Исследовательская работа "нужен ли дома фильтр для воды? (Исследование качества водопроводной воды в условиях школьной лаборатории"

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ

 «МОЙ ВКЛАД В ВЕЛИЧИЕ РОССИИ»   

Направление работы: химия

Тема: «Нужен ли дома фильтр для воды.

(Исследование качества питьевой воды в условиях

 школьной лаборатории)»

Автор: Архипов А.Е.

Научный руководитель: Амилаева Е.В.

Место выполнения работы: МБОУ СОШ №3 им. И.А. Левченко г. Семикаракорска

Г. Семикаракорск

Ростовская область

2019 г.

                                                           Содержание

I.                   Введение…………………………………………………………………..стр.3

II.                Теоретическая часть

1.      Влияние качества питьевой воды на здоровье человека………стр.4

2.      Показатели качества питьевой воды……………………………..стр.4-5

3.      Основные загрязнители воды……………………………………..стр.5-6

4.      Способы очистки воды……………………………………………..стр.6-8

5.      «Водное мошенничество» …………………………………………..стр.8

III.             Практическая часть

1.      Анализ социологического опроса…………………………………стр.9

2.      Экспериментальная часть

2.1. Качество водопроводной воды на основе органолептических показателей………………………………………………………стр.9-10

2.2. Химический анализ воды……………………………………...стр.10-12

2.3. Инструментальный анализ воды……………………………..стр. 12-13

IV.             Заключение……………………………………………………………….стр.14

V.                Список использованной литературы и Интернет-ресурсов ………стр.15

VI.             Приложения………………………………………………………………стр.16-21

I.                   Введение.

Обоснование выбора темы исследования.

Какое вещество на Земле является самым ценным? Может быть это алмаз, или золото, или уран? На мой взгляд, самое ценное, точнее, самое бесценное вещество – это вода. Прежде неисчерпаемый ресурс - пресная чистая вода - становится исчерпаем. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. Являясь универсальным растворителем, водопроводная вода содержит большое количество примесей. Пригодна ли такая вода для питья? Необходима ли установка фильтра для очистки воды? На эти вопросы я постарался ответить в своей работе.

Актуальность работы: исследования питьевой воды на пригодность для питьевых нужд очень актуальны. От того, какую воду мы пьем, зависит наше здоровье, качество и продолжительность жизни. В настоящее время также актуальны вопросы, связанные с очисткой воды от загрязняющих веществ, поиском новых методов и сорбентов для ее очистки.  

Цель работы: изучить химический состав питьевой воды из разных источников, проанализировать необходимость установки водоочистительных фильтров.

Задачи работы:

1.      Изучить литературу по теме исследования.

2.      Отобрать пробы питьевой воды из нескольких источников.

3.      Отработать лабораторные способы оценки качества воды и навыки титрования.

4.      Определить факторы, влияющие на качество водопроводной воды.

5.      Проанализировать качество питьевой воды, используемой в г. Семикаракорске.

6.      Сформировать собственное мнение о необходимости установки фильтров для воды.

Гипотеза: если вода почти прозрачна, не имеет достаточно выраженных вкуса и запаха, то установка фильтра для воды необязательна.

Объект исследования: образцы воды, взятые из разных источников.

Предмет исследования: качество питьевой воды

Методики исследования: анализ, эксперимент, сравнение, измерение, вывод.

 Вклад автора. Вся экспериментальная часть настоящей работы выполнена непосредственно автором. Теоретическая интерпретация результатов осуществлена под руководством учителя химии МБОУ СОШ № 3 им. И.А. Левченко г. Семикаракорска

Практическое значение. В работе представлены результаты опытов, по оценке качества питьевой воды. Все обучающиеся и их родители, педагоги, участвующие в опросе по потреблению воды и использованию фильтров, были ознакомлены с нашими исследованиями. Работа способствует формированию экологической культуры.

II.                Теоретическая часть.

II.1. Влияние качества питьевой воды на здоровье человека.

 Ученые отмечают тесную взаимосвязь между питьевой водой и многими проблемами в области здравоохранения. По оценкам Всемирной Организации Здравоохранения частота заболеваний, переносимых водой, является самой высокой.  От того какую воду мы пьем, зависит наше здоровье, качество и продолжительность жизни. Вода, используемая для питья, является фактором, определяющим до 15-20% случаев острых кишечных заболеваний и вирусного гепатита А преимущественно в сельской местности, 20-25% соматических заболеваний, 100% случаев дентального флюороза. Такая плачевная статистика обусловлена высоким уровнем потребления (в первую очередь в сельской местности) колодезной воды, в то время как в более 80-ти процентах колодцев вода не отвечает санитарным требованиям.

