VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Что такое жётсткость воды и как с ней бороться?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Зайцев А.С. 1Земнухов А.Д. 1

---

1МБОУ «Гимназия № 71» («Радуга»)

Голенда М.В. 1Салищева О.В. 2

---

1МБОУ «Гимназия № 71» («Радуга»)

2Кемеровский Государственный Университет

Работа в формате PDF

415.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

В наше время человеческая жизнь невозможна без употребления воды. Без неё человек не сможет прожить и трёх дней. Интересно узнать, чем характеризуются свойства воды и какими методами можно улучшить её качество.

Цель исследования: определение жесткости воды из разных источников, нахождение способов борьбы с ней, составление рекомендаций по улучшению качества воды.

Задачи:

Изучить литературу из различных источников про воду. Узнать нормы жёсткости воды.

Сравнить нормы жёсткости воды разных стран.

Определить жёсткость образцов из различных источников.

Сравнить изменение жесткости до и после фильтра.

Изучить способы борьбы с жёсткостью при помощи кипячения и фильтрования.

Дать рекомендации по улучшению качества воды.

Основная часть

Вода - прозрачная бесцветная жидкость, представляющая собой в чистом виде химическое соединение водорода и кислорода(H2O).

Самое необходимое для организма питательное вещество - вода. Все процессы жизнедеятельности в нашем организме помогает поддерживать вода, с ее помощью к клеткам доставляются питательные вещества и выводятся шлаки. Благодаря воде происходит регулирование температуры тела.

Жёсткость воды - это одна из качественных характеристик воды, которая обуславливается наличием в воде солей (кальция, магния и железа). Жёсткость имеет значение для оценки качества любой используемой воды. Чем в воде солей кальция, магния и железа больше, тем она жёстче.

Требования, предъявляемые к питьевой воде, подаваемой централизованными системами водоснабжения для хозяйственно-питьевых и технических целей, устанавливаются в законодательном порядке государственными стандартами.

Основным нормативным документом на воду является СaнПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевaя вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения» [4]. Санитарные правила применяют к воде, подаваемой системой водоснабжения и предназначенной для употребления населением в питьевых и бытовых целях, также для использования в цикле переработки сырья и в производствах пищевых продуктов, хранения их и торговли, а также для производства товаров, требующих применения качественной питьевой воды [4].

Качество воды питьевой, подаваемой системами водоснабжения, должно соответствовать требованиям данных Санитарных правил. Питьевая вода должна быть безопасна по эпидемическим и радиационным показателям, безопасна по химическому составу и иметь требуемые органолептические свойства. В обязательном порядке контролируются: микробиологические, паразитологические, органолептические, радиологические показатели воды, содержание химических неорганических и органических веществ. Вот некоторые из них:

Запах и привкус при температуре 20С и при нагревании до 60°С - не более 2 баллов.

Цветность по шкале - не более 20.

Мутность по шкале - должна быть не более 1,5 мг/л.

Общая жесткость воды - должна быть не более 7 моль/л.

Содержание (не более): свинца- 0,03 мг/л, мышьяка- 0,05 мг/л, фтора- 1,5 мг/л, меди- 1 мг/л, цинка- 5 мг/л.

Общее микробное число - число образующих колонии бактерий в 1 см³ - не более 50.

рН воды от 6 до 9.

и др. [1]

Жесткую воду легко различить – она горькая на вкус, а также оказывает негативное воздействие на органы пищеварения, не исключены расстройство желудка, повышенное газообразование.

Жесткая вода просто неприятна на вкус, в ней излишне много кальция. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме и в конечном итоге к заболеванию суставов, образованию камней в почках и желчных путях. Но и очень мягкая вода не менее опасна, чем излишне жесткая. Самая активная – это мягкая вода. Мягкая вода способна вымывать из костей кальций. У человека может развиться рахит; если пить такую воду с детства, у взрослого человека становятся ломкими кости. Есть еще одно отрицательное свойство мягкой воды. Она, проходя через пищеварительный тракт, вымывает не только минеральные вещества, но и полезные органические вещества, в том числе и полезные бактерии.[2]

Выделяют два типа жесткости воды:
1. Временная (карбонатная)– в воде наряду с кальцием, железом и магнием присутствуют гидрокарбонатные анионы;
2. Постоянная (некарбонатная) – характеризуется присутствием нитратных, сульфатных и хлоридных анионов, соли магния и кальция, которые легко растворяются.

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Жесткую воду не рекомендуется использовать для стирки и мытья посуды, поскольку ткани быстро изнашиваются, а посуда тускнеет. Большой вред такая вода наносит стиральным и посудомоечным машинам, кофеваркам и электрическим чайникам: осаждаясь на нагревательных элементах, соли магния и кальция образуют твердые известковые отложения.

Чтобы справиться с жёсткостью воды используют фильтры. Они нужны для очистки воды от примесей (включая тяжёлые металлы) и хлора - не всегда вы можете почувствовать это на вкус. Считается, что в крупных городах вода из крана течёт вполне питьевая, но даже её лучше доочищать проточным фильтром на 2-3 ступени очистки. Такой не только очищает, но и обеззараживает воду.

Процесс фильтрации в настоящее время распространен крайне широко в самых разных областях, начиная от бытовой очистки воды и заканчивая разделением суспензий на химических производствах. В свою очередь разнообразие применений породило разнообразие конструкций аппаратов для осуществления этого процесса. Встречаются как крайне простые фильтры, в которых многие операции осуществляются вручную, так и сложные агрегаты, способные работать в непрерывном режиме длительное время.

По режиму работы все фильтры можно разделить на:
1.Периодического действия;
2. Непрерывного действия.

