Исследовательский проект "Качество воды и его влияние на здоровье человека"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Дмитриевская средняя общеобразовательная школа»

Турочакский район

Исследовательский проект

«Влияние качества питьевой воды на организм человека»

Выполнила:

Соломаткина Наталья Васильевна,

 10 класс, МОУ «Дмитриевская СОШ»

                                                    Научный руководитель:

                                                              Малахова Евгения Владимировна,

                                            учитель биологии и химии

МОУ «Дмитриевская СОШ»

с. Дмитриевка, 2017

Оглавление

Введение…………………………………………………………3-4

Основная часть

Глава 1. Вода в природе…………………………………………4-5

Глава 2. Вода в организме человека………………………………5

Глава 3. Качество воды и здоровье человека…………...………6-7

Глава 4. Анализ качества воды…………………………………8-11

4.1. Органолептические показатели……………………………8-9

4.2. Биологические показатели……………………………………9

4.3. Химические показатели……………………………………9-11

 Глава 5. Методика исследования……………………………11-13

5.1. Отбор воды на анализ…………………………………………11

5.2. Определение прозрачности воды……………………………11

5.3. Определение интенсивности запаха…………………………12

5.4. Определение мутности и наличие осадка……………………12

5.5. Определение водородного показателя воды…………………13

5.6. Определение наличия катионов железа в воде………………13

Выводы………………………………………………………………13

Заключение……………………………………………………..……14

Список литературы…………………………………………………...15

Приложение ……………………………………………………..........16

Введение

Вода, у тебя нет ни вкуса, ни запаха,

 тебя невозможно описать, тобой наслаждаются,

не ведая, что ты такое!

 Нельзя сказать, что ты не обходима для жизни:

ты сама жизнь.

                                       А. де Сент. – Экзюпери.

      Воду, драгоценный дар природы, академик А.Н. Карпинский назвал живой кровью, которая создает жизнь там, где ее не было. Но всегда ли мы отдаем себе отчет в том, что значит для нас вода – эта бесцветная, без запаха и вкуса жидкость? В сущности говоря, она почти ничего нам не стоит в повседневной жизни, но бывают моменты, когда за один глоток воды человек готов пожертвовать всем. Человек способен неделями обходиться без пищи, а вот без воды – только два-три дня. Эта состоящая из водорода и кислорода жидкость нужна не только для поддержания жизни человека. По санитарным нормам любая вода, которая течет из крана, должна отвечать стандартам питьевой воды.

     Вода жизненно необходима. Она нужна везде – в быту, в сельском хозяйстве и промышленности. Вода, которую мы потребляем, должна быть чистой. Болезни, передаваемые через загрязненную воду, вызывают ухудшение состояния здоровья, инвалидность и гибель огромного числа людей. Качество воды определяется по наличию в ней химических элементов, которые раньше всего обнаруживают наши органы чувств.

     Актуальность: В России 2017 год объявлен годом Экологии. Вода является неотъемлемой частью всего живого на Земле. Проблема охраны и рационального использования водных ресурсов стала особенно актуальна в современных условиях. Она охватывает буквально все народы и районы мира.     Подземные воды, хотя и скрыты от глаз, но роль их велика как в природе, так и в жизни человека. Родники являются важными источниками питания рек, участвуют в формировании рельефа, снабжают растения влагой, используются для местного водоснабжения, а нередко, при достаточной их мощности и для питания водопроводов. Подземные воды, по сравнению с поверхностными, содержат меньше болезнетворных бактерий, менее подвержены загрязнению, зачастую не требуют специальной очистки. Вода может оказывать на здоровье людей не только положительное, но и отрицательное влияние.  Оно было отмечено еще в глубокой древности, но сейчас в связи с ухудшением экологической ситуации проблема, связанная с качеством воды, стала наиболее актуальной.

