XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнение качества и потребительских свойств бутилированной воды с водопроводной фильтрованной водой: что меняет технология подготовки воды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Базанов А.М. 1Ионов М.В. 1

---

1Центр дополнительного образования детей и взрослых «Всё Интересно» (г. Владимир)

Гладских Н.В. 1

---

1Центр дополнительного образования детей и взрослых «Всё Интересно» (г. Владимир)

Работа в формате PDF

372.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Вода является одним из ценнейших ресурсов на земле. Вода – это не только колыбель жизни. Без воды жизнь невозможна, ведь каждая клетка живого организма содержит воду: например, в клетках головного мозга содержится 85% воды, а развивающегося зародыша – 90%. Человек может прожить без воды всего несколько суток. Но всю ли воду можно без опасения употреблять?

Актуальность темы нашего исследования связана с тем, что в настоящее время при интенсивном росте населения на нашей планете нехватка питьевой воды становится глобальной проблемой человечества. И связана эта проблема не только с ограничением запасов пресной воды или проживанием 1/5 населения планеты в районах с недостатком этого ресурса, но и с тем, что 1/4 жителей развивающихся стран испытывают нехватку воды из-за отсутствия инфраструктуры, необходимой для её забора из водоносных пластов и рек.

Нам стало интересно, а каким образом у нас в России происходит подготовка воды до того момента, когда мы ее употребляем, а также чем отличается бутилированная вода от водопроводной. Для проведения нашего исследования мы решили работать с бутилированной водой первой категории, определенного бренда, поскольку производитель не только подробно описывает все этапы производства на официальном сайте, но и предоставляет возможность лично познакомиться с технологией, вода соответствует стандартам качества (ГОСТ Р 54316-2011), а также доступна для сравнительного анализа.

Проведенный опрос воспитанников нашего Центра и их родителей, показал, что 87% респондентов считают, что бутилированная вода в ходе производства разливается по бутылкам из скважин сразу, без предварительной очистки и подготовки, а 76% опрошенных считают, что вода из артезианских источников является самой полезной и ее можно пить «сырой». 92% респондентов используют дома фильтры для воды и считают, что после очистки вода ничем не отличается от бутилированной.

Цель исследования: Изучив реальную технологию подготовки бутилированной воды, сравнить качество добываемой артезианской воды с бутилированной, а также с водой после бытовой системы очистки путем обратного осмоса.

Задачи исследования:

1 -Изучить литературу о воде, ее свойствах, а также характеристиках питьевой воды и их значении для здоровья человека,

2 - Изучить технологию производства бутилированной воды на примере бренда,

3 – Изучить процесс фильтрации воды в бытовом фильтре,

4- Сравнить состав питьевой воды разных видов: артезианская, питьевая бутилированная, вода после бытовой системы обратного осмоса,

5 – Сделать выводы по результатам исследования.

Объект исследования – питьевая вода разных видов: артезианская, питьевая бутилированная, вода после бытовой системы обратного осмоса.

Предмет исследования – качество питьевой водыразных видов.

В своей работе мы применяли такие методы исследования как анализ теоретических источников, наблюдение, описание, сравнение, эксперимент.

Мы предполагаем (гипотеза исследования), что бутилированная вода, несмотря на маркетинговые формулировки о «природном источнике», проходит многоступенчатую промышленную очистку, схожую с бытовым обратным осмосом, поэтому ее качество может быть сопоставимо с домашней фильтрованной водой.

Новизна работы и личный вклад в исследование заключается в том, что нами были собраны не только сведения о технологии производства воды и составлена схема этапов очистки и розлива, а также был разработан план проведения эксперимента по сравнению питьевой воды разных видов, проведены измерения доступными нам способами, сформулированы выводы и рекомендации для потребителей.

Основная часть

1. Вода и ее свойства

Вода — это химическое вещество – соединение водорода с кислородом, которое имеет химическую формулу Н₂O. Это самое распространенное вещество на Земле, которое образует океаны, моря, озера и реки. Пары воды также присутствуют в воздухе, она содержится в организмах животных и растений. Вода играет важную роль для различных форм жизни, является переносчиком различных микроэлементов.