Наиболее неблагоприятная обстановка с водоснабжением сложилась в зоне деревень и хуторов. Как следствие, распространены заболевания нервной системы, ОРЗ, гипертонии. Хронические болезни печени составляют более 50 процентов, в то время как в других местностях - 8. Втрое чаще встречаются нарушения функций деторождения у женщин, заболевания кожи и тканей. В местностях, загрязненных соединениями азота, крайне неудовлетворительно физическое развитие детей - 12 процентов по сравнению с 5 в нормальных условиях. Таким образом, общий уровень заболеваемости детей и подростков, проживающих в местах, где воды особо заражены нитратами, составляет 805,5 на 1000 человек, тогда как в городах - 237,7, что тоже не радует. Участившиеся заболевания пищеварительных органов, сердечно-сосудистой и мочеполовой систем - это тоже результат употребления питьевой воды повышенной жесткости и минерализации с высоким содержанием нитратов и сульфатов, хлора и натрия. В селах также намного чаще встречаются гепатит, дизентерия, холера. В условиях отсутствия водопроводных сетей, недостаточного запаса колодезной воды граждане пытаются экономить ее за счет мытья рук и столовой посуды, что, конечно же, недопустимо во избежание эпидемий всевозможных "болезней грязных рук". Наиболее зависимы от гидрохимического состава воды:

·         эндемические болезни (эндемический зоб, флюороз, кариес) Среди субъектов ЮФО Ростовская область занимает третье место по уровню заболеваемости связанной с дефицитом йода и других микронутриентов. К территориям, с наиболее высоким уровнем заболеваемости относятся: Боковский, Белокалитвинский, Дубовский, Мясниковский, Зимовниковский Верхнедонской Орловский, Семикаракорский, Шолоховский районы и гг.: Азов, Волгодонск, Зверево, Новочеркасск, Ростов-на-Дону, Таганрог, Шахты;

·         патология сердечно-сосудистой системы (ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь, цереброваскулярные заболевания);

·         болезни желудочно-кишечного тракта (хронический гастрит, язвы желудка и 12-перстной кишки, желчнокаменная болезнь);

·         болезни мочеполовой системы (нефрит, мочекаменная болезнь, болезни женской половой сферы). В России существуют регионы, эндемичные для мочекаменной болезни, в т. ч., Юг России (например, Ростовская и Воронежская область).

II.2. Показатели качества питьевой воды. Организму человека очень важно получать чистую воду со сбалансированным минеральным составом. Большая часть обменных процессов нашего организма происходит в водной среде. Законодательно определено, что вода, поступающая к потребителю, должна быть приятной в органолептическом отношении и безопасной для здоровья; при этом подразумевается, что содержание вредных веществ в воде не должно превышать предельно допустимых концентраций.

 Существуют основные показатели качества питьевой воды. Их условно можно разделить на группы:

1. Органолептические показатели (запах, привкус, цветность, мутность)

2. Токсикологические показатели (алюминий, свинец, мышьяк, фенолы, пестициды)

3. Показатели, влияющие на органолептические свойства воды (рН, жесткость общая, нефтепродукты, железо, марганец, нитраты, кальций, магний, окисляемость перманганата, сульфиды)

4. Химические вещества, образующиеся при обработке воды (хлор остаточный свободный, хлороформ, серебро)

5. Микробиологические показатели (термотолерантные колиформы или Е.соli, ОМЧ).

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается:

• вода с соответствующими органолептическими показателями — прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

• вода с рН около 7 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;

• вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;

• вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их предельно допустимой концентрации (ПДК), либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);

• вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и вирусов.  

II.3. Основные загрязнители воды. Как правило, питьевая вода перед подачей потребителю подвергается одному или нескольким видам очистки. Однако бывает, что такая очистка проводится с нарушениями либо является недостаточной. Снижает качество воды и техническое состояние водопроводных труб. В результате водопроводная вода несет большое количество посторонних веществ (бактериальная загрязненность воды, наличие в ней примесей, солей тяжелый металлов, хлора и др.), многие из которых опасны для нашего здоровья. Превышение предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде вредит здоровью человека. Наиболее распространенными загрязнителями воды являются железо, марганец, сульфиды, фториды, соли кальция и магния, органические соединения, др.

Содержания железа в воде выше норматива способствует накопления осадка в системе водоснабжения. Железо придаёт воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает её вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их зарастание. Высокое содержание железа в воде приводит к неблагоприятным воздействиям на кожу, может сказаться на морфологическом составе крови, способствует возникновению аллергических реакций.

  Повышенное содержание марганца в воде оказывает мутагенное действие на человека. При уровнях в системе водоснабжения, превышающих 0,1 мг/л, марганец приводит к появлению пятен на сантехническом оборудовании и белье, а также неприятного привкуса напитков. Присутствие марганца в питьевой воде может вызывать накопление отложений в системе распределения. Даже при концентрации 0,02 мг/л марганец часто образует пленку на трубах, которая отслаивается в виде черного осадка.