     Цель: Провести сравнительный химический анализ водопроводной воды и воды из скважины в с. Дмитриевка в условиях школьной лаборатории и сравнить результаты. Показать большую значимость и важность качественной воды в жизни. Изучить гигиенические требования к питьевой воде, исследовать качество водопроводной воды и воды из скважины. Изучить влияние загрязненной воды на организм человека.

     Задачи:

1.     Изучить органолептические, химические и биологические показатели качества воды.

2.     Оценить качество воды из скважины и водопровода, используемой населением для пищевых, бытовых и технических целей.

3.     Выявить способы очистки воды.

4.     Выяснить, какое влияние оказывает качество воды на здоровье человека.

     Объект исследования:

- водопроводная вода с. Дмитриевка

- вода из скважины с. Дмитриевка

     Практическая значимость; Данная исследовательская работа позволит получить информацию о состоянии качества водопроводной воды и воды из скважины с. Дмитриевка, привлечь внимание общественности к проблеме загрязнения воды.

     Используемые методы:

1.     Практические методы

2.     Работа с научной литературой

3.     Работа с Интернет-ресурсами

4.     Анализ

     Место проведения исследования: Окрестности с. Дмитриевка.

     Сроки проведения исследования: март 2017 года.

Основная часть

1.  Вода в природе.

Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Почти ¾ поверхности земного шара покрыты водой, образующей океан, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосферу; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор (приложение. фото 1). В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.  Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем, ведь не даром химический состав нашей крови близок по составу с морской водой.

     Запас доступных пресных вод сосредоточен в реках, озерах, под землей до глубины 1 км. Однако большая часть ее соленая и не пригодная для питья и промышленности. Вода – это минерал, обеспечивающий существование живых организмов на Земле. Доброкачественная вода – важный фактор жизни человека и его здоровья.

2.  Вода в организме человека.

Человек примерно на 65% состоит из воды, с возрастом содержание воды в организме уменьшается.

        В здоровом организме взрослого человека наблюдается состояние водного равновесия, или водного баланса, т.е. количество потребляемой воды равно количеству воды, выводимой из организма. Водный обмен – важная составная часть общего обмена веществ человека.

Вода является той средой, где совершаются процессы пищеварения. Она вымывает из клеток организма отработанные продукты обмена веществ и выносит их из организма.

На процессы пищеварения и выделения у нас расходуется около 6 кг воды. За сутки через наши почки перегоняется 100 кг жидкости. За сутки через наше сердце проходит 5000 кг крови, т.е. в 150 раз больше массы нашего тела. В среднем за всю свою жизнь человек потребляет и выделяет около 80 000 кг воды.

    При потере воды в количестве всего 6% от массы человека повышается температура, учащается сердцебиение, появляется слабость и головокружение.

При потере воды в количестве 20-25% от массы тела человек погибает.

Водный обмен включает процессы всасывания воды, поступающей в желудок при питье и с пищевыми продуктами, распределение ее в организме, выделение через почки, мочевыводящие пути, легкие, кожу и кишечник. Вода также образуется в организме вследствие окисления жиров, углеводов и белков, принятых с пищей.

        Общий объем воды, потребляемой человеком в сутки при питье и с пищей, составляет 2-2,5л. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50-60% воды. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, а потеря 15-20% воды приводит к смерти. Без пищи человек может прожить около месяца, а без воды- всего лишь несколько суток.  Разные ткани человеческого организма содержат разное количество воды. Самая богатая водой ткань – стекловидное тело глаза (99%). Самая бедная – эмаль зуба (0,2%).

3.Качество воды и здоровье.

Давно отмечена связь между заболеваемостью населения и характером водоснабжения. Еще в древнем мире были известны некоторые признаки воды, опасной для здоровья. Однако лишь в середине XIX в. эпидемиологические наблюдения и последующие бактериологические открытия Л. Пастера и Р. Коха позволили установить с достаточной достоверностью, что вода, содержащая патогенные микробы, может способствовать возникновению и распространению заболеваний среди населения. Обращали люди внимание и на химический состав воды как возможную причину заболеваний инфекционной природы. В настоящее время при обосновании гигиенических нормативов качества питьевой воды проводят ее всесторонние комплексные исследования.

