XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение качества питьевой воды из разных источников, расположенных на территории д. Ванино Афанасьевского муниципального округа Кировской области

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кырнац О.Н. 1

---

1МБОУ ООШ д.Ванино

Порубова Е.Б. 1

---

1МБОУ ООШ д.Ванино

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Всем известно, что вода жизненно необходима человеку. Без еды человек может прожить несколько недель, без воды - всего два-три дня. Количество воды, потребляемой взрослым человеком в сутки должно составлять 1,5-2 литра

Вода, которую мы потребляем, обязательно должна быть чистой. Болезни, которые передаются через загрязненную воду, вызывают ухудшение здоровья, инвалидность и гибель огромного числа людей, особенно детей. В результате загрязнения водоисточников прежде всего передаются человеку такие болезни, как брюшной тиф, дизентерия, холера. Подчас вода становится источником заражения человека животными паразитами — глистами.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) ежегодно в мире из-за низкого качества воды умирает около 5 млн. человек. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн. случаев в год. Это дало основание назвать проблему водоснабжения доброкачественной водой проблемой номер один.[6]

Тема работы: Определение качества питьевой воды из разных источников, расположенных на территории д. Ванино Афанасьевского муниципального округа Кировской области

Целью данной работы является изучение качества питьевой воды из разных источников, расположенных на территории д. Ванино.

Задачи:

1. Изучить проблему качественной питьевой воды;

2. Познакомиться с многообразием водоисточников;

3. Познакомиться с методами определения качества питьевой воды;

4. Провести анализ органолептических свойств питьевой воды;

5. Провести химический анализ питьевой воды;

6. Выявить экологическое состояние разных источников питьевой воды.

7. Сделать вывод о пригодности питьевой воды из разных источников.

Гипотеза. Я предполагаю, что вода, используемая в быту жителями деревни Ванино, соответствует нормативным требованиям СанПиН 2.1.3684‑21 и ГОСТ Р 51232‑98 по органолептическим и физико‑химическим показателям и безопасна для здоровья.

Актуальность. Проблема качества питьевой воды для людей наиболее важна, так как человек ежедневно использует её.  Без пищи человек может прожить около сорока дней, а без воды лишь восемь.  Какую воду он пьёт и использует для приготовления пищи, и приносит ли вред своему здоровью?

Проблема: как определить качество питьевой воды, чтобы быть уверенным, что вода, которую мы пьем, не причинит вреда здоровью жителям деревни Ванино.

Предмет исследования: качество питьевой воды источников в деревне Ванино.

Объект исследования: питьевая вода из разных водоемов д. Ванино.

Методы исследования: анализ научной литературы, статей из Интернета, наблюдение, исследование физических свойств и химический анализ питьевой воды.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

   1. .Роль воды в жизни человека. Источники питьевой воды.

Ни для кого не секрет, что первые живые организмы возникли на Земле в водах Мирового океана, и средой обитания для них служила вода. Спустя какое-то время животные вышли на сушу, а роль воды в их жизни ни сколько не уменьшилась. Воды составляет 80-90% нашего тела. Значение воды невозможно переоценить. Для нормального нашего организма мы должны ежедневно выпивать 1,5-2 литра воды.

В природе вода никогда не встречается в чистом виде, в ней всегда присутствуют примеси. Иногда эти примеси оказывают негативное влияние на здоровье организма, приводя к развитию хронических заболеваний или отравлений.

Источниками питьевой воды могут служить скважины или колодцы. На качество питьевой воды, добытой из скважины, большое влияние оказывает качество водопровода, по которому вода попадает к нам в дом.

Качество воды из колодца зависит от горных пород, окружающих колодец и материала, из которого он построен. Результаты исследований показали, что наиболее распространенными загрязнителями воды в колодцах являются: железо, марганец, органические соединения, нитраты и нитриты. [ 4 ]

1. 2. .Органолептические свойства воды и их влияние на качество воды.

К органолептическим свойствам воды относятся ее температура, цветность, прозрачность, мутность, привкус и запах.

Температура воды из колодцев должна быть 7...12°С. Вода, имеющая более высокую температуру, теряет свои освежающие свойства. Температура ниже 5° С считается вредной для здоровья людей и приводит к простудным заболеваниям.