Х имическая формула Н₂O указывает на то, что молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, связанных ковалентными связями. Атомы водорода присоединены к атому кислорода под углом 104⁰ 45^/ [1].

Вода— бесцветная жидкость, без вкуса и запаха, хороший растворитель. Способность молекул воды образовывать между собой водородные связи определяет существование её в конденсированном состоянии. Вода в зависимости от внешних условий (температура, давление) может существовать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом (лёд), жидком и газообразном (водяной пар). Вода по сравнению с другими жидкостями имеет наибольшую теплоту испарения, а также значительную величину теплоты плавления. Конденсация водяного пара и замерзание воды вызывают выделение теплоты, количество которой эквивалентно поглощаемому соответственно при испарении и плавлении. Вода обладает наибольшей теплоёмкостью по сравнению с другими жидкостями и твёрдыми веществами. Все эти свойства определяются значительной величиной энергии водородной связи, которая составляет в воде 19,3 кДж/моль [1]. Высокая теплоёмкость воды способствует поддержанию температуры теплокровных животных в различной температурной обстановке. Из всех жидкостей, за исключением ртути, вода имеет самое высокое поверхностное натяжение, прозрачна, бесцветна, в значительной мере поглощает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, что играет большую роль в протекании биохимических процессов. Благодаря высокой диэлектрической проницаемости вода является хорошим растворителем для соединений с полярной и ионной структурой [3]. Вода относится к числу реакционноспособных веществ, является слабым электролитом.

2. Характеристика питьевой воды и их значение для здоровья человека

Чистая вода — основа здоровья. Ежедневно мы пьем воду, готовим на ней еду, используем в быту. Но даже прозрачная и без запаха вода может содержать опасные примеси, в ней могут быть бактерии, тяжелые металлы, пестициды и другие вещества, которые незаметны глазу, но вредны для организма.

В Российской Федерации качество питьевой воды, подаваемой населению через централизованные системы водоснабжения, а также нецентрализованных источников, строго регламентируется. Гигиенические нормативы содержания различных химических веществ, а также требования к органолептическим свойствам и обобщенным показателям воды регламентированы СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» [7], а также СанПиН 2.1.4.1074—01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» [8].

Качество воды подразумевает набор свойств, подтверждающих ее пригодность для употребления людьми, то есть удовлетворения их санитарных, физиологических и бытовых нужд [10].

Питьевая вода должна отличаться прозрачностью, не иметь цвета, стороннего привкуса и запаха. Она не может вмещать количество патогенных микробов и вредных для человека химических элементов сверх допустимых пределов, а значит, должна быть химически безвредной, эпидемиологически и радиационной безопасной и органолептически благоприятной [6]. Цветность, замутненность, привкус и запах – основные характеристики пригодности воды для питья, которые всегда учитываются при оценке ее качества, но только в меру восприятия нашими органами чувств. Контроль за соответствием питьевой воды требованиям к качеству осуществляет Роспотребнадзор в рамках проверок соблюдения санитарного законодательства.

Согласно исследованию ООО «Экодар», которое обслуживает оборудование для водоподготовки, артезианская вода из скважин в Московской и Ленинградской областях характеризуется:

- повышенным содержанием железа (2-5 мг/л при норме 0,3 мг/л): Железо играет ключевые роли в теле человека: оно не только способствует кроветворению, но и влияет на здоровье кожи, волос, ногтей, помогает в функционировании щитовидной железы, способствует росту и развитию ребенка, а также укрепляет иммунную систему. Отсутствие достаточного количества железа может существенно нарушить эти процессы и спровоцировать развитие различных болезней. Тем не менее, избыток железа в организме человека может стать причиной серьезных проблем, включая сердечные и онкологические заболевания, при этом потребление более 200 мг в день способно привести к тяжелым случаям отравления, а употребление от 3 до 35 г – к смертельному исходу [12];

