XXIII Ставропольская краевая открытая
научная конференции школьников
Секция: Химия и химические
технологии
Название работы: «Жесткость водопроводной
воды в г. Невинномысске»
Автор работы:
Калошина
Анастасия Сергеевна
Место выполнения
работы
г. Невинномысск,
9Б класс, МБОУ
СОШ № 8
Место выполнения
работы:
г. Невинномысск,
МБОУ СОШ № 8, 9Б
класс.
Научный
руководитель:
Толкачёва
Татьяна Вячеславовна,
учитель
биологи и химии МБОУ СОШ № 8
Ставрополь, 2012
Оглавление
стр.
Введение……………………………………………………………3
Глава 1. Жесткость
воды и методы её определения.
Накипь и её
предотвращение.
1. 1. Жесткость
воды……………………….………………………4
1. 2. Вред,
наносимый накипью.…………………………………..4
1. 3. Предотвращение
образования накипи………………………5
1. 4 Методы определения
жесткости воды………………………7
Выводы по первой главе…………………………………………...7
Глава 2. Методы, материалы и методика исследований.
2. 1. Методы и материалы
исследований………………………….8
2. 2.
Методика
исследований ………………………………………8
2. 3.
Результаты исследования…………………..………………….8
Заключение……………………………………………………..……9
Литература…………………………………………………………..10
Приложение
…………………………………………………………11
Введение
Чистой воды в природе
практически нет. Она содержит в себе водорастворимые соли. Особое влияние на
технические свойства воды оказывает наличие в ней солей кальция и магния. Они
обуславливают жесткость воды.
Жесткость природных вод
изменяется в широких пределах. Она различна в разных водоемах и водотоках, а в
одной и той же реке изменяется в течение года.
Накипь – это твердые
отложения на стенках труб (теплообменников, теплотрасс и т. д.), нагревательных
элементов, образующиеся при нагревании воды вследствие выпадения содержащихся в
ней примесей. При этом ухудшается теплоотдача. Накипь причиняет огромный
ущерб. Растворенные в воде вещества могут оказывать очень сильное действие на
материал нагревательных элементов, вызывать их быстрое изнашивание и даже полное
разрушение. Повреждёнными оказываются стиральные машины и электрические
чайники, посудомоечные машины и другая бытовая техника. Навязчивая реклама
предлагает различные средства, предотвращающие образование накипи, но
умалчивает о том, что использование их наносит вред окружающей среде и что
эти средства применяются при жесткости воды не ниже 4
мг-экв/л;
Целью моей работы
является: собрать сведения о жесткости водопроводной воды в г. Невинномысске и
выработать рекомендации по целесообразности использования средств, смягчающих
воду.
В соответствии с целью исследования я
поставила перед собой следующие задачи:
·
Взять сведения о жесткости воды в г.
Невинномысске у специалистов ОАО «Водоканал»
·
Ознакомиться с литературой, содержащей
сведения о жесткости воды и средствах, смягчающих воду
·
Изучить методы определения жесткости воды
·
Определить общую жесткость воды методом
комплексонометрии
·
Дать практические рекомендации по
использованию средств, смягчающих воду
Мною были использованы
следующие методы исследования:
·
Определение общей жесткости воды
комплексонометрическим методом
·
Изучение литературы и информации,
выложенной на сайтах в Интернете
·
Интервьюирование
Глава
1. Жесткость воды и методы её определения. Накипь и её предотвращение.
1. 1. Жесткость
воды.
Чистой воды в природе
практически нет. Она содержит в себе водорастворимые соли. Жесткость
воды - это совокупность свойств, обусловленная наличием в ней преимущественно
солей кальция и магния. [3]
Различают временную и
постоянную жесткость.
