XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка жёсткости питьевой воды селе Нижняя Иволга Республики Бурятия

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Цынгунжапова Д.Б. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение Нижне-Иволгинская средняя общеобразовательная школа. МОУ Нижне-Иволгинская СОШ

Николаева М.Д. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение Нижне-Иволгинская средняя общеобразовательная школа. МОУ Нижне-Иволгинская СОШ

Работа в формате PDF

404.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Вода является одним из важнейших ресурсов, необходимых для жизни человека и экосистемы в целом. Качество питьевой воды напрямую влияет на здоровье населения, поэтому оценка ее характеристик, таких как жесткость, имеет первостепенное значение. В данном проекте рассматриваются воды села Нижняя Иволга, расположенного в Республике Бурятия. Объектом исследования являются источники водоснабжения этого населенного пункта, а предметом — жесткость воды, которая определяется содержанием в ней растворенных минеральных веществ, таких как кальций и магний.

Актуальность темы исследования обусловлена тем, что жесткость воды может оказывать значительное влияние на здоровье жителей. Жёсткость воды является одним из показателей ее качества. Избыточная жесткость может привести к образованию накипи в бытовых приборах, ухудшению вкусовых качеств воды и, что наиболее важно, негативным последствиям для здоровья человека. В условиях современного мира, когда вопросы экологии и здоровья становятся все более актуальными, необходимо проводить исследования, направленные на оценку качества водных ресурсов, особенно в малых населенных пунктах, таких как Нижняя Иволга.

Научная новизна данного исследования заключается в том, что оценка жёсткости воды будет проводиться с использованием современного цифрового оборудования Releon, полученного нашей школой в рамках Федерального проекта «Точка Роста». Это исследование позволит получить новые данные о качестве воды, что может быть полезно для местных жителей. Полученные результаты могут стать основой для дальнейших исследований и разработки рекомендаций по улучшению качества водоснабжения.

Методы исследования: измерение жёсткости с использованием цифрового оборудования Releon, что обеспечит высокую точность и достоверность полученных данных. Сравнение результатов с установленными нормами качества питьевой воды позволит выявить возможные отклонения и определить уровень жесткости.

Целью данного исследования является оценка уровня жесткости воды в селе Нижняя Иволга и определение его соответствия нормам качества питьевой воды. Для достижения этой цели необходимо решить несколько задач. Во-первых, провести сбор образцов воды из различных скважин, что позволит получить полное представление о качестве водоснабжения в селе. Во-вторых, провести измерения с помощью датчика электропроводности произвести замеры, чтобы определить уровень жесткости. В-третьих, результаты анализа сопоставить с нормами качества питьевой воды, установленными санитарными правилами. Наконец, на основе полученных данных составить рекомендации по улучшению качества воды, если это будет необходимо.

Таким образом, данное исследование имеет важное значение для оценки состояния водных ресурсов в селе Нижняя Иволга и может способствовать улучшению качества жизни местных жителей.

1. Литературный обзор

   1. Что такое жесткость воды? Виды жёсткости.

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом кальция, магния и железа (так называемых солей жёсткости). Также на жёсткость могут влиять и другие двухвалентные катионы, например, стронций, железо, марганец. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения, способные выпадать в осадок. Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой.

Различают:

1. Временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния.

2. Постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды.

Временная жёсткость может быть устранена кипячением. Карбонатная (временная) жесткость. Образуется при растворении в воде именно гидрокарбонатов кальция и магния - Са (HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. При нагреве такой воды неустойчивые гидрокарбонаты снова переходят в нерастворимую форму – карбонаты - CaCO₃↓, и MgCO₃↓, образуется накипь (котельный камень) . Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью.

Некарбонатная (постоянная) жесткость. Если вода растворила по пути другие минералы, содержащие кальций и магний, но не в виде карбонатов, а в виде хлоридов или сульфатов CaCl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄, то накипи не образуется, но проявляются все другие «прелести» жесткой воды. Источником этих ионов могут служить также сточные воды различных предприятий.

Общая жёсткость — это свойство воды, определяемое суммарным содержанием гидрокарбонатов и других соединений кальция, магния, железа и выражаетсяв миллиграмм-эквиваленте на литр или градусах жесткости (По новому ГОСТус 2014 г.) 1^оЖ = 1 мг-экв./л.

По международной классификации жёсткости в зависимости от полученных значений (мг-экв/л) вода может характеризоваться как мягкая, средней жёсткости, жёсткая.