- возможным присутствием марганца и фтора: При регулярном использовании воды с марганцем для питья, для приготовления пищи или термической обработки продуктов питания наблюдается накопительный эффект. При постоянном, ежедневном попадании даже небольших доз постепенно химический элемент откладывается в организме человека. Это приводит к интоксикации, нарушает работу внутренних органов. Повышенный уровень марганца в воде способен оказывать вредное воздействие на человеческий организм: нервную и эндокринную системы, мышцы, мозг, усиленное потоотделение. Одно из самых тяжёлых последствий – марганцевый паркинсонизм. Это серьёзное заболевание, развитие которого приводит к ухудшению состояния человека, появлению тревожных и пугающих симптомов [14];

-высокой жесткостью воды: что способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма. Кроме того, замедляется процесс приготовления пищи, из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта [13];

- в некоторых районах наличие сероводорода: в природе сероводород, встречающийся в подземных водах, преимущественно неорганического происхождения. Он образуется в результате разложения серосодержащих пород сульфидов кислыми водами и восстановления сульфатов сульфитредуцирующими бактериями. Нередко источником сероводородного загрязнения выступают техногенные факторы.  Серные соединения, попадающие с бытовыми отходами органического и неорганического характера, служат питанием для бактерий и это может вызвать инфекционные заболевания у потребителей [14]. В целом, сероводород является очень токсичным веществом. Если в воде наблюдается превышение сероводорода, лучше отказаться от употребления такой воды.

Таким образом, риски для здоровья, которые возникают при употреблении даже артезианской воды, содержащей повышенные показатели некоторых химических элементов, свидетельствуют о важности качественной водоподготовки.

3. Технология производства бутилированной воды

Для экспериментальной части нашего исследования мы взяли артезианскую и бутилированную воды, производителя, подробно описывающего этап производства на официальном сайте, и представившего нам возможность лично познакомиться с производством.

Предприятие расположено в Московской области. Производство воды сертифицировано и соответствует ГОСТ Р 54316-2011, каждая партия проходит лабораторный контроль.

Глубина артезианских скважин: более 200 метров, скважины расположены вдали от промышленных зон, защищены закрытыми конструкциями.

На первом этапе осуществляется добыча воды из артезианских скважин и заполнение водой цистерн. На втором этапе осуществляется водоподготовка, включающая очистку добытой воды в соответствии с ГОСТ, которая включает, в том числе, смягчение и обезжелезивание.

Нами была составлена технологическая схема очистки артезианской воды из скважин (Схема 1)

Схема 1. Технологическая схема очистки артезианской воды

Третий этап включает розлив воды на высокотехнологичном оборудовании с минимальными потерями и контролем качества.

На предприятии есть технологический отдел, где химики-технологи, контролирующие качество добываемой и разливаемой воды. Технологи осуществляютпостоянный контроль качества продукции на всех этапах производства. В случае выявления несоответствий стандартам принимаются меры по их устранению, вплоть до остановки розлива.

На четвертом этапе происходит упаковка и логистика с учётом требований к транспортировке и хранению. Только после этого питьевая вода попадет к потребителю.

К лючевые особенности технологии производства бутилированной воды отличаются:

- отсутствием обратного осмоса,

- щадящей очисткой (удаляются только нежелательные примеси (железо, органика), и сохраняются природные макроэлементы).

- отсутствием химической дезинфекции (вместо хлора или озона используется УФ-излучение, что не меняет химический состав воды).

В итоге, химический состав питьевой бутилитрованной воды после очистки (по этикетке и данным производителя) следующий:

Итак, в ходе экскурсии на предприятие по производству питьевой воды, мы узнали, что вода, добытая из артезианских источников, в обязательном порядке проходит водоподготовку, а ее качество контролируется химиком-технологом.

Теперь необходимо разовраться в вопросе: процесс очистки воды фильтрами обратного осмоса.

