № 9
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос качестве питания в нашей семье стоит на первом месте. Мы тщательно следим не только за тем, что едим, но и какую воду пьём, используем при приготовлении пищи, а также той, что касается личной гигиены, например, при умывании и чистке зубов.[1]

Вода бывает разной: иногда она радует вкусом, а иной раз вызывает недовольство и может принести вред. Как определить, какая вода безопасна для использования в быту? Каковы последствия употребления той или иной воды для нашего организма? И, наконец, как самостоятельно проверить качество воды?[5]

Чтобы ответить на эти важные вопросы, мы выбрали тему своего исследования: «Оценка качества водопроводной воды. Проблемы. Пути решения»

Актуальность:

Вода — это основа жизнедеятельности всех живых существ на нашей планете. Чистая питьевая вода является ключевым условием для сохранения здоровья человека, а качество становится все более важной темой нашего времени. Мы задались вопросом: соответствует ли питьевая вода, которую мы используем ежедневно, современным стандартам качества.

Объект исследования: водопроводная вода в населённых пунктах Ступинского района Московской области.

Гипотеза: физико-химические параметры водопроводной воды нашего округа не все соответствуют требованиям СанПиН 1.2.3685-21 и она не всегда может быть использована в качестве питьевой воды без дополнительной обработки.[5]

Цель исследования: изучить физико-химические параметры водопроводной воды нашего округа и сравнить их с требованиями СанПиН 1.2.3685-21, сделать выводы о возможности применения для питьевых нужд человека.

Чтобы достичь поставленной цели, мы определили ряд ключевых задач:

1. Изучить профильную литературу.

2. Исследовать роль воды в жизни человека.

3. Провести опрос среди одноклассников, чтобы оценить их уровень знаний по этой теме.

4. Собрать образцы и оценить качество водопроводной воды в нашем районе, сопоставить его с действующими нормативами для питьевой воды СанПиН 1.2.3685-21.

5. Провести анализ, сделать выводы и разработать рекомендации по подготовке и улучшению качества питьевой воды в домашних условиях.

Методы исследования: изучение научных и научных-популярных источников, социологические опросы, органолептические и лабораторные физико-химические исследования, наблюдения. [6,7,8,9,10,11]

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Значение воды для человеческого организма

В древнейшие времена, еще в IV веке до нашей эры, Гиппократ подчеркивал важность воды для здоровья: «…необходимо знать о водах, их свойствах и влиянии на организм…»

Вода занимает второе место по значимости для жизни после воздуха, её содержание в организме составляет 70–90%.

Более 85% обменных процессов в организме происходит в водной среде, и без достатка воды эти процессы нарушаются. Обезвоживание, превышающее 10%, может привести к физической и психической недееспособности, а потеря 20% воды может быть фатальной. Суточная потребность взрослого человека составляет около 2,5 литров.[2]

Это подчеркивает необходимость употребления качественной питьевой воды. Вредные вещества в воде могут оказывать серьезное негативное воздействие на организм.[3]

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), 85% всех заболеваний связаны с некачественной водой. Каждый год 2,2 миллиона людей умирает от болезней, связанных с её низким качеством.[11]

Питьевая вода должна соответствовать санитарным стандартам. С 1 марта 2021 года в России действуют новые гигиенические нормативы СанПиН 1.2.3685-21, регламентирующие содержание более 450 веществ в воде. [Приложение 1]

К основным показателям качества относятся:

- Органолептические: запах, вкус, цветность, мутность/прозрачность;

- Химический состав: тяжелые металлы, органические вещества, кислотно-щелочной баланс, жесткость и другие;

- Микробиологические: общее микробное число, патогенные организмы.

Вода, соответствующая санитарно-гигиеническим требованиям, является необходимым условием сохранения здоровья и качества жизни людей. Безусловно, потребление качественной питьевой воды критично для нашего здоровья.

Анализ должен проводиться в кратчайшие сроки, наше исследование имеет много преимуществ, мы проводили его «с колёс».

1.2. Социологический опрос «Живая сила-вода. Пить нельзя не пить»

Для того чтобы выяснить отношение моих ровесников к качеству водопроводной воды мы провели анкетирование среди одноклассников и друзей. В опросе приняли участие 77 человек

Выводы по результатам социологического опроса:

1. Респонденты понимают важность качества водопроводной воды.

2. Большинство респондентов объективно представляют риски и вред употребления некачественной воды.

