Исследовательская работа «Исследование жёсткости воды и способы её устранения»
проект по биологии

РАЙОННАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ КУРАГИНСКОГО РАЙОНА»

Исследовательская работа

Тема: «Исследование жёсткости воды и способы её устранения»

Секция: Водные экосистемы и рациональное водопользование

(Естественнонаучное направление)

c. Кордово, 2022

Тезисы

Цель: Определить наиболее качественную воду по жесткости из выбранных образцов и выявить эффективные методы снижения жесткости воды в быту

Для исследования была выбрана вода из природного источника, водопроводного крана, питьевая вода, продаваемая в магазинах и питьевая вода для детского питания.

В ходе исследования были проанализированы литературные источники по теме работы, а именно: что такое жёсткость воды, виды жёсткости воды, вред жесткой воды для здоровья человека, коммуникаций, для техники и предметов быта.

Для определения жёсткости образцов использовался приборTDS-метр.

В ходе исследований было установлено:

1.Вода из колонки и вода из-под крана имеют среднюю жесткость. Результаты исследований подтверждаются тем, что при умывании на коже образовывается сухая корка и ее необходимо увлажнять кремами. На сантехнике наблюдаются достаточно большие известковые отложения. Поэтому для использования в бытовых целях ее необходимо смягчать. Для питья желательно использовать природную воду с лучшими показателями по содержанию солей и вкусовым качествам.

2 Вода из природного источника поселка Журавлёво мягкая.

3. Так же мягкая – питьевая вода «Лель» и вода для детского питания «Спортик». Но она имеет неприятный привкус.

Так же были проведены опыты по устранению жёсткости воды в домашних условиях.

Кипячение, таблетки «Антинакипина» и фильтр «Барьер» мало изменили жесткость воды. Лучше всего смягчает воду вымораживание. Но это самый трудоемкий способ. Смягчить воду в небольших количествах для бытовых нужд можно именно таким способом.

Для жизнедеятельности человеческого организма ионы кальция и магния необходимы, так как играют важную роль в процессах формирования костной ткани, свёртываемости крови, сокращения сердечной мышцы, передачи нервных импульсов.

Список использованной литературы

1. Голубева Р.М, Мансуров Г.Н. Открой для себя мир химии – М.: Дрофа, 2004
2. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества http://ozpp.ru/standard/pravila/sanpin214107401/
3. http://ochistivodu.ru/filtry-dlia-zhestkoi-vody/sposoby-ustraneniia-zhestkosti-vody
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткость_воды
5. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1536.html

Введение
          Вода — источник хорошего настроения и бодрости. Это прекрасный способ утолить жажду и возможность сделать свою жизнь чище. Из воды состоит не только человеческий организм, но и всё живое на планете. В свою очередь, качественная вода — это залог крепкого здоровья и запас жизненных сил. Мы все об этом знаем и уже неоднократно слышали, однако многие люди даже не задумываются о качестве воды, которую они пьют и используют для бытовых нужд.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Я, как и  многие жители моего села, заметила, что вода, которую мы используем для питья и хозяйственных нужд, оставляет на  стенках чайника плотный прочный слой солей – накипь. А ещё при умывании такой водой кожа оказывается стянута и шелушится. Я задумалась, а от чего это зависит?  Изучив различную литературу, я определила, что накипь на стенках нагревательных котлов, отложения солей на бытовой технике, и т.д. - все это показатели жесткой воды. Жёсткость воды зависит от присутствия в ней значительного количества солей кальция и магния. Повышенная жесткость воды негативно сказывается на здоровье человека. В настоящее время известна взаимосвязь жесткости воды и образования камней в почках. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. При умывании соли жесткости взаимодействуют с моющими веществами и образуют нерастворимые шлаки. Эти шлаки высыхают и остаются в виде микроскопической корки на кожном и волосяном покрове человека. Признак повышенной жесткости воды – скрип чисто вымытой кожи и волос.[4]

Оказывается, знать жёсткость воды нужно для разных целей. Например, чтобы узнать, сколько стирального порошка нужно добавлять. Или стоит ли устанавливать умягчитель воды. Или сколько жить рыбкам в воде с такой жёсткостью.

Мне стало интересно, какую жёсткость имеет вода из моего водопроводного крана. Ведь большая доля потребления принадлежит именно такой воде. Также для сравнения была выбрана вода из природного источника, питьевая вода, продаваемая в магазинах и питьевая вода для детского питания.

Цель:

Определить наиболее качественную воду по жёсткости из выбранных образцов и выявить эффективные методы снижения жесткости воды в быту

Задачи:

1. Изучить литературу по теме «Жёсткость воды»;
2. Экспериментально выявить показатели жёсткости воды исследуемых образцов;
3. Провести опыты, снижающие жёсткость воды в домашних условиях;
4. Сравнить результаты опытов, выбрать наиболее эффективные и экономичные методы снижения жёсткости воды.