 Иногда в питьевой воде встречается много солей соляной и серной кислот (хлориды и сульфаты). Они придают воде соленый и горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта. Вода, в 1 л которой хлоридов больше 350 мг, а сульфатов больше 500 мг, считается неблагоприятной для здоровья.

  Содержание в воде катионов кальция и магния сообщает воде так называемую жесткость. Жесткость воды выражается в мг-экв/л (=моль/м³.). Оптимальный физиологический уровень жесткости составляет 3,0-3,5 мг-экв/л. Сильно насыщенная солями вода причиняет массу неудобств: в ней труднее развариваются овощи и мясо, при стирке увеличивается расход мыла, накипь портит чайники и котлы. Согласно инструкции по эксплуатации бытовой техники жесткость воды не должна превышать 1,5-2,0 мг-экв/л. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к накоплению солей в организме и к заболеваниям суставов (артриты, полиартриты), к образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях.

 Хлором обеззараживают воду, поскольку он —  способен уничтожать болезнетворные микроорганизмы. Однако с некоторыми соединениями, находящимися в воде, хлор вступает в реакцию. В результате образуются гораздо более неприятные соединения, чем сам хлор. Они придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки. Все соединения активного хлора обладают очень сильным бактерицидным действием, но если их концентрация больше нормативов, то они вызывают раздражение кожи, слизистых оболочек, дыхательных путей. Существующие исследования показали, что люди, которые пьют хлорированную воду, имеют риск возникновения рака мочевого пузыря больше на 21% и риск возникновения рака прямой кишки на 38% больше, чем те, кто пьет воду с незначительным содержанием хлора. При взаимодействии хлора с безвредными органическими соединениями, имеющимися в питьевой воде, образуется хлорорганическое соединение, способное приводить к тяжелым заболеваниям почек, печени, появлению врожденных аномалий и раковых заболеваний.

II.4. Способы очистки воды.

I. Очистка питьевой воды без применения фильтров.

Кипячение. С давних времен человек задумывался над вопросами очистки воды. Ещё в 2000 г. до н. э. воду кипятили путём помещения в воду горячих металлических инструментов и фильтровали через древесный уголь и песок, о чем свидетельствуют дошедшие до нас иероглифы. Кипячение применяют с целью уничтожения вирусов, бактерий, микроорганизмов и другой органики, удаления хлора и других низкотемпературных газов (радон, аммиак и др.). Кипячение лишь частично решает проблему очистки воды. Происходит испарение воды. Концентрация солей увеличивается, они отлагаются на стенках в виде накипи. Данный процесс требует дополнительных финансовых затрат (оплата затраченной электроэнергии или газа). При кипячении воды удаляется только газообразный хлор. В лабораторных исследованиях был подтвержден тот факт, что после кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ, даже если перед кипячением воды была освобождена от хлороформа продувкой инертным газом. Это опасное для здоровья канцерогенное вещество может вызывать онкологические заболевания.

Дистилляция.  Вода сначала испаряется, а затем конденсируется. Дистилляцией можно отделить жидкость от растворенных в ней твердых веществ или жидкостей с сильно отличающимися температурами кипения.

Отстаивание. Отстаивание, в основном, применяют для удаления из воды хлора. Для отстаивания водопроводную воду наливают в большое ведро или банку и оставляют на 8-12 часов. Без дополнительного перемешивания воды удаление газообразного хлора происходит примерно с 1/3 глубины от поверхности воды, поэтому для получения заметного эффекта необходимо следовать разработанным методикам отстаивания.

Важно помнить, что соли тяжелых металлов самостоятельно из отстоянной воды не исчезнут — в лучшем случае они осядут на дне. Поэтому следует использовать лишь 2/3 содержимого банки, стараясь не взбалтывать ее в процессе переливания воды, чтобы осадок на дне не смешался с более-менее очищенной водой.

Заморозка или вымораживание. Этот способ применяют для эффективной очистки воды с помощью ее перекристаллизации. Правильное вымораживание основывается на химическом законе, согласно которому при замерзании жидкости прежде всего в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество (вода), а затем в наименее холодном месте затвердевает все, что было растворено в основном веществе (примеси). То есть чистая пресная вода замерзнет быстрее, чем вода с примесями солей. Этому закону подчиняются все жидкие вещества. Самое главное — обеспечить медленное замораживание воды, и вести его так, чтобы в одном месте сосуда его было больше, чем в другом. Когда вода наполовину замерзнет, незамерзшую воду вылейте (в ней остались все вредные примеси), а замороженную воду можно растопить и использовать для питья и приготовления пищи.

Размороженная (талая) вода, выпитая сразу после оттаивания, является чрезвычайно полезной и целебной, она способна ускорить восстановительные процессы в организме, повысить работоспособность, облегчить состояние при различных заболеваниях.

Ионный обмен - это специфический случай сорбции ионов, когда поглощение одного иона сопровождается выходом в раствор другого, входящего в состав сорбента. При этом ион, присутствие которого в воде нежелательно, фиксируется на сорбенте. Таким образом, происходит "замещение" одних ионов на другие. Чаще всего в процессе водоочистки ионный обмен используется для удаления из воды катионов тяжелых металлов (например, свинца), представляющих опасность для здоровья. Иониты, способные обменивать, находящиеся в растворе катионы, называются катионитами: алюмосиликаты, сульфированные угли, синтетические смолы. Иониты, обменивающие анионы с находящимися в растворе ионами солей и кислот, называются анионитами.

Адсорбенты - это искусственные или природные тела с развитой поверхностью, которая хорошо поглощает (абсорбирует) вещества из газов и жидкостей. В 1771 году ученым К. Шеелем было установлено, что древесный уголь способен поглощать газы. Промышленное развитие адсорбционный метод получил с открытия в 1785 году способности древесного угля поглощать из раствора органические примеси. В качестве адсорбентов чаще всего применяют активные угли, кремний, шунгит (древняя углеродсодержащая порода с возрастом около 2 млрд. лет. Это твердый остаток древнейшей нефти).

II.Очистка питьевой воды с применением фильтров.

Развитие фильтрация воды получила с появлением микроскопа, что дало возможность наблюдать посторонние частицы в воде. Микроскоп использовался также для идентификации бактерий холеры в питьевой воде во время вспышки заболевания в 19 веке в Лондоне. Заболевание было отмечено во всех областях, за исключением тех, где питьевая вода фильтровалась через песок. Было также обнаружено, что хлор эффективен как дезинфицирующее средство в борьбе с холерой, а также брюшным тифом. По способу фильтрации домашние фильтры для очистки питьевой воды можно условно разделить на два основных типа: – накопительные и проточные.

Накопительные фильтры обычно состоят из накопительной емкости для воды и фильтрующего картриджа для очистки воды. Чаще всего это фильтры-кувшины (Аквафор, Брита, Барьер и другие).

Бытовые фильтры

Аквафор. Для водоочистки применяются волокнистые материалы семейства Аквален, которые задерживают не только органические соединения, железо, но и другие виды вредных примесей, также устраняют избыточную жёсткость воды.

Барьер. Это фильтр-кувшин: чаша, куда заливается исходная вода, собственно сам кувшин, в который собирается чистая вода, плюс фильтрующий картридж. Наполнителями являются активированный уголь и ионообменная смола, которые удаляют из воды хлор, избыточное железо, соли жесткости. К сожалению, с микроорганизмами в самой воде эти компоненты не справляются, поэтому необходимо кипячение.

Гейзер. Водоочиститель обеспечивает качество очистки воды за счет многоступенчатой фильтрации. В этих вода проходит сначала механическую очистку, затем комплексную очистку от химических примесей в картридже из материала "Арагон" и в конце фильтрации улучшает вкусовые качества на активированном угле. Фильтр предназначен для очистки от механических примесей, солей жесткости, железа, тяжелых металлов, хлора, органических соединений, задерживает бактерии и вирусы.

II.5. «Водное мошенничество».

К сожалению, всегда находятся люди, готовые наживаться на доверчивости или недостаточном уровне знаний других людей. Преступники называются работниками ЖЭКа, какой-нибудь фирмы и Роспотребнадзора и продают фильтры для воды по завышенной стоимости в несколько раз. Жертвами оказались тысячи людей, преимущественно пожилого возраста, в том числе, и в г. Семикаракорске. Старики больше всего озабочены состоянием своего здоровья. Наврать им про чудо-фильтры и «опасную» воду из городского водопровода не так сложно. Вернуть деньги на практике оказалось сложно: мошенники работали законно.

Что бы убедить жертву в потребности в фильтре, мошенники демонстрируют наглядный пример плохого качества воды из водопровода, используя «специальный прибор» под названием TDS-метр, который похож на электронный градусник. Он измеряет количество примесей в жидкости. Тестированию подвергают воду из-под крана или колодца. Солемер показывает значение свыше 300 условных единиц, при этом мошенники демонстрируют раздаточный материал. В рекламном буклете содержится таблица, согласно которой показатель свыше 200 уже опасен для здоровья.

Вторая часть «опыта» заключается в погружении электродов электролизера в стаканы с исследуемой водой и водой, которую предприимчивые гости принесли с собой. Вода из-под крана во время опыта становится темно-зеленого цвета со страшным осадком. Аналогичной получается и кипяченная вода из личного чайника.  Вода, якобы прошедшая очистку предлагаемым фильтром, не изменилась: она осталась прозрачной и чистой. Я решил повторить описанные опыты в школьной лаборатории, т.к. в ней имеются оба использованных прибора.

III.             Практическая часть

III.1. Анализ социологического опроса

Я опросил учеников и педагогов своей школы. Им была предложена анкета, содержащая следующие вопросы:

Какую воду Вы пьёте?

1. Колодезную – 5 %
2. Из-под крана – 5 %
3. Бутилированную – 60 %
4. Профильтрованную – 30 %

Какие вредные примеси содержит вода, которую вы пьёте?

1.      Соли – 22%

2.      Железо и кальций – 15 %

3.      Бактерии и микробы – 7 %

4.      Пью очищенную воду -  30 %

5.      Не знаю – 26 %

Какую дополнительную водоподготовку перед употреблением и приготовлением пищи Ваша семья проводит дома?

1.      Фильтруем – 30 %

2.      Кипятим- 15 %

3.      Никакой водоподготовки – 55 %

Установлены ли в Вашем доме фильтры для воды? Если да, то какие?

1.      Нет фильтров – 70 %

2.      Фильтрующая система под мойкой - 1 %

3.      Фильтр-кувшин – 24%

4.      Фильтрующая насадка на кран – 5%

Результаты опроса я отразил в диаграммах (прил. 1):

III.2. Экспериментальная часть

Для исследований я взял образцы воды из трех источников: из домашнего водопровода, из школьного водопровода и питьевую бутилированную воду. Для отбора пробы воды из водопровода взял чистую пластиковую бутылку ёмкостью 1,5-2,0 л из-под минеральной воды. Недопустимо отбирать пробы в бутылки из-под пива, кваса, фруктовой воды и т. д. Перед отбором спустил воду из источника в течение 3 минут. Ополоснул бутылку данной водой 3 раза. Наполнил бутылку водой доверху так, чтобы некоторое количество воды перелилось через край. Плотно закрыл бутылку с водой так, чтобы между пробкой и водой не осталось прослойки воздуха.

В школьной лаборатории были проведены следующие исследования:

III.2.1. Качество водопроводной воды на основе органолептических показателей.

А. Определение запаха воды.

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в неё естественным путём и со сточными водами. Заполняем колбу водой на 1/3 объема и закройте пробкой. Взболтаем содержимое колбы. Откроем колбу и осторожно, не глубоко вдыхая воздух, сразу же определили характер и интенсивность запаха. Запах сразу не ощущался, поэтому испытание повторили, нагрев воду в колбе на водяной бане до 60 °С. Интенсивность запаха определяется по 5-ти бальной системе согласно таблице (см. прил.№2).

Вывод: пробы № 1,2,3 - запах не ощущается. Оценка 0.

Б. Определение цветности и мутности воды.

Цвет (или цветность) воды зависит от содержащихся примесей. Чистая вода бесцветна, но иногда имеет легкий голубоватый или изумрудный оттенок. При повышенном содержании различных органических веществ вода приобретает желто-коричневую окраску. Примеси минеральных веществ также изменяют цветность воды.

 Мутность воды обусловлена присутствием большого количества взвешенных частиц. Заполнили пробирку водой на 10-12 мл. Рассмотрели пробирку сверху на белом фоне при достаточном освещении. Определили цветность воды по таблице (см. прил.№3). Рассмотрели пробирку сверху на темном фоне при достаточном освещении. Определили мутность воды по таблице.

Вывод: пробы № 1,2,3 – чистая прозрачная вода. Мутность не выявлена.

Г. Определение прозрачности воды.    

В лаборатории количественное определение прозрачности производят в приборе, представляющем градуированный цилиндр со съемным плоским пришлифованным дном.  Исследуемую воду перед определением хорошо взбалтывают и наливают в цилиндр. Затем ставят цилиндр неподвижно над шрифтом для определения прозрачности так, чтобы шрифт находился в 4 см от дна. Добавляя или отливая воду из цилиндра, находят предельную высоту столба воды, при которой возможно чтение шрифта. Определение производят в хорошо освещенном помещении на расстоянии 1 м от окна, не на прямом свету. Прозрачность воды выражается в сантиметрах высоты столба с точностью до 0,5 см. Шрифт используется стандартный (ГОСТ 3351-46). Прозрачность питьевой воды должна быть не менее 30 см. Измеряем высоту столба оставшейся воды линейкой и выразите степень прозрачности в сантиметрах.

Вывод: пробы № 1,2,3 – 30см. 

