Исследование качества питьевой воды, которую мы пьём

МБОУ   гимназия №103

г. Минеральные Воды Ставропольского края

       Исследование качества питьевой воды, которую мы пьём

                                                                  Акиевой Камилы, обучающаяся 9А класса,

                                                                 МБОУ гимназии №103 г. Минеральные Воды

                                      Научный руководитель: Перепелицина Людмила Васильевна,          

                                      учитель химии МБОУ гимназии №103 г. Минеральные Воды

                                                     г. Минеральные Воды

                                                                2021.

                                Содержание

Введение...................................................................................................3

              Глава 1 Литературный обзор

1. Общая характеристика воды………………………………………5
2.  Свойства воды……………………………………………………..5
3. Воздействие питьевой воды на здоровье человека………….  ….6
4. Способы повышения качества питьевой воды………………….  7

Глава II     Практическая часть

           2.1 Органолептические методы определения вкуса, запаха…………  8

             2.2 Определяем запах при t 60ºС………………………………………  8

            2.3 Определение содержания нитратов в воде……………………….    8

            2.4 Определение ионов железа………………………………………...   9

            2.5 Проверка воды на жесткость………………………………………   9

            2.6 Влияние показателей качества воды на здоровье человека…….   10

            Заключение..............................................................................................  11

            Список используемой литературы......................................................... 12

            Приложения.............................................................................................. 13

                                 Введение

                                                             Вода – мать, а без матери не проживёшь

                                                                                       (китайская пословица).

       Действительно, не было бы воды, то и не было бы жизни на планете Земля. Китайская пословица гласит о воде, как о матери. В жизни человека вода играет огромную роль, но особое место занимает вода, которую пьют люди. Эту воду называют питьевой.

       Какую воду мы пьём? Откуда она берётся и как попадает в водопроводную систему местности, в которой мы живём? Как и чем определяется качество питьевой воды?  Как от состава воды зависит здоровье человека?  Ещё древнегреческий мыслитель Гиппократ связывал качество питьевой воды со здоровьем человека: «следует знать о водах, какие воды вредны и какие очень здоровы, какие неудобства и какое благо происходит от употребления вод, так как они имеют большое влияние на здоровье человека».                                    

       В нашей местности пользуются водопроводной водой из резервуара, который находится под горой Змейка. Вода подаётся из Артезианской скважины на территории Георгиевского района – Малкинский водовод (Д=1000 мм, протяженность 45 км, суточная подача воды 24-28 тыс. куб.м./сут.)

       Я решила провести исследование питьевой воды города Минеральные Воды с целью выяснения её состава и влияние на здоровье жителей, и выработать советы по повышению её качества.

Актуальность: проблема качества питьевой воды для людей наиболее важна, так как человек ежедневно использует её.  Без пищи человек может прожить около сорока дней, а без воды лишь восемь.  Какую воду он пьёт и использует для приготовления пищи, и приносит ли вред своему здоровью?

Проблема: как определить качество питьевой воды, чтобы быть уверенным, что моя домашняя вода не причинит вреда здоровью жителям города.

Тема: «Исследование качества питьевой воды, которую мы пьём»

Предмет исследования: качество домашней питьевой воды.

Объект исследования: питьевая вода из централизованного водопровода.                                

Цель работы: исследование состава питьевой воды, прогноз последствий его воздействия на организм человека и выработка советов по повышению качества воды.

Задачи работы:

* найти в источниках информации и проанализировать данные о качестве питьевой воды, воздействии её на организм человека, способах улучшения качества воды;

* провести опрос членов семьи и соседей о знаниях состава питьевой воды и влиянии его на здоровье;

* подобрать методику исследования качества домашней питьевой воды;

* сформулировать и оформить отчёт о влиянии питьевой воды на здоровье человека, разработать рекомендации по улучшению качества воды.

Методы исследования: анализ научной литературы, статей из Интернета, опрос членов семьи и соседей, наблюдение, исследование физических свойств питьевой воды.

Глава I   Литературный обзор

1.1 Общая характеристика воды

       Химическая формула H2O. Относительная молекулярная масса Мr (H2O) -18. Опытным путём доказано, что вода состоит из водорода и кислорода

        Чистая вода - бесцветная жидкость. Без вкуса и запаха. Кипит при температуре 100 градусов С, замерзает при температуре ноль градусов С. Вода медленно нагревается и медленно остывает, но питьевая вода является смесью, так как состоит из чистой воды и примесей.

      Питьевая вода - бесцветная жидкость, без вкуса и запаха, но иногда имеет кислый привкус и запах хлора, особенно в утреннее время. Кислый вкус появляется при застое в водоводах. А запах хлора, так как питьевая вода обеззараживается хлором в допустимом количестве согласно ГОСТу. При кипячении питьевой воды необходимо 100 градусов С. Питьевая вода замерзает, как и чистая при температуре ноль градусов С.  

