Исследовательская работа по теме "Бытовые фильтры"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

Бобровская средняя общеобразовательная школа №1

ПРОЕКТ

«Устранение жесткости с помощью бытовых фильтров »

АВТОРЫ:

Апрелкова Елена

Уланова Анастасия

Руководитель проекта:

Ермолова Ирина Николаевна, учитель химии

Бобров 2015 г.

Содержание

       I.            Введение ________________________________________________2

    II.            Основная часть___________________________________________4
1. Теоретическая часть
а) Общая характеристика воды;
б) Биологическая роль воды
в) Методы очистки воды
г) Виды воды
д) Жесткость воды
2. Практическая часть

 III.            Вывод

IV.            Дополнительный материал

   V.            Литература

VI.            Приложение

Введение.

Вода является одним из самых важных элементов для жизнедеятельности всех живых организмов на Земле.

Основными проблемами экологии, которые связаны с гидросферой планеты, являются условия обеспечения населения водой, ее качество и возможности ее повышения. До недавних пор эти проблемы не стояли так остро, в связи с относительной чистотой природных источников водоснабжения и их достаточным количеством. Но в последние годы ситуация резко изменилась. Значительная концентрация городского населения, резкое увеличение промышленных, сельскохозяйственных, транспортных, энергетических и других антропогенных выбросов привели к нарушению качества воды, появлению в источниках водоснабжения отличных от естественной природной среды химических, радиоактивных и биологических агентов.

 Все это ставит проблему эффективного водообеспечения качественной водой населения на первое место среди остальных проблем.

Показатели качества воды подразделяются на: 

·        физические (температура, цветность, запах, вкус и др.); 

·        химические (жесткость, щелочность, активная реакция, окисляемость, сухой остаток и др.);

·        биологические и бактериологические (общее количество бактерий, коли-индекс и др.).

Но наиболее важным качеством питьевой воды является её жесткость. Воду называют жёсткой, если в ней содержится большое количество растворенных солей кальция и магния.

Так как проблема жесткости воды очень значима в наши дни, мы решили посветить наш проект именно этому вопросу - жёсткость  воды и способы её устранения с помощью бытовых фильтров.

Поступающая в потребление жесткая вода, не прошедшая через фильтр смягчения, обладает горьковатым вкусом и оказывает негативное воздействие на организм человека. Кроме того, соли жесткости откладываются на поверхности сантехники, накапливаются в виде накипи на нагревательных элементах бытовых приборов, в системах отопления и водоснабжения жилищ.

В этом и проявляется актуальность выбранной нами темы, ведь именно бытовые фильтры необходимы для снижения содержания солей жесткости (кальция, магния) в домашних условиях.

Так проблема жесткости значима  в наши дни, мы поставили перед собой цель удостовериться в том, что бытовые фильтры способны участвовать в смягчении питьевой воды.

Для достижения поставленной цели нам необходимо решить ряд конкретных задач:

1.     изучить и проанализировать литературу по данной теме;

2.     провести опыты, доказывающие, что бытовые фильтры способны смягчать воду;

3.     сделать соответствующие выводы (удостоверить в том, что производители бытовых фильтров указывают верную информацию о своем продукте).

Объекты исследования стали:

1.     вода из водопровода;

2.     вода после фильтра БАРЬЕР «Классик»;

3.     вода после фильтра БАРЬЕР «Жесткость».

«Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле»

Леонардо да Винчи

Общая характеристика.

Вода (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение, химическая формула Н₂O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.

При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром.

Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) — 361,13 млн км. На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % — ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды).

 Бо́льшая часть земной воды — солёная, непригодная для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах.

Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

Биологическая роль воды

1.                             Вода – это универсальный растворитель. Если этой уникальной жидкости предоставить достаточно времени, она растворит любое твердое вещество. На это не способно ни одно вещество в природе. Именно из-за данного свойства химически чистая вода (не содержащая примесей в принципе) – лишь теория, пока не доступная практике.

2.                             Вода – участница химических реакций. Например, благодаря ней в организме животных расщепляются белки, углеводы, жиры, и выделяется энергия, которая дает нам всем возможность жить. При фотосинтезе благодаря активному участию воды выделяется кислород, который необходим всем существам на земле.

3.                             Вода – это терморегуляция. Как бы это ни было удивительно, именно вода отвечает за поддержание постоянной температуры тела. Благодаря ней тепло равномерно распределяется по организму, температура не изменяется постоянно в зависимости от условий окружающей среды.

4.                             Вода – это уникальный транспорт. Благодаря удивительной жидкости растения и животные могут успешно насыщаться питательными веществами. Вода является одним из основных компонентов лимфы и крови, играет невероятно важную роль в работе выделительной системы. С помощью этой безликой жидкости к верхушкам растений поступают минеральные соли.

5.                             Вода – это упругость клеток и организмов. Как всем известно, воду в жидком состоянии практически нельзя сжать. Благодаря этому она часто выступает скелетом клетки и, как следствие, поддерживает форму органов. Вот, к примеру, самый обычный лист вашего комнатного растения. Он поддерживает постоянную форму исключительно благодаря удивительным возможностям воды.

Методы очистки воды — способы отделения воды от нежелательных примесей и элементов.

Существуют несколько методов очистки и все они входят в три группы методов:

·                    механические

·                    физико-химические (Физико-химическая очистка применяется для очистки сточных вод от грубо- и мелкодисперсионных частиц, коллоидных примесей, растворенных соединений. Высокопроизводительный, но в то же время дорогой способ очистки.)

·                    биологические  (Биологические методы применяются для очистки от растворенных органических соединений. Метод основан на способности микроорганизмов разлагать растворенные органические соединения.)

Наиболее дешевая — механическая очистка — применяется для выделения взвесей.

 Основные методы: процеживание, отстаивание и фильтрование. Применяются, как предварительные этапы.

Фильтрование  — процесс разделения неоднородных систем при помощи пористых перегородок, пропускающих дисперсионную среду и задерживающих дисперсную твёрдую фазу.

Фильтр для воды — устройство для очистки воды от механических, нерастворимых частиц, примесей, хлора и его производных, а также от вирусов, бактерий, тяжелых металлов.

Бытовые фильтры,  используемые для получения питьевой воды условно можно разделить на 3 категории — простейшие бытовые фильтры, средней степени очистки и бытовые фильтры высшей степени очистки. К лучшей (высшей) степени очистки относится очистка обратноосмотическими бытовыми фильтрами — наиболее качественная и передовая технология на сегодняшний день. К простейшим относятся кувшины и насадки.

Из-за важности воды, «как источника жизни», её нередко подразделяют на типы по различным принципам.

Мягкая вода и жёсткая вода — по содержанию катионов кальция и магния. Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой.

Что такое жесткость воды

Жесткость — это совокупность физико-химических свойств воды, которые зависят от содержания в ней так называемых «солей жесткости», т. е. растворенных солей щелочноземельных металлов – в основном, кальция и магния.

Различают два типа жесткости: временная (карбонатная), обусловленная присутствием гидрокарбонатных анионов, и постоянная (некарбонатная), обусловленная присутствием сульфатных, нитратных и хлоридных анионов. Общая величина жесткости определяется как сумма карбонатной и некарбонатной жесткости.

Принята следующая классификация воды: 

●   жесткая – свыше 6,0 мг-экв/л;

●   средней жесткости – 3,0-6,0 мг-экв/л; 

●   мягкая – 3,0 мг-экв/л и менее.

Для определения качества требующей умягчения воды и последующего подбора фильтров умягчителей берется в расчет показатель общей  жесткости. 

Причины жесткости

Причинами повышенной жесткости воды, требующей умягчения с помощью специального фильтра, обычно являются растворение и выветривание горных пород, попадающих в подземные воды. Это могут быть залежи известняков, гипса или доломитов.

Поступающая в коттедж жесткая вода, не прошедшая через фильтр смягчения, обладает горьковатым вкусом и оказывает негативное воздействие на организм человека. Кроме того, соли жесткости откладываются на поверхности сантехники, накапливаются в виде накипи на нагревательных элементах бытовых приборов, в системах отопления и водоснабжения коттеджа и т.д. Фильтры для умягчения воды необходимы для снижения содержания солей жесткости (кальция, магния) в домашних условиях. Монтаж системы умягчения воды в коттедже требует изначальных капитальных вложений средств, однако эти затраты несравнимы с ценой замены вышедшей из строя бытовой техники или стоимостью устранения неисправностей оборудования, установленного в коттедже. 

КАК ВЛИЯЕТ ЖЁСТКОСТЬ НА КАЧЕСТВО ВОДЫ

С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.

Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что 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 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе водопровода отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).

Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование «мыльных шлаков» в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство «жестких» волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры.