III.2.2. Химический анализ воды

Экспериментальный опыт №1. «Определение хлоридов»

Качественное определение хлоридов с приближенной количественной оценкой я произвёл следующим образом. Объем пробы воды для определения содержания хлоридов должен быть не менее 250 мл. В пробирку отобрал 5 мл воды и добавил 3 капли 10 %-ного раствора нитрата серебра. Примерное содержание хлоридов определил по осадку или помутнению на основании таблицы

Осадок или помутнение	Концентрация хлоридов, мг/л
Опалесценция или слабая муть	1-10
Сильная муть	10-50
Образуются хлопья, но осаждаются не сразу	50-100
Белый объемистый осадок	Более 100

Вывод: после добавления нитрата серебра в воде пробы №1 (домашняя водопроводная) и №3 (школьная водопроводная) образовалась сильная муть, что говорит о содержании в ней хлоридов в количестве 10-50 мг/л. Опалесценция наблюдается в пробе №2 (бутилированная питьевая вода). (См. прил.№4)

Экспериментальный опыт №2. «Обнаружение катионов железа в воде»

Реактивом на катион Fe³⁺ служит роданид калия. В пробирку добавил 10 мл пробы, затем в каждую по 1 капле концентрированной азотной кислоты, 3-5 капель раствора пероксида водорода и 0,5 мл раствора роданида калия.

Fe³⁺ + 3СNS^-=Fe(CNS)₃

Вывод: при исследовании видимых изменений не наблюдалось, это говорит о том, что ионов Fe³⁺ ни в одной из проб нет.

Реактивом на ион Fe²⁺ является раствор красной кровяной соли. Взаимодействие протекает согласно реакции:

2K₃[Fe(CN)₆] + 3FeSO₄= KFe[Fe(CN)₆] +  3K₂SO₄

Вывод: при исследовании тёмно-синего осадка не наблюдалось, это говорит о том, что ионов Fe²⁺ в исследуемых пробах нет (см. прил.№5).

Экспериментальный опыт №3. «Обнаружение катионов меди в воде»

Катионы меди Cu2+ в избытке раствора аммиака переходят в комплексный ион [Cu(NH₃)₄]²⁺ лазурно-синего цвета. В фарфоровую чашку поместил 3-5 мл пробы, осторожно выпарил досуха и нанёс на периферийную часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски должно свидетельствовать о присутствии ионов меди Cu²⁺.

Cu²⁺ + 4NH₄OH=[Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4H₂O

Вывод: при исследовании синее окрашивание не наблюдалось, это говорит о том, что ионов Cu²⁺  в воде нет (см. прил.№6).

Экспериментальный опыт №4 «Обнаружение катионов свинца».

Калия иодид KI - дает с ионами свинца осадок желтого цвета:

Рb(NО3)2 + 2KI = РbI2¯ + 2КNO3

Осадок растворим в горячей воде в уксусной среде. После охлаждения выпадают красивые золотистые кристаллы свинца (II) иодида.

Выполнение опыта: к 2-3 каплям соли свинца прибавляют 1-2 капли калия иодида. Наблюдают выпадение желтого осадка. Добавляют 20 капель дистиллированной воды и 8-10 капель уксусной кислоты, кипятят содержимое пробирки до растворения осадка. Дают раствору охладиться. Наблюдает образование блестящих золотистых кристаллов. Образование таких кристаллов свойственно только свинца (II) иодиду. Поэтому эту реакцию можно использовать для обнаружения ионов свинца в присутствии других катионов. В ходе выполнения опыта никаких изменений не произошло (см. прил. №7).

Вывод: в нашей воде нет ионов свинца.

Экспериментальный опыт №5 «Определение содержания сульфатов».

Качественное обнаружение проводилось по реакции:

Ba²⁺ + SO₄ ^2- = BaSO₄

В пробирку внесём 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%-го раствора хлорида бария, перемешиваем. По характеру выпавшего осадка определяем ориентировочное содержание сульфатов:

Осадок или помутнение	Концентрация сульфатов, мг/л
Отсутствие мути	менее 5
Слабая муть, появляющаяся не сразу, а через несколько минут	5-10
Слабая муть, появляющаяся сразу	10-100
Сильная, быстро оседающая муть	Более 100

Вывод: в пробе №1 и 3 появилась слабая муть.  В пробе №2 осадок не выпал, следовательно, сульфат-ионов не содержится (см. прил. №8).

Экспериментальный опыт №6 «Определение окисляемости воды».

