VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование возможности определения качества питьевой воды физическими и органолептическими методами

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Котов А.С. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение "Введенская средняя общеобразовательная школа"

Косяченко И.Ф. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение "Введенская средняя общеобразовательная школа"

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение 

Ещё Гиппократ связывал качество питьевой воды со здоровьем человека: «следует знать о водах, какие воды вредны и какие очень здоровы, какие неудобства и какое благо происходит от употребления вод, так как они имеют большое влияние на здоровье человека» Сегодня уже не надо доказывать, какую роль играет вода в жизнедеятельности человека: от ее качества зависит состояние здоровья людей, уровень их санитарно-эпидемиологического благополучия, степень комфортности и, как следствие, социальная стабильность общества в целом. Мы решили исследовать качество питьевой воды деревни Введенское Лотошинского района Московской области.

Актуальность: в деревне остро стоит проблема с качеством водопроводной воды. В окрестностях деревни есть несколько колодцев и родников, тем не менее некоторые жители деревни привозят воду из источников с.Микулино и пос.Кировский. Исследования воды в специализированных лабораториях очень дороги и не доступно местному населению. Мы знаем, что для определения качества воды чаще используют химические методы исследования. Но в данной работе мы решили проверить возможно ли использовать физические и органолептические методы как наиболее доступные для определения качества питьевой воды. В работе проведен сравнительный анализ воды из разных источников.

Цель работы – изучение возможности определения качества питьевой воды в д.Введенское физическими и органолептическими методами. 

Задачи: 

1. Провести опрос среди учащихся школы об источниках воды, которую они употребляют. 

2. Провести сравнительный анализ воды из разных источников: колодца, родника, водопровода в д.Введенское и воды из колонки. 

3. Распространить среди учащихся, педагогов и жителей деревни, полученные сведенья о качестве питьевой воды и методах её очистки. 

Объект исследования: вода из колодца, родника и водопроводная вода д.Введенское. 
Исследование проходило в МОУ «Введенская СОШ» Лотошинского района. 
В ходе выполнения исследовательской работы прошли следующие этапы: 
1. Изучение литературы по данной теме. 
2. Постановка цели и задач. 
3. Отбор воды на анализ. 
4. Проведение сравнительного анализа. 
5. Систематизация результатов. 
6. Оформление работы. 

7. Распространение информации о полученных результатах.
Методы исследования: опрос, сравнение, измерение, эксперимент, индуктивный метод, а также анализ данных

Теоретическая часть

Требования ГОСТу СанПиН к качеству питьевой воды

Современный человек живет в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды. Развитие промышленности, в том числе и химической, увеличение добычи ископаемого сырья, расширение использования транспорта сопровождается поступлением в окружающую среду больших количеств различных загрязняющих веществ. Учитывая, что вода является источником жизни человека, можно говорить о том, что здоровье в значительной степени зависит от качества употребляемой воды. Вследствие неблагоприятного антропогенного воздействия на сегодняшний день состояние водоемов таково, что вода повсеместно становится экологически опасной для человека Контроль за содержанием вредных веществ в объектах окружающей среды регламентируется санитарно-гигиеническими нормативами. Контроль необходим для получения информации об уровне загрязнения, а также об источниках выбросов, причинах и факторах, определяющих загрязнение. Согласно ГОСТу СанПиН 2.1.4.1074-01 вода признанная питьевой «должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу, и иметь благоприятные органолептические свойства». В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается: по органолептическим показателям - это прозрачная вода, без запаха и с приятным вкусом; жесткость не выше 7 –10 градусов жёсткости; суммарное количество полезных минералов не более 1000 мг/л; вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли предельно допустимых концентраций (ПДК), либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации очень малы); болезнетворные бактерии и вирусы отсутствуют.