Концентрации солей и жесткость воды в различных единицах:

Оптимальной считается вода от 50 до 200 ppm, то есть мягкая и среднежесткая.

Нормальный уровень жесткости устанавливает СанПиН 2.1.4.1074-01. Он составляет от 7 до 10 мг-экв/л (или не более 350 мг/л).

1.2. Потенциальные негативные последствия превышения норм жёсткости вод

Жесткость воды определяется содержанием в ней кальция и магния, и если эти минералы присутствуют в избытке, это может привести к различным проблемам. Во-первых, жесткая вода может негативно сказываться на здоровье человека. При регулярном потреблении жесткой воды у людей могут возникать проблемы с пищеварением, такие как образование камней в почках и желчном пузыре. Избыточное количество кальция может способствовать образованию кальциевых отложений в организме, что может привести к заболеваниям суставов и другим проблемам. Кроме того, жесткая вода может ухудшать усвоение некоторых минералов и витаминов, что может привести к дефициту питательных веществ и ослаблению иммунной системы. Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла, соли жёсткости придают воде вкус.

Во-вторых, жесткая вода негативно влияет на состояние сантехнического оборудования и бытовой техники. Отложения кальция и магния могут накапливаться в трубах, что приводит к их засорению и снижению эффективности работы. Повышенные затраты на очистку и фильтрацию воды, а также на ремонт и замену оборудования могут оказать давление на местные бюджеты. Кроме того, жесткая вода может оказывать негативное воздействие на экосистему. Водные организмы, такие как рыбы и беспозвоночные, могут страдать от изменений в химическом составе воды. Высокая жесткость может привести к изменению условий обитания, что, в свою очередь, может повлиять на биоразнообразие и устойчивость экосистемы.

1.3.Как определить жёсткость воды в домашних условиях?

Несколько способов определить жёсткость воды в домашних условиях:

• Вскипятить воду. Затем остудить и попробовать на вкус. Терпкий вкус говорит о большом количестве железа, горький указывает на изобилие магния, сладкий свидетельствует о том, что в воде много гипса. Также можно заглянуть внутрь чайника: если там большие отложения и камни, скорее всего, вода жёсткая.

• Заварить чай. Только листовой, а не в пакетиках. Если вода жёсткая, чай будет завариваться в 2 раза дольше, а вода при этом будет мутной и тёмной. Если же немного подождать, то на поверхности появится плёнка, а на стенках кружки остаётся коричневый налёт.

• Помыть руки с мылом. Если мыло в тёплой воде хорошо пенится, но плохо смывается — вода мягкая. При повышенной жёсткости намылить пену не так просто, зато смывать мыльную пенку намного проще и быстрее.

• Капнуть водой на зеркало или стекло. Когда капли полностью высохнут, останется осадок. Чем более насыщенным получился след от капли, тем жёстче вода, и наоборот, если никаких следов на стекле не осталось — вода мягкая.

1. 5. Рекомендации по устранению жёсткости воды в домашних условиях

Устранить жёсткость воды можно следующими способами: кипячением, замораживанием, отстаиванием, добавлением соды или лимонной кислоты, использованием специализированных готовых средств, установкой фильтров и систем очистки, химической обработкой воды и ионообменным методом.

Однако, важно помнить, что методы смягчения воды могут варьироваться по эффективности в зависимости от её жёсткости и состава. Например, кипячение помогает удалить растворённые соли, но не всегда полностью устраняет жёсткость. Замораживание также может быть малоэффективным, так как не все минералы оседают при замораживании воды.

Советуется использовать фильтры с ионообменными смолами, которые способны эффективно удалять ионы кальция и магния. Эти системы могут значительно улучшить качество воды, а также предотвратить образование накипи в бытовой технике. Кроме того, применение специальных добавок, таких как полифосфаты, может помочь связать свободные ионы, тем самым уменьшая жёсткость.

Нельзя забывать, что мягкая вода не всегда полезна для организма. Она может быть бедной минералами, необходимыми для здоровья. Поэтому оптимально подходить к вопросу жёсткости воды с учетом всех её особенностей и потребностей вашего организма.

2. Практическая часть

Определение жёсткости воды с помощью цифрового оборудования RELEON.

Анализ воды на жёсткость, согласно ГОСТу, проверяется строго в лаборатории. В нашей школьной лаборатории определить истинную величину жёсткости невозможно.