Объект исследования: Вода из различных источников

Предмет исследования: Жёсткость воды

Методы исследования:

•        Анализ литературы

•        Эксперимент

•        Сравнение

•        Анализ

Гипотеза: Вода, которая используется в быту и в хозяйственной деятельности жителями моего села, жёсткая, но жёсткость можно устранить в домашних условиях.

Основная часть

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом кальция и магния (так называемых солей жёсткости) [4].

Виды жёсткости воды

Общая жёсткость - суммарная концентрация ионов магния, кальция. Сумма карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жёсткости.

Карбонатная жёсткость - определена присутствием в воде гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния. Этот тип жёсткости воды почти что целиком устраняется при кипячении воды, и поэтому получил название временной жёсткости. При повышении температуры воды гидрокарбонаты распадаются, в результате образуется угольная кислота и выпадает в осадок карбонат кальция и гидроксид магния.

Некарбонатная жёсткость.  Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жёсткость) [1].

По уровню жёсткости воду делят на 4 типа:

Мягкая вода (менее 2 миллиэквивалентов на литр);

Нормальная вода (от 2 до 4 миллиэквивалентов на литр);

Жёсткая вода (от 4 до 6 миллиэквивалентов на литр);

Очень жёсткая вода (6 и более миллиэквивалентов на литр) [2].

Единицы измерения:

В мире используется несколько единиц измерения жёсткости. В РФ принята в качестве единицы жёсткости воды - моль на кубический метр (моль/м3).

Табл. 1

1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 моль/м3).

1°Ж = 20,04 мг Ca2+ или 12,15 Mg2+ в 1 дм3 воды;

1°DH = 10 мг CaO в 1 дм3 воды;

1°Clark = 10 мг CaCO3 в 0,7 дм3 воды;

1°F = 10 мг CaCO3 в 1 дм3 воды;

1 ppm = 1 мг CaCO3 в 1 дм3 воды.

Численные значения жесткости, измеренные в мг-экв/л, моль/м3, и °Ж, несмотря на различия в обозначении, равны между собой [4,5]

Природа происхождения жёсткости воды

Вода, проходя через атмосферу в виде снега или дождя, впитывает оксид углерода (СО2), достигает землю в виде слабокислотного раствора СО2 + Н2О = Н2СО3, называемого угольной кислотой. Вода, выпадающая на землю, обычно обессолена и имеет малую жёсткость. По мере прохождения воды через почву, содержащую известняк, гипс, она взаимодействует с ними и получаются соли, которые потом распадаются на ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+).

Жёсткость воды не зависит ни от состояния водопровода, ни от коммунальных хозяйств, т.е. все дело в особенностях определенной географической территории [4, 5].

Экспериментальная часть

Определение жёсткости воды
            Жёсткость воды я измеряла   TDS-метром — это простой в использовании прибор, которым измеряют количество растворенных частиц в воде и других жидкостях. Устройство выглядит довольно просто: пластиковый корпус с небольшим экраном, а на конце расположены два электрода. Принцип работы TDS-метра основан на способности воды проводить электрический ток. Чем больше в воде растворено солей и минералов, тем быстрее проходит ток. TDS — это то, что останется от жидкости, если ее высушить. В TDS воды входят кальций, магний, калий, натрий, бикарбонаты, хлориды, сульфаты и небольшое количество органических веществ. Эти вещества являются электролитами и поэтому проводят электрический ток.

Табл. 2

Замеры жёсткости каждого вида воды я проводила по три раза, в таблице представлен средний результат.

В ходе исследований было установлено:

1.Вода из колонки и вода из-под крана имеют среднюю жесткость. Результаты исследований подтверждаются тем, что при умывании на коже образовывается сухая корка и ее необходимо увлажнять кремами. На сантехнике наблюдаются достаточно большие известковые отложения. Поэтому для использования в бытовых целях ее необходимо смягчать. Для питья желательно использовать природную воду с лучшими показателями по содержанию солей и вкусовым качествам.

2. Вода из природного источника поселка Журавлёво мягкая.

3. Так же мягкая – питьевая вода «Лель» и вода для детского питания «Спортик». Но она имеет неприятный привкус.

Смягчение воды в домашних условиях

Если показания, полученные при измерении жесткости воды в домашних условиях, вас не очень порадовали, или же вы просто замечаете осадок при кипении воды в чайнике, тогда нужно найти способы по смягчению воды.

1. «Бабушкины методы»

Кипячение — довольно-таки простой и доступный способ смягчения карбонатной воды в домашних условиях. Высокий температурный нагрев приводит к распаду солей и оседанию их на дне ёмкости. Кипятить водопроводную воду следует в течение 4-5 минут, затем остудить. Метод прост, но при этом теряются полезные свойства питьевой воды, увеличиваются энергозатраты, нужно периодически бороться с накипью.

2. Использование кальцинированной соды является давно известным и надежным методом для смягчения жесткой воды. