исследовательская работа :" Загрязнение воды и ее влияние на организм"
опыты и эксперименты по биологии (8 класс) на тему

I.Введение.

Актуальность темы. Вода необходима для жизни, производственных, сельскохозяйственных нужд человека. Каждый из нас нуждается в чистой воде. Она - основа здоровой жизни. К сожалению, мы не можем полагаться на чистоту воды прямо из крана. Даже если она прозрачна на вид и отсутствует неприятный запах, вода содержит невидимые невооруженным глазом загрязнения, которые являются угрозой для нашего здоровья. Из воды, поступающей к нам в дом через водопровод, в настоящее время выделено свыше двух тысяч различных загрязнений. В списках значатся пестициды, гербициды, свинец, моющие средства и др. Через воду распространяются возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, дизентерии, холеры и др.). До 30% заболеваний на Земле возникает из-за плохой питьевой воды и неисправности канализации.

Предметом данной исследовательской работы является  состояние загрязнения воды в моём родном посёлке Малыгино. (Приложение №1)                                     

Цели  исследовательской работы:

 - выяснить  причины загрязнения воды на территории поселка Малыгино;

- изучить  влияние  загрязненной воды на организм человека;

- предложить возможные пути решения данной проблемы.

В процессе работы мною решались следующие задачи:

1.Выявление типов загрязнения воды.

2.Изучение методов очистки загрязненной воды.

3. Ознакомление с показателями  качества питьевой воды и их санитарно-токсологической характеристикой.

4. Проведение исследования качества питьевой воды в поселке Малыгино органолептическим и лабораторным методом.

5. Обработка данных, установление зависимости между содержанием железа и магния в водопроводной воде и распространенностью заболеваний почек, печени и сердца среди жителей п. Малыгино.

Гипотеза: если будет продолжаться загрязнение воды на территории поселка, то это приведет к росту числа  заболеваний сердечно – сосудистой системы, болезней почек и печени и ухудшению состояния здоровья жителей п. Малыгина и окрестных деревень.

Данная исследовательская работа проводилась в период с марта по октябрь 2010 года.

Методика исследования.

Объектом данного исследования явилась питьевая вода  п. Малыгино, которую жители получают из 3-х скважин на территории посёлка.

С этой целью были подробно изучены источники загрязнения и их влияние на организм человека.

Все исследования имели цель: выявить неблагоприятные воздействия качества воды на организм человека и найти способы устранения или уменьшения данного негативного воздействия.

При  работе использовались простые и доступные методики.

1. Оценка экологической обстановки.
2. Методика исследования качества питьевой воды.

         3.  Оценка взаимосвязи между качеством воды и

              заболеваниями жителей поселка.

II. Основная часть 

Значение чистой воды для человека трудно переоценить. Вода, соприкасаясь со многими средами, растворяет в себе огромное количество химических веществ, как органических, так и неорганических. Некоторые из них сами по себе, возможно, и не очень вредны для организма, но становятся вредными при контакте с другими. Другие же полезны, но сочетания могут приносить вред, в целом несравнимый с пользой. Также в воде присутствует множество микроорганизмов, которые могут вызвать массу заболеваний. Известно, что поступление в организм с питьевой водой веществ, концентрация которых выше предельно допустимых, может вызвать необратимые изменения в работе важнейших систем жизнедеятельности человека.

(Приложение № 2)

Влияние воды на организм человека

Медики считают, что здоровье человека зависит от качества потребляемой воды. Вода может стать причиной серьезных заболеваний, а  может исцелить от многих недугов и укрепить здоровье. Всё дело в правильном выборе воды для питья. Гигиенисты определили биологический (физиологический) состав полноценной воды. Химические компоненты такой воды должны быть в количествах, которые, с одной стороны, не должны превышать оптимальных значений с точки зрения « не навреди». С другой, для ряда химических соединений есть  и нижний порог безопасности.

Чем плохо, если в воде имеется избыток загрязняющих веществ?
Минерализация - процесс, когда при повышенном общем солесодержании наблюдается перераспределение воды в организме, напряжение механизмов в регуляции водно-солевого гомеостаза, нарушение кислотно-щелочного равновесия, развитие различных функциональных сдвигов в зависимости от ионного состава воды.

Жесткость - повышенная жесткость воды приводит к отложению солей в мочевыводящих путях, изменению водно-солевого и белково-липидного обменов. 

Сульфаты - установлена связь повышенного содержания сульфатов в воде с функциональным состоянием желудочно-кишечного тракта (секреторной деятельностью желудка, процессами переваривания и всасывания пиши) – понижение кислотности желудочного сока.