3. Более 95% опрошенных предпринимают дополнительные меры для потребления качественной питьевой воды.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Оборудование и материалы для анализа:

  1. Тест-полоски 6в1 компании Теtrа, Германия

  2. Экспресс-тест 16в1 компании MS, Китай

  3. Оборудование химической лаборатории Ступинского филиала МАИ (национального исследовательского университета)

Для анализа были взяты пробы водопроводной воды в жилых домах п.г.т. Жилёво, п. Лужники, с. Леонтьево, п. Приокск и г. Ступино Ступинского г.о.

Также, для дополнительного исследования подготовлены пробы воды:

  • пропущенной через фильтр в квартире г. Ступино

  • вода из водомата в г. Ступино

Всего было проанализировано 7 проб воды по 17-ти параметрам.

2.1. Органолептический метод.

Этот метод оценки основан на использовании наших органов чувств — зрения, обоняния и вкуса. Основные показатели: цветность, осадок(наличие), вкус, запах и прозрачность.

2.1.1. Определение цветности воды

Цветность воды позволяет определить её чистоту. Прозрачная вода свидетельствует о высоком качестве, тогда как бурый или глинистый цвет может указывать на присутствие железа или механических примесей. Для анализа используется белый лист бумаги — при дневном освещении он помещается за пробиркой с водой для оценки цвета.

Результат: вода во всех пробах удовлетворительная, в пределах допустимого

2.1.2 Определение осадка

Анализ на осадок показывает, есть ли в воде какие‑либо частицы, хлопья, видимые в пробе. Различают: мизерный, незначительный, заметный и большой.

Определение проводят с отстоянной более 30 минут воде в прозрачной ёмкости (пробирка, стакан) при хорошем дневном освещении.

Результат: во всех пробах воды осадка нет.

2.1.3. Определение запаха воды

Анализ на запах должен показать, присутствует ли какой-либо чужеродный запах. Запахи в воде напрямую связаны с загрязнением воды и обусловлены промышленными, коммунальными или природными загрязнениями.

Запах определяется в двух позициях: при температуре ~20C и ~60C. Пробу наливают в колбу, встряхивают и сразу фиксируем интенсивность запаха. Концентрацию запаха определяют по пятибалльной шкале:

Результат: Во всех пробах воды, кроме образца из Жилёво, запах в пределах допустимого.

2.1.4. Определение вкуса воды

Вкус воды, также как и запах, связан с загрязнением воды, в том числе продуктами жизнедеятельности водных организмов. Технология проведения анализа: глоток сырой воды, удерживается во рту около 10‑15 сек, фиксируется вкус. Интенсивность вкуса определяется по шкале:

Результат: вкус воды в городе Ступино много превышает допустимые нормы.

2.1.5. Определение прозрачности воды

Анализ на прозрачность проводится с помощью отпечатанного на листе А4 любого текста шрифтом Arial 15 прописными буквами.

Стеклянный цилиндр (прибор Снеллена) устанавливают вертикально в штативе и помещают образец стандартного шрифта на расстоянии 4 см от дна цилиндра.

Воду наливать неспеша, по стенкам цилиндра, следя за чёткостью шрифта до тех пор, пока буквы станут плохо различимы. Определяют высоту столба воды в приборе в сантиметрах. Этот показатель и есть прозрачность воды

Результат: Вода прозрачна во всех пробах, текст читается без помех.

Результаты органолептического исследования показали, что качество питьевой воды в городском округе Ступино не везде соответствует требованиям СанПиН, а именно не соответствуют требованиям запах воды в п. Жилёво и намного превышают разрешенные нормы вкусовые показатели в городе Ступино.

Процесс исследований представлен на фото:

2.2. Определение качества воды методами химического анализа

Исследования были проведены в лаборатории химии МАИ. Каждая проба воды последовательно проанализирована с помощью экспресс-теста 6в1 компании Tetra(Германия) и экспресс-теста 16в1 компании MS(Китай).

В состав тестов входят:

— тест-полоски для определения параметров воды:

— цветовая шкала

— инструкция по применению

2.2.1 Определение основных показателей: кислотно-щелочного баланса(рН), жесткости карбонатной(кН) и общей(gH), содержание нитратов(NO3), нитритов(NO2), хлора(Cl2) с помощью тест-полосок Tetra.

Погружаем в воду и быстро вынимаем тест 2-3 раза, стряхиваем излишки воды. Сравниваем результаты с цветовой шкалой: на содержание хлора сравниваем моментально, остальные параметры фиксируем через 60 секунд.

Классификация жесткости:

Временная (карбонатная, kH). При сильном нагреве воды из-за нее образуется белесый осадок кальция (накипь) на дне и стенках посуды.