     Вода может оказывать на здоровье людей не только положительное, но и отрицательное влияние. Прежде всего, это связано с качеством употребляемой воды: ее органолептическими свойствами, определяемыми цветом, вкусом и запахом, а также химическим и бактериальным составом (приложение. табл. 1). Влияние качества воды на здоровье человека было отмечено еще в глубокой древности. Например, Гиппократ рекомендовал употреблять кипяченую воду.  Миллионы человек на земном шаре страдают от болезней, заболевания, катаракты, болотная лихорадка и т.п.

При повышенных концентрациях фтора (особенно у детей) развивается – флюороз. Зубы темнеют, крошатся и ломаются. Признак флюороза – пятнистость зубной эмали (приложение. фото 2). Оптимальное для человека содержание фтора составляет в среднем 0, 7– 1, 5 мг/л.

Долгое время присутствие в воде нитратов рассматривали как косвенный признак бытового загрязнения, так как нитраты являются конечным продуктом распада органических веществ, попадающих в источник воды главным образом с загрязнением. Допустимое суточное потребление нитратов для человека 5мг/кг массы тела; смертельная доза нитратов составляет 8-15 г. Употребление в течение долгого времени пищи и воды с высоким содержанием нитратов приводит к заболеваниям крови, сердечно-сосудистой системы и раку желудка. Нитриты нарушают окислительно-восстановительные процессы в организме, разрушают эритроциты крови.  Нитриты являются пассивными канцерогенами и источниками образования нитратов.

Как известно, бор относится к соединениям, обладающим широким спектром действия на различные системы и функции организма, в том числе и на центральную нервную систему. Гигиеническим нормативом считается концентрация бора, равная 0,5 мг/л.

Качества питьевой воды длительно сохраняются благодаря ее обогащению ионами серебра. Но превышенная концентрация серебра вызывает изменения сосудистой и нервной тканей головного и спинного мозга. Предельно допустимая концентрация ионов серебра в воде – 0, 05 мг/л.

     В последнее время появился даже термин «экологически зависимые заболевания».

Установлена прямая связь между превышением предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде, воздухе, почве и ростом пороков развития, в частности:

         1. Превышением цветности водопроводной воды и возникновением новообразований;

         2. Превышением цветности водопроводной воды и заболеваниями хроническим отитом, фарингитом;

         3.   Повышенным содержанием в воде алюминия и пороками развития;

         4. Повышенным содержанием остаточного хлора в воде и новообразованиями в полости рта.

Без всякого преувеличения можно сказать, что высококачественная вода – одно из непременных условий сохранения здоровья людей. Вкусная вода – земной истинный дар. И на охране ее стоит государственный стандарт.

4. Анализ качества воды

4.1. Органолептические показатели.

     Большую роль при оценке качества питьевой воды играют ее органолептические свойства: запах, вкус, прозрачность и цветность, которые человек определяет с помощью органов чувств. Питьевая вода не должна иметь постороннего запаха, привкуса, мутности и цвета, даже если вещества, их вызывающие сами по себе бесцветны (приложение. табл. 2). Человек обладает защитной реакцией – чувством отвращения к воде с необычным запахом и вкусом. Содержащиеся в природной воде взвешенные частицы портят ее вкус. Кроме того, они служат благоприятной средой для развития болезнетворных бактерий.