Хлориды – влияют на водно-солевой обмен, при повышенном содержании возможно развитие гипертензивного синдрома.

Кальций – при его избытке происходит отложение солей в почках и мочевыводящих путях, отмечаются раннее обызвествление костей и очаги обызвествления в стенках сосудов, остановка роста скелета.

Натрий – избыток натрия приводит к задержке воды в организме, повышению возбудимости миокарда.

Фтор - при повышенной концентрации появляется крапчатость эмали зубов, увеличивается выведения кальция с мочой, уменьшается содержание кальция и фосфора в костях, подавление иммунной реактивности, морфофункциональные изменения в почках и печени.

Железо - длительное употребление железистой воды способствует возникновению болезней крови, развитию инфарктов, заболеванию печени, оказывает негативное влияние на репродуктивную функцию организма.

Марганец – повышенное содержание марганца в воде приводит к анемии, нарушению функционального состояния ЦНС.

Методы очистки воды.

Существуют различные методы очистки воды для приведения ее к нормам, установленным СанПиН.

Рассмотрим наиболее распространенные из них:

1.Предварительная очистка воды.

Если в качестве источника водоснабжения для приготовления питьевой воды используются поверхностные и подземные воды, требуется проведение тщательной предварительной очистки, которая включает в себя:

• первичное отстаивание с применением или без применения реагентов, в зависимости от состава исходной воды. 

• Коагуляция (т.е. введение в обрабатываемую воду солей алюминия, железа или полиэлектролитов), для укрупнения взвешенных и коллоидных частиц и перевода их в фильтруемую форму.

• Механическая очистка воды с помощью фильтрования. Очистка воды с помощью фильтрования применяется для самых различных целей. Для очистки воды, подаваемой из общественных водопроводных сетей, как правило, применяется тонкое фильтрование с использованием в качестве элементов очистки сеток и картриджей со степенью фильтрации от 5мкм до 1см, в зависимости от уровня загрязнений. 

2.Очистка воды от железа.

Типичная картина, которая наблюдается при подъеме железистой воды из скважины, такова: вначале вода, только что выкачанная из скважины, абсолютно прозрачна и кажется чистой, но проходит несколько десятков минут, и вода мутнеет, приобретая специфический рыжеватый цвет. Наличие железа можно определить и на вкус. Начиная с концентрации 1,0-1,5 мг/л вода имеет характерный неприятный металлический привкус. Игнорирование проблемы железа в воде приводит к потере «белизны» ванн и раковин, выхода из строя импортной сантехники, появление в системе водопровода железобактерий, коррозии труб. В системе горячего водоснабжения проблемы, обусловленные повышенным содержанием железа, многократно возрастают. Уже при концентрации 0,5 мг/л идет интенсивное появление хлопьев, образующих рыхлый шлак, который забивает теплообменники, радиаторы, трубопроводы, сужает их проходное сечение.

По российским санитарным нормам содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л. В подземной же воде содержание его колеблется в пределах от 0,5 до 20 мг/л. 

Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей, в связи с этим вряд ли возможно установить какие-либо универсальные правила очистки.

Наиболее часто используемыми методами при очистке воды от железа являются:
• Аэрация, т. е. нагнетание воздуха и интенсивный процесс окисления в емкости.
• Обработка воды сильными окислителями – озон, гипохлорит натрия, перманганат калия.
• Фильтрование через модифицированную загрузку (пропускание воды через материалы для удаления железа, которые осуществляют не только очистку воды от окисленного железа (осадка), но и от растворенного железа с помощью химического взаимодействия).

3.Очистка воды от солей жесткости.

С жесткой водой сталкивался, наверное, каждый человек, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. В жесткой воде хуже пенится стиральный порошок и мыло.  
Жесткость воды зависит от суммарного содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Гидрокарбонаты кальция и магния образуют карбонатную или временную жесткость воды, которая полностью устраняется при кипячении воды в течение часа.

Жесткость пресных природных водоемов меняется в течение года, имея минимум в период паводка. Артезианская вода, как правило, более жесткая, чем вода из поверхностных источников. 

По российским нормам для питьевых нужд жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л.

В ряде случаев жесткость может создать проблемы. При принятии ванны, мытье посуды, стирке, мытье машины жесткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая. И вот почему: 

• При использовании мягкой воды расходуется в 2 раза меньше моющих средств; 

• Жесткая вода, взаимодействуя с мылом, образует "мыльные шлаки", которые не смываются водой и оставляют малосимпатичные разводы на посуде и поверхности сантехники; 

• "Мыльные шлаки" также не смываются с поверхности человеческой кожи, забивая поры и покрывая каждый волос на теле, что может стать причиной появления сыпи, раздражения, зуда. 