Под цветностью понимают ее окраску. Мутность определяется содержанием в воде взвешенных частиц. Вода подземных источников имеет малую мутность.

Наличие в воде органических веществ резко ухудшает ее органолептические показатели, вызывая различного рода запахи (землистый, гнилостный, рыбный, болотный, аптечный, камфорный, запах нефтепродуктов, хлорфенольный и т.д.), повышает цветность, вспениваемость, оказывает неблагоприятное действие на человека и животных.

Установлено, что незначительные изменения физических свойств воды снижают секрецию желудочного сока, а приятные вкусовые ощущения повышают остроту зрения и частоту сокращений сердца (неприятные - снижают). [ 6 ]

1. 3. .Химические свойства воды.

Химические свойства воды определяются реакцией среды и содержанием в ней различных примесей, таких как солей кальция и магния, железа, нитратов и т.д.

Реакция воды (рН)

В зависимости от реакции воды ее можно разделить на следующие группы.

• сильнокислые воды < 3

• кислые воды 3 - 5

• слабокислые воды 5 - 6.5

• нейтральные воды 6.5 - 7.5

• слабощелочные воды 7.5 - 8.5

• щелочные воды 8.5 - 9.5

• сильнощелочные воды > 9.5

Чистая вода имеет уровень рН 7,0. При высоком значении рН вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызвать раздражение кожи и глаз. Низкий рН может также вызвать неприятные ощущения и способствует более быстрому изнашиванию водопровода.[5]

Нитраты.

Наличие нитратов в питьевой воде вызвано поступлением в воду хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, а также стоков воды с сельскохозяйственных угодий, обрабатываемых удобрениями, и с атмосферными осадками. Концентрация нитратов часто наиболее высока в воде колодцев, неглубоких скважин, рек и озер.

Употребление в течение долгого времени воды с высоким содержанием нитратов вызывает аллергию, нарушение деятельности щитовидной железы, приводит к возникновению многочисленных болезней в результате нарушения обмена веществ, опорно-двигательного аппарата. Нитраты способны вызвать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление, снижают содержание витаминов в пище.[7]

Железо.

Согласно ГОСТу концентрация железа в питьевой воде не должна превышать 3 мг/л. При продолжительном употреблении человеком воды с повышенным содержанием в ней железа учащаются заболевания печени, значительно увеличивается риск инфарктов, а также могут наблюдаться аллергические реакции.

При высоком содержании железа в воде при ее нагревании могут образовываться хлопья, которые, оседая, образуют, так называемый “рыхлый шлам”. Уже при температуре 65-95°С он затвердевает на внутренней поверхности труб, постепенно засоряя их . [8]

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Используемые методы.

Для исследования качества воды использовались методики, изложенные в «Методических рекомендациях по проведению экологического практикума» и «Комплект карт-инструкций для учебно-лабораторного оборудования по экологии, химии и биологии». Исследование проводилось с помощью лабораторного оборудования «Точки роста» МБОУ ООШ д. Ванино. В проведение лабораторных исследований помогала учитель химии и мой наставник Порубова Екатерина Брустлавовна.

Для исследования брали воду из следующих водоемах: колодец у дома (образец №1), р. Кама (образец №2), р.Берёзовка (образец №3), из-под крана (образец №4). Основываясь на Государственный стандарт, где даны гигиенические требования к питьевой воде, свое исследование я начал с проверки воды на пригодность ее в использовании. (Рисунок 1. образцы)

2.2. Органолептические методы (определения цвета, прозрачности, вкуса, запаха)

2.2.1.Цвет.

При загрязнении водоема стоками промышленных предприятий вода может иметь окраску, не свойственную цветности природных вод. Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового назначения – 10 см.

Диагностика цвета – один из показателей состояния водоема. Для определения цветности воды нужны стеклянный сосуд и лист белой бумаги.

Воду налил в пробирку и определил цветность на белом фоне, наблюдение проводилось сверху при хорошем освещении.

Категории «Цветность воды».

1. Слабо-желтоватая.

2. Светло-желтоватая

3. Желтая

4. Интенсивно желтая

5. Коричневая

6. Другая (указать какая)

7. Бесцветная.

Вывод: все образцы не имеют цвет (бесцветные)

2.2.2.Прозрачность.

       Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических соединений.

