XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Жесткость воды, её влияние на здоровье человека и бытовые приборы
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Вода является важнейшим ресурсом нашей планеты. Качество питьевой воды оказывает значительное влияние на здоровье населения и экологическое равновесие экосистем. Одним из ключевых показателей качества воды является жесткость, определяемая содержанием растворенных солей кальция и магния. Избыточная жесткость негативно сказывается на организме человека и работе бытовой техники. В век высоких технологий человечество должно легко справляется с этой проблемой.
Актуальность моей работы заключается в том что, в некоторых населенных пунктах вода не отвечает нормативам и требует специальных мер для снижения ее негативного воздействия на здоровье человека и бытовую технику.
Цель моего исследования: изучение методов оценки жесткости воды и разработка рекомендаций по улучшению качества воды для бытового потребления жителями населенных пунктов Кабанского района.
Задачи:
-
Изучить теоретический материал по методам определения жесткости воды.
-
Определить влияние жесткой воды на бытовые приборы и организм человека
-
Провести экспериментальные исследования образцов водопроводной воды.
-
Оценить степень жесткости воды разных населенных пунктов Кабанского района.
-
Разработать рекомендации по смягчению жесткой воды.
Гипотеза: Если жесткую воду подвергнуть кипячению, то качество жизни людей в населенных пунктах Кабанского района улучшится, и увеличатся сроки износа бытовой техники.
Глава 1. Теоретическая часть
1.1 Мои наблюдения
Я обратил внимание, что у бабушки в деревне Фофоново в чайнике образуется белый налет. Да и бабушка часто жалуется, что стиральная машинка плохо работает. Я задумался, почему у нас дома в поселке Селенгинск такого не происходит. Меня заинтересовал этот вопрос, и я решил узнать, какое качество воды в разных населенных пунктах Кабанского района.
Я изучил эту тему с теоретической точки зрения и решил, что проведу эксперимент, для которого наберу воду в разных точках:
-
в поселке Селенгинск, у меня дома, из крана;
-
в селе Фофоново, где живет моя бабушка, из колодца;
-
в селе Брянск, у тети из скважины.
У меня есть возможность попросить свою маму, которая работает в лаборатории, проверить воду на наличие элементов Кальция и Магния.
1.2 Понятие жесткости воды
Жёсткость — это содержание в воде растворённых минеральных солей, в основном солей кальция и магния. Употребление воды с умеренной жёсткостью может быть полезным, особенно если в рационе не хватает необходимых минералов. Например, для людей с высокой физической активностью жёсткая вода может восполнить недостаток магния. [4,c.153] Некоторые преимущества мягкой воды:
-
не сушит кожу, не вызывает раздражения;
-
волосы остаются мягкими и блестящими;
-
лучший вкус напитков и еды;
-
защита бытовой техники — отсутствие накипи продлевает срок службы чайников, кофемашин, стиральных и посудомоечных машин, бойлеров.
В идеале врачи рекомендуют выбирать воду средней жёсткости — так организм будет получать соли кальция, калия и натрия, но в небольшой концентрации. [3, с.16]
Чрезмерно жёсткая вода может негативно отражаться на здоровье. Некоторые последствия:
-
Образование камней в почках — избыточное потребление солей кальция и магния, которые не усваиваются организмом, должны быть отфильтрованы и выведены почками.
-
Проблемы с кожей и волосами — соли жёсткости, реагируя с кожным салом и моющими средствами, образуют нерастворимую плёнку на поверхности эпидермиса, которая нарушает естественный водно-липидный барьер, забивает поры и приводит к потере влаги.
-
Нерастворимая плёнка оседает и на волосах, лишает их блеска, делает жёсткими, непослушными, затрудняет расчёсывание.
Важно: получение необходимых минералов (кальция и магния) из пищи более предпочтительно и безопасно для организма, чем из неорганических солей, растворённых в воде
Основные единицы измерения жесткости: жёсткость в диапазоне 3–5
мг-экв/л (миллиграмм-эквиваленты на литр)
1.3 Методы определения жесткости воды
Существует несколько основных способов измерения жесткости воды:
Химические методы
1. Метод титрования раствором трилона Б.
