XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнительный анализ качества бутилированной воды отечественных производителей

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Тотоева М.А. 1

---

1АНОО "Пушкинская школа"

Фесенко Н.А. 1

---

1АНОО "Пушкинская школа"

Работа в формате PDF

105.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Вода - самое важное вещество в жизни не только человека, но и всех живых организмов. Она играет уникальную роль, являясь универсальным растворителем, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. В современном мире существует множество глобальных проблем,иоднаизних –проблемакачествапитьевойводы.Многочисленные исследования в области медицины, показывают связь развития некоторых заболеваний человека с химическими веществами, растворенными впитьевой воде. От того какую воду мы потребляем, зависит наше здоровье. По данным Всемирной организации здравоохранения, 85% всех заболеваний в той или иной степени связаны с питьевой водой. Поэтому важно не просто ежедневно питьводу, а питьводу хорошего качества. Этоотносится и к воде, используемой для приготовления пищи и напитков. Обходиться без воды человек не может, поэтому важно знать, что мы пьем и какую воду используем для приготовления пищи.

Цель работы: определить качество бутилированной воды

Задачи работы:

1. Из литературных источников, интернет ресурсов найти данные о влиянии химических примесей в воде на здоровье человека.

2. Подобрать способ для определения качества бутилированной воды разных производителей в условиях школьной лаборатории.

3. Провестиисследованиефизическихпоказателейводы

Объект исследования: вода от разных производителей.

Предмет исследования: качество бутилированной воды

Гипотеза: Более дешевые марки воды могут обладать качеством ничуть не ниже дорогих.

1. Общие сведения

1. 1. Вода - источник всего живого

Одной из основных функций воды является то, что вода является основой всего живого.

Одним из самых необычных качеств воды является ее память. Ведь она практически «все помнит». Научные исследования доказали, что все живые существа имеют свою определенную частоту. Даже вирусы и бактерии обладают излучением своей частоты. Из-за того, что молекулы воды фиксируют нужную информацию и происходит программирование. Не нужно даже углубляться и придумывать, чтобы было, если воды в мире не существовало. Ежедневно ею все пользуются, практически все живые существа более чем на половину состоят из воды. Это как колыбель всего, что дышит. По большой части человек тоже практически полностью состоит из воды. А человеческая кровь по своим свойствам очень напоминает состав океанической воды. В теле человека и животных воды больше половины массы; медуза, например, состоит из воды на 90%, а водоросли — почти на 98%. Многие организмы используют это свойство воды для предупреждения перегрева, например, у животных и человека лишнее тепло уходит через потоотделение, многие животные в жару высовывают влажный язык, чтобы с него испарялась вода, облизывают кожу для охлаждения. Вода также регулирует деятельность в жидкостях, тканях, клетках, лимфе, крови и железах человека. Итак, вода в жизни организмов обеспечивает:

• доставку питательных веществ и кислорода ко всем клеткам тела,

• буферизацию (поддержание кислотности) внутренней среды,

• регуляцию температуры тела,

• преобразование пищи в энергию,

• усвоение питательных веществ клетками,

• вывод шлаков и отходов, появившиеся в процессе жизнедеятельности и целый ряд других функций.

Вода активно участвует в поддержании комфортного температурного режима на планете. Благодаря своей способности улавливать солнечное излучение, ее гигантские объемы тепла при помощи морских течений переносятся на огромные расстояния по всей Земле. В атмосфере Земли вода присутствует как пар или в виде небольших капель в тумане и облаках. Выводится она атмосферными осадками, такими как дождь, снег, град и другими.