       Для определения прозрачности воды используют прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в которую наливают воду, подкладывают под цилиндр на расстоянии 4 см от его дна шрифт, высота букв которого 2 мм, а толщина линий букв – 0,5 мм, и сливают воду то тех пор, пока сверху через слой воды не будет виден этот шрифт. Измеряют высоту столба оставшейся воды линейкой и выражают степень прозрачности в сантиметрах. При прозрачности воды менее 3 см водопотребление ограничивается. Уменьшение прозрачности природных вод свидетельствует об их загрязнении.

Вывод: все образцы прозрачны. (Рисунок 2. Цвет. Прозрачность)

2.2.3. Запах

Характер запаха воды определяем ощущением воспринимаемого запаха Характер запаха.

Интенсивность запаха

Определяем запах при температуре 20 ºС.

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250–350 мл. отмеряем 100 мл. испытуемой воды с t 20º С.

Колбу закрываем пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешиваем вращательными движениями, после чего колбу открываем и определяем характер и интенсивность запаха.

Вывод: запах не ощущался в испытуемых колбах №1, №2,№ 3. Вода соответствует ГОСТ “Вода питьевая”. В образце под № 4 слегка обнаруживается древесный запах (водопроводная вода).

2.2.4. Вкус

Важно: пробовать воду на вкус можно только при полной уверенности в её безопасности это отсутствии  бактериального  загрязнения  и  токсичных   веществ. 

Если источник воды неизвестен или вызывает сомнения, сначала 

проведите лабораторный анализ.

Пошаговая инструкция

1. Подготовка образца

   • Используйте чистую стеклянную или пластиковую посуду без запаха.

   • Температура воды должна быть комнатной (20 °C) — так  вкусовые  рецепторы  работают  оптимально.  Холодная  вода  притупляет  восприятие,  горячая  может  исказить  вкус и обжечь слизистую.

   • Перед  тестированием  прополощите  рот  чистой  водой  комнатной температуры,   чтобы  исключить  влияние  предыдущих  вкусов.

2. Техника дегустации

   • Наберите в рот небольшой объём воды (10–15 мл).

   • Распределите  воду  по  всей  полости  рта,  задержав  на  5- 10  секунд.  Обязательно затроньте боковые зоны языка — там  расположены  рецепторы,  чувствительные  к  солёному  и  кислому.

   • Не  проглатывайте  сразу:  оцените  ощущения  на  разных  участках  языка,   обратите  внимание  на  послевкусие.

   • После  оценки  выплюньте  воду  и  прополощите  рот чистой  водой  перед  следующим  образцом  (если  тестируете  несколько  проб).

3. Определение типа вкуса
   Классические вкусы:

   • Солёный — вызван хлоридами (например, NaCl) или сульфатами.

   • Горький —может  указывать  на  сульфаты  магния  (MgSO4)  или  органические  соединения.

   • Кислый — связан  с  растворённой  углекислотой  (CO2​),  органическими  кислотами   или  низким  pH.

   • Сладкий — редко  встречается  в  природной  воде;  иногда связан  с органическими  примесями  или  фосфатами.

Привкусы (дополнительные ощущения):

• Металлический — часто  вызван  железом  (Fe),  медью  (Cu)  или  марганцем  (Mn).

• Рыбный/болотный — указывает  на  органические  соединения,  продукты  жизнедеятельности  водорослей  или  бактерий.

• Хлорный — результат избыточного хлорирования.

• Щелочной — возможен при высоком содержании гидрокарбонатов.

Оценка интенсивности
Используйте 5‑балльную шкалу (по ГОСТ 3351-74):

Вывод: Используя инструкцию, я выяснилвкус воды отобранных образцов. Вкус не ощущается в образцах №1, 2, 3. В образце под № 4 слабый металлический вкус. (Рисунок 3. Запах. Вкус)

2.3. Химический анализ.

2.3.1.Определение содержания нитратов и нитритов в воде.

Нитраты и нитриты губительно влияют на нервную, сердечно-сосудистую систему. Желудочно-кишечный тракт и другие внутренние органы. Особую опасность нитраты представляют для маленьких детей, у которых еще не сформирована восстанавливающая ферментная система.

Проведение опыта.

Для анализа отбираем 100 мл. испытуемой воды. Применяем тест-полоски «Биосенсор-Аква». Оставляем на одну минуту. Кладем на сухую салфетку, сравниваем окраску каждого сенсорного элемента тест-полоски с соответствующим полем цветовой шкалы на этикетке упаковки, рассматриваем при хорошем освещении.