Мы решили использовать методику оценки общей жёсткости воды по электропроводности, с использованием цифрового оборудования RELEON с датчиком электропроводности. Используя ресурсы Интернет, мы выяснили, что чем больше жёсткость, тем выше электропроводность, так как больше концентрация ионов- носителей электрического заряда. Минимальная жёсткость у дистиллированной воды. При дистилляции в воде не остается солей. Электропроводность дистиллированной воды равна 0. Электропроводность водопроводной воды около 200 мкСм (может отличаться в зависимости от источника).

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения электрической проводимости является сименс.

Для перевода единиц измерения в единицы tds (ppm) необходимо умножить полученное значение ЕС (мкСм/см) на 0.5. Таким образом, при известном коэффициенте пересчета с легкостью можно произвести пересчет единиц измерения.

Таблица перевода значение ЕС (мкСм/см) в единицы tds (ppm) и определения степени жёсткости

Из-за географических особенностей расположения села глубина залегания водоносных слоёв составляет от 10 до 160 метров. Жители получают воду из водопроводной колонки и скважин в частных домах. Каждый из этих источников может иметь свои особенности, которые влияют на состав и качество воды.

Ход работы:

1. Закрепить датчик электропроводности в лапке штатива и подключить к компьютеру.

2. Запустить программу измерений.

3. В химический стакан налить 50 мл одной из проб воды, опустить в стакан датчик электропроводности, слегка поболтать им и нажать кнопку «Пуск». При опускании электрода в раствор необходимо избегать касаний чувствительным элементом стенок и дна стакана.

4. Через 15 секунд, когда показания прибора стабилизируются, нажать кнопку «Пауза». Занести результат в таблицу с указанием степени жёсткости мягкая, жёсткая, умеренно жёсткая).

5. Вынуть из стакана датчик электропроводности, промыть дистиллированной водой и осушить фильтровальной бумагой

6. Повторить замеры для остальных проб.

Выводы

В ходе проведённого исследования жёсткости воды в селе Нижняя Иволга Республики Бурятия была достигнута основная цель — оценить уровень жёсткости воды и определить его соответствие нормам качества питьевой воды. В результате исследования образцов воды из различных источников (водопроводной колонки и скважин частных домов), было установлено, что уровень жёсткости в некоторых из них превышает допустимые нормы, что может негативно сказаться на здоровье местных жителей. Сверхжёсткая вода в скважинах расположенных в низине. Причинами большой жёсткости воды могут быть, например, небольшая глубина залегания водоносных слоёв, некачественная система очистки.

Жёсткость воды определяется содержанием в ней кальция и магния, и её превышение может привести к различным проблемам, как для здоровья человека, так и для состояния водопроводных систем. Высокая жесткость может вызывать образование накипи в трубах и приборах, что, в свою очередь, увеличивает затраты на их обслуживание и ремонт. Кроме того, жёсткая вода может оказывать негативное влияние на кожу и волосы, вызывать аллергические реакции и другие заболевания.

Превышение норм жёсткости подчёркивает необходимость регулярного мониторинга качества воды и принятия мер по улучшению её состояния. Это может включать в себя установку систем очистки и фильтрации, а также регулярные проверки качества воды. Кроме того, важно проводить просветительские программы для местного населения, чтобы повысить их осведомленность о важности защиты водных ресурсов и возможных рисках, связанных с потреблением жеёткой воды. Разработка рекомендаций по улучшению качества воды, основанных на полученных данных, будет способствовать повышению уровня жизни населения и сохранению природных ресурсов для будущих поколений. Мы пришли к выводу, что важно знать о жёсткости воды, чтобы обезопасить свой организм и облегчить её использование в быту.

Cписок литературы

1. Габриелян О.С. Химия. 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений /О.С.Габриелян-2-е изд., стереотип.-М.: Дрофа, 2013.

2. Глинка Н.Л. Общая химия/ Под.ред. В.А.Рабиновича – Л.: Химия, 2008

3. Коровин Н.В. Общая химия /Н.В. Коровин-М.:Высшая школа, 1998.

4. Методические рекомендации Releon для проведения лабораторных работ

5. Карта глубин скважин и залегания водоносных горизонтов в Бурятии

6. https://www.nedraexpert.ru/subsurface/1600003561/1?ysclid=m6pvq

7. https://eng eco.ru/upload/iblock/f62/f62518fef27847ef31fcc40c3543b2a5.pdf?ysclid=m6pzc6df6h972145800

Приложение

Результаты показаний электропроводности образцов воды