Круговорот воды в природе – сложный процесс, сопровождающийся изменением агрегатного состояния воды, перемещением ее между экосистемами (Рис,. 1). Каждый год с поверхности планеты испаряется объем воды, составляющий 500×10 в 3 степени км³. Этот же объем в виде жидких и твердых осадков возвращается на Землю. Такая непрерывная циркуляция обеспечивает существование жизни на планете. Она в ходе своего перемещения забирает и переносит огромное количество органических соединений и минеральных элементов, необходимых для поддержания жизни на планете. Роль циркуляции воды на планете заключается в:

• объединении в единую систему гидросферы, литосферы, биосферы, атмосферы;

• делении объектов гидросферы на пресные и соленые, подходящие для жизнедеятельности разных видов живых организмов;

• переносе на значительные расстояния большого объема веществ, необходимых для поддержания жизни;

• очищении Мирового океана;

• формировании определенных климатических условий в разных частях планеты;

• обеспечении водой практически всех территорий земного шара;

• регулировании уровня речного стока при климатических и погодных изменениях;

• обеспечении организмов минеральными и органическими элементами

1.2. Роль воды на жизнедеятельность человека

Каждый день человеку необходимо восполнять водный баланс в организме (Рис., 2).  Каждому человеческому органу нужна вода.  В тканях легких содержится до 90 % воды, в крови – до 80%. Головной мозг содержит до 75%, а суставы — до 24% воды. Даже в зубах человека содержится 0,2% воды. Поэтому так важно ежедневно выпивать значительное количество чистой питьевой воды. С давних пор люди при выборе места для поселения отдавали предпочтение местности, находящейся вблизи какого-либо источника живительной влаги: реки, озера, моря, океана. Здоровье людей напрямую зависит от экологии и водных резервов. Наше бережное отношение к водным ресурсам, позволит качественно расходовать и так небольшие их запасы.

Вода в жизнедеятельности человека имеет огромное значение:

• по статистике в среднем каждый человек выпивает 2 л воды в сутки (60 л — в месяц);

• каждая клетка организма получает нужный ей кислород и полезные вещества как раз за счет воды;

• вода помогает перерабатывать еду в энергию, улучшает усвояемость питательных веществ;

• вода ускоряет вывод шлаков и токсинов из организма.

Но важно помнить, что вода будет полезной для человека лишь при условии, что она будет иметь необходимые элементы, которые нужны для поддержания нормальной жизнедеятельности организма.

Итак, содержание определенных элементов влияет на здоровье. Например,

цинк входит гормоны поджелудочной железы. В значительном количестве цинк задерживается в тканях гипофиза, половых желез. В сперме его содержание достигает 22 мг%. Количество цинка в организме человека практически равно содержанию железа и в 5 раз больше меди. Он усиливает устойчивость к инфекциям, способствует усвоению белков. Суточная потребность в цинке 10-15 мг. Употребление воды, содержащей до 30 мг/л цинка, никакого отрицательного действия на людей не оказывает.

Хлор широко используется для обеззараживания воды от бактерий, вирусов и других микроорганизмов. Тем не менее, существует несколько проблем, которые касаются присутствия хлора в питьевой воде. Во-первых, присутствие в воде избыточного количества хлора придает ей неприятный вкус. Во-вторых, это заболевания, которые может вызывать сам хлор. Показано, что люди, которые пьют хлорированную воду, имеют риск возникновения рака мочевого пузыря на 21% больше и риск возникновения рака прямой кишки на 38% больше, чем те, кто пьет воду с небольшим содержанием хлора.

Йод в природных пресных водах содержится в очень незначительных концентрациях: 3-9 мкг/л. Оптимальной концентрацией йода в воде является 20-25 мкг/л. При недостатке йода в воде (меньше 1 мкг/л) развивается эндемический зоб. Для нормальной жизнедеятельности организма требуется 0,1-0,2 мг йода в день. На территории РФ к ним можно отнести Ленинградскую, Московскую, Костромскую области, районы Среднего Поволжья.

Ионы щелочных и щелочноземельных металлов Они представляют катионную основу солевого состава воды. Более половины катионов представлено натрием, затем следуют ионы кальция, магния, калия, рубидия, лития. Основное гигиеническое значение имеют ионы кальция и магния. Установлено, что кальций, начиная с 250 мг/л, магний - со 125 мг/л, вызывают изменение вкус воды. С водой может поступать до 20 % магния и до 30 % кальция.

Карбонаты и гидрокарбонатыпредставляют собой компоненты, определяющие природную щелочность воды. Благодаря высокой концентрации гидрокарбонатов некоторые минеральные воды могут использоваться для лечения гастритов и повышенной кислотности желудочного сока.

1.3. Производственный процесс получения питьевой воды

Питьевая вода различается по способу добычи и химическому составу. Чтобы организовать производство питьевой воды, необходимо разбираться в ее классификации:

• Родниковая вода. Подвергается естественной фильтрации через грунт или песок, поэтому пригодна и полезна для употребления. Однако из-за повсеместного распространения промышленных вод даже родниковые воды не гарантируют безопасности.

• Талая и дождевая вода. Чистая дождевая вода обогащена всеми необходимыми для человека микроэлементами. Но, учитывая нынешнее состояние экологии, врачи не рекомендуют использовать дождевую воду даже для наружных водных процедур, а для питья тем более. Аналогичная ситуация с талой водой.

• Артезианская вода. Добывается из скважин глубиной от 100 метров. Такая глубина обеспечивает свободу артезианских вод от грунтовых, загрязненных продуктами антропогенной деятельности. Поэтому производители стремятся подчеркнуть, что их питьевая вода добыта именно из артезианской скважины. Однако вода из скважины также насыщена вредными примесями, вроде железа. Поэтому производство бутилированной питьевой воды включает несколько этапов очистки.

Производство питьевой воды представляет собой крайне сложный многоступенчатый процесс.

1.4 Этапы производства бутилированной воды

• Из артезианской скважины воду извлекают с помощью особых погружных насосов. Затем она по трубам поступает в накопительный приёмный резервуар. Рядом со скважиной, на расстоянии, не превышающем 150 метров, обычно располагается цех для розлива и станция водоподготовки.

• Бутилированная вода проходит несколько ступеней очистки. Сначала вода из артезианской скважины поступает на участок водоподготовки. На первом этапе из ее состава удаляют излишки железа и солей магния, то есть производят обезжелезивание и деманганацию.

• На следующей стадии происходит умягчение. Чаще всего оно осуществляется методом ионного обмена, который считается наиболее эффективным.

• Избыточное количество солей кальция и магния удаляется с помощью ионообменной смолы. Затем вода поступает в напорные фильтры, где проводится механическая и сорбционная очистка для удаления нежелательных химических соединений и вредных примесей. В качестве сорбента для очищения используют активированный уголь.

• Следующая ступень – обеззараживание с помощью ультрафиолетового излучения.

• Последняя ступень водоподготовки называется кондиционированием. Этот этап необходим для того, чтобы концентрация жизненно необходимых для человека химических соединений соответствовала принятым нормам.

Способы очищения воды Считается, что самая полезная вода для здоровья человека – это вода из артезианских скважин и родников. Бутилированная вода чаще всего проходит два этапа обработки - это очищение и насыщение. Первый этап – это тщательная очистка от разнообразных загрязнений и тяжелых соединений. Для грубого очищения применяют два способа: обратный осмос или дистилляцию. Они позволяют удалить из воды все вредные вещества. Но, к сожалению, и большая часть полезных веществ тоже пропадает. Поэтому на втором этапе жидкость насыщается минералами. Делают это строго дозировано и в определенных пропорциях.

Одним из популярных способов производства является очищение водопроводной воды. Для этого вода из-под крана дочищается. Из нее убирают лишнюю хлорку и тяжелые металлы. Очистка производится последовательно от более крупных загрязнений до самых мельчайших.