Способы изучения питьевой воды

Современная методика анализа воды позволяет с высокой точность идентифицировать вещество в составе образца и его объем на единицу массы. Все тесты проводятся в лабораторных условиях при помощи специального оборудования, химических реагентов и препаратов. (Приложение. Рисунок 1)

В этом году мы выбрали две методики определения качества питьевой воды:

физические и органолептические.

Опытно - экспериментальная часть

1. Опрос среди учащихся школы

Проведя опрос среди учащихся школы, мы узнали, какие источники питьевой воды они используют

Из диаграммы (Приложение. Диаграмма1) видно, что только 23% семей учащихся используют водопроводную воду. Остальные предпочитают очищать ее кипячением или фильтрованием, или использовать природные источники воды. Только 4% семей используют бутилированную воду. Причина того что население не охотно использует не обработанную водопроводную воду для питья считается – ее плохое качество.

Воду для сравнительного анализа мы взяли из следующих источников:

1. Водопроводная вода – д.11, микрорайон д.Введенское

2. Колодезная вода – ул.Заречная д.Введенское

3. Родник – у ручья за микрорайоном д.Введенское

Органолептические исследования качество питьевой воды

Определение органолептических показателей воды является важным этапом ее анализа на пригодность для питья и санитарных нужд. Органолептическими свойствами воды называются те ее параметры, которые воспринимаются органами чувств человека и оцениваются по интенсивности их восприятия. К ним относятся вкус и привкус, запах, окраска, прозрачность и др. Несоответствие этих параметров воды оптимальным, как правило, является основанием для более тщательного химического анализа.

1. ЗАПАХ

Запах воды вызывают летучие пахнущие веще­ства, поступающие в нее в результате процессов жизнедеятельно­сти водных организмов, при биохимическом разло­жении органических веществ, при химическом взаимодействии компонентов, содержащихся в водоеме, а также со сточными водами предприятий.

Оценка запаха. Вид, интенсивность и устойчивость запаха могут быть различны и зависят от ряда факторов, таких, как со­став веществ, вызвавших запах, гидрологические условия, температура, рН, степень загрязненности водоема, биологическая обстановка и др. Обычно при суммировании пахнущих компонентов запах усили­вается.

Определение интенсивности запаха воды

Метод основан на определении интенсивности запаха при тем­пературе 20 и 60° С. Опреде­ление запаха производят вскоре после отбора пробы воды. Вода наливалась в сухую, чистую трехлитровую банку – это исключало появление постороннего запаха.

Ход определения. Использовали 250 мл пробы воды, помещенной в колбу при 20° С, которую закрывали крышкой. Определение проходило в комнате без запаха. Содержимое несколько раз тщательно взбалтывали, открывали и тотчас же органолептически определяли характер запаха и его интенсивность.

В другую колбу вносили 250 мл пробы и горлышко колбы закры­вали стеклянной крышкой. Колбу подогревали на бане примерно до 60°С, перемешивая содержимое осторожным встряхиванием, переносили в комнату без запаха, открывали колбу и тотчас органолептически устанавливали ха­рактер и интенсивность запаха: легкий запах мокрого дерева обнаружен в колодезные воды после нагревания.

2. ПРОЗРАЧНОСТЬ

Прозрачность, или светопропускание, воды обусловлена ее цветом и мутностью, т. е. содержанием в ней различных окрашен­ных и взвешенных органических и минеральных веществ. Мерой прозрачности должна была служить высота столба воды в цилиндре Геннера, при которой можно было различать на белой бумаге шрифт ГОСТа 3551-46 размером 3,5 мм. Однако, за неимением цилиндра Геннера, воспользовались измерительным цилиндром. Так как его высота меньше необходимого – уменьшили размер шрифта. Измерения проводились при хорошем освещении. Перед отмери­ванием воды бутылку взболтали, а потом и отбирали необходимый объем воды.

3. ЦВЕТНОСТЬ

Цвет воды зависит от наличия в ней примесей, а также от количества и состава растворенных в ней веществ.

