Исследование качества воды из разных источников
опыты и эксперименты по биологии (8 класс)

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №22 с углубленным изучением отдельных предметов - Центр образования» Советского района г. Казани

Проект

«Исследование качества воды из разных источников»

Работу выполнила

 ученица 8в класса Нигматуллина Риана

Руководитель

Андреева Наталья Александровна,

 учитель биологии

                                              Казань – 2018

                                                 Содержание

1. Введение
2. Обзор литературы и обоснование направления исследования
3. Влияние качества воды на здоровье человека
4. Практическая часть
5. Список источников информации

Введение

«Вода, у тебя нет ни вкуса

ни цвета, ни запаха.

Тебя невозможно описать;

тобою наслаждаться, не ведая,

что ты такое.

Нельзя сказать, что ты необходима для жизни;

ты- сама жизнь….

Вода – самое распространенное и необходимое вещество на Земле. Потребление воды с каждым годом растет. Население Земли испытывает недостаток в чистой пресной воде. Качество воды является важной проблемой современного общества. Вода оказывает огромное влияние на здоровье человека. Для того, чтобы хорошо себя чувствовать, человек должен употреблять только чистую качественную питьевую воду. Учёными давно установлена прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни.

 С проблемой качества питьевой воды сталкиваются и жители п.Дербышки, пытаясь найти ответ на вопрос: «Какую воду мы пьем? Безопасна ли она для нашего организма?»

Цель работы:  провести сравнительный анализ качества родниковой, водопроводной и фильтрованной воды и выявить, как влияет качество воды на процессы жизнедеятельности человека.

Задачи:

1. Определить качество воды из разных источников и сравнить истинный показатель состава воды с ПДК по ГОСТУ;
2. Изучить анализ влияния химических факторов питьевой воды на состояние здоровья человека;
3. Проанализировать диагностику заболеваемости;
4.         Изучить органолептические, химические и биологические показатели качества воды.
5. Развивать исследовательские умения: проводить наблюдения и анализировать их результаты.

Срок реализации проекта: сентябрь- декабрь.

Место реализации проекта: Школа №22 г. Казань, лаборатория «Аква Групп».

1.Обзор литературы и обоснование направления исследования

  Вода жизненно необходима. Она нужна везде – в быту, сельском хозяйстве и промышленности. Вода необходима организму в большей степени, чем все остальное, за исключением кислорода. Упитанный человек может прожить без пищи 3-4 недели, а без воды – лишь несколько дней.

Живой клетке вода требуется как для сохранения своей структуры, так и для нормального функционирования; она составляет примерно 2/3 массы тела. Вода помогает регулировать температуру тела, служит в качестве смазки, облегчающей движения суставов. Она играет важную роль в построении и восстановлении тканей тела [3].

При резком сокращении потребления воды человек заболевает или его организм начинает хуже функционировать. Но вода нужна, конечно, не только для питья: она помогает также содержать человеку в хорошем гигиеническом состоянии свое тело, жилище и среду обитания.

Вода - важнейшая составляющая среды нашего обитания. После воздуха, вода второй  по значению компонент, необходимый для человеческой жизни. Насколько важна вода свидетельствует  тот факт, что ее содержание в различных органах составляет 70 - 90%. С возрастом количество воды в организме меняется. Трехмесячный плод содержит 90% воды, новорожденный 80%, взрослый человек - 70%[3]. Вода присутствует  во всех тканях нашего организма, хотя распределена неравномерно: мозг, сердце, мышцы содержат - 75 % ; легкие, печень - 85% ; печень - 86% ; кровь - 83%.

Сегодня, как никогда, нашему организму очень важно получать чистую воду со сбалансированным минеральным составом.

    Она переносит отходы нашего тела, доставляет смазку к суставам, стабилизирует нашу температуру и является жизненной основой клетки.

    Вода необходима для поддержания всех обменных процессов, она принимает участие в усвоении питательных веществ клетками. Пищеварение становится возможным только тогда, когда пища приобретает водо-растворимую форму. Измельченные крохотные частицы пищи обретают способность проникать сквозь ткани кишечника в кровь и внутриклеточную жидкостью. Более 85% всех обменных процессов нашего организма происходит в водной среде, поэтому недостаток чистой воды неизбежно приводит к образованию свободных радикалов в крови человека, что приводит к преждевременному старению кожи и, как следствие, образованию морщин.