Вывод: нитраты и нитриты в образцах отсутствуют. Вода соответствует ГОСТ “Питьевая вода, не опасна для употребления.(Рисунок 4. Нитраты. Нитриты)

2.3.2. Проверка воды на жесткость.

Жесткость воды является одним из основных показателей, характеризующих применение воды в различных отраслях.

Жесткостью воды называется совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней щелочноземельных металлов, преимущественно ионов кальция и магния.

Жесткость воды проводится при t 20°C.

Для анализа отбираем 100 мл. испытуемой воды. Применяем тест-полоски «Биосенсор-Аква» Тест-Чистая вода 5. Оставляем на одну минуту. Кладем на сухую салфетку, сравниваем окраску каждого сенсорного элемента тест-полоски с соответствующим полем цветовой шкалы на этикетке упаковки, рассматриваем при хорошем освещении.

Вывод: исследуемая вода находится в норме, средняя жесткость, что составляет менее 3,2мг-экв/л. (Рисунок 5. Жесткость воды)

2.3.3. Водородный показатель.

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (pH около 7). Значение pH воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5.

Оценивать значение pH можно разными способами.

1.Приближенное значение pH определяют следующим образом. В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0,1 мл универсального индикатора, перемешивают и по окраске раствора определяют pH:

        Розово-оранжевая – рН около 5;

        Светло-желтая – 6;

        Зеленовато-голубая – 8.

2. Можно определить рН с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой.

3. Наиболее точно значение рН можно определить на рН-метре, что я и сделал.

Вывод: исследуемая вода находится в норме, pH образца №1 – 7,5 единиц, №2 и №3 – 6 единиц, № 4 - 9 единиц. (Рисунок 6. Водородный показатель)

2.3.4. Определение содержания катионов свинца в воде.

В пробирку с водой внести по 1 мл 50% раствора уксусной кислоты и перемешать. Добавить по 0.5 мл 10% раствора дихромата калия, при наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадет желтый осадок хромата свинца.

Вывод: Осадок не обнаружился, таким образом, в исследуемых образцах воды содержание катионов свинца отсутствует. (Рисунок 7. Содержание свинца)

2.3.5. Определение содержания катионов железа в воде.

В подземных водах присутствует, в основном, растворенное двухвалентное железо в виде ионов Fe2+. Трехвалентное железо появляется после контакта такой воды с воздухом и в изношенных системах вод распределения при контакте воды с поверхностью труб. В поверхностных водах железо уже окислено до трехвалентного состояния и, кроме того, входит в состав органических комплексов и железобактерий.
Норматив содержания железа общего в питьевой воде - не более 0,3 мг/л. Содержание железа в воде выше норматива способствует накоплению осадка в системе водоснабжения, интенсивному окрашиванию сантехнического оборудования. Железо придает воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. Высокое содержание железа в воде приводит к неблагоприятному воздействию на кожу, может сказаться на морфологическом составе крови, способствует возникновению аллергических реакций.

Выполнение работы.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) общего железа в питьевой воде составляет 0,3 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

В пробирку поместили 10 мл исследуемой воды, прибавили 1 каплю концентрированной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержание железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком красное.

Вывод: в исследуемых образцах воды содержание катионов железа отсутствует у образца №1, слабое окрашивание было у образцов №2 и 3, отчетливое окрашивание произошло у образца под № 4, что говорит о содержание железа в воде. (Рисунок 8. Содержание железа)

2.3.6. Определение содержания катионов меди в воде.

Медь и её соединения широко распространены в окружающей среде, поэтому их часто обнаруживают в природных водах. Концентрации меди в природных водах обычно составляют десятые доли мг/л, в питьевой воде могут увеличиваться за счет вымывания из материалов труб и арматуры. Медь придает воде неприятный вяжущий привкус в низких концентрациях, что и лимитирует её содержание в питьевой воде. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе источника водоснабжения для производства бутилированной питьевой воды. В случае обнаружения меди в питьевой воде в количестве более 1,0 мг/л, проводят корректировку состава воды с помощью катион обменных смол.

Выполнение работы

В фарфоровую чашку помещается 3 – 5 мл исследуемой воды, осторожно выпаривается досуха и на периферийную часть наносится капля концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно – синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди.