Признаком такого негативного воздействия является характерный «скрип» чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство «мылкости» после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановление той защиты кожи, которой нас и так снабдила природа.

Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.

Нормативы жесткости

Вода	Жесткость, мг-эк/л
очень мягкая вода	до 1,5
мягкая вода	от 1,5 до 4
вода средней жесткости	от 4 до 8
жесткая вода	от 8 до 12
очень жесткая вода	более 12

Величина общей жесткости в РФ измеряется в мг-экв/л (миллиграмм-эквивалентах на литр) или в моль/м3. Вода считается мягкой и не требует дополнительного умягчения, если данный показатель составляет 1,5-3 мг-экв/л, умеренно жесткой – при 3-6 мг-экв/л, жесткой – при 6-9 мг-экв/л и очень жесткой, если концентрация солей превышает 9 мг-экв/л. Благодаря использованию фильтров умягчителей воды концентрация солей может снижаться до 7 мг-экв/л (что соответствует требованиям ГОСТ 2874-82) и ниже.

Устранение жесткости воды

Чтобы избежать нежелательных последствий влияния солей жесткости на здоровье человека и функционирование бытовых приборов, применяются технологии устранения жесткости воды. На данный момент учеными разработано несколько способов, позволяющих справиться с данной проблемой:

·        термоумягчение (Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O.)

·         реагентное умягчение(Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O)

·         катионирование

·        обратный осмос

·         электродиализ. 

Практическая часть

Анализ проб методом комплексонометрического титрования.

Титрование (титриметрия) — метод количественного анализа, основанный на измерении объема раствора реактива с точно известной концентрацией, прореагировавшего с определенным объемом раствора анализируемого вещества.

Для проведения титрования нами использовались следующие принадлежности и реактивы:   

·        мерная колба 1 л.;мерный стакан на 50 мл.;

·        бюретка с минимальными делениями 0.1 мл л.;

·         трилон Б;

·         концентрированный раствор аммиака. хлорид аммония (NH₄Cl);

·         эриохром черный Т;

·        дистиллированная вода.

Для приготовления      0.025 М раствора трилона Б взяли 9.3 г этой соли, растворили в 0.8 л теплой дистиллированной воды и довели объем раствора до 1 л. Для приготовления буферного раствора, позволяющего поддерживать рН около 9, что необходимо для точного измерения жесткости, 10 г хлорида аммония растворили в 200-400 мл дистиллированной воды, затем внесли туда   50 мл концентрированного (25%) раствора аммиака и довели объем до 500 мл.   Раствор индикатора приготовили непосредственно перед определением, так как он неустойчив и может храниться в холодильнике день-два. Для этого очень немного эриохрома (кусочек с пол спичечной головки) растворили в 20-30 мл буферного раствора.

1.     Для проведения анализа отмерили по 30 мл воды из каждой пробы. Вылили её в конические плоскодонные колбочки (см. прил. рис. 1).

2.     К пробам воды прилили по 3 мл буферного раствора и несколько мл раствора индикатора. Жидкость приобрела четкий лиловый (фиолетовый, винно-красный) цвет (см. прил. рис. 2, 3).

3.      В бюретку на 25 мл набрали раствор трилона Б.  и    при непрерывном перемешивании добавляли в анализируемую воду трилон Б, проводя титрование проб поочередно. При этом по мере добавления трилона, цвет раствора начинал изменяться. Сначала лиловая окраска побледнела. С этого момента трилон добавляли по каплям, очень тщательно перемешивая жидкость после каждой капли. Вскоре раствор стал синим (см.прил. рис. 4).

4.     Титрование прекратили и замерили израсходованный объем раствора трилона Б с точностью до 0.1 мл.для каждой пробы.

5.      Процедуру провели трижды для каждой пробы. Для расчета использовали средний результат трех измерений для каждой пробы.    

6.     По полученным данным провели расчет.

На титрование водопроводной воды-2 мл Трилона

На титрование воды (фильтр «Классик»)-2 мл

На титрование воды(фильтр»Жесткость»)-0,9 мл

Расчет общей жесткости воды произвели по формуле:

Где: V_{трилона} – объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование в мл; C_{трилона} – концентрация этого раствора трилона Б в М; V_воды – объем пробы воды в мл. Так как использовали 0.025 М раствора трилона Б и пробы воды объемом 50 мл формула приняла вид.

Вода водопроводная:

Жесткость_{(мг-экв/л)}= (2000×2 × 0,025):30=3,33 _{мг-экв/л}

Вода после фильтра БАРЬЕР «Классик»:

Жесткость_{(мг-экв/л)}= (2000×2 × 0,025):30=3,33 _{мг-экв/л}

Вода после фильтра БАРЬЕР «Жесткость»:

Жесткость_{(мг-экв/л)}= (2000×0,9 × 0,025):30=1,5 _{мг-экв/л}

Вывод:

Мы исследовали воду после очистки фильтрами БАРЬЕР «Жесткость»  и БАРЬЕР «Классик».

БАРЬЕР «Классик» предполагает эффективное очищение воды от основных загрязнений, делая безопаснее, а также устраняет неприятные запахи и привкусы, согласно рекламе. А БАРЬЕР «Жесткость»  обещает эффективное очищение жесткой воды (см. прил. рис. 5).

Анализируя полученные результаты опыта и расчетов, мы убедились, что производители указали верную информацию (кассета БАРЬЕР «Жесткость» действительно смягчает воду», в отличие от кассеты БАРЬЕР «Классик»).

Дополнительные материалы

Мы хотим Вам посоветовать:

·       пейте естественную природную бутилированную воду. Ее можно пить и в сыром виде.

·        для приготовления чая, кофе доводите воду только до кипячения, исключая долгое кипение воды (к сожаления функция ограничения нагрева воды до 80 градусов есть не у всех моделей чайников).

·        старайтесь не кипятить воду по нескольку раз (как это часто бывает: кипятим весь чайник ради одной кружки чая, следом супруг/супруга  доливает воды и повторно кипятит полный чайник ради одной кружки горячего напитка)

·        используйте современнее устройства (кулеры) для нагрева и охлаждения воды. Нагрев воды в этом случае не превышает 90 градусов, но все вкусовые качества чая и кофе сохраняются. Но не забывайте чистить данное устройство и на работе, и дома.

Факт №1. Вода отражает 5% солнечных лучей, в то время как снег - около 85%. Под лед океана проникает только 2% солнечного света.

Факт№2. В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем в Мировом океане.

Факт №3. Вода выводит из организма вредные продукты обмена . Выполняет вода и так называемую механическую работу в теле человека, облегчая скольжение трущихся поверхностей - суставов, связок, мышц и т.д.

Факт №4. Только 3% воды на Земле - пресная, причем большая ее часть содержится в ледниках.

Факт №6. Без воды невозможна органическая жизнь. Без пищи человек может прожить около 2-х месяцев, без воды не проживет и пяти дней.

Факт №5. - Человек в среднем за день выпивает 1,5 - 2,5 литра этой бесценной субстанции, которую нечем заменить или синтезировать.

Факт №7. Физики установили, что вода может находиться в 135 состояниях, а лед даже в 200-х.

Факт №8. Наш организм на 70% состоит из воды, которая участвует во всех его физиологических и энергетических процессах.

Факт №9. Лишь 1,1% воды на Земле пригоден для питья.

Факт №10. Морская вода замерзает при температуре - 1,91°C.

Факт №11. - Вода - универсальный растворитель. Ее состав не исчерпывается формулой Н(2)О. В ней содержатся все элементы Периодической системы. Все другие жидкости, которые мы пьем, употребляем с пищей или используем в быту и промышленности - начиная от соков, пива и кончая лаками, бензином являются водными растворами различной концентрации.

Факт №12. Вода является электролитом, которая служит проводящей системой для снабжения всех органов и систем человеческого тела жизненной энергией.

Факт №13. Два-три айсберга средней величины содержат в себе массу воды, равную годовому стоку Волги.

Факт №14. 20% всей пресной воды на планете находится в озере Байкал в России.

Факт №15. Депрессия и усталость - признаки обезвоживания. В большинстве случаев, выпив два стакана воды можно одолеть эти напасти.

Факт №16. В мире есть только одна река, которая берет свое начало у экватора и течет в зону умеренного климата: Нил. По малопонятной причине большинство рек текут в обратном направлении.

Литература:

http://vodyfiltr.ru/zhestkaya-voda/zhestkaya-i-myagka..
http://www.barrier.ru/house/umyagchenie_vody/
http://www.barrier.ru/product/
http://milkon-nt.ru/kachestvo_vody
http://www.ecodoma.ru/lab/pokazatel/gest/
http://interesko.info/podrobnee-pro-zhyostkost-vody/
https://ru.wikipedia.org/wiki/

Приложение

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5