Потребление чистой воды обеспечивает нормальную работу внутренних органов. Она сохраняет гибкость Вашего тела, смазывает Ваши суставы и помогает проникновению питательных веществ. Хорошее снабжение организма чистой водой помогает бороться с избыточным весом. Это выражается не только в уменьшении чрезмерного аппетита, но и в том, что достаточное количество чистой воды способствует переработке уже накопленного жира. Эти жировые клетки с помощью хорошего водного баланса становятся способными покидать Ваше тело.

Вода  является теплоносителем и  терморегулятором. Она поглощает излишки тепла и удаляет его, испаряясь сквозь кожу и дыхательные пути. Вода увлажняет слизистые оболочки и глазное яблоко.  В жару и при физических упражнениях происходит интенсивное испарение воды с поверхности тела. Потребление прохладной чистой воды, которая всасывается в кровь из желудка, обеспечивает своевременное охлаждение Вашего организма, предохраняя от перегрева. В течение тренировок, для нормального функционирования организма, необходимо выпивать небольшими порциями примерно 1 литр за час.

Даже если не слишком утруждать себя физическими упражнениями, все равно необходимо постоянно восполнять дефицит воды. Атмосфера в современных зданиях часто перегрета и кондиционирована. Это сушит воздух и обезвоживает организм. То же самое происходит при путешествиях на поездах, самолетах и автомобилях. Кофе, чай, алкоголь - все эти радости жизни способствуют выведению воды из организма.   Взрослый человек в состоянии прожить без пищи больше месяца, без воды же несколько дней. Обезвоживание организма на 10% приводит к физической и психической недееспособности. Потеря 20% воды приводит  к смерти. В течение суток от 3 до 6% воды, содержащейся в организме, подвергается обмену. Половина воды, содержащейся в организме, обменивается в течение 10 дней.

Количество воды, требуемое для поддержания водного баланса, зависит от возраста, физической активности, окружающей температуры и влажности. Суточная потребность взрослого человека составляет около 2.5 л.

Чистая питьевая вода также повышает защиту организма от стресса. Она разжижает кровь, борется с усталостью, помогает сердечно-сосудистой системе, борется со стрессом. Здоровый образ жизни основан на правильном питании, активности и потреблении чистой воды. Вода помогает избежать рака. Если человек недостаточно много пьет, его клеткам не хватает жидкости, их дыхание ухудшается, значительно замедляется обмен веществ. В такой стрессовой ситуации вероятность образования рака возрастает в несколько раз. Учеными было доказано, что если человек употребляет достаточное количество чистой воды в день, вероятность заболеть онкологией снижается на целых 80%! [4]

     При таком большом значении воды для человека, вода должна быть соответствующего качества,  если же вода содержит какие-либо вредные вещества, то они будут неизбежно распространены по всему организму.

1.2.Влияние качества воды на здоровье человека

Вода, которую мы потребляем, должна быть чистой. Болезни, передаваемые через загрязненную воду, вызывают ухудшение состояния здоровья, инвалидность и гибель огромного числа людей, особенно детей, преимущественно в менее развитых странах, обычным для которых является низкий уровень личной и коммунальной гигиены. Такие болезни, как брюшной тиф, дизентерия, холера, анкилостомоз, передаются прежде всего человеку в результате загрязнения водных источников экскрементами, выделяемыми из организма больных.

Успех в борьбе с указанными болезнями или достижение полной их ликвидации зависит от того, как организована система удаления всех продуктов обмена, выделяющихся из организма человека, как поставлено дело обеспечения чистой водой всего населения.

Через воду могут передаваться инфекционная желтуха, туляремия, водная лихорадка, бруцеллез, полиомиелит. Вода подчас становится источником заражения человека животными паразитами — глистами. С загрязненной фекалиями водой в организм человека могут попасть яйца некоторых паразитических червей. В кишечнике они превращаются в паразитов (таковы аскариды, острицы). Наконец, через воду иногда происходит заражение лямблиями, которые поражают тонкий кишечник и печень.