Соли кальция и магния временной жесткости также оседает на теплоносителях - стенках чайников, нагревателях стиральных машин, водогрейных котлов…

Постоянная (некарбонатная). Включает в себя те соли, которые не разлагаются в воде при кипячении.

Общая жесткость питьевой воды(gH) — суммарный показатель временной и постоянной жесткости.

Значительное содержание солей приводит к повышению жесткости воды, а низкое делает воду мягкой

На что нужно обратить внимание:

- Излишки солей жесткой воды затрудняют вывод продуктов жизнедеятельности, способствуют накоплению токсинов и самоотравлению организма.

- Мягкая вода тоже небезопасна: она вымывает из тела микроэлементы и минералы, включая кальций, что делает кости хрупкими и ломкими.

Уровень кислотно-щелочного баланса рН характеризует одно из важнейших химических свойств воды - баланс между кислотами и щелочами.

Чистая питьевая вода характеризуется уровнем рН=7 и считается нейтральной. При этом показателе соблюдается баланс кислот и щелочей.

Нитриты — это токсичное азотное соединение, образующееся в результате процессов разложения органических отходов по следующей цепочке: Аммиак-нитрит-нитрат.

Высокий показатель NO2 свидетельствует о проблеме с биологической системой очистки.

Нитраты – продукт разложение нитритов, безопасны в небольших концентрациях.

Хлор

Питьевая вода из водопровода, как правило, безопасна для употребления, но только на выходе из водоочистных станций. На своем пути к потребителю вода проходит через старые трубы, часто содержащие вредные загрязнители. В результате, ее можно пить только после обеззараживания. Часто используется хлорирование, которое является дешевым, эффективным и широко распространенным по всему миру. Однако, чрезмерное использование хлора осенью и весной, при загрязнении природной воды, может иметь отрицательные последствия для здоровья человека, вызывая болезни внутренних органов, нервной системы, аллергии и воспаления.

Определение основных характеристик качества воды показало, что наиболее неблагоприятная ситуация наблюдается в городе Ступино, где три основных показателя выходят за пределы допустимых параметров.

Процесс исследования представлен на фото:

2.2.2. Определение концентрации тяжелых металлов и фторидов

Погружаем тест-полоску MS 16 in 1 в воду на 2‑3 секунды и проводим ею из стороны в сторону. Стряхиваем излишки воды. Сравниваем результаты с цветовой шкалой, параметры фиксируем через 30 секунд. Результаты заносим в таблицу:

Качество питьевой воды по наличию тяжелых металлов и фторидов по результатам исследования в городском округе Ступино соответствует требованиям СанПиН 1.2.3685-21. Вода питьевая.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты исследования, показали, что качество питьевой воды не везде соответствует требованиям СанПиН 1.2.3685‑21. Питьевая вода. Водопроводная вода в районе отличается повышенной жесткостью, присутствуют повышенное содержание хлорсодержащих веществ в городе и п. Приокск, чувствуются неприятный запах в п. Жилево и сильно превышают норматив вкусовые показатели в г. Ступино. сведены в таблицы (Приложение, табл.3, 4, 5)

3.1. Проблемы

В результате многочисленных опытов мы определили, что вода непригодна для употребления без дополнительной обработки, большое опасение вызывает качество в городе Ступино. Поэтому для повышения личной безопасности, питьевую воду лучше дополнительно обрабатывать в домашних условиях или использовать другие источники чистой воды.

3.2. Пути решения

Мы решили провести исследование в плане дополнительной очистки водопроводной воды в домашних условиях кассетой фильтр-кувшина и с помощью водоматов, которые активно устанавливаются в жилых кварталах города.

Стандартная технология очистки:

1 ступень - механическая очистка, которая убирает механические примеси и ржавчину

2 ступень - снижение жесткости воды, удаление ионов тяжелых металлов

3 ступень - тонкая фильтрация

4 ступень - удаление продуктов хлорирования воды, органических включений, неприятного запаха, цвета и привкуса

За дополнительную оплату можно произвести минерализацию воды полезными веществами как в водомате, оплатив дополнительную опцию, так и в фильтр-кувшине, приобретя соответствующий картридж с опцией минерализации.

Что немаловажно с экологической точки зрения: одна кассета для фильтра-кувшина способна заменить несколько сотен пластиковых бутылок.

Подведем итоги эксперимента по очистке воды с помощью фильтра с кассетами для удаления хлора и снижению жесткости и водомата.

На фото – источники забора воды для дополнительного исследования

- Мы получили результат, подтверждающий нашу гипотезу о том, что водопроводную воду в домашних условиях желательно дополнительно подвергать обработке.