Первая связана с
присутствием в воде гидрокарбонатов, вторая — других солей (хлоридов и
сульфатов магния и кальция). Временной жесткость называется потому, что её
можно устранить кипячением. Временная и постоянная жесткость составляют общую
жесткость воды. [5]
Жесткость природных вод изменяется в
широких пределах. Она различна в разных водоемах и водотоках, а в одной и той
же реке изменяется в течение года. Минимальной жесткость речной воды бывает во
время паводка. В России в настоящее время жесткость воды определяется
концентрацией миллиэквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в 1 литре
воды. Воды классифицируются на:
·
Очень мягкие - 0-1,5 мг-экв/л;
·
Мягкие - 1,5- 3,0 мг-экв/л;
·
Среднежесткие - 3,0- 4,5 мг-экв/л;
·
Довольно жесткие - 4,5 - 6,5 мг-экв/л;
·
Жесткие - 6,5 - 11,0 мг-экв/л;
·
Очень жесткие - свыше 11,0 мг-экв/л.[6.4]
В
г. Невинномысске жесткость водопроводной воды в закубанской части города
(Казьминский водозабор из реки Большой Зеленчук) при норме 7 колеблется от1,5
до 5,2 мг экв:дм3, (летом – 1,5 – 2). В правокубанской части города
(водозабор из Кубани и Большого Ставропольского канала) колеблется от 1,5 до
3,6 мг*экв/л (смотри
приложение 1. Интервью с начальником
лаборатории ОАО «Водоканал» г. Невинномысска Голубь Е.В.).
1. 2. Вред,
наносимый накипью
Одна
из главных экологических проблем человечества - качество питьевой воды, которая
напрямую связана с состоянием здоровья населения, экологической чистотой
продуктов питания, с разрешением проблем медицинского и социального характера.
[1]
Использование
жесткой воды приводит к осаждению твердого осадка (накипи) на стенках паровых
котлов, теплообменников. В прачечных жесткая вода
оставляет следы на ткани. Творожистые осадки или мыльные хлопья обесцвечивают
краску и придают белому материалу серый или желтый оттенок. Творожистая мыльная
масса осаждается на волокнах ткани, воздействует на её основу и уменьшает срок
использования. Жесткая вода
оставляет также следы на стеклянной и прочей посуде, формирует накипь и забивает
трубы горячей воды. В целом же, жесткая вода способна свести на нет все усилия
домохозяек. Потери от жесткости воды в быту – это
перерасход на 30-50% моющих средств при стирке белья и купании, плохие
потребительские свойства воды: при заваривании кофе или чая в такой воде может
выпасть бурый осадок, при кипячении на поверхности образуется пленка, вода
приобретает характерный привкус; в жесткой воде хуже разваривается мясо, потому
что соли жесткости с белками мяса образуют нерастворимые соединения, что, в
свою очередь приводит к снижению усвояемости белков.[2]
Жесткость воды влияет и
на результат умывания и купания. Соли образуют с моющими веществами (мыло,
шампунь, стиральный порошок) так называемые "мыльные шлаки” в виде пены,
которая, высыхая, образует микроскопическую корку на коже и волосах, нанося
существенный вред их здоровью. В результате появляется сухость кожи, ломкость
волос, шелушение, зуд, перхоть. Одним из предвестников такого нежелательного
воздействия является характерный "скрип” вымытой кожи и волос. А
восстанавливать жировую пленку приходится косметическими кремами и масками. И
наоборот, ощущение "мылкости” после мытья мягкой водой – это признак
сохранения на коже защитной жировой пленки. Косметологи всего мира рекомендуют
умываться мягкой (например, талой или дождевой) водой. [6.5]
Для бытовых приборов,
связанных с подогревом или кипячением воды, будь то стиральная или
посудомоечная машина, чайник или кофеварка, утюг, серьезной проблемой является
отложение накипи. Причиной образования накипи на нагревательных элементах и
внутренних частях водонагревательных приборов является чрезмерное количество
растворенных в воде солей кальция и магния: чем больше этих солей, тем более
«жесткой» является вода и тем больше проблем она создает для бытовой техники.
Образование накипи на
водонагревательных элементах стиральных и посудомоечных машин, электрических
чайников приводит к их поломке и дорогостоящему ремонту. [6.3]
1. 3. Предотвращение
образования накипи.
Для предотвращения
осаждения накипи в виде твердой кристаллической корки имеются следующие
средства:
1) Механические, при
помощи которых устраняют осаждение накипи на стенках котла с помощью вкладок,
заставляя воду быстро циркулировать, или используя такие котлы, в которых
осадки собираются лишь в особых сборниках.