   По ГОСТу 3351-84 различают четыре основных вкуса воды - солёный, горький, сладкий, кислый. Многочисленные оттенки вкусовых ощущений, складываемые из основных, называют привкусами. Вкус воды обусловлен:

1.     солёный - хлорид натрия

2.     горький - сульфат магния

3.     кислый - избыток растворённой углекислоты

4.     железистый - растворённые соли железа

5.     щелочной - сода, щёлочи

6.     вяжущий - сульфат кальция, перманганат калия

К запахам естественного происхождения относят: землистый, рыбный, гнилостный, сероводородный, ароматический, болотный, глинистый и др. Запахи искусственного происхождения: хлорный, аптечный, фенольный, хлор - фенольный, запах нефтепродуктов. Интенсивность и характер запахов и привкусов определяют органолептические, т.е. с помощью органов чувств, по

 5 - бальной шкале или по «порогу разбавления» испытуемой воды дистиллированной водой. При этом устанавливают кратность разбавления, необходимую для исчезновения запаха или привкуса. Запах и вкус определяют при комнатной температуре, а также при 60ºС, что вызывает их усиление. По ГОСТ 2874 - 82 привкус и запах, определяемые при 20ºС, не должны превышать 2 баллов.

     Нами были взяты пробы воды из двух источников: водопроводная вода из крана школы и грунтовая вода из скважины (приложение фото 3). Результаты отражены в таблице (приложение табл. 6).

4.2  Биологические показатели

Биологические показатели играют важную роль при определении качества воды. Ведь именно наличие микроорганизмов в ней нередко вызывает различные инфекционные заболевания, опасные для человека. Такие как холера, брюшной тиф, дизентерия ( приложение табл. 3,4).

 Безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям (приложение.табл.1).  Исследования воды на наличие патогенных микроорганизмов могут проводиться только в лабораториях, имеющих санитарно-эпидемиологическое заключение о соответствии условий выполнения работ по санитарным правилам и лицензию на деятельность, связанную с использованием возбудителей инфекционных заболеваний.

4.3. Химические показатели

     Серьезную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого

соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно

несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды составом водоносных пород. В природной воде содержаться минеральные соли. Вода считается хорошей, если минерализация не превышает 1000 мг/л. Воды с большим содержаниям солей относятся к соленым и не пригодным для питья. Очень малая минерализация воды (до 100 мг/л) тоже ухудшает вкус воды, а лишенная солей (дистиллированная) вода вообще читается вредной. Она способна нанести здоровью человека непоправимый ущерб (нарушается пищеварение и деятельность внутренней секреции).

В СанПиНе 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды» выделяется в отдельную группу химические включения, которые раньше всего обнаруживают органы чувств – обоняние, зрение. Так, микрочастицы меди придают воде некоторую мутность, железа – красноту. Однако повышенное содержание солей железа в воде придает ей неприятный болотистый вкус. После стирки в такой воде на тканях остаются ржавые пятна. Такие же пятна появляются на посуде, раковинах и ваннах. Допустимое содержание железа в воде – до 0, 3 мг/л.²

     В малых концентрациях медь обнаруживается в подземных водах. Она не является кумулятивным ядом. Концентрация меди 1, 5 мг/л ощутима на привкус. Предельно допустимая концентрация меди принята на уровне 1 мг/л.

     В природных подземных водах цинк встречается в небольших концентрациях. Суточная потребность цинка не превышает 16 мг. Хронические

отравления цинком не известны. При концентрации цинка 30 мг/л вода приобретает молочный вид, при 10 мг/л – она мутная. Металлический привкус исчезает при 5 мг/л. Эта концентрация является предельно допустимой.

     Иногда в питьевой воде встречается много солей соляной и серной кислот (хлориды и сульфиды), придающие воде соленый и горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта. Вода, содержащая более 350 мг/л хлоридов и более 500 мг/л сульфатов, считается неблагоприятной для здоровья.

     С содержанием в воде солей кальция и магния тесно связано другое ее качество – жесткость. Вода, сильно насыщенная солями, причиняет много неудобств: в ней труднее развариваются овощи и мясо, уменьшается их питательная ценность, при стирке увеличивается расход мыла, накипь портит чайники и котлы, засоряет водопроводные трубы.