• При нагревании воды, содержащиеся в ней соли жесткости кристаллизуются, выпадая в виде накипи. Накипь является причиной 90% отказов водонагревательного оборудования. Поэтому к воде, подвергаемой нагреву в котлах, бойлерах и т.п., предъявляются на порядок более строгие требования по жесткости. Для различных марок котлов жесткость не должна превышать 0,01 – 0,05 мг-экв/л. 

В тех случаях, когда вода слишком жесткая и её необходимо умягчить, применяют следующие методы очистки воды:

• термический, основанный на нагревании воды,

• дистилляция или вымораживание

• реагентный

• ионообменный

• обратный осмос

4.Улучшение органолептических показателей воды

Улучшение органолептических показателей воды проводится на активированном угле, чаще всего применяется на одной из последних ступеней очистки и является одним из классических способов получения питьевой воды. Практически каждая бутилированная вода проходит через угольный фильтр. Такая дополнительная очистка воды необходима в тех случаях, когда требуется устранить незначительные нарушения показателей цветности, вкуса и запаха воды. Активированный уголь также используется для очистки муниципальной водопроводной воды от хлора и хлорсодержащих соединений. Высокая эффективность активированного угля связана с его высокой сорбционной емкостью, увеличенной за счет оптимального размера гранул.

5.Обеззараживание                                                                              Обеззараживание питьевой воды имеет важное значение в общем цикле очистки воды и почти повсеместное применение, так как это последний барьер на пути передачи связанных с водой бактериальных и вирусных болезней. Обеззараживание воды является заключительным этапом подготовки воды питьевого назначения. Использование для питья поверхностной воды в большинстве случаев невозможно без обеззараживания.
Обычными методами обеззараживания при очистке воды являются:

• хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия или кальция;

• озонирование воды; 

• ультрафиолетовое облучение. 

(Приложение №3)

Показатели качества питьевой воды и их санитарно-токсикологическая характеристика

К физическим показателям качества воды относят температуру, запах, привкус, цветность, мутность. Они определяют органолептические качества воды.

Химические показатели характеризуют химический состав воды. К ним обычно относят: водородный показатель воды рН, жесткость и щелочность, минерализация (сухой остаток), содержание органических и неорганических веществ.

Санитарно-бактериологические показатели характеризуют общую бактериальную загрязненность воды, загрязненность ее кишечной палочкой, содержание в воде токсичных и радиоактивных компонентов.

Эпидемические показатели. Вода является идеальной средой для размножения бактерий, микробов: возбудителей брюшного тифа, паратифов, холеры, дизентерии, вирусного гепатита и т.д. Вода может быть переносчиком различного рода глистов. В связи с обильным содержанием патогенных организмов, анализ воды проводят по «показательным» микробам (к примеру, кишечной палочке). Требования СанПиН - в 100 мл воды не должно быть кишечной палочки, количество бактерий в 1 мл воды не должно превышать 50.

Органолептические показатели.

Запах воды может быть: болотный, гнилостный, землистый, сероводородный, ароматический, хлорный, фенольный, хлорфенольный, нефтяной и др.

Привкус воды может быть: кисловатым, солоноватым, горьковатым, сладковатым.

Наличие запахов и привкусов говорит о содержании (возможно превышенном) в воде газов, минеральных солей, органических веществ, нефтепродуктов, микроорганизмов. Как правило, с повышением температуры запахи и привкусы усиливаются. Вода, используемая для питья, не должна иметь при температуре 60оС оценку более 2 баллов.

Цветность - окраска воды в тот или иной цвет. Свидетельствует о наличии в воде выше нормы высокомолекулярных соединений почвенного характера, железа в коллоидной форме, загрязнений сточных вод. Цветность не должна превышать 20о стандартной платинокобальтовой шкалы.

Мутность - иначе прозрачность. Зависит от наличия в воде взвешенных частиц. Использование мутной воды для питьевого водоснабжения нежелательно и даже недопустимо.

Химические показатели.

Водородный показатель  рН - показатель концентрации в воде водородных ионов. Его величина характеризует фон водной среды: от кислого до щелочного. Для питьевой воды величина рН должна составлять от 6 до 9. Изменение значения рН должно быть сигналом о нарушении технологического режима водоподготовки.

Общая минерализация (сухой остаток) - суммарная концентрация анионов, катионов и растворенных в воде  органических веществ. Влияет на органолептические свойства воды (вкуса). По сухому остатку можно судить о содержании в воде неорганических солей. Вода с повышенной минерализацией влияет на секреторную деятельность желудка, нарушает водно-солевое равновесие, в результате чего наступает рассогласование многих метаболических и биохимических процессов в организме. Содержание сухого остатка в питьевой воде нормируется величиной не более 1000 мг/л.