Ход определения. Для определения использовали 250 мл пробы воды, помещенной в колбу. Рассматривали пробы воды на фоне белого листа бумаги при хорошем освещении. Цветность обнаружена у водопроводной воды – слегка желтоватая.

4. НАЛИЧИЕ ВЗВЕСЕЙ

Взвесь – это совокупность мельчайших частиц твёрдого вещества в жидкости или газе.

Ход определения. Для определения использовали 250 мл пробы воды. Проверялось фильтрованием воды через бумажные салфетки. В колодезной и родниковой воде обнаружены частички песка и частички растительного происхождения. Салфетка после водопроводной воды приобрела рыжеватый цвет. Все результаты были занесены в Таблицу 1 (Приложение. Таблица 1)

Физическое исследование качества питьевой воды
1. ЖЕСТКОСТЬ

Жёсткость воды —совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния.

Эксперимент с завариванием чая (работа 2016-2017 года).

Из результатов исследования прошлого года мы знаем, что чай заваривается тем быстрей, чем мягче вода.

Ход определения. Взяли три образца воды, кипятили, а потом заваривали в ней чай, выдерживали 4 мин. Интенсивности заваривания, сравнили на фоне белого листа. Результат записали в таблицу сравнительного анализа (Приложение. Таблица 1). Из таблицы видно, что интенсивнее всего заварился чай в воде из родника, хуже – в колодезной воде. И хуже всего – в водопроводной воде. Таким образом можно сказать, что вода из родника мягче остальных.

2. pH ПОКАЗАТЕЛЬ

Для наших измерений мы использовали специальный прибор — pH-метр, который позволяет измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH), чем с помощью индикаторов. Результаты измерений внесли в Таблицу 1. (Приложение. Таблица 1)

Результаты измерений показали, что вода из источников д.Введенское – щелочную среду.

СТЕПЕНЬ МИНЕРАЛИЗАЦИИ

3. 1 Электропроводность

Электропроводность - это способность водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Благодаря этой зависимости, по величине электропроводности воды можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды.

Ход определения. Для определения использовали 250 мл пробы воды, помещенной в колбу при 20°С. Проверяли с помощью датчика электропроводности. наибольшая электропроводность отмечена у водопроводной воды, что указывает на ее высокую минерализацию. Разница электропроводности у колодезной и родниковой и воды не большая.

3.2 Скорость образования льда

Скорость замерзания вода зависит от степени минерализации.

Ход определения. Для определения использовали по 310г. проб воды, помещенных в бутылочки из-под питьевой воды при 20°С. Массу, измеряли электронными весами. Воду помещали в морозилку на 1ч.40мин. Далее выливали воду из бутылки и измеряли массу бутылки со льдом (масса самой бутылки известна). Таким образом мы узнавали массу образовавшегося льда. Больше льда образовалось в бутылке с водопроводной водой, а меньше всего – из родника.

3.3 Выпаривание

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минеральных) и органических веществ, температура кипения которых превышает 105–110°С.

Ход определения. Для определения использовали по 1 капле из отобранных проб воды. Капли наносились на предметные стекла. После высыхания сухой остаток на предметном стекле был рассмотрен и сфотографирован с помощью электронного микроскопа. Сухие остатки рассматривались с помощью увеличительных окуляров четырех, десяти и сорока кратных. Фотографировался край пятна от капли и середина пятна. Анализ фотографий показал следующие результаты:

Вода из водопровода – остаток присутствует в виде большого количество частичек железа, а также присутствуют белые частички кальция. Как известно из-за поверхностного натяжения и плохого смачивание со стеклом, капля воды имеет форму купола. Частички железа и кальция имеют небольшую фракцию поэтому не скатываются с центра капельки к краю. Поэтому под центром капли оказался больший столб жидкости, содержащий различные минеральные вещества, чем по краям. Мы думаем, что поэтому при выпаривании в центре пятна концентрация частиц оказалась больше чем по краям.