Качество воды определяется также по наличию в ней химических включений, которые раньше всего обнаруживают наши органы чувств: обоняние, зрение. Так, микрочастицы меди придают воде некоторую мутность, железа – красноту.

Существуют основные показатели качества питьевой воды. Их условно можно разделить на группы:

1. Органолептические показатели (запах, привкус, цветность, мутность)
2. Токсикологические показатели (алюминий, свинец, мышьяк, фенолы, пестициды)
3. Показатели, влияющие на органолептические свойства воды (рН, жесткость общая, нефтепродукты, железо, марганец, нитраты, кальций, магний, окисляемость перманганатная, сульфиды)
4. Химические вещества, образующиеся при обработке воды (хлор остаточный свободный, хлороформ, серебро)

 Опыт работы лаборатории по анализу качества воды показал, что к наиболее распространенным загрязнителям воды (содержание компонентов превышает нормативы) можно отнести железо, марганец, сульфиды, фториды, соли кальция и магния, органические соединения, др.

Какие же отрицательные свойства воде могут придавать те или иные компоненты в случае их содержания выше нормативов?

Присутствие в воде железа не угрожает нашему здоровью. Однако повышенное содержание железa в воде (более 0,3 мг/л) в виде гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, органических комплексных соединений или в виде высокодисперсной взвеси придает воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает её вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. Если в такой воде постирать белье, на нем останутся ржавые пятна. Подобные же пятна появляются на посуде, раковинах и ваннах. При употреблении для питья воды с содержанием железа выше норматива человек рискует приобрести различные заболевания печени, аллергические реакции, др. [3]

Повышенное содержание марганца в воде оказывает мутагенное действие на человека. При уровнях в системе водоснабжения, превышающих 0,1 мг/л, марганец приводит к появлению пятен на сантехническом оборудовании и белье, а также неприятного привкуса напитков. Присутствие марганца в питьевой воде может вызывать накопление отложений в системе распределения. Даже при концентрации 0,02 мг/л марганец часто образует пленку на трубах, которая отслаивается в виде черного осадка. [2]

   Иногда в питьевой воде встречается много солей соляной и серной кислот (хлориды и сульфаты). Они придают воде соленый и горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта. Вода, в 1 л которой хлоридов больше 350 мг, а сульфатов больше 500 мг, считается неблагоприятной для здоровья. [4]

  Содержание в воде катионов кальция и магния сообщает воде так называемую жесткость. Жесткость воды выражается в мг-экв/л (=моль/м куб.), в немецких градусах (1 моль/м куб = 2,804 нем. град), французских градусах (1 моль/м куб = 5,005 франц. град), американских градусах (1 моль/м куб = 50,050 амер. град). Оптимальный физиологический уровень жесткости составляет 3,0-3,5 мг-экв/л. Сильно насыщенная солями вода причиняет массу неудобств: в ней труднее развариваются овощи и мясо, при стирке увеличивается расход мыла, накипь портит чайники и котлы. Жесткость выше 4,5 мг-экв/л приводит к интенсивному накоплению осадка в системе водоснабжения и на сантехнике, мешает работе бытовых приборов. Согласно инструкции по эксплуатации бытовой техники жесткость воды не должна превышать 1,5-2,0 мг-экв/л. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к накоплению солей в организме и, в конечном итоге, к заболеваниям суставов (артриты, полиартриты), к образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях.

Вода также отвечает за зубы человека. От того сколько фтора содержится в воде зависит частота заболеваемости кариесом. Считается, что фторирование воды эффективно для профилактики кариеса, особенно у детей. Содержание фторидов в питьевой воде выше санитарных норм (не более 1,5 мг/л) оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Фтор является активным в биологическом отношении микроэлементом, содержание которого в питьевой воде во избежание кариеса или флюороза зубов должно быть в пределах 0,7-1,5 мг/л. [5]

Но кроме полезных примесей в воде находятся и другие, опасные для организма человека.

Наличие в воде сульфидов (сероводорода) придает воде неприятный запах, интенсифицирует процесс коррозии трубопроводов и вызывает их зарастание вследствие развития серобактерий. Сульфиды оказывают на человека токсическое действие и вызывают раздражение кожи. Сероводород ядовит для живых организмов.