Избыточное содержание в питьевой воде солей кальция и магния нарушает каллоидно-кристаллоидное равновесие мочи и способствует возникновения мочекаменной болезни.

     Исследования показали, что употребление воды с жесткостью на уровне 7 -10 мг экв/л не оказывает влияния на липидный обмен при длительном введении холестерина и, следовательно, не может способствовать развитию атеросклеротических изменений артерий. Допустимый уровень общей жесткости равен 7 мг экв/л. (А.А. Гаголи, 1972 г.)

     В природных подземных водах марганец содержится в виде бикарбонатов и других хорошо растворимых солей. Вместе с тем перманганат калия (KMnO) применяют в практике снабжения как реагент: он хорошо устраняет посторонние привкусы и запахи, обусловленные различными органическими соединениями, а также снижает содержание железа и марганца. Помимо этого, перманганат калия проявляет бактерицидный эффект.

     Мы определили содержание pH и наличие катионов железа в исследуемых пробах. Результаты исследования приведены в таблице (см. прил.табл.7).

5. Методика исследования

5.1. Отбор воды на анализ

 При отборе пробы воды для химического анализа следует использовать пластиковую тару объемом 1,5 литра из-под простой питьевой или дистиллированной воды. Не следует использовать бутылки из-под сладких ароматизированных напитков. Перед тем, как набрать воду, ее необходимо предварительно пролить в течение 5-10 минут. Это необходимо делать для того, чтобы избежать попадание в образец застоявшейся воды. Бутылку и пробку перед пробоотбором несколько раз тщательно промывают изнутри той водой, которую будут брать на анализ. При этом моющие средства использовать нельзя. Набирать воду желательно тонкой струйкой и по стенке бутылки. Такой способ отбора позволяет уменьшить насыщение воды кислородом воздуха и, как следствие, предотвращает протекание химических реакций. Воду рекомендуется налить в бутылку под «горлышко» и плотно завернуть пробку. Наличие воздуха под пробкой может привести к искажению результатов анализа.

5.2. Определение прозрачности воды.

   Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических соединений

     Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно различить на белой бумаге стандартный шрифт определённого размера и типа. Для начала рекомендуется провести опыт сначала с дистиллированной водой, а затем с водой из водоёма и сравнить результаты (приложение. фото 4).

Исследуемую воду хорошо перемешать и налить в прозрачный стакан, который нужно расположить над печатным шрифтом на высоте 4см. Просматривая шрифт сверху через столб воды и, сливая или доливая исследуемую воду в цилиндр, найти высоту столба, ещё позволяющую читать шрифт. Проводить исследование нужно в хорошо освещённом помещении на расстоянии около 1м от окна. Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба жидкости (с точностью до 0,5см).  Затем данный опыт провести с дистиллированной водой.

5.3. Определение интенсивности запаха воды.

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды водоемов, обнаруживаемый непосредственно в воде или (водоемов хозяйственно-питьевого назначения) после ее хлорирования, не должен превышать 2 баллов. Определение основано на органолептическом исследовании характера и интенсивности запахов воды при 20 и 60ºС.

  Запах воды следует определять в помещении, в котором воздух не имеет постороннего запаха. Желательно, чтобы характер и интенсивность запаха отмечали несколько исследователей.

В посуду с пробкой (желательно стеклянной) налить исследуемую воду до 2/3 объёма и сильно встряхивать в закрытом состоянии. Затем открыть колбу и отметить характер и интенсивность запаха. Дать оценку интенсивности запаха воды в баллах, пользуясь таблицей. Определить характер запаха, используя таблицу (приложение табл.2,3).  

5.4. Определение мутности воды и наличия осадка.