Это санитарный показатель, который характеризует способность веществ, присутствующих в воде, взаимодействовать с сильными окислителями. Окисляемость отражает степень загрязнения объекта водопользования органическими соединениями. Для вычисления окисляемости, относящейся только к органическим примесям воды, вводят поправку на окисление неорганических легко окисляющихся веществ. Различают бихроматную, перманганатную и биохимическую окисляемости. При определении перманганатной окисляемости окислителем является перманганат калия. Однако перманганат калия не окисляет все примеси воды. Степень окисления перманганатом калия зависит от химической природы окисляемого вещества и может колебаться в широких пределах. Перманганатная окисляемость является очень хорошей характеристикой питьевых вод, а также вод рек, защищенных от попадания промышленных стоков.

Сущность метода определения перманганатной окисляемости воды заключается в использовании перманганата калия в качестве сильного окислителя для разложения органических загрязнителей в исследуемой воде. Набираем в пробирку примерно 50 мл испытуемой воды и вносим в опытный образец 1 каплю заранее заготовленного насыщенного раствора перманганата калия. Через час оцениваем изменение цвета раствора. Если раствор остался ярко-розовым – окисляемость низкая, а загрязнение воды минимально. Осветление до красного цвета свидетельствует об умеренной окисляемости, оранжевый говорит о сильном загрязнении воды, а желтый эквивалентен табличке «антисанитарное состояние воды».

Вывод: все пробы воды остались ярко-розовым, значит окисляемость их низкая и загрязнение воды органическими соединениями минимально.

III.2.3. Инструментальный анализ воды проводился при помощи трех приборов: электролизера, кондуктометра и pH-метра.

Экспериментальный опыт №7 «Измерение pH». Измерение проводилось с помощью pH-метра (см. прил.№9). Для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 5 до 9 (СанПиН). Однако ученые ставят более строгие границы: от 6,5 до 8,5. Это связано с нейтральностью человеческой крови: считается, что для человека наиболее благоприятна вода со сходным значением показателя. В идеале напиток должен иметь pH=7,5. Такая вода благотворно влияет на обменные процессы в организме человека.  В целом вода с pH меньше 7 считается кислой, а с рН больше 7 – щелочной.

Номер пробы	Проба №1 (домашняя водопроводная)	Проба №2 (бутилированная вода)	Проба №3 (школьная водопроводная)
Значение pH	6,57	7,2	6,72

Вывод: результаты исследования проб воды на рН показали, что Водородный показатель всех проб в пределах нормы и соответствует требованиям СанПиН.

Экспериментальный опыт №8 «Измерение жесткости воды». Определить жесткость воды позволяет солемер или TDS-метр (см. прил. №10). Принцип работы солемера основан на прямой зависимости электропроводности раствора (силой тока между электродами) от количества растворенных в воде соединений. Для того чтобы определить концентрацию солей в воде, достаточно налить ее в небольшую емкость и погрузить электрод прибора в воду. После этого на жидкокристаллическом экране солемера высветится содержание солей в воде в миллиграммах на литр. Стандартами Российской Федерации к употреблению пригодна вода с содержанием примесей не более 1000 мг/л. По стандартам западных стран этот показатель не должен превышать 500 мг/л. Представитель компании, продающей фильтры для воды, опускает в воду TDS-метр. Результат замера зависит от минерализации воды и ее температуры. В воде же, которую принес с собой «эксперт», данная цифра близка к нулю. Это объясняется тем, что дистиллированная вода практически лишена минеральных солей и микроэлементов. Но никто не станет уточнять, что наличие солей в воде необходимо организму.

Результаты замеров, проведенных в школьной лаборатории:

Номер пробы	Проба №1 (домашняя водопроводная)	Проба №2 (бутилированная вода)	Проба №3 (школьная водопроводная)
Показатель	534 мг/л	25 мг/л	541 мг/л

 Вывод: значение всех показателей не превышает значения, допущенного Стандартами РФ

Экспериментальный опыт №9 «Электролиз воды».

Для визуального определения качества воды провели электролиз отобранных проб. В работе прибора применен принцип электролиза воды. Для проведения электролиза используется прибор «электролизер», имеющий две пары контактов для двух ёмкостей. Прибор включается в сеть 220В, и через воду в ёмкостях проводится электричество. Под воздействием электричества в двух исследуемых пробах на поверхность всплыли черно-зеленые хлопья (см. прил. № 11). Этот визуальный эффект позволил мошенникам, продающим чудо-фильтры, заявлять о том, что исследуемая вода содержит вредные примеси. На самом деле, наш электролизер имеет железные и алюминиевые электроды. При электролизе с железными электродами анод сразу начинает растворяться с образованием чёрно-зелёных хлопьев гидроокиси двухвалентного железа. Это расслоение получается за пару минут работы на хорошем постоянном токе. Со временем гидроокись железа меняет цвет от зелёного в сторону рыже-бурого. С разрушенного алюминиевого анода наблюдается смесь бело-серой окиси/гидроокиси алюминия. Соответственно, основная масса полученных веществ - это продукты разрушения анода. Для сравнения подобная процедура проводится с дистиллированной водой, которая, как известно, не содержит ничего, кроме молекул Н₂О. Демонстрируя в ней работу электролизера, визуальные изменения практически не отмечаются, что, по словам «исследователей», говорит о «высоком» качестве воды. Это утверждение абсолютно не отвечает действительности. Дистиллированная вода не пригодна для употребления ни одним живым существом. Говоря простыми словами, любая вода – это раствор солей, и за исключением химически чистой – дистиллированной, под действием электрического тока оставит осадок. Это признак физиологически полноценной воды.