4. Фильтры обратного осмоса – особенности очистки воды

В современных фильтрах для очистки воды время чаще всего используют технологию обратного осмоса.

Осмос - это диффузия вещества, обычно растворителя, через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и чистый растворитель или два раствора различной концентрации [2].

При обратном осмосе на раствор с более высокой концентрацией примесей прикладывается внешнее давление, под действием которого молекулы воды начинают двигаться через полупроницаемую мембрану из концентрированного раствора в менее концентрированный, оставляя примеси по одну сторону мембраны. При этом мы получаем как очищенную воду, так и концентрированный раствор примесей, который сбрасывается в дренаж.

Современные системы очистки, использующие данный метод, представляют собой многоступенчатые устройства, а их принцип работы включает несколько ключевых этапов, обеспечивающих высокое качество конечного продукта:

1. Предварительная очистка: исходная вода сначала проходит через картриджи предварительной фильтрации. Обычно это механический фильтр для удаления взвешенных частиц (песок, ржавчина, ил) и угольный фильтр для удаления хлора и органических соединений. Этот этап крайне важен, так как хлор и крупные частицы могут повредить или засорить тонкопленочную обратноосмотическую мембрану, значительно сократив срок ее службы.

2. Работа насоса высокого давления: в некоторых системах, особенно при низком давлении в водопроводе или для промышленных установок, используется насос повышения давления. Он создает необходимое давление для эффективного прохождения воды через мембрану.

3. Прохождение воды через мембрану: это сердце системы. Подготовленная вода под давлением поступает на обратноосмотическую мембрану. Мембрана, как правило, представляет собой рулонный элемент, состоящий из нескольких слоев пористого материала. Молекулы воды проходят через поры мембраны, в то время как до 99,9% всех примесей (соли жесткости, нитраты, нитриты, тяжелые металлы, бактерии, вирусы) задерживаются и смываются в дренаж вместе с потоком концентрата. То, как работает обратный осмос на этом этапе, определяет чистоту получаемой воды.

4. Накопительный бак: поскольку процесс фильтрации через мембрану относительно медленный, большинство бытовых систем оснащены накопительным баком. В нем собирается очищенная вода, чтобы обеспечить пользователя достаточным запасом в любой момент. Бак обычно имеет внутреннюю резиновую диафрагму и воздушную подушку, которая выталкивает воду при открытии крана.

5. Постфильтрация: перед подачей потребителю очищенная вода из накопительного бака может проходить через дополнительный угольный постфильтр. Он улучшает вкусовые качества воды и удаляет возможные остаточные запахи. В некоторых моделях также устанавливается минерализатор, который частично восстанавливает минеральный состав воды, обогащая ее ионами кальция, магния, натрия и калия [11].

5. Сравнение питьевой воды разных видов

Экспериментальным путем мы решили провести сравнительный анализ артезианской воды, питьевой бутилированной воды 0,5 л и воды налитой через фильтр обратного осмоса. Для контрольного образца была взята дистиллированная вода.

С помощью экспресс-теста для анализа воды «Гейзер» (8 в 1), а также опираясь на наши наблюдения, мы взяли для анализа такие показатели как цвет, прозрачность, запах, вкус, а также наличие органических веществ, железо, нитраты и нитриты, жесткость и pH воды.

При работе с экспресс-тестом четко выполняли прилагаемую инструкцию.

1. 1. Определение перманганатной окисляемости воды (содержание в ней окисляемых органических соединений). Время проведения теста - за 20 минут: в вертикально расположенную пробирку с реактивом налили по 10 мл исследуемой воды из разных источников (артезианскую, бутилированную, из-под фильтра и дистиллированную). Тщательно закрыли пробирку и интенсивно встряхнули содержимое до полного растворения реактива. По истечении 20 минут определили значение ПМО исследуемой воды путем сравнения окраски раствора с соответствующим полем цветовой шкалы на упаковке. Для этого пробирки с содержимым разместили на фоне белого листа бумаги.

Полученные результаты занесли в строку «органические вещества» таблицы 1.