Принцип метода основан на взаимодействии раствора трилона Б с ионами кальция и магния. По количеству затраченного реагента определяют концентрацию солей.
2. Использование индикаторов:
Индикаторы меняют окраску в зависимости от содержания солей кальция и магния. После добавления буферного раствора проводится визуальное определение степени изменения цвета жидкости. [6, с.58]
Физические методы
1. Использование ионселективных электродов позволяет точно определять содержание отдельных элементов, таких как кальций и магний, путем прямого измерения концентрации электролитов в растворе.
Глава 2. Практическая часть.
2.1 Определения жесткости воды из разных источников
Для эксперимента были отобраны образцы воды из трех разных точек Кабанского района: в поселке Селенгинск, сёлах Фофоново и Брянск. С образцами были проведены опыты.
Проведя эксперимент, я получил следующие результаты по уровню кальция и магния в образцах:
-
В водопроводной воде, в поселке Селенгинск - в пределах нормы - 3–5 мг-экв/л
-
В колодце, в селе Фофоново - 7 -8 мг-экв/л – повышенный уровень
-
В скважине, в селе Брянск - 10 - 13 мг-экв/л – повышенный уровень
Вывод: в городской системе подачи воды уровень жесткости в пределах допустимых норм, в селах уровень жесткости превышает норму (Приложение I)
2.2 Определение жесткости воды после кипячения
Я прокипятил образцы воды, снова провел те же опыты и получил следующие результаты:
-
В водопроводной воде, в поселке Селенгинск - в пределах нормы - 3–5 мг-экв/л
-
В колодце, в селе Фофоново - 3 -5 мг-экв/л – в пределах нормы
-
В скважине, в селе Брянск - 3 - 5 мг-экв/л – в пределах нормы
Вывод: После кипячения жесткость воды устраняется.(Приложение II)
Заключение
Проведенное исследование подтвердило гипотезу о том, что метод кипячения для устранения жесткости воды является самым эффективным, простым и доступным способом устранения жесткости воды в домашних условиях.
Но сейчас для бытовых нужд населения появились кувшины с ионообменными фильтрами. Применение ионообменных фильтров является одним из наиболее эффективных методов устранения жесткости воды. Они работают на принципе ионного обмена, при котором ионы кальция и магния, вызывающие жесткость воды, заменяются на ионы натрия, которые не вызывают жесткости. Этот процесс происходит в специальном фильтре, заполненном ионообменной смолой. Фильтры продаются в магазинах и недорого стоят.
По результатам исследования я составил рекомендации по применению методов смягчения воды. (Приложение III)
Используйте кипячение и ионообменные фильтры и будьте здоровы!
Список использованной литературы:
1. Ильин Л.А. Водоподготовка и водоснабжение / Л.А. Ильин. — М.: Академия, 2018. — 320 с.
2. Кулаков А.Н., Лебедев Г.И. Вода питьевая: нормативы качества и безопасность. Учебник для вузов. — СПб.: Профессия, 2017. — 256 с.
3. Хохлова Н.В. Минеральные вещества питьевой воды и состояние здоровья населения // Гигиена и санитария. — 2019. — № 3. — С. 15–21.
4. Марьясов Р.Г., Ходыревская Т.С. Качество питьевой воды и профилактика заболеваний. — Новосибирск: Наука, 2016. — 184 с.
5. Мельников Ю.К. Справочник по водоснабжению и водоотведению. Том 1. Нормы и рекомендации. — М.: Инфра-М, 2017. — 416 с.
6. Миненко О.Ю. Обзор методов очистки жесткой воды и оценка эффективности каждого метода // Проблемы экологии и природопользования. — 2020. — № 2. — С. 54–61.
7. Федорович Е.П., Смирнова А.М. Использование фильтровальных установок для смягчения жесткости воды // Современные технологии водоочистки. — 2018. — № 1. — С. 28–35
8. Рекомендации Всемирной организации здравоохранения ВОЗ: Руководство по качеству питьевой воды. Перевод с англ. — Женева: Всемирная организация здравоохранения, 2019. — 384 с.
9. Санитарно-эпидемиологические правила и нормы СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованного водоснабжения. Контроль качества. — Москва, Минздрав России, 2001 г. (Актуализировано в редакции 2019).
