VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Качество питьевой воды в г. Караганде

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Жаркевич А.Е. 1

---

1СОШ №52 г. Караганды

Пашкова И.И. 1

---

1 СОШ №52 г. Караганды

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность. ВОЗ разрабатывает международные нормы по качеству воды и здоровью человека в форме руководящих принципов, которые используются в качестве основы для регулирования и установления стандартов во всем мире.

Руководящие принципы по качеству питьевой воды (GDWQ) способствуют защите здоровья населения путем пропаганды разработки местных соответствующих стандартов и правил (цели, основанные на здоровье), принятия превентивных подходов к управлению рисками, охватывающих водосбор для потребителей (планы обеспечения безопасности воды) и независимого надзора для обеспечения того, чтобы планы обеспечения безопасности воды осуществлялись и были эффективными.

Поэтому актуальной проблемой является мониторинг качества воды, проводимой как специальными организациями, так и потребителями воды самостоятельно.

Цель исследования – определение качества питьевой воды по параметру жесткость.

Объект исследования – качество питьевой воды.

Предмет исследования – питьевая вода.

Задачи исследования:

Определение влияния качества воды на различные сферы жизни человека;

Экспериментальные исследования определения жесткости воды;

Рекомендации по использованию воды без вреда для человека.

Гипотеза: не всякая вода полезна для здоровья.

Методы исследования: литературный обзор,наблюдение, эксперимент, анализ, синтез.

1 Общие сведения о качестве воды

Качество воды относится к химическим, физическим, биологическим и радиологическим характеристикам воды [1]. Это мера состояния воды относительно потребностей одного или нескольких биотических видов и/или любых человеческих потребностей или целей [2].

Важным показателем, определяющим качество воды, является жесткость.

Жесткая вода это такая вода, в которой концентрация минеральных солей (чаще всего это соединения кальциевые и магниевые соединения), или же солей высокой жесткости, слишком высока [3].

Признаками жесткой воды может служить накипь на чайнике, известковый налет на кранах и сантехнике.

Жесткая питьевая вода горьковата на вкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения (по нормам ВОЗ оптимальная жесткость воды составляет 1,0 – 2,0 мг-экв/л). В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество продуктов, вызывая выпадения солей при хранении, образование подтеков на поверхностях и т. п. Поэтому жесткость воды, используемой для приготовления различных продуктов, четко регламентирована и находится на уровне 0,1 - 0,2 мг-экв/л [4].

Для смягчения жесткой воды применяют специальные картриджи с аналогичной пометкой (рисунок 1).

Рисунок 1 – Пометка смягчения воды

В них для умягчения воды используют ионообменную смолу.

Чаще всего это:

натурального происхождения натрий-катиониты (цеолиты, шунгиты),

синтетические соединения.

Когда вода просачивается сквозь этот фильтрующий наполнитель, он, задерживая ионы кальция и магния, взамен них отдает ионы натрия. Нитриты не оказывают вредного воздействия, не портят посуду и сантехнику в виде накипи, для человека практически не вредны.

«Водородного типа» ионнообменные смолы, захватывая ионы металлов, выделяют ионы водорода. Вода приобретает слабокислую реакцию, становится похожей на дождевую.

Если в регионе водопроводная вода слишком жесткая, целесообразно использовать картриджи с большим ресурсом - до 400 л.

Замечено, что мягкая вода, где количество примесей не более 10 мг/л, улучшает вкус пищи и напитков, способствует более быстрому растворению ингредиентов в ней. Чтобы получить такую воду необходимо применять фильтры, работающие на основе принципа обратного осмоса.

2 Экспериментальные исследования качества воды

2.1 Солемер - TDS-метр

Для оценки качества жесткости воды мы использовали TDS-метр, или по-другому солемер — прибор для определения количества растворённых примесей в воде, то есть уровня её загрязнённости (или жёсткости). 

TDS метр (рисунок 1) – удобный карманный прибор, который предназначен для бытовых измерений качества воды из различных источников: мембранных или проточных фильтров, кувшинов, колодцев, скважин, бассейнов, аквариумов.