1. 2. Определение содержание в воде общего железа – время проведения -3 минуты: Аккуратно открыли пробирки, не допуская высыпания реактива. Залили в пробирки с реактивом по 10 мл исследуемой воды из разных источников (артезианскую, бутилированную, из-под фильтра и дистиллированную). Тщательно закрыли пробирку и интенсивно встряхнули содержимое до полного растворения реактива. По истечении 3 минут определили значение ПМО исследуемой воды путем сравнения окраски раствора с соответствующим полем цветовой шкалы на упаковке. Для этого пробирки с содержимым разместили на фоне белого листа бумаги. Полученные результаты занесли в строку «железо» таблицы 1.

   3. Определение содержание в воде нитратов, нитритов, жесткости и pH – время проведения -1 минута: в чистые пробирки налили по 10 мл исследуемой воды из разных источников (артезианскую, бутилированную, из-под фильтра и дистиллированную) и в каждую пробирку опустили тест-полоску на 1 минуту. По истечении 1 минуты определили значения нитратов, нитритов, жесткости и pH исследуемой воды путем сравнения окраски полей тест-полоски с соответствующим полем цветовой шкалы в инструкции. Для этого пробирки с содержимым разместили на фоне белого листа бумаги. Полученные результаты занесли в соответствующие строки таблицы 1.

Таблица 1.

Сравнительная характеристика состава питьевой воды разных видов

Сравнительный анализ показывает, что артезианская вода из скважины содержит высокие показатели железа и органических веществ, а также имеет привкус, запах и оттенок. После технологического процесса водоподготовки и очистки бутилированная вода по всем показателям соответствует ГОСТ, является приятной на вкус, отличается умеренной жесткостью и имеет почти нейтральный pH. После очистки фильтром вода чистая и по железу, и по органике, но отличается повышенной жесткостью.

Таким образом, на основании проведенного эксперимента можно сделать следующие выводы:

1. Технологическая подготовка и розлив бутилированной воды (по сравнению с исходной скважинной водой) дают заметный эффект: исчезают цвет, осадок, запах и металлический привкус, а также снижаются/исчезают измеряемые железо и органические вещества (до 0). Жёсткость становится ниже (5 → 3), pH ближе к нейтральному (8,0 → 7,5).

2. Фильтр также улучшает органолептику и по тестам убирает железо и органику до 0, но итоговая вода получается самой жёсткой (более 10) и с самым высоким pH (8,5). Это означает, что по риску образования накипи такая вода потенциально хуже, чем бутилированная (при прочих равных).

3. По проверенным нитратам и нитритам различий нет: во всех образцах они равны 0.

Заключение

В ходе исследования нами были изучены свойства такого жизненно важного вещества, как вода, рассмотрено влияние некоторых, содержащихся в воде веществ на организм человека.

В ходе экскурсии на предприятие по производству бутилированной воды мы изучили технологическую цепочку водоподготовки, что позволило понять, почему характеристики бутилированной воды более стабильны и отличаются от исходной воды из скважины.

Также мы рассмотрели особенности работы фильтра обратного осмоса: принцип мембранной очистки, при которой значительная часть растворённых солей и примесей задерживается мембраной, а качество воды на выходе зависит от состояния мембраны, правильности обслуживания и наличия/отсутствия последующих ступеней (например, минерализации).

В ходе постановки эксперимента мы сравнили четыре образца воды: воду из артезианской скважины (исходную), бутилированную воду (0,5 л), воду после очистки фильтром и дистиллированную воду. Оценка проводилась по органолептическим признакам и по ряду показателей (органические вещества, железо, нитраты, нитриты, жёсткость, pH).