1.5 Категории питьевой воды

Не считая технической, которая в данной работе не рассматривается, воду разделяют на две категории – высшую и первую. В каждой стране существуют ГОСТы и СанПиНы для бутилированных питьевых вод, которые регламентируют их вкус, цвет, химический состав и прозрачность. Питьевая вода обеих категорий, если только она не является лечебной минеральной, должна быть прозрачной, без запаха, посторонних примесей и осадка, в противном случае ее употребление нежелательно. Питьевая вода высшей категории должна отвечать более высоким требованиям к химическому составу, чем вода первой категории. О качестве воды можно судить по информации на этикетке. На ней, если действительно вода высшей категории, обязательно должно быть указано место ее добычи, адрес и сайт производителя, химический состав. В основном указывают содержание таких химических веществ и соединений: калий (до 10 мг/л); магний (до 20 мг/л); натрий (до 100 мг/л); кальций (до 20 мг/л); нитраты (до 45 мг/л); хлориды (до 100 мг/л); сульфаты (до 30 мг/л); гидрокарбонаты (до 300 мг/л). Иногда на этикетках указывают рН воды, который должен быть в пределах 6,5-7,5. Если хотя бы один из этих показателей не соответствует нормам, то вода не может иметь высшую категорию.

2. Экспериментальная часть

2.1 Физико-химические характеристики воды

Вода представляет собой простейшее устойчивое химическое соединение кислорода с водородом и легко вступает в реакцию со многими химическими элементами и их соединениями, образуя гидроокиси и кристаллогидраты. Она является лучшим растворителем для большинства соединений и необходима почти для всех химических реакций. В природных условиях в чистом виде почти не встречается. В воде находятся такие элементы, как: натрий, кальций, магний, углерод, сера, азот, кислород, водород и др. Все компоненты химического состава воды находятся в ней в виде газов или растворенных веществ.

От физических свойств и химического состава воды зависит нормальное течение физиологических процессов в организме человека. Водная среда необходима для пищеварения и усвоения пищи в желудочно-кишечном тракте. Тепловой баланс организма зависит от наличия воды. Испаряясь с поверхности кожных покровов, слизистых оболочек и дыхательных органов, она принимает участие в терморегуляции организма. Вода необходима для выведения из организма различных вредных веществ, образующихся в результате обмена. Для поддержания физиологических процессов необходимо постоянное восполнение утраченного количества воды. Установлено, что потеря 10% воды вызывает серьезные нарушения функций организма» а при потере ее в количестве 20-25% наступает смерть.

Суточная потребность человека в воде равна 2-2,5 л, но эта физиологическая норма потребления воды может колебаться в зависимости от интенсивности обмена веществ, характера пищи, содержания в ней солей, величины мышечной работы, метеорологических и других условий. Питьевая чистая вода призвана служить здоровью человека. . Обычно, оценка основывается на физических, химических, бактериологических показателях. [17]

2.2 Органолептические свойства воды

Человек охотно отдает предпочтение воде с хорошими органолептическими свойствами, т.е. более прозрачной, бесцветной, лишенной неприятного запаха и привкуса.

Таким образом к органолептическим свойствам воды относятся цветность, мутность, запах, привкус, температура, пенистость, т. е. те свойства, которые могут быть определены органами чувств человека. [3]

Цветность воды: обязательный показатель качества воды. Обуславливает присутствие железа и прочих металлов в виде продуктов коррозии. Это косвенная характеристика наличия растворенных органических веществ. Цветность определяется сравнением исследуемой пробы с эталонной водой. В таблице 1 представлена специальной шкала цветности питьевая воды.

Таблица 1. Шкала цветности

Мутность воды обуславливает содержание мелкодисперсных взвесей нерастворимых частиц. Она выражается также:
а) наличием осадка, измеряемого и в микронах, и миллиметрах;
б) взвешенными, грубодисперсными веществами и определяются после фильтрации пробы по высушенному остатку;
в) прозрачностью - измеряется, в основном, визуально, по уровню мутности столба воды.