      Чистая вода осадка не имеет, а питьевая вода через некоторое время  

 имеет небольшой осадок белого, или бело-желтого цвета. Питьевая    

 вода в своём составе имеет примеси.

     Пропуская питьевую воду через фильтр (марлю), можно увидеть    

 небольшой налёт белизны. При нагревании воды и кипячении в ёмкости образуется накипь. Это объясняется содержанием в ней различных солей.  

1.2 Свойства воды

       Многие вещества хорошо растворяются в воде. Например,сахар, соль. Растительное масло и жиры в воде не растворяются. Показателем качества питьевой воды является её минерализация.

       Общая минерализация - это количественный показатель содержания растворённых в воде веществ. Его еще называют солесодержанием, так как вещества, растворённые в воде, находятся в виде солей. Наиболее распространённые неорганические соли (гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде.

        Решая вопрос о том, в каком количестве те или другие соли могут содержаться в воде без вреда для здоровья человека, учёные проводят эксперименты на лабораторных животных, изучают влияние воды различного солевого состава на состояние здоровья людей, длительное время её потребляющих.

         В результате исследований устанавливаются безвредные уровни содержания в питьевой воде различных солей, которые выражаются в граммах вещества или иона на литр воды и называются предельно допустимыми концентрациями (ПДК).

         Согласно ГОСТу, СанПиН 2.1.4.1074-01 вода, признанная питьевой, «должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу, и иметь благоприятные органолептические свойства».   

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

 а) по органолептическим показателям - это прозрачная вода, без запаха и с приятным вкусом;

б) жёсткость не выше 7–10 градусов жёсткости;

в) суммарное количество полезных минералов не более 1000 мг/л;

г) вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли предельно допустимых концентраций (ПДК), либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации очень малы); болезнетворные бактерии и вирусы отсутствуют.

1.3 Воздействие питьевой воды на здоровье человека

         Вопрос о «минеральном составе» человека и, соответственно, потребностях его организма в воде очень сложный. На бытовом уровне мы используем термины «полезные» вещества, «вредные» или «токсичные». Но сама постановка вопроса о вредности -полезности химических элементов относительна. Ещё в древности было известно, что всё дело в концентрациях. То, что полезно в минимальных количествах, может оказаться сильнейшим ядом в больших.

         По значениям предельно допустимых концентраций веществ питьевой воды (ПДК) к «главным ионам» в составе воды можно отнести катионы кальция (ПДК–200 мг/л) и магния (ПДК –100 мг/л).

         Избыточное содержание кальция и магния в воде связано с понятием «жёсткость воды». Норма жёсткости питьевой воды до 10 градусов жёсткости. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жёсткостью приводит к накоплению солей в организме и, в конечном итоге, к заболеваниям.  Калий и натрий (ПДК по 200 мг/л) также необходимы для нормальной жизнедеятельности организма               

Главными ионами среди анионов в питьевой воде являются: гидрокарбонат ион (ПДК -1000 мг/л); сульфат ион (ПДК-500 мг/л); хлорид ион (ПДК-350 мг/л); карбонат ион (ПДК-100 мг/л). Наличие в воде хлоридов и сульфатов более 350 мг/л придает ей солоноватый привкус и приводит к нарушению пищеварительной системы у людей. Нитраты в концентрации более 20 мг/л оказывают токсическое действие на организм человека.

          Питьевая вода должна содержать не менее 0,7 и не более 1,5 мг/л фтора. Снижение содержания иода в воде приводит к заболеванию щитовидной железы.

Наиболее опасно для человека содержание тяжёлых металлов в питьевой воде: Pb (свинца), Al (алюминия), Mn (марганца), Fe (железа), Zn (цинка), Hg (ртути).  Попадая в наш организм, они остаются там навсегда, вывести их можно только с помощью белков молока и белых грибов.

         В связи с процессом ржавления водопроводных труб, по которым вода доставляется на кухню, в ней может быть железо трёхвалентное и марганец, что вредно здоровью.

1.4 Способы повышения качества питьевой воды

          Проведённый опрос членов семьи и соседей о знаниях минерального состава питьевой воды, воздействии его на здоровье человека и способах улучшения качества воды, показал, что большинство респондентов знают составляющие качества питьевой воды, но не знают о воздействии его на здоровье человека и из способов улучшения качества предлагают  только кипячение.

         Без всякого преувеличения можно сказать, что высококачественная вода, отвечающая санитарно-гигиеническим и эпидемиологическим требованиям, является одним из непременных условий сохранения здоровья людей. Но чтобы она приносила пользу, её необходимо очистить от всяких вредных примесей и  использовать чистой.

Как очистить? Во-первых, кипячением. Во-вторых, для очистки воды можно использовать фильтры, удаляющие из воды соли жёсткости, растворённое железо, марганец, а также нерастворимые примеси.