2) Приемы, посредством которых
значительно уменьшают количество образующейся накипи: использование веществ
(например, жиров, дегтя, нефтяных масел и т. п.) предлагают для смазывания
стенок котла с целью устранить прилипание к ним накипи. Другие (например,
кислоты, нашатырь) - для переведения нерастворимых веществ в растворимые.
Наконец, третьи - для получения накипи в виде рыхлого осадка, легко удаляемого
из котла. Почти все они при прибавлении в паровой котел приносят ему огромный вред.
3) Прибавление различных
веществ в воду для предотвращения осаждения накипи на нагревательных элементах
в виде твердой корки.
В продаже имеются
средства для предотвращения накипи. В их состав входят следующие вещества:
силикат, полифосфат, цитрат, сульфат и карбонат натрия, комплексообразователи,
ПАВ. [10]
4) Предварительное
химическое очищение воды до поступления ее в котел от всех веществ, образующих
накипь.
Временную жесткость можно устранить
следующими способами:
Кипячением воды: Са(НСО3)2
= СаСО3 + Н2О + СО2
Известковый способ:
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О
Содовый способ: Са(НСО3)2
+ Na2CO3
= СаСО3 + 2NaНCO3
Натронный способ: Са(НСО3)2
+ 2NaOН
= СаСО3 + Na2CO3+
2Н2О
Постоянную жесткость можно устранить
следующими способами:
Содовый метод: СаSО4
+ Na2CO3
= СаСО3 + Na2SO4
Фосфатный метод: 3СаSО4
+ 2 Na3РO4
= Са3(РO4)2
+ 3Na2SO4
[3]
В настоящее время широко
используют ионообменные смолы. Это полимерные электролиты, которые способны
химически связывать ионы солей, содержащихся в воде. Существует 2 вида
ионообменных смол: катиониты и аниониты. Катиониты связывают катионы, аниониты
– анионы. Ионообменная очистка позволяет извлекать и утилизировать широкий
спектр загрязняющих веществ: тяжелые металлы, хром, нитраты и нитриты, ПАВ,
цианистые соединения, радиоактивные вещества, а также смягчает и обезжелезивает
воду. При этом достигается высокая степень очистки (до уровня ПДК). [8]. Кроме
того иониты используются для обессоливания воды в процессе водоподготовки
СаSО4
+
2HKt = Ca(Kt)2 + H2SO4
H2SO4 + 2AnOH = An2SO4
+ 2H2O
Ионообменные смолы
находятся в фильтрах для очистки воды[9].
5) Наряду с описанными
выше широко распространенными традиционными способами развивались и
безреагентные способы противонакипной обработки воды - магнитная обработка и
акустическая (ультразвуковая) [6.1]
Мягкая вода может, с
другой стороны, иметь низкую буферную емкость и поэтому будет в большей степени
вызывать коррозию водопроводных труб. Важно отметить, что мягкая вода может не
только приводить к коррозии трубопроводов и водопроводного оборудования, но,
кроме того, усиливает токсичность тяжелых металлов, содержащихся в воде
(например, цинка). Некоторые вещества, смягчающие воду (например, ПАВ), могут
вызывать загрязнение окружающей среды. [6.2]
1. 4 Методы определения
жесткости воды.
Цели и принципы
стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от
27.12.2002г.№ 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения
национальных стандартов РФ – ГОСТ Р 1.0 – 2004 «Стандартизация в Российской
Федерации. Основные положения».
В настоящем стандарте
учтены нормативные положения следующих международных стандартов ИСО:
1) ИСО 6059-1984
«Качество воды. Определение суммарного содержания кальция и магния.
Титриметрический метод с применением ЭДТА». Ионы алюминия, кадмия, свинца,
железа, кобальта, меди, марганца, олова и цинка влияют на установление
эквивалентной точки и мешают определению. Ионы ортофосфата и карбоната могут
осаждать кальций в условиях титрования. Могут мешать и некоторые органические
вещества. Если мешающее влияние невозможно устранить, определение жесткости
воды рекомендуется проводить методами атомной спектрометрии.
2) ИСО 7980-1986
«Качество воды. Определение кальция и магния. Атомно-абсорбционный
спектрометрический метод».
3) ИСО 11885-1996
«Качество воды. Определение 33 элементов атомной эмиссии с индуктивно связанной
плазмой». [7]
Выводы
по первой главе:
Перед тем, как смягчать воду в
определенных целях, необходимо узнать жесткость воды в ОАО «Водоканал».