Запах воды является одним из чувствительных показателей доброкачественности воды, изменение которого указывает на загрязнение. Практически все жидкие, органические вещества придают воде специфический запах растворенных в ней газов, органических взвесей, минеральных солей. Запахи могут быть природного характера (болотный, серный, гнилостный) и искусственного происхождения (хлорный, фенольный, нефтяной и прочий). Таблица 3 определения запаха воды по СанПиН 2.1.4.1074-01

Таблица 3. Определение запаха воды

Вкус воды находится в сравнении с чистой питьевой водой.
Различают 4 вкусового ощущения (сладкое, горькое, соленое, кислое). Другие ощущения относятся к привкусу. Это сладковатый, металлический, хлорный, аммиачный и другие. Оценка запаха и привкуса определяется по 5-и бальной шкале. При высокой температуре запахи и неприятные вкусовые свойства усиливаются.

2.3 Определение органолептических показателей

Для исследовательской работы были взяты четыре образцоа бутилированной воды и водопроводная вода из школьной лаборатории.

1. Образец 1 - питьевая природная вода столового типа, отличающаяся мягким вкусом и характерной природной свежестью.
2. Образец 2 – минерально-столовая питьевая вода, источником которой являются тающие высокогорные ледники Карачаево-Черкесии.

3. Образец 3 - Вода питьевая негазированная, первой категории. Образец был приобретен в ООО «Агроторг»

4. Образец 4 - Эту воду добывают прямо из озера у поселка Листвянка — на глубине 430 метров, где вода отличается особой чистотой, насыщенностью кислородом и сверхлегкой минерализацией.

5. Образец 5 - Водопроводная вода из школьной лаборатории (см Приложение 1)

2.4 Определение жесткости воды

Важнейшим свойством природных вод является их жесткость. Жёсткость природных вод более всего обусловлена содержанием в них растворимых солей кальция и магния. В условиях лаборатории жесткость воды я проверяла с помощью мыла и воды . Достаточно просто растворить немного мыла в воду и посмотреть на уровень пены. Если её много, и она долго не оседает, значит вода мягкая

2.3. Определение водородного показателя рН

Индикаторы — вещества, которые меняют цвет в зависимости от уровня pH. Для измерения pH используют:

• Лакмусовую бумагу — меняет цвет в зависимости от pH среды: в кислотной среде — красный, в щелочной — синий. Для более точного определения pH используют специальную цветовую шкалу. (см приложение)

2.5 Проверка органических примесей

С помощью марганцовки (перманганата калия) проверяют наличие органических примесей в воде. Марганцовка — сильный окислитель, который реагирует с органическими веществами, присутствующими в воде, меняя свой цвет. Этот тест особенно актуален для проверки воды из скважины, так как именно в скважинной воде риск органического загрязнения выше.

1. Налить в чистый прозрачный стакан 200 мл исследуемой воды.

2. Добавить на кончике ножа несколько кристалликов марганцовки, чтобы вода приобрела лёгкий, но отчётливый розовый оттенок.

3. Засечь время и наблюдать за изменением цвета:

• Вода хорошего качества — розовый оттенок сохраняется долго, в течение часа и более.

• Вода сомнительного качества — вода начинает желтеть и терять розовую окраску в течение 10–20 минут. Это говорит о наличии в воде легкоокисляемых органических соединений.

• Вода плохого качества — окраска исчезает, и вода становится бурой или жёлтой за несколько минут. Использовать такую воду для питья без глубокой очистки опасно.

3. Заключение

В данной работе мы изучили физико-химический состав бутилированной воды. В воде содержится большое количество различных солей и микроэлементов. Ознакомились с характеристикой природной и производственной воды.

На основании изученного материала мы узнали о различных методах очистки воды: отстаивание, фильтрование, коагуляция, химическое устранение жесткости, выпаривание, ионный обмен с использованием искусственных смол (катионитов и анионитов). Также мы подробнее изучили производственный процесс получения бутилированной воды.Проведя практическую часть, имеем, что ни одна из представленных марок воды не является жесткой.