Рисунок 1 – TDS – метр

Химический состав воды бывает разным из-за различных примесей в ней. TDS метр позволяет измерять концентрацию этих примесей. Чаще всего в жидкости присутствуют соли неорганического происхождения, а также небольшое число растворимой органики. Из-за наличия этих веществ меняется запах и вкусовые качества воды. Кроме того, вода разного состава по-разному воздействует на животных, людей и технику.

В таблице 1 приведены характеристики TDS – метра.

Солемер позволяет выяснить, насколько жёсткая вода в регионе и можно ли её пить. От того, какую воду мы регулярно употребляем в пищу, зависит наше здоровье и самочувствие. Чем больше концентрация примесей в воде, тем выше её жёсткость. Жёсткая вода непригодна для употребления и использования в быту. Однако точно нельзя сказать, какой допустимый процент насыщения воды солями.

Таблица 1 – Характеристики TDS - метра

Стандартами Республики Казахстан к употреблению пригодна вода с содержанием примесей не более 1000 мг/л. По стандартам западных стран этот показатель не должен превышать 500 мг/л.

Рисунок 2 – Показатели жесткости и качества воды согласно западным стандартам

2.2 Исследование жесткости воды после различных источников очистки

В данном эксперименте были рассмотрены 4 варианта очистки воды и исходный вариант – проточная вода из-под крана.

1 вариант – проточная вода из-под крана. Экспериментально установлено, что жесткость воды составила 686 ppm (рисунок 3).

Рисунок 3 – Жесткость проточной воды без очистки

2 вариант – проточная вода из-под крана после ионизации. Для ионизации воды был использован специальный прибор – ионатор ЛК-27. Операция «серебрения» производилась в течении 1 минуты (рисунок 4).

При этом жесткость воды составила 630 ppm.

Рисунок 4 – Процесс ионизации серебром проточной воды

3 вариант – проточная вода, отстоянная в течении 3 дней с шунгитными камнями (рисунок 5). Шунгит – уникальный древнейший минерал, добываемый на единственном в мире месторождении в Карелии. Уникальность шунгита заключается в наличии в нем редкой формы молекул углерода фуллеренов.

Рисунок 5 – Шунгитный камень

При этом жесткость воды была равной 635 ppm.

4 вариант – проточная вода после очистки бытовым фильтром. В качестве фильтра был использован кувшинный фильтр, с внутренним наполнителем – синтетические волокна + активированный уголь + сорбент (рисунок 6).

Рисунок 6 – Картридж бытового фильтра для очистки воды в разрезе

Синтетические волокна - очищают воду от вредоносных тяжелых металлов, активного хлора, фенола и пестицидов, хлороформа. Активированный уголь удаляет почти все органические вредные примеси.

При этом жесткость воды была равной 625 ppm.

Вариант 5 – многоступенчатая очитке воды, проведенная по схеме (рисунок 7).

Жесткость воды при этом варианте очистки составила 26 ppm. Согласно данным рисунка 2, эта вода считается идеальной для использования человеком, т.к. по нормам ВОЗ предел жесткости воды должен быть 50,05 -100,1 ppm. В сравнении с другими способами очистки качество воды в среднем в 25 раз выше.

Водопроводная вода

Осадочный фильтр

Адсорбирующий фильтр предварительной очистки

Адсорбирующий фильтр

Мембрана обратного осмоса

Адсорбирующий фильтр финишной очистки

Минерализация

УФ стерилизация

Озоновая стерилизация

Рисунок 7 – Многоступенчатая очистка воды

Такая схема очистки воды используется в автоматах «Живая вода».

Умягчение воды - удаления солей с использованием мембраны обратного осмоса, через которую осуществляется движение воды из более концентрированного раствора в сторону менее концентрированного. При обратном осмосе вода и вещества, растворенные в ней, разделяются на молекулярном уровне. Таким образом, с одной стороны мембраны образуется абсолютно чистая вода, а с другой стороны остаются все загрязнения. Тем самым, обратный осмос обеспечивает более высокий уровень очистки, чем другие традиционные методы фильтрации.