Жесткость воды - обусловлена наличием в ней катионов кальция и магния. Взаимодействуя с карбонатными ионами, при высоких температурах они образуют малорастворимые соли. Поэтому жесткие воды могут образовывать накипь и отложения на бытовой технике, котлах, трубопроводах горячей воды. При использовании жесткой воды для стирки белья ее необходимо предварительно умягчать. Установлена статистически достоверная связь между жесткостью воды и развитием сердечнососудистых заболеваний (частотой инфаркта миокарда). Есть предположение о роли жесткости воды в развитии мочекаменной болезни. Жесткость воды для питьевых целей ограничена концентрацией 7 моль/л.

Органические и неорганические вещества.

Общее число химических веществ, загрязняющих природные воды и оказывающих неблагоприятное воздействие на здоровье человека, в настоящее время превышает 50 000. Их содержание в воде строго регламентировано требованиями СанПиН. Гигиеническое значение их обусловлено их биологической ролью.

Нитраты и нитриты - нитраты в воде в 1,5 раза токсичнее нитратов содержащихся в овощах. Повышенное содержание нитратов в воде вызывает токсический цианоз.

Железо - вода, когда ее перекачивают насосом, прозрачна и бесцветна. Но по мере того, как отдельные молекулы этого соединения собираются вместе, появляется характерный ржавый цвет (такую воду часто называют «красной водой» или «ржавой водой»). В воде, содержащей железо, неизбежно образовываются железобактерии - рассадник бактерий самого различного класса и уровня опасности для организма человека. По мере нарастания, эти бактерии образуют красно-коричневые наросты, которые забивают трубы и снижают напор воды. Разлагающаяся масса этих бактерий является причиной неприятного запаха и вкуса воды.

Вода с повышенным содержанием железа имеет металлический привкус. Такая вода оставляет следы буквально на всем. Даже при самом малом содержании железа в воде (0,3 мг/л) она оставляет ржавые пятна на любой поверхности. Железо добавляет много трудностей как в быту, так и в промышленности (особенно в пищевой). Даже там, где концентрация железа низка, его ни в коем случае нельзя игнорировать. Наличие железа в воде представляет серьезную проблему еще и потому, что оно обладает большой химической повторяемостью элементов. Нерастворимые соединения железа могут образовывать илистые отложения в водонапорных резервуарах, водонагревателях и других водопроводных установках.

Повышенное содержание железа в воде (а следовательно, в организме человека) является причиной серьезных аллергенных заболеваний.

Марганец - спутник железа. Обычно его встречают в железосодержащей воде. Марганец, соприкасаясь с чем-либо, оставляет темно-коричневые или черные следы даже при его минимальных концентрациях в воде (0,05 мг/л). Собираясь в водопроводных трубах, марганец дает черный осадок, от чего вода становится мутной.

Повышенное содержание марганца отрицательно влияет на высшую нервную систему, систему кровообращения, на работу поджелудочной железы, провоцирует болезни эндокринной системы, увеличивает возможность заболеваний онкологического характера.

Исследования качества питьевой воды

в поселке Малыгино.

Приложение №4

Исследования проводились двумя методами:

органолептическим и лабораторным.

 1.Органолептический метод исследования качества питьевой воды.

Существует 5- балльная оценка  интенсивности запаха и привкуса воды.

Определение концентрации ионов железа с помощью раствора танина.

Описание опыта:

Цель опыта: определить концентрацию ионов железа в водных источниках п.Малыгино с помощью раствора танина на основании его оптических свойств.

Оборудование и материалы: мерный цилиндр, бюретка, стеклянные палочки, дистиллированная вода, отвар дуба.

Методика проведения опыта.

Опыт основывается на оптических свойствах раствора: чем сильнее поглощается свет, тем выше концентрация поглощенного вещества. Эта зависимость выражается формулой D= KCL, где D –оптическое поглощение

измеряется в лабораториях фотометром, коэффициент поглощения, c –концентрация вещества, l – длина пути (сантиметрах), которую прошел свет в растворе.