Следуя нашей гипотезе, мы убедились в том, что самая качественная вода не обязана быть самой дорогой. Наша гипотеза подтвердилась.

Подводя итог научно-исследовательской работы, имеем, что все цель были достигнуты, а задачи решены.

4.Выводы

Несмотря на то, что бутилированная вода проходит несколько этапов очистки, она все равно может быть опасна для здоровья. Качество воды можно также проверять в домашних условиях. Конечно, это довольно условное исследование, но все же оно поможет выбрать наиболее пригодную для питья воду. Итак, выбирать воду мы рекомендуем по следующим признакам:

1) Цвет. Наливаем воду в прозрачный стакан, затем осматриваем его на фоне белой бумаги. Если цвет отличается, то вода некачественная.

2) Прозрачность. Определяем, аналогично цвету. Можно использовать бумагу с текстом. Если текст легко читается, его хорошо видно, через налитую воду, то вода качественная. 3) Привкус и запах. Сначала нужно нагреть воду до 20Ԩ, затем проверить, есть ли запах и привкус. Если ни того, ни другого не обнаруживается, то нагреваем воду до 60 Ԩ, и также проверяем. Если на одном из этапов вода имеет запах или привкус, то она не пригодна для питья.

5) pH воды. Водородный показатель должен варьироваться в пределах 6.5-8.5.

6) Примеси. Для того, чтобы точно быть уверенным в том, что питьевая вода качественная, нужно капнуть воду на зеркало. После высыхания можно будет наблюдать все примеси, которые содержатся в воде.

7) Жесткость воды. Если мыло в воде плохо пенится – вода жесткая. Для организма более полезна мягкая вода.

8) Также, чтобы проверить качество воды, можно использовать раствор перманганата калия. Если при его добавлении в воду Вы наблюдаете желтый цвет, то такая вода непригодна для здоровья. Если Вы хотите быть уверенным в качестве потребляемой Вами воды, особенно детской, то советуем Вам приобрести тестер качества воды, который покажет, какое количество примесей содержит данная питьевая вода. Пейте только полезную воду!

Список литературы

1.Иванов И.И. Сравнительный анализ физико-химических свойств бутилированной воды // Вода и здоровье. – 2020. – № 3. – С. 25–32.

2.Петрова А.С. Качество бутилированной воды: основные параметры и их влияние на здоровье // Журнал водных ресурсов. – 2021. – № 7. – С. 12–18.

3. Смирнов Д.М. Оценка качества и безопасности бутилированной воды отечественного производства // Экология и жизнь. – 2022. – № 4. – С. 45–50.

4.Кузнецова Т.Е. Технологические аспекты переработки и упаковки минеральной воды // Аграрная наука. – 2019. – № 8. – С. 33–40.

5.Федоров В.М. Влияние бутилированной воды на здоровье: мифы и реальность // Здоровье и экология. – 2021. – № 1. – С. 56–62.

6.Лебедев А.И. Сравнительный анализ минерального состава бутилированной воды различных марок // Научные труды водоснабжения. – 2020. – № 2. – С. 77–84.

7. Никифорова Е.Г. Социальные аспекты потребления бутилированной воды в России // Экономика и управление. – 2022. – № 5. – С. 14–20.

8. Соловьев С.В. Маркетинг бутилированной воды: тенденции и прогнозы // Журнал маркетинга. – 2021. – № 6. – С. 21–29.

9. Яковлева Л.Д. Микробиологическая безопасность бутилированной воды // Безопасность пищевой продукции. – 2022. – № 3. – С. 34–41.

10. Васильева О.Ю. Экологические аспекты производства и использования бутилированной воды // Экология. – 2020. – № 9. – С. 50–56.

Приложение 1

Таблица №1 Сравнение образцов воды