Глава
2. Методы,
материалы и методика исследований.
2. 1. Методы и материалы исследований
Мною были использованы следующие методы
исследования:
·
Изучение литературы
·
Изучение информации, выложенной на сайтах
в Интернете
·
Определение общей жесткости воды методом
комплексонометрии
·
Интервьюирование
Материалом
исследования является водопроводная вода правокубанской
части города (водозабор из Кубани и Большого Ставропольского канала).
2. 2.
Методика
исследований [7]
Работа проводилась в лаборатории ОАО
«Водоканал» 5 октября 2011г (смотри приложение 2. Фото 1, 2, 3).
Жесткость воды мною была определена комплексонометрический методом. Он
основан
на образовании комплексных соединений трилона Б (смотри приложение 4,
формула
1) с ионами щелочноземельных элементов. Этот метод не требует сложного
оборудования.
Нет мешающих факторов, при которых этот метод неприменим.
Определение проводят
титрованием пробы раствором трилона Б при рН=10 в присутствии индикатора.
Наименьшая определяемая жесткость воды - 0,1 Ж.
Ход работы:
1. Мерной колбой
отмерить 100 мл исследуемой Н2О и перелить ее в коническую колбу.
2.
Добавить к воде 5 мл аммиачно-буферной смеси (растворяют 10 г хлорида аммония в
50
мл 25 %-го раствора аммиака), затем 7 – 8 капель спиртового раствора индикатора
эриохрома
черного Т (смотри приложение 4, формула 2).
3. Тщательно
перемешать, раствор окрасится в винно-красный цвет.
4. Смесь
оттитровать 0,05н раствором Трилона Б. К концу титрования раствор Трилона Б
добавлять по каплям, встряхивая смесь в колбе после добавления каждой капли.
5.Титрование можно
считать законченным, если после добавления очередной капли окраска раствора
приобретает синий цвет с зеленоватым оттенком и с добавлением лишней капли
раствора комплексона не изменяется.
6. Определить
объем Трилона Б, израсходованного на титрование.
7.Титрование
повторить 2-3 раза и для расчета взять среднее значение.
8. Произвести
расчет общей жесткости воды.
2. 3.
Результаты исследования
Величину общей
жесткости воды (Ж0) в мг*экв/л вычисляют по формуле:
где М –
коэффициент пересчёта, равный 2Стр, где Стр – концентрация
раствора Трилона Б, моль/м3, (как правило, М = 50)
F
– множитель разбавления исходной пробы при консервировании (как правило, F
= 1)
К – коэффициент
поправки к концентрации раствора Трилона Б, вычисленный по формуле: К = 10/V,
где V
– объём раствора Трилона Б, израсходованный на титрование, мл, 10 – объём
раствора ионов магния, мл)
Vтр -
объем раствора Трилона Б, израсходованный на титрование, мл;
Vпр -
объем проб воды, взятой для анализа, мл.
V1=
1,9 мл
V2=
1,8 мл
V3=
1,9 мл
Vср= 1,87 мл
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Жо =
0,94 мг*экв/л
|
|
|
|
Заключение
В соответствии с данными
таблицы 1 жесткость водопроводной воды в
правокубанской части города (водозабор из Кубани и Большого Ставропольского
канала) в 2010г изменялась от 0,81 до 2,23 мг*экв/л, достигая максимального
значения марте и минимального – в августе. 5 октября 2011г общая жесткость воды составила
0,94 мг*экв/л. (смотри приложение 3. Таблица
1. Жесткость воды из Кубани и Большого Ставропольского канала в 2010г)
Воду с такой жесткостью
не надо смягчать в бытовых целях: для стирки, мытья посуды, автономных систем
горячего водоснабжения и отопления, новейших образцов сантехники. Для питья её
необходимо отстаивать не менее 4 часов для удаления остаточного хлора.
Литература
1.
Ахманов М.С. Вода, которую мы пьем. СПб.,-
2002, 192 с.
2.
Балуев П.А., Осокина Д.Н. Все мы дома
химики. М.,- 1980.- 240с.
3.
Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 3CD
– ROM,
М. 2006
4.