Полученные результаты показали, что исходная вода из скважины заметно отличается от воды, подготовленной для питья: она имеет слегка жёлто‑бурый оттенок, осадок, специфический запах и металлический привкус. По измерениям в ней были выявлены органические вещества (20 мг O₂/л) и высокое содержание железа (10,0), что и может объяснять цвет, осадок и привкус. После промышленной подготовки и розлива бутилированная вода стала бесцветной и прозрачной, без запаха и вкуса; по тестам органические вещества и железо не обнаруживались (0), жёсткость снизилась с 5 до 3, а pH стал ближе к нейтральному (7,5).

Вода после очистки фильтром по внешним признакам и по ряду веществ оказалась сопоставима с бутилированной: она также была бесцветной, прозрачной, без запаха и вкуса, а железо и органические вещества по тестам не определялись (0). Однако важное отличие — более высокая жёсткость (более 10) и более высокий pH (8,5). Это означает, что при использовании такой воды вероятнее образование накипи в чайнике и бытовых приборах по сравнению с бутилированной.

Таким образом, наша гипотеза подтвердилась частично: верна в части «многоступенчатая промышленная очистка и сопоставимость по чистоте/вкусу», но не подтверждается полностью в части «полностью сопоставимый состав», так как жёсткость и pH у фильтрованной воды по полученным данным заметно отличаются.

С результатами нашего исследования мы выступили перед воспитанниками нашего центра, их родителями, а также провели онлайн-обсуждение с ребятами, обучающимися дистанционно.

В будущем мы решили продолжить заниматься исследованием воды и выяснить, на самом ли деле разная бутилированная вода отличается по заявленным параметрам (например, обогащённая О₂), или это просто рекламный ход.

Список литературы

Книжные издания

1. Аксенов, В. И., Ушакова, Л. И., Ничкова, И. И. Химия воды: Аналитическое обеспечение лабораторного практикума : учеб. пособие / В. И. Аксенов, Л. И. Ушакова, И. И. Ничкова ; [под общ. ред. В. И. Аксенова]; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург: Изд во Урал. ун-та, 2014. — 140 с.

2. Большая советская энциклопедия, т.18 – С.7

3. Котов, В. В., Нетесова, Г. А. Химия и микробиология воды: учебное пособие. — Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2008. — С. 320.

4. Что такое. Кто такой: детская энциклопедия/ сост. Шергин, В.С., Юрьев, А.И. Академия педагогических наук СССР. - Москва: Педагогика, 1978, I том, с. 182-183

Стандарты

5. ГОСТ Р 54316-2011. Воды минеральные природные питьевые. Общие технические условия.

6. Письмо Минстроя России от 05.11.2025 N 30613-ОГ/00. О соответствии состава и свойств холодной воды требованиям законодательства.

7. СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».

8. СанПиН 2.1.4.1074—01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.

Сайты в сети интернет

9. Вики знание. Вода.- URL: http://Вода: химические и физические свойства H2O в природе (дата обращения: 15.01.2026)

10. Какие требования к качеству питьевой воды предъявляются нормами и стандартами водоснабжения. - URL: https://www.law.ru/article/25082-trebovaniya-k-kachestvu-pitevoy-vody?ysclid=mm22t2bv8s191191237 (дата обращения: 15.01.2026)

11. Обратный осмос: что это такое простыми словами – подробный инженерный разбор. – Экодар. – URL: Обратный осмос что это такое простыми словами: принцип работы, плюсы и минусы, выбор фильтра Экодар (дата обращения: 02.02.2026)

12. Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный центр оценки безопасности и качества продукции агропромышленного комплекса». Железо в питьевой и грунтовой воде: польза и вред, безопасность и лабораторный контроль. – URL: ФГБУ «Федеральный центр оценки безопасности и качества продукции АПК» | Железо в питьевой и грунтовой воде: польза и вред, безопасность и лабораторный контроль (дата обращения: 18.01.2026)

13. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Федеральное бюджетное учреждение здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае. – URL: Вред жесткой воды для здоровья - ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае» (дата обращения: 02.02.2026)

14. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Федеральное бюджетное учреждение здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Чувашской республике – Чувашии». - URL: Новости : ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии по Чувашской Республике-Чувашии» (дата обращения: 02.02.2026)