Вывод: окрашивание воды, вызвано растворением электрода. Цвет осадка зависит от материала электрода. А интенсивность окрашивания зависит от общей минерализации воды (концентрации солей) и длительности электротока.

IV.             Заключение.

Анализ и обобщение результатов исследований, по сравнительной оценке, качества очистки питьевой воды позволили заключить следующее:

·      Проведенное анкетирование показало, что 90 % респондентов пьют только очищенную воду. Самыми популярными способами очистки воды являются кипячение и фильтрование.

·      Поставленная цель достигнута: я провел в условиях школьной лаборатории простейшие исследования по определению качества водопроводной воды.

·      В результате проведенного исследования органолептических показателей и химического анализа проб питьевой воды выяснилось, что исследуемые образцы воды в целом соответствуют требованиям и нормам СанПиН 2.1.4.1074-01, однако полный анализ водопроводной воды г. Семикаракорска провести в условиях школьной лаборатории невозможно, поэтому дополнительная очистка воды не будет лишней, но решение об установке фильтра является индивидуальным.

·      Самые дешевые и доступные способы очистки воды: отстаивание, кипячение, замораживание.

·      Стоимость фильтров для воды колеблется от 300 рублей до 60 000, в зависимости от свойств.

·      Перед тем, как приобретать фильтр, необходимо вызвать специалистов для проведения экспертизы воды. Только она может определить, каких элементов в воде переизбыток и какими свойствами должны обладать фильтрующие элементы, ведь существуют утверждённые и закреплённые в законодательном порядке методы контроля содержания в воде токсичных элементов и других веществ. Количественная и качественная оценка этих элементов может проводиться только компетентными инстанциями – аккредитованными лабораториями Роспотребнадзора, имеющими оборудование и полномочия для подобных исследований. Результаты этой оценки достоверно покажут, стоит ли пить эту воду.

·      Чтобы не попадаться на удочку навязчивых продавцов фильтров или других чудо-приборов, нужно помнить о том, что школьные знания по химии не являются такими бесполезными, как считают многие.

V.   Список использованной литературы и Интернет-ресурсов

1.        Дружинин С.В. "Исследование воды и водоемов в условиях школы", 2008.

2.        Муравьев А.Г. «Экологический практикум», 2003.

3.        Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование РФ (http://base1.gostedu.ru/9/9742)   

4.        Статья «Качество водопроводной воды» (http://vodaexpress.ru/stati/kachestvo-vodoprovodnoy-vody.html).

4. TDS метр: принцип работы, использование, характеристики, уход (http://oskada.ru/analiz-i-kontrol-kachestva-vody/tds-metr-princip-raboty-ispolzovanie-xarakteristiki-uxod.htmlttp://oskada.ru/analiz-i-kontrol-kachestva-vody/tds-metr-princip-raboty-ispolzovanie-xarakteristiki-uxod.html 

VI. Приложение.

Приложение 1 «Результаты опроса»

Приложение 2. Таблица определения характера запаха

Интенсивность запаха	Характер проявления запаха	Оценка
Нет	Запах не ощущается	0
Очень слабая	Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды).	1
Слабая	Запах замечается, если обратить на это внимание.	2
Заметная	Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде.	3
Отчетливая	Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья.	4
Очень сильная	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению.	5

Приложение 3. Таблица по определению цветности воды

Цветность воды	Мутность воды
Слабо-желтоватая	Слабо опалесцирующая
Светло-желтоватая	Опалесцирующая
Желтая	Слабо мутная
Интенсивно-желтая	Мутная
Коричневая	Очень мутная
Красно-коричневая	Чрезвычайно мутная

Приложение 4 «Определение хлоридов»

 

Приложение 5 «Определение катионов железа»

 

Приложение 6 «Определение катионов меди»

Приложение 7 «Обнаружение катионов свинца»

Приложение 8 «Определение сульфатов»                

.                 

 Приложение 9 «Определение pH-среды»

Приложение 10 «Измерение жесткости воды»

    

Приложение 11 «Результаты электролиза»