Журнал аналитического контроля ОАО
«Водоканал» г. Невинномысска
5.
Ильяшенко М.П. и др. Универсальный
современный справочник школьника. М., - 2004.- 1296с.
6.
Интернет – ресурсы:
6.1 http://www.aqa.ru/wiki/index.php
6.2 http://www.rosveter.ru/.../banbas-hursh_water.shtml.htm
6. 3
http://eona.ru/o_kompanii/proizvodstvo/
6.4
http://festival.1september.ru/articles/525263/
6.5 http://water.ucoz.ua/index/0-64
7.
Национальный стандарт Российской
Федерации. Вода водопроводная. Методы определения жесткости. М., 2006г.-9с.
8.
Общая и неорганическая химия 10 – 11
классы CD
– ROM,
М., 2003г
9.
Харламнович Т.Д., Семенов А.С. Многоликая
химия. - М., 1992.- 160с.
10.
Хомченко Г.П. Химия. М.- 1989.- 404с.
Приложение
1
Интервью с начальником лаборатории ОАО
«Водоканал» г. Невинномысска Голубь Е.В.
Анастасия: - Елена Владимировна, откуда
поступает вода для нужд г.Невинномысска?
Елена Владимировна: - Вода поступает в
закубанскую часть города из реки Большой Зеленчук, этот водозабор называется
Казьминским. В Правокубанскую часть города ведется водозабор из Кубани и Большого
Ставропольского канала.
Анастасия: - Какова норма жесткости воды?
Елена Владимировна: - Норма 7.
Анастасия: - Какова жесткость
водопроводной воды в нашем городе?
Елена Владимировна: - В г. Невинномысске
жесткость водопроводной воды в закубанской части города (Казьминский водозабор
из реки Большой Зеленчук) колеблется от1,5 до 5,2 мг экв:дм3, (летом
– 1,5 – 2). В правокубанской части города (водозабор из Кубани и Большого
Ставропольского канала) колеблется от 1,5 до 3,6 мг экв:дм3
Анастасия: - Стоит ли смягчать воду для
бытовых нужд?
Елена Владимировна: - Поздней весной,
летом и ранней осенью такой необходимости нет, я вообще бы рекомендовала не
использовать бытовые фильтры, если только вода, проходя по
трубам, не получает вторичные загрязнения.
Анастасия: - Стоит ли кипятить или
фильтровать воду для питья?
Елена Владимировна: - Качество воды
соответствует ГОСТу, нет необходимости кипятить или фильтровать воду для питья.
Можно отстаивать воду около 4 часов для удаления остаточного хлора.
Анастасия: - Есть ли необходимость
использовать такое популярное средство, как «Cаlgon»
при стирке?
Елена Владимировна: - Это средство
рекомендуется использовать при жесткости воды не менее 4, поэтому это средство
нужно использовать в закубанской части города в марте – апреле, когда жесткость
воды превышает это значение.
Анастасия: - Спасибо, всего доброго.
Приложение
2
Фото
1. Инструктаж по технике безопасности проводит лаборант Супрунова А.С.
Фото
2. Подготовка воды к титрованию.
Приложение
2
Фото 3.Титрование.
Приложение
3
Таблица
1. Жесткость воды из Кубани и Большого Ставропольского канала в 2010г, мг*экв/л
[4]
Месяц
|
Исходная
вода
|
Фильтрованная
вода
|
Январь
|
2,01
|
2,01
|
Февраль
|
1,81
|
1,84
|
Март
|
2,32
|
2,23
|
Апрель
|
2,07
|
2,06
|
Май
|
1,24
|
1,22
|
Июнь
|
0,91
|
0,81
|
Июль
|
0,83
|
0,81
|
Август
|
0,81
|
0,79
|
Сентябрь
|
0,82
|
0,75
|
Октябрь
|
1,06
|
0,96
|
Ноябрь
|
1,11
|
1,01
|
Декабрь
|
1,31
|
1,25
|
Приложение
4
Формула
1. Трилон Б
(2-водная динатриевая соль этилендиамин –
тетрауксусной кислоты)
эмпирическая: C10H14O8N2Na2•2H2O
структурная:
Формула
2. Индикатор эриохром черный Т
эмпирическая: C20H12N3NaO7S
структурная:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.