В остальных исследуемых источниках фракций частичек были больше, поэтому они скатывались к краю капли. Поэтому, при рассматривании цента капелек, наблюдались в основном мелкие частички кальция.

Вода из колодца – остаток присутствует в виде частичек растительного происхождения, крупных и мелких фракций песка, а также присутствуют белые частички кальция.

Вода из родника – остаток присутствует в виде небольшого количества частичек растительного происхождения, мелких частичек песка, а также присутствуют белые частички кальция. (Приложение. Таблица 2)

Специализированные исследования

Теперь сравним полученные результаты с результатами химических анализов питьевой воды из источников с наилучшими и наихудшими показателями.

Для определения жесткости и цветности сначала проводим фильтрацию отобранной воды на фильтровальной установке: из колб выкачивают воздух поэтому вода через мембранные фильтры проходит быстрее.

После рассматриваем фильтры – результаты такие же, как и при нашем фильтровании (белый прозрачный из родника желтый мутный водопроводная вода). Фильтрование необходимо для того чтобы из воды убрать мешающие факторы (мутность, микроэлементы), которые могут увеличить истинный показатель жесткости или изменить цветность.

После фильтрования колометрическим методом определяем цветность и мутность, то есть используя фотометр и сравниваем пробы воды с дистиллированной водой

Жесткость определим методом титрования. Для этого мерным цилиндром отмеряем 50 мл пробы добавляем 50 мл дистиллированной воды 5 мл.буферного раствора добавляем и 5-7 капель индикатора хромоген темно-синий (индикатор. Далее титруем раствором трилона Б до появления синего цвета. Результаты всех измерений вносим в Таблицу 1

Вывод

Из таблицы сравнения с химическими результатами видно, что, используя физические и органолептические исследования, возможно дать предварительное заключение о качестве питьевой воды. Но результаты будут качественные, то есть словами большое, слабо, маленькое и т.д.

Такие исследования позволяют вовремя забить тревогу и обратиться в специализированные организации для компетентного заключения.

Такое заключение необходимо для оптимального подбора водяных фильтров

Заключение 

Выполнив работу, мы выяснили, что, используя физические и органолептические исследования, возможно дать предварительное заключение о качестве питьевой воды, но только на качественном уровне.

Выполненная исследовательская работа показывает, что вода из всех взятых источников, в окрестностях д.Введенское, пригодна для питья. Однако следует отметить, что все источники питья в деревне содержат кальций, в избытке железо и имеют щелочную среду. Более чистой, содержащей меньше всего примесей и посторонних частиц, является родниковая вода. Колодезная вода также является достаточно чистой, с небольшим количеством посторонних частиц. Водопроводная вода содержит примеси солей железа, причем в достаточно большом количестве и соли кальция. Поэтому некоторые жители деревни предпочитают привозить воду из родника, которая по результатам исследования оказалось лучшего качества. В деревне нет очистных сооружений. Поэтому мы считаем, что водопроводная вода нуждается в предварительной обработке: перед употреблением мы рекомендуем водопроводную воду подвергнуть фильтрации или кипячению. Опираясь на результаты исследовательской работы, необходимо обратится к администрации муниципального поселения Микулинское с просьбой рассмотреть вопрос строительства системы водоочистки.

Список литературы

СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования

Кристофер Дрессер. ”Обольстить физикой”, изд. Бином. Лаборатория знаний, 2015 г.

Хурамшина И. З. «Вода как объект исследования», учебно-методическое пособие. ГАОУ СПО СО «ЕКТС». Екатеринбург, 2015

http://all-about-water.ru/surface-tension.php

http://oskada.ru/analiz-i-kontrol-kachestva-vody/metody-analiza-vody-kontrolya-vody-pitevoj-i-stochnoj.html

Приложение

Рисунок 1

Методики анализа питьевой воды

Диаграмма 1

Таблица 1

результаты специализированных исследований

Таблица 2

Фото сухого остатка образцов

Скриншот измерения температуры, электропроводности и рН образца с помощью датчиков.