Выводы: Со 2 по 4 способ очистки воды со стадией смягчения не дали необходимых результатом. Показатель жесткости воды колебался в пределах от625 до 635 ppm. Эти значения практически не отличаются от исходного варианта (686 ppm). Это означает, что данные способы очистки воды с учетом ее смягчения являются неэффективными. Оптимальной в использовании по параметру жесткость является вода, прошедшая много ступенчатую очистку (5 вариант), однако дополнительно следует рассчитать стоимость одного литра воды при каждом из рассматриваемом варианте.

3 Рекомендации по использованию воды и улучшению ее качества

Важным вопросов при выборе способа очистки и потребления качественной воды играет стоимость.

Расчет стоимости одного литра воды в 5 вариантах приведен в таблице 2 (стоимость приведена в тенге).

Таблица 2 - Расчет стоимости одного литра воды в 5 вариантах

Из таблицы 1 видно, что многоступенчатая очистка дает не только самые низкие показатели по жесткости, но и самый приемлемый вариант по стоимости 1 литра питьевой воды.

В качестве рекомендации следует отметить постоянное применение солемера для определения качества воды.

Он незаменим при разведении аквариумных рыбок. Он поможет подобрать оптимальный уровень жёсткости воды, который будет благоприятным для жизнедеятельности рыбок.

Использование солемера важно при поливе растений.Он поможет подобрать воду нужной жёсткости. Если растения постоянно поливать очень жёсткой водой, то грунт становится щелочным, что неблагоприятно сказывается на наших растениях. Првый признак желтения листьев, это полив их жесткой водой. Многие растения можно поливать водой, где концентрация примесей не более 4,5 мг/л. Некоторые сорта хорошо переносят воду с примесями в районе 4,5 - 6,5 мг/л. Но если этот показатель более 6,5 мг/л, то стоит дополнительно очищать воду.

Солемер также может пригодиться при уходе за аккумулятором. Вода из агрегата может улетучиваться, что будет вести к снижению уровня электролита. Чтобы этого не происходило, в прибор нужно добавлять очищенную воду. Прибор подскажет насколько годится вода для использования в аккумуляторе. Допустимый показатель примесей в таком случае – 0-5 мг/л.

Солемеры нужны для очищения воды в промышленных условиях, на различных пищевых производствах, где жёсткая вода может сильно изменить вкусовые качества готового продукта.

В бассейнах очень жёсткая вода может вызвать ржавление труб. Поэтому здесь также важно контролировать концентрацию солей, что невозможно сделать без солемера.

Заключение

В заключении следует отметить, что цель исследования достигнута -определено качество питьевой воды по параметру жесткость. Выявлено, что самым приемлемым способом очистки воды является много ступеначтый.

Гипотеза о том, что не всякая вода полезна подтверждена. Только вода, очищенная многоступенчатым способ, полезна для здоровья, т.к. удовлетворяет нормам ВОЗ. Вода с применением других систем очистки не удовляется требоваяним ВОЗ по показателю жесткость. Рекомендовано также использовать солемеры для определения жесткой воды, применение которой может:

- вызвать мочекаменную болезнь;

- спровоцировать ускорение процессов старения;

- повреждает тонкий защитный слой – естественную жировую плёнку на коже головы и волосах, что приводит к их ломкости, истончению и выпадению;

- привести к выходу из строя стиральных машиных, электрочайников, мультиварок, кофеварок, бойлеров, посудомоек, утюгов и парогенераторов.

Пейте качественную воду, будьте здоровы!

Список использованных источников

1. Буйволов Ю.А. Физико - химические методы изучения качества природных вод. Методическое пособие. - М.: Экосистема, 2000. – 156 с.

2. Ахмедов А.М. Исследование состава и свойств воды нашей местности // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 4. – С. 163-167

3. Энциклопедия по экологии. – М.: Аванта плюс, 2003. – 448 с.

4. Реховская Е. О., Макарова А. С. Повышение качества многоступенчатого процесса очистки воды // Молодой ученый. - 2016. - №20. - С. 467-470. - URL https://moluch.ru/archive/124/34352/