     Об опасности для здоровья содержания в воде свинца гигиенисты впервые заговорили в связи с массовыми интоксикациями, которые возникли при использовании на водопроводах свинцовых труб. Однако повышенные концентрации свинца могут встречаться в подземных водах. Вода считается безвредной в том случае, если содержание в ней свинца не более 0,03 мг/л.

Кадмий накапливаясь в почках, вызывает гипертонию, ослабляет иммунитет организма, оказывает негативное воздействие на умственные способности человека, т.к. вытесняет необходимый для нормальной работы мозга цинк.

Алюминий, накапливаясь в организме, может стать причиной старческого слабоумия, повышенной возбудимости, вызвать нарушения моторных реакций у детей, анемию, головные боли, заболевание почек, печени, колиты, неврологические изменения, связанные с болезнью Паркинсона. [4]

Строго регламентируется и предельно допустимая концентрация в воде некоторых добавок, применяемых для осветления воды (например, полиакриламида, сернокислого алюминия).

    Существует такой показатель как перманганатная окисляемость (норматив 5 мг О2/л, не более, это общая концентрация кислорода, соответствующая количеству иона перманганата (МnО4-), потребляемому при обработке данным окислителем пробы воды), который характеризует меру наличия в воде органических (бензин, керосин, фенолы, пестициды, гербициды, ксилолы, бензол, толуол) и окисляемых неорганических веществ (соли железа (2+), нитриты, сероводород).

Органические вещества, обусловливающие повышенное значение перманганатной окисляемости, отрицательно влияют на печень, почки, репродуктивную функцию, а также на центральную нервную и иммунную системы человека. Вода, имеющая перманганатную окисляемость выше 2 мг О2/л, не рекомендуется к употреблению.

      Токсичность вышеназванных компонентов не настолько велика, чтобы вызвать острое отравление, но при длительном употреблении воды, содержащей упомянутые вещества в концентрациях выше нормативных, может развиться хроническая интоксикация, приводящая в итоге к той или иной патологии. Следует учитывать также, что токсическое воздействие веществ может проявляться не только при оральном (через рот) поступлении их с водой, но и при всасывании через кожу в процессе гигиенических (душ, ванна) или оздоровительных (плавательные бассейны) процедур. [3]

Таким образом, чтобы ответить на вопрос о пригодности воды для питья необходимо оценить образец как минимум по вышеуказанным параметрам.

   Практическая часть

Помимо изучения литературных источников об удивительных свойствах воды и влиянии на организм человека, нас интересовали и практические исследования на прозрачность, запах, жёсткость, наличие нерастворимых примесей.

Вода бралась из трёх источников:

1) родник п.Аки,

2) водопроводная вода,

3) водопроводная фильтрованная вода.

Чтобы проверить прозрачность воды, мы ставили стакан с водой на книгу. Если буквы не расплывались, можно было прочитать через воду текст, то вода достаточно прозрачная.

При проверке воды на прозрачность оказалось, что во всех источниках вода достаточно прозрачная, лишь водопроводная вода (источник № 2)  имеет желтоватый оттенок. Самая прозрачная вода оказалась родниковая ( источник № 1).

Запаха не обнаружено ни в одном источнике. Это свидетельствует о том, что в воде не содержится продуктов разложений органических веществ.

Меньше всего нерастворимых примесей содержится в воде, взятой из родника; самое большое количество примесей содержится в водопроводной. Чтобы обнаружить твёрдые частицы в воде, мы её профильтровали. На фильтре были заметны крупные твёрдые частицы. Затем, рассматривая каплю воды под микроскопом, обнаружили наибольшее количество инородных тел в водопроводной.

Анализируя жёсткость мы провели такой опыт:

1. Мерным цилиндром налили 10 мл исследуемой воды в коническую колбу.

2. Наполнили бюретку мыльным раствором, добавили 1 мл мыльного раствора в колбу. Если не образуется пена, добавим ещё несколько мл растворов мыла. Продолжим добавлять мыльный раствор, пока не образуется устойчивая пена ( она должна держаться не менее 30 секунд.)