10. Жилин Д.М. Методы оценки жесткости воды и методы её устранения. Методическое пособие. — Воронеж: Издательство ВГУ, 2018. — 128 с.
Приложение I
Определение первоначальной жесткости воды в образцах.
Опыт №1. Определение жесткости с помощью мыльного раствора
Принцип: В жесткой воде мыло плохо мылится, так как соли кальция и магния образуют «мыльные шлаки».
Ход работы: Взяты три образца воды:
1) водопроводная вода в Селенгинске,
2) Из колодца в Фофоново
3) Из скважины в Брянске.
В каждый образец добавляли порциями стружку хозяйственного мыла и взбалтывали.
Результат:
Образец 1: Обильная пена сразу.
Образец 2: Пены меньше, чем в первом.
Образец 3: Пена появилась только после внесения большого количества мыла, на дне образовались белые хлопья.
Опыт №2. Сравнение остатков после выпаривания
Ход работы: На предметное стекло нанесли капли образцов воды из разных источников и
выпарили их.
Результат:
Образец 1: На стекле осталось едва заметное пятно.
Образец 2: Пятно более заметно, чем в первом.
Образец3: Отчетливо видно белое пятно (минеральный налет)
Вывод: В образце из водопровода поселка Селенгинск жесткость воды меньше,
чем в образцах из колодца в села Фофоново и скважины в селе Брянск
Приложение II
Определение жесткости воды в образцах после кипячения
Опыт №1. Определение жесткости с помощью мыльного раствора
Принцип: В жесткой воде мыло плохо мылится, так как соли кальция и магния образуют «мыльные шлаки».
Ход работы: Взяты три образца воды:
1) водопроводная вода в Селенгинске,
2) Из колодца в Фофоново
3) Из скважины в Брянске.
В каждый образец добавляли порциями стружку хозяйственного мыла и взбалтывали.
Результат:
Образец 1: Обильная пена сразу.
Образец 2: Обильная пена сразу.
Образец 3: Обильная пена сразу.
Опыт №2. Сравнение остатков после выпаривания
Ход работы: На предметное стекло нанесли капли образцов воды из разных источников и
выпарили их.
Результат:
Образец 1: На стекле осталось едва заметное пятно.
Образец 2: На стекле осталось едва заметное пятно.
Образец3: На стекле осталось едва заметное пятно.
Вывод: После кипячения жесткость воды в образцах стала одинаково в пределах нормы.
Приложение III
ПАМЯТКА О ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ И КАК ЭТО ВЛИЯЕТ НА ВАШУ ЖИЗНЬ
Что значит жесткость воды?
Это содержание в воде особых веществ — солей кальция и магния. Если этих солей много, вода называется жесткой, если мало — мягкой.
Какие бывают степени жесткости?
- Мягкая вода: соли почти отсутствуют.
- Средней жесткости: немного солей.
- Очень жесткая: много солей.
Как проверить жесткость воды?
Вот несколько простых признаков:
- Остается белый налет на чайнике, кастрюлях, кранах.
- Мыло плохо пенится, приходится тратить больше шампуня или геля для душа.
- Вода сушит кожу и волосы.
- Чай теряет вкус, мутнеет.
Как влияет жесткая вода на здоровье?
- Умеренное количество солей полезно для сердца и сосудов.
- Но если вода слишком жесткая, возможны проблемы с кожей, волосами, сухость, зуд.
- Возможны проблемы с почками, особенно если постоянно употреблять такую воду.
Как влияет жесткая вода на бытовые приборы?
- Известковый налет образуется быстрее, прибор быстрее ломается.
- Нагревательные элементы (в чайниках, стиральной машине, бойлере) покрываются слоем накипи, работают хуже и дольше греют воду.
- Моющие средства становятся неэффективными, расходуются впустую.
Что делать, если вода слишком жесткая?
Есть простые способы решения проблемы:
- Используйте специальные фильтры для очистки воды.
- Покупайте смягчители воды для стиральной машины и кухни.
- Применяйте чистящие средства от накипи раз в месяц-два.
- Кипятите воду перед употреблением, хотя бы иногда.
Теперь вы знаете всё необходимое о жесткости воды
и сможете позаботиться о себе и своей технике!