      Мутность воды – мера содержания в ней взвешенных частиц различных по происхождению. Это могут быть частицы глины, ила, промышленных и сельскохозяйственных стоков. Мутность воды можно определить визуально, измерением ослабления проходящего света. Осадок оценивают также визуально и характеризуют как: нет, незначительный, заметный, большой. По качеству осадок определяют, как хлопьевидный, илистый, песчаный и т.п. с указанием цвета – серый, бурый, чёрный и др. При очень большом осадке указывают толщину слоя в мм.  

5.5 Определение водородного показателя воды.

 Определить водородный показатель (рН) можно следующим методом: в стакан с водой опустить полоски индикаторной бумаги. Сравнить её цвет со специальной шкалой (приложение фото 5.)    

Питьевая вода должна быть нейтральной (рН около 7). Для хозяйственных и бытовых нужд можно применять воду с водородным показателем 6,5 – 8,5. Если эти цифры меньше, то вода имеет кислую среду, ближе к болотной.

5.6. Определение катионов железа в воде.

Железо(II). Гексоцианоферрат (II) калия К₃[Fe(CN)₆] в кислой среде (pH=3) образует с катионом Fe²⁺ осадок турнбулевой сини темно-синего цвета.

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- =Fe₃[Fe(CN)₆]_{2 ↓}

К 1 мл исследуемой воды добавить 2-3 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора реактива.                                                                                                                                     

     Железо (III). Гексоцианоферрат (II) калия К₄[Fe(CN)₆] в слабокислой среде с катионом Fe³⁺ образует темно – синий осадок берлинской лазури:

4Fe³⁺+3[Fe(CN)₆]^4-=Fe₄[Fe(CN)₆]_{3 ↓}

К 1 мл исследуемой воды прибавить 1-2 капли раствора соляной кислоты и 2 капли раствора реактива. Результаты исследования приведены в таблице (приложение  табл.6).

6.Выводы

Санитарным нормам качества соответствует обе пробы: вода из водопровода и грунтовая вода из скважины. Качество воды оказывает существенное влияние на здоровье людей.

Таким образом, первая гипотеза, поставленная нами, была подтверждена полностью. Что касается второй гипотезы, то она была подтверждена в результате обзора литературы.

7.Заключение

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.

По данным Всемирной организации здравоохранения, инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн случаев в год. Это дало основание назвать проблему снабжения доброкачественной водой в достаточном количестве проблемой номер один, в том числе и для нашего села.  Проведенные исследования показали, что органолептические и химические показатели питьевой воды из водопровода и грунтовая вода из скважины в селе Дмитриевка соответствуют   СанПиНу 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды».

   В результате исследования и изучения источников информации, которые помогли мне провести данное исследование и определить свойства питьевой воды можно сделать следующий вывод:

Работая над исследовательским проектом и проведённых мною опытов, я установила, что в нашем посёлке вода неплохого качества. Однако существует вероятность, что произойдёт ухудшение качества воды, так как на территории давно не производилась реконструкция. Для этого необходимо предпринять меры по ремонту водонапорных башен и замены труб, по которым обеспечивается водоснабжение населения посёлка. Поэтому мною были разработаны советы по улучшению качества питьевой воды.

1. В домашних условиях можно воспользоваться готовыми таблетками активированного угля. Для очистки воды несколько таблеток заворачивают в марлю и кладут на дно сосуда с водой. Уголь поглощает многие примеси, и неприятный запах.

2. Использование для очистки питьевой воды готовых промышленных фильтров.

Думаю, с применением этих советов качество воды улучшится.

8.Список используемой литературы

1.Кукушкин Ю. Н. «Химия вокруг нас» - М; «Высшая школа», 1992.

2.Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М. «Вода и жизнь на Земле» - М; Наука, 1981.

 3. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды» Минздрав России, М., 2003

4. Савина Л.А. Детская энциклопедия «Я познаю мир. Химия» -

М; «Издательство АСТ»; ООО «Астрель», 2012.

Интернет-ресурсы:

www .o8ode.ru

www.vashdom.ru

www.aqua-club.ru