3. Запишем объём мыльного раствора, необходимого для образования устойчивой пены с 10 мл исследуемой воды.

4. Ополоснём колбу, повторим действия 1-3 с различными образцами воды.

Самая высокая жесткость у водопроводной воды ( проба 2),  менее жесткой оказалась фильтрованная вода.

Проведя данный этап исследовательской работы, мы пришли к выводу, что вода из всех взятых источников пригодна для питья, но, так как место в районе родника не имеет соответственного оборудования: навеса, отводов для воды и т.д. мы решили дополнить органолептические показатели воды из родника лабораторными исследованиями и обратились в лабораторию «Аква Групп» , с целью проведения химического и бактериологического анализа воды из родника.

На данном этапе мы выдвинули гипотезу, что вода из родника, исходя из органолептических показателей, пригодна для питья.

В ходе этого этапа исследования, нами проделаны были следующие шаги:

- совершить экскурсию к роднику п.Аки;

- провести наблюдение за использованием воды из родника для питьевых целей;

- взять пробу воды на анализ для исследования (пригодна ли вода из родника для использования в питьевых целях?);

- отнести воду из родника на анализ в лабораторию «Аква Групп»  .

- получить анализы исследования и сравнить их с данными СанПиН 2.1.4. 1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников».

Воду из данного источника мы предоставили в лабораторию для исследований.

Данные лабораторных исследований.

Выводы и заключение

По результатам сделанных  исследований,  я  установила:

1. Вода  из родника п.Аки, которую употребляют жители нашего поселка для питья, засолки овощей  и хозяйственных целей, когда водокачка не подает воду по различным причинам,  не замерзает, по составу осадка - известковый, запах и вкус не в пределах нормы, прозрачность до 0.47 град, но жесткость достигает до  7,60  ммоль/дм3  Если не считать, что жесткость  чуть выше нормы,  по всем параметрам  родниковая вода действительно соответствует государственному стандарту качества.
2. Водопроводная вода содержит примеси солей железа, причем в достаточно большом количестве, соли кальция, а жесткость превышает норму в 2 раза. Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла. Катионы Ca2+ и Mg2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства, т.е. жесткая вода плохо мылится. При большой жесткости необходимо пользоваться лосьонами, увлажняющими кремами, чтобы создать искусственную защитную пленку для кожи и волос. Поэтому косметологи советуют умываться дождевой или талой водой. По данным поликлиники № 6  у 30,6% жителей микрорайона п.Дербышки обнаружена почечнокаменная болезнь , что вязано с очень высокой жесткостью водопроводной воды.
3. В результате проведенной работы было аргументировано доказано, что вода, поступающая в водопровод не пригодна для питья. Она может быть использована только в технических целях. Для питья необходимо водопроводную воду  фильтровать или кипятить. Чтобы водопроводная вода была полезной, необходимо создать новые технологии получения питьевой воды, реконструировать водопроводное хозяйство, переводить его на современное оборудование.

Литература

1.Былова А.М., Чернова Н.М. «Экология», «Знание», 1997г.

2. Женева «Руководство по контролю качества питьевой воды» 2-е издание, т. 1, ВОЗ, 1994г.

3.Вода – источник [Электронный ресурс]. URL: http://voda.molodostivivat.ru/24/24-voda-v-organizme-cheloveka/

4. Зелёный шлюз [Электронный ресурс]. URL: http://zelenyshluz.narod.ru/ 5. Панина М. «Состав, свойства и методы очистки сточных вод предприятий горной промышленности», М. «Экология», 1995, № 4.

6. Синюков В.В. «Вода известная и неизвестная», М, Знание, 1987г.

7. Петрянов, И.В. Самое необыкновенное вещество в мире- М.: Педагогика, 1975.

8.Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПин 2.1.4.1074-01. М., 2002.

9. Ахманов М. Вода, которую мы пьем. Качество питьевой воды и ее очистка с помощью бытовых фильтров. СПб.: «Невский проспект Химия воды. Учебное пособие/сост.: Л.В. Петрова, Е.Н. Калюкова – Ульяновск: УлГТУ, 2004. – 48 с. т», 2002.