- Использование воды из водомата сравнимо с фильтрованной водой, исключает попадание в организм человека вредных веществ.

3.3. Экономическая и экологическая составляющая дополнительной очистки воды

В процессе работы мы решили ответить на ещё один вопрос – на сколько увеличатся затраты на оплату холодной воды с учетом использования фильтра.

Что мы имеем:

Рекомендуемое потребление воды на человека в сутки – 2-2,5л

Ресурс картриджа ~6000литров, стоимость ~2000рублей

Т.е. выходит, что затраты на оплату питьевой воды и воды для приготовления пищи составят дополнительно ~26руб/чел. в месяц.

Это, по нашему мнению, не такие большие дополнительные затраты, учитывая, что мы вкладываем их в наше здоровье.

Таблица 7. Сравнительные результаты стоимости очистки воды в домашних условиях[Приложение 7]:

Параметр

Значение

Рекомендуемый объем воды на человека в день(л)

2,5

Количество дней в месяце

31

Ресурс картриджа(л)

6 000

Стоимость картриджа(руб)

2 000

Месячные затраты на 1 члена семьи на дополнительную очистку воды в домашних условиях (2000 : 6000 x 2,5 x 31 = )

~ 26 руб/месяц

Что немаловажно с экологической точки зрения: один блок кассет для фильтра способна заменить несколько тысяч(!!!) пластиковых бутылок.

ВЫВОД

1. Изучив материалы о значении воды, мы узнали, что население во всем мире уделяет особое внимание её качеству.

2. Анализ результатов социологического опроса показал, что все хорошо понимают важность качества питьевой воды.

3. Исследовав питьевую воду из нескольких источников, мы определили, что она не всегда бывает хорошего качества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, имеем: водопроводная вода в городском округе Ступино оказалась не самой пригодной для употребления в том виде, в котором она подаётся в наши квартиры. Судя по результатам, воду из-под крана желательно не употреблять в том виде, в котором мы её получаем. Гипотеза «Не вся водопроводная вода нашего округа отвечает стандартам и не может быть использована без предварительной обработки» в ходе выполнения проекта была подтверждена.

Главным итогом работы стало то, что теперь мы знаем, какую воду можно пить, а какую – не желательно.

Также мы узнали и проверили на практике как бюджетно подготовить воду для безопасного применения в быту.

Авторы в дальнейшем планируют продолжить изучение данного вопроса и разработать прототип механизма подачи воды в каждой квартире или жилом доме и дополнительной минерализации.

P.S. Напомним: все эксперименты на выявление признаков непригодности воды для употребления проводились с помощью тестов, не предназначенных для профессионального исследования. Вся вода прошла нашу проверку с некоторыми отклонениями, но это не значит, что она полностью непригодна для употребления без предварительной очистки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ахманов М. Вода, которую мы пьем / М. Ахманов. – СПб.: Невский проспект, 2012. – 192 с.

2. Бадаева Т.В. Качество питьевой воды как фактор риска здоровью населения / Т.В. Бадаева, М.П. Грачева, Ю.П. Тихомиров, H.A. Матвеева – Вестник Российской военно-медицинской академии. - 2011, Часть 2, №3. - С. 438.

3. «ГОСТ Р 51232-98. Государственный стандарт Российской Федерации. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества», который принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 17.12.1998 № 449.

4. «ГОСТ Р 57164-2016. Национальный стандарт Российской Федерации. Вода питьевая. Методы определения запаха, вкуса и мутности» (утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 17.10.2016 1412-ст) – https://files.stroyinf.ru/Data/635/63576.pdf 03.11.2024)

5. Ермолаева Е.Л., Грибина Г.А. О ЗНАЧЕНИИ ВОДЫ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА // Журнал РАЕ Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 6;

URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19387 (дата обращения: 04.11.2024)

6. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021 № 2 (ред. от 30.12.2022) «Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» (вместе с «СанПиН 1.2.3685-21. Санитарные правила и нормы...») (Зарегистрировано в Минюсте России 29.01.2021 № 62296).

7. «РД 52.24.496-2018. Руководящий документ. Методика измерений температуры, прозрачности и определение запаха воды» (введен в действие Приказом Росгидромета от 02.07.2018 № 298) – Режим доступа: https://e-ecolog.ru/docs/qqTLRRMOV2FISBuPgz0C5 (дата обращения 03.11.2024)

8. Пивоваров Ю.П. Гигиена и экология человека. Учебник для студентов колледжей/ Ю. Пивоваров, В. Королик, Л. Подунова - М.: Академия, 2016. - 400с.