          Ещё один способ очищения - замораживание воды до состояния льда с последующим оттаиванием. Используйте замороженную воду!

 Надо помнить, что кусок льда, который получается в середине замораживания - и есть чистейшая природная вода, полезная для здоровья человека. Оттаивать этот лёд нужно при комнатной температуре. Свои целебные свойства талая вода сохраняет в течение 7-8 часов после размораживания

                                     Глава II       Практическая часть

Исследование проводилось на базе лаборатории “Центр гигиены и эпидемиологии”. города Пятигорска.

Для исследования брали воду из-под крана и со скважин с установленным фильтром и без него. Опыт проводили в течение двух месяцев: в августе и ноябре, в связи с тем, что концентрация химических веществ к осени должна уменьшаться.

Основываясь на Государственный стандарт, где даны гигиенические требования к питьевой воде, свое исследование я начала с проверки воды на пригодность ее в использовании.

2.1 Органолептические методы определения вкуса, запаха

1. Проведение испытания:

Характер запаха воды определяем ощущением воспринимаемого запаха (земельный, хлорный, нефтепродуктов и т. д.). В нашем случае – запаха нет.

Определяем запах при температуре 20 ºС.

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250–350 мл. отмериваем 100 мл. испытуемой воды с t 20º С.

Колбу закрываем пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешиваем вращательными движениями, после чего колбу открываем и определяем характер и интенсивность запаха.

Вывод: запах не ощущается. Вода соответствует ГОСТ “Вода питьевая”.

2.2   Определяем запах при t 60ºС.

В колбу отмериваем 100 мл. испытуемой воды. Горлышко колбы закрываем часовым стеклом и подогреваем на водяной бане до 60ºС.

Содержимое колбы несколько раз перемешиваем вращательными движениями.

Сдвигая стекло в сторону, быстро определяем характер и интенсивность запаха.

Интенсивность запаха воды определяем при 20ºС. И 60ºС. и оцениваем по пятибальной системе согласно требованиям, ГОСТ 3351. (таблица 1, приложения 2)

Вывод: испытуемая вода не содержит запаха,  вкус – обычный.

Соответствует ГОСТ “Питьевая вода”.

2.3       Определение содержания нитратов в воде.

1. Сущность метода:

Метод основан на реакции между нитратами и фенолдисульфоновой кислоты с образованием нитропроизводных фенола, которые с щелочами образуют соединения, окрашенные в желтый цвет.

2. Проведение опыта.

Для анализа отбираем 100 мл. испытуемой воды, добавляем раствор сернокислого серебра. Выпариваем в фарфоровых чашках на водяной бане. После охлаждения сухого остатка добавляем в чашки по 2 мл. раствора фенолдисульфоновой кислоты и тотчас растираем стеклянной палочкой до полного смешивания с сухим остатком. Добавляем 20 мл дистиллированной воды и около 5–6 мл. концентрированного раствора аммиака до максимального развития окраски. Окрашенный в желтый цвет раствор переносим в колориметрический сосуд вместимостью 100 мл. и доводим до метки дистиллированной водой.

3. Обработка результатов.

В своем опыте количество нитратов мы определяем с помощью электрофотоколориметра. Для построения калибровочного графика используем эти же стандартные растворы. Полученные результаты наносим на график. (Результаты в приложении 2 ,  таблица2 )

Вывод: в испытуемой воде не обнаружены нитраты. Вода соответствует ГОСТ “Питьевая вода, не опасна для употребления.

2.4     Определение ионов железа

Оборудование и реактивы: 50% раствор KNCS, HCl-24%

Определение.

К 10мл исследуемой воды прибавляют 1-2 капли HCl и 0, 2 мл (4 капли) 50%-го раствора KNCS. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Примерное содержание железа находят по таблице2. Метод чувствителен, можно определить до 0, 02 мг/л.

Fe3+ + 3NCS- = Fe(NCS)3    (Результаты в приложении 2  таблица №4 )

Вывод: в испытуемой воде не обнаружены нитраты. Вода соответствует ГОСТ “Питьевая вода”, не опасна для употребления.

2.5   Проверка воды на жесткость.

Жесткость воды является одним из основных показателей, характеризующих применение воды в различных отраслях.

Жесткостью воды называется совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней щелочноземельных металлов, преимущественно ионов кальция и магния.

Жесткость воды проводится при t 20°C.

Порядок проведения определений:

1. Пробу анализируемой воды делим на две части.

2. В колбу вместимостью 250 см³ помещаем первую часть анализируемой воды объемом 100 см³, 5 см³ буферного раствора.Буферный раствор: для приготовления 500 см³ буферного раствора в мерную колбу вместимостью 500 см³ помещаем 10 г. хлорида аммония, добавляем 100 см³ дистиллированной воды для его растворения и 50 см³ 25 ٪ -ного водного раствора аммиака, тщательно перемешиваем и доводим до метки дистиллированной водой. Буферный раствор пригоден для использования в течение двух месяцев.