Вывод: в исследуемых образцах воды содержание катионов меди отсутствует у всех образцов воды.(Рисунок 9. Содержание меди)

2.4. Влияние показателей качества воды на здоровье человека

Нитраты опасны для человека. Различают первичную токсичность собственно нитрат-иона; вторичную, связанную с образованием нитрит-иона, и третичную, обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов. Смертельная доза нитратов для человека составляет 8-15 г. При длительном употреблении питьевой воды, содержащих значительные количества нитратов, снижается способность крови к переносу кислорода, что ведет к неблагоприятным последствиям для организма.

Железо. В небольших количествах железо необходимо организму человека – оно входит в состав гемоглобина и придает крови красный цвет. Но слишком высокие концентрации железа в воде для человека вредны. Содержание железа в воде выше 1-2 мг/дм3 значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус. Железо увеличивает показатели цветности и мутности воды.

Жесткость. Высокая жесткость воды ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая негативное действие на органы пищеварения. Именно жесткость вызывает образование накипи в чайниках и других устройствах кипячения воды.

Органические вещества. Наиболее опасны для человека крупные органические соединения, которые на 90% являются канцерогенами или мутагенами. Наиболее опасны хлорорганические соединения, образующиеся при кипячении хлорированной воды, т. к. они являются сильными канцерогенами, мутагенами и токсинами. Остальные 10% крупной органики в лучшем случае нейтральны в отношении организма. Полезных для человека крупных органических соединений, растворенных в воде, всего 2-3 (это ферменты, необходимые в очень малых дозах). Воздействие органики начинается непосредственно после питья. В зависимости от дозы это может быть 18-20 дней или, если доза большая, 8-12 месяцев.

Заключение

В ходе исследования было определено качество питьевой воды из разных источников д. Ванино:

1. Колодец – д. Ванино, д.14

2. Р. Кама

3. Р. Берёзовка

4. Водопроводная вода – д. Лаврушата д. 40

Были изучены органолептические (мутность, прозрачность, цветность, запах) и химические свойства (реакция среды, количество железа и нитратов) воды.

В ходе исследования было установлено, органолептические свойства питьевой воды из разных источников достаточно хорошие. Исследуемая питьевая вода не имеет посторонних запахов, бесцветна, обладает высокой прозрачностью. Едва заметная мутность воды, практически не сказывается на ее качестве, и связана с добыванием воды на данной территории из поверхностных водоносных слоев.

Химические свойства воды из разных источников отличаются. Вода, добываемая из колодца и домашней скважины, имеют более высокий рН (7 и 7,5 соответственно), чем вода из водопровода (рН 9), в р. Берёзовка pH 6, то есть имеют слабокислую реакцию. Для открытых источников характерно небольшое содержание железа, а также в водопроводной воде. В колодце дома отсутствует. Нитраты не были обнаружены.

Моя гипотеза подтвердилась, вода, используемая в быту жителями деревни Ванино из местных источников, соответствует нормативным требованиям СанПиН 2.1.3684‑21 и ГОСТ Р 51232‑98 по органолептическим и физико‑химическим показателям и безопасна для здоровья.

Работа по изучению качества питьевой воды оказалась интересной и полезной не только для меня и моей семьи, но и соседей и моих одноклассников.

На будущее планирую продолжить работу по качеству воды. Сезонный  мониторинг. Отбирать  пробы  в  разные  сезоны  (весна,  лето,  осень,  зима)  для  выявления  динамики  показателей качества питьевой воды.

Литература

1.Алексеев В.Н. Качественный химический полумикроанализ. М. Химия. 1993.

2.Алимарин И.П. Методы обнаружения и разделения элементов (практическое пособие). М. 1994.

3.Гордон А., Форд Р. «Спутник химика» М.: Мир, 1976 стр. 462

4.Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. «Химия для любознательных

5. Третьяков Ю. Д., Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н. Неорганическая химия. М. Химия. 2001.

6. «Справочник химика» т.3, Л.-М.: Химия, 1965 стр. 907

7. «Химическая энциклопедия» т.1 М.: Советская энциклопедия, 1988 стр. 394-397

Приложение1

Обработка результатов исследования органолептических показателей и химического анализа воды, выводы.

Приложение 2