Виды фильтров:

Проточные умягчающие фильтры подходят только для воды низкой и средней жесткости (до 4-х ммоль/дм3).

Фильтры-кувшины. Подходят только для воды низкой и средней жесткости.

Фильтры обратного осмоса. Полностью избавляют воду от солей жесткости и всех вредных примесей, т.е. от проблем с накипью

Мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека. Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше дм3/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании.

При употреблении воды высокой жёсткости в первую очередь страдает кожа. Поры закупориваются, исчезает естественная защитная жировая пленка, появляется сухость, раздражения, дерматиты, высыпания и другие проблемы. Жесткая вода обязательно скажется и на состоянии волос и кожи головы. Это будет приводить к появлению сухости, зуда, перхоти, а волосы будут жесткими, непослушными и выглядеть не слишком чистыми даже сразу после мытья.

Но самое главное, чем вредна жесткая вода для человека, так это тем, что нерастворимые соли накапливаются в организме, приводя к появлению камней в почках и закупоривая сосуды. Длительное применение жесткой воды наносит непоправимый вред здоровью человека.

Следует отметить, что при повышенной жесткости воды ухудшаются органолептические свойства вода, т.е. имеет неприятный вкус, нарушается всасывание жиров в кишечнике в результате образования кальциево-магнезиальных нерастворимых мыл при омылении жиров [3].

Экспериментальная часть

Определение жёсткости воды.

В качестве объектов для исследования брали воду:

из домашнего крана;

из домашнего крана после фильтрования с помощью двухступенчатой системы отчистки “Аквафор”

из двух разных питьевых фонтанчиков (гимназия №71);

из скважины Смолино (Кемеровский район)

из скважины Смолино после кипячения

из скважины Смолино после фильтрования с помощью системы отчистки “Аквафор”

из домашнего крана после отчистки с помощью фильтра-кувшина.

Для определения жёсткости воды необходимы следующие приборы:

Пипетка

Коническая колба

Жидкость

Метиловый оранжевый

Бюретка

Соляная кислота

Ход работы по определению карбонатной(времененой)

Для этого отмеряем пипеткой 50см3 анализируемой воды и переносим в коническую колбу для титрования. Добавляем 3 капли индикатора метилового оранжевого. В приготовленную заранее бюретку заливаем титрованный раствор HCl известной концентрации, устанавливаем уровень раствора бюретки на нулевом делении и по каплям переливаем HCl кислоту в воду при постоянном перемешивании до изменения окраски раствора из жёлтой в оранжевую. Определяем объём израсходованной при титровании HCL кислоты. Титрование повторяем ещё 2 раза для определения среднего значения объёма израсходованной HCl кислоты. После чего вычисляем карбонатную жёсткость по формуле.

Ход работы по определению общей жёсткости

Заполняем бюретку раствором ЭДТА известной концентрации. Отмеряем пипеткой 20см3 анализируемой воды и переносим её в коническую колбу для титрования. Добавляем 5см3 буферного раствора поддержания pH в интервале – 8-9, один микрошпатель индикатора эриохрома чёрного, при котором раствор окрасится в красно-фиолетовый цвет. Перемешиваем раствор до окраски в винно-красный цвет. Смесь оттитровываем 0.05 HCl раствором Трилона Б. К концу титрования раствор Трилона Б добавляем по каплям, встряхниваем смесь в колбе после добавления каждой капли. Титрование можно считать законченным если после добавления очередной капли окраска раствора приобрела синий цвет и с добавление лишней капли раствора не изменяется. Определяем объём трилона Б, израсходованного на титрование. Титрование повторяем 2-3 раза и для расчёта берём среднее значение. Определяем жёсткость по той же формуле, как для определения карбонатной жёсткости.

Полученные результаты приведены в таблице №1, №2.

Таким образом жёсткость воды из домашнего крана равная 5.4 ммоль/дм3, после фильтрования стала равна 2.4 ммоль/дм3.

Вода из питьевого фонтанчика (новый фильтр) имеет Ж = 2.43 ммоль/дм3, что соответствует норме.

Вода из питьевого фонтанчика (старый фильтр) имеет Ж = 3.8 ммоль/дм3, то есть является более жёсткой.

Вода из скважины (Смолино) – Ж = 6.4 ммоль/дм3, кипячением жёсткость снизили по значения = 5.2 ммоль/дм3, а после фильтрации до 2.24 ммоль/дм3.

Заключение

1. Изучена литература про виды жёсткости воды.

2. При сравнении норм жёсткости воды в РФ и Германии можно сделать выводы, что требования в каждой стране разные и в нашей стране самые жёсткие.

3. Определена общая жёсткость из различных источников. Сделан вывод, что из скважин вода самая жёсткая, вода после фильтрования смягчается до нормы. Вода из крана не рекомендуется для употребления. А вода из школьных питьевых фонтанчиков имеет допустимую для употребления жёсткость.

4. После проведения исследования можно дать следующие рекомендации:

Во первых для умягчения воды как минимум необходимо кипятить, а лучший метод – фильтровать.

Во вторых – менять фильтр раз в два месяца.

Не пить воду из источников, где не происходит фильтрация.

Список литературы

1.Миляева Т.В. К ВОПРОСУ О КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 5.

2.И. Кокарев, Р. Р. Айсин . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ, ПРОЗРАЧНОСТИ, ЩЕЛОЧНОСТИ И Pн В РЕВДИНСКОМ ПРУДУ И РОДНИКОВОЙ И., (Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта 42).

3.ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ РУЧЬЕВ БАССЕЙНА О. ВАЛДАЙСКОЕ Кинаревская К.А., Кулырова А.В. Прилуцкая Л.И. (СПбГА)

4. https://www.dpva.ru/Guide/GuideTricks/WaterHardness/WaterHardnessOwv/