Добавляем от 5 до 7 капель раствора индикатора, раствор трилона и быстро и тщательно перемешиваем. (Результаты опыта в таблице3, в приложении 2)

Вывод: исследуемая вода из первой и второй скважин жесткая (4,98 ), соответствует ГОСТ Р 52407–2005. Установленный фильтр на второй скважине жесткость воды уменьшил.

2.6 Влияние показателей качества воды на здоровье человека

Хлор при высоких концентрациях свободный хлор представляет серьезную опасность для здоровья человека. В природных водоемах он присутствовать не должен.

Нитраты опасны для человека. Различают первичную токсичность собственно нитрат-иона; вторичную, связанную с образованием нитрит-иона, и третичную, обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов. Смертельная доза нитратов для человека составляет 8-15 г. При длительном употреблении питьевой воды, содержащих значительные количества нитратов, снижается способность крови к переносу кислорода, что ведет к неблагоприятным последствиям для организма.

Железо. В небольших количествах железо необходимо организму человека – оно входит в состав гемоглобина и придает крови красный цвет. Но слишком высокие концентрации железа в воде для человека вредны. Содержание железа в воде выше 1-2 мг/дм3 значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус. Железо увеличивает показатели цветности и мутности воды.

Жесткость. Высокая жесткость воды ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая негативное действие на органы пищеварения. Именно жесткость вызывает образование накипи в чайниках и других устройствах кипячения воды.

Органические вещества. Наиболее опасны для человека крупные органические соединения, которые на 90% являются канцерогенами или мутагенами. Наиболее опасны хлорорганические соединения, образующиеся при кипячении хлорированной воды, т. к. они являются сильными канцерогенами, мутагенами и токсинами. Остальные 10% крупной органики в лучшем случае нейтральны в отношении организма. Полезных для человека крупных органических соединений, растворенных в воде, всего 2-3 (это ферменты, необходимые в очень малых дозах). Воздействие органики начинается непосредственно после питья. В зависимости от дозы это может быть 18-20 дней или, если доза большая,

8-12 месяцев

                                              Заключение

        В результате исследования питьевой воды обнаружилось, что моя домашняя вода неплохого качества. Тревожит лишь, иногда, неприятный привкус воды, повышенный показатель по жёсткости воды и близкий к предельно допустимому показатель содержания железа.

       Для улучшения качества домашней питьевой воды я создала памятку «Советы по улучшению качества домашней воды»:

1. Кипячение воды.

2. Замораживание воды и её оттаивание при комнатной температуре.

3. Немного лимонной кислоты, растворённой в воде, не изменят её вкус, но смягчат воду, то есть уменьшат содержание в ней кальция и магния.

4. Чтобы избавиться от привкуса и уменьшить содержание вредного железа в воде, можно использовать очистку её адсорбентом - медицинским активированным углём, помещённым в пакетики из фильтровальной бумаги.

5. Можно использовать специальные фильтры для очистки питьевой воды, которые предлагают в торговле.

Надеюсь, с применением этих советов качество домашней воды улучшится, её употребление не будет приносить вред нашему здоровью.

Работа по изучению качества питьевой воды оказалась интересной и полезной не только для меня и моей семьи, но и соседей и моих одноклассников.

                                            Литература

     1.Алексеев В.Н. Качественный химический полумикроанализ.

                    М. Химия.  1993.

    2.Алимарин И.П. Методы обнаружения и разделения элементов            

                (практическое пособие). М. 1994.

   3.Гордон А., Форд Р. «Спутник химика» М.: Мир, 1976 стр. 462

   4.Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. «Химия для любознательных

  5. Третьяков Ю. Д., Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н. Неорганическая  

                       химия. М. Химия. 2001.

   6. «Справочник химика» т.3, Л.-М.: Химия, 1965 стр. 907

   7. «Химическая энциклопедия» т.1 М.: Советская энциклопедия, 1988 стр.  

                                    394-397

                                                                                                       Приложение 1.

Согласно литературным источникам, суточная потребность в некоторых минеральных веществах представлена в таблице 1:

                                                                                                                           Приложение 2

                  Таблица 1. Органолептические методы определения вкуса, запаха.

                                                                                                   Полученный результат: 

Вывод: вода пригодна для питья

                                 Таблица 2.  Определение содержания нитратов в воде.

Вывод: вода пригодна для питья

                               Таблица 3. Проверка воды на жёсткость.

Вывод:  Исследуемая вода из первой и второй скважин соответствует

 ГОСТ Р 52407 – 2005.

                               Таблица 4. Приближенное определение ионов Fe+3