Для окрашенных соединений, которые танин образует с солями железа, коэффициент k равен 4000.Оптическое поглощение, при котором глаз человека способен заметить окраску этого раствора, равно 0,1. Отсюда концентрация вещества: c= D/*56 kl. Для проведения эксперимента приготовили раствор коры дуба. Высота образцов жидкости в мерном цилиндре должна быть 2,5 см. Свет проходит слой дважды: сначала вниз, а потом, отразившись от дна, вверх - всего он проходит 5 см. Вода из скважины № 14 была разбавлена в 2,58 раза. Производим расчет подставляя данные в формулу, получаем:c= D/ kl=0,1/ 4000*5=0,000005 моль/л*2,5=0,000013моль/л один моль железа=56г, следовательно, c=0,0000013*56=0,000073г/л=0,7г/л.

Проведя аналогичные расчеты по другой скважине, мы получили: с= 0,000005 моль/л*2=0,00001моль/л*56г=0,00056мг/л=0,56мг/л

Вывод: Органолептическое исследование воды показало наличие в воде в избытке марганца и железа. Данные проведенного опыта также показывают превышение ионов железа в воде. Чтобы подтвердить полученные мною результаты  воспользуемся данными  Испытательного лабораторного  центра по исследованию питьевой воды из 3 действующих скважин.

Анализ пробы воды из скважины 14 от « 15» апреля 2010 года.

Заключение: проба воды соответствует требованиям Сан ПиН 2.1.1074.-01.

по микробиологическим показателям.

Анализ исследования питьевой воды скважина  №14 от  « 12» апреля 2010 года.

Заключение: Проба питьевой воды по органолептическим показателям и содержанию железа не соответствует СаНПин 2.1.4.1074 -01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды…..»

Анализ  исследования питьевой воды из скважины от « 19 марта» 2010 года.

Заключение: проба питьевой воды по мутности, содержанию железа, марганца не соответствует СанПиН 2.1.4.1074-01.

III. Результаты исследования.

По результатам исследования установлена чрезмерная мутность воды  и наличие в воде излишков железа и магния. По данным Исследовательского центра мутность воды превышает допустимые нормы в 3,24 раза, наличие железа в 4,4 раза, марганца в 0,14 раз. Между качеством воды  и здоровьем человека существует прямая зависимость. Так, чрезмерная мутность воды приводит к повреждению почек. Наличие в воде железа увеличивает риск инфарктов, влияет на репродуктивную функцию, вызывает заболевание печени. Превышение марганца вызывает заболевания костной системы, системы кровообращения, влияет на работу поджелудочной железы, провоцирует болезни эндокринной системы, увеличивает возможность заболеваний онкологического характера. Эти выводы подтверждены  данными Малыгинской амбулатории, по которым можно проследить зависимость между повышенным содержанием марганца и железа и ростом  числа заболеваний сердца,  почек и печени среди жителей поселка Малыгино.

 Данные Малыгинской амбулатории о росте числа заболеваний:

Рост  числа заболеваний  за период  с 2006 по 2010 год.

   Рекомендации:

    1.Использовать в домашних условиях специальные фильтры для очистки воды.   (см.Приложение №5)

     2.Использовать искусственную или минеральную воду для питья, которая применяется  в лечебных целях  при  заболеваниях кишечника, желудка, печени, почек.

     3.Установить очистные фильтры в школе и дошкольном учреждении.

(см.Приложение №6)

Сейчас на территории поселка имеются два очистных сооружения. Одно из них принадлежит градообразующему предприятию - ЗАО КЗСК ,

второе- «бювет» для очистки питьевой воды, используемой для нужд поселка.

Однако небольшой мощности этого явно недостаточно, чтобы решить проблемы качества питьевой воды в поселке.  (см.Приложение № 8, 9)

4. Ввести в действие новую очистную станцию большей мощности, оснащенную самыми современными средствами для очистки воды. Только в этом случае будут решены все проблемы качества питьевой воды в поселке Малыгино. (см.Приложение №10)

5. В домашних условиях для очистки воды можно использовать способ который применяют геологи, старатели. В 3-х литровую банку укладывают нарезанные ветки черемухи, сирени, длиной 5-7 см. заливают водой и настаивают сутки на свету. Происходит микробиологическая очистка воды фитонцидами растений.

 Приложение №1     Искусственное озеро «Байкал» п. Малыгино

Приложение №2

Приложение №3

Приложение №4

Приложение №5

Фильтры для очистки воды в домашних условиях

Приложение №6

Фильтры для очистки воды в дошкольных и образовательных учреждениях

Приложение № 7

Литература:

1. С.В. Астафьев «Уроки химии с применением информационных технологий 10-11 класс» Москва «Глобус» 2009г.;
2. М.В. Высоцкая «Биология и экология 10-11 классы проектная деятельность учащихся» Волгоград «Учитель» 2008г.;
3. Сайт Викепедия http/ru wikepidia org/wiki.  Загрязнение воды.