9. Экологические проблемы природо- и недропользования: Труды международной молодежной научной конференции. Том XIX / Под ред. В. В. Куриленко – СПб.: СПбГУ, 2019. – 450 с.

10. https://www. un. org/ru/events/water/facts1. htm — сайтООН

11. https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/drinking-water — сайт ВОЗ

ПРИЛОЖЕНИЕ

1. Таблица 1. Нормативы качества воды для хозяйственно-бытовых нужд

Показатель

Единицы измерения

СанПиН 1.2.368521.

Питьевая вода.

Органолептические показатели

Запах

Баллы

2

Привкус

Баллы

2

Цветность

градусы

20

Мутность

Мг/л

1,5

Обобщенные показатели

Водородный показатель

единицы рН

6.0‑9.0

Жесткость общая

мг-экв/л

7.0

Неорганические вещества

Железо

мг/л

0.3

Кальций

мг/л

30‑140

Нитраты

мг/л

45

Нитриты

мг/л

3,0

Свинец

мг/л

0,03

Сульфаты

мг/л

500

Хлориды

мг/л

10

Хлор

мг/л

0.3‑0.5

2. Таблица 2. Результаты социологического опроса

3. Таблица 3. Результаты органолептического исследования:

Характеристики

Водопроводная вода

СанПиН 1.2.3685-21 Вода питьевая

п. Жилёво

п. Лужники

с. Леонтьево

г.

Ступино

п. Приокск

1

2

3

4

5

Цветность

0

0

0

10

0

20

Осадок

0

0

0

0

0

Допускается

незначительный

Запах 20С

3

0

0

1

0

2

Запах 60С

3

0

0

1

0

2

Вкус

2

1

0

5

0

2

Прозрачность

> 30см

> 30см

> 30см

> 30см

> 30см

Норма > 30см

4. Таблица 4. Результаты исследования основных показателей воды:

Характеристики

Водопроводная вода

СанПиН 1.2.3685-21 Вода питьевая

п.

Жилёво

п. Лужники

с. Леонтьево

г.

Ступино

п.

Приокск

1

2

3

4

5

Общая жесткость (gH), мг-экв/л

8,5

8,5

8,5

> 8,5

8,5

7

Карбонатная жесткость (kH), мг-эк/л

5

3,57

5

7,14

5,35

6

Кислотно-щелочной баланс (рН)

7,8

6,8

7,6

7,6

7,4

6 - 9

Нитриты (NO2), мг/л

0

0

0

0

0

3

Нитраты (NO3), мг/л

0

0

0

0

0

45

Хлор (Cl2), мг/л

0

0

0

0,8

0,8

0,3 – 0,5

5. Таблица 5. Результаты исследования на наличие тяжелых металлов и фторидов:

Характеристики

Водопроводная вода

СанПиН 1.2.3685-21 Вода питьевая

п.

Жилёво

п. Лужники

с. Леонтьево

г.

Ступино

п.

Приокск

1

2

3

4

5

Железо, мг/л

0

0

0

0

0

0,3

Медь, мг/л

 0,2

0

0

0

0

1

Свинец мг/л

0

0

0

0

0

15

Марганец, мг/л

0

0

0

0

0

0,1

Цинк, мг/л

0

0

0

3

0

5

Фториды, мг/л

 0

0

0

0

0

1,5

6. Таблица 6. Результаты исследования дополнительной очистки воды в домашних условиях и в водомате:

Характеристики

Чистая вода. Пути решения

СанПиН

1.2.3685-21

Вода питьевая

г. Ступино

Водопровод

Исходная

Ступино. Водомат

Ступино.

Водопровод +

Фильтр

1

2

3

Общая жесткость (gH), мг-экв/л

> 8,5

  5

2

7

Карбонатная жесткость (kH), мг-эк/л

7,14

2,14

1,1

6

Кислотно-щелочной баланс (рН)

7,6

6,8

6

6 - 9

Хлор (Cl2), мг/л

0,8

 0

0

0,3 – 0,5

Вкус

5

2

2

2

7. Таблица 7. Сравнительные результаты стоимости очистки воды в домашних условиях и в водомате:

Параметр

Значение

Рекомендуемый объем воды на человека в день(л)

2,5

Количество дней в месяце

31

Ресурс картриджа(л)

6 000

Стоимость комплекта картриджей(руб)

2 000

Месячные затраты на 1 члена семьи на дополнительную очистку воды в домашних условиях (2000 / 6000 x 2,5 x 31 = )

~26 руб/месяц

ИЛЛЮСТРАЦИИ:

Процесс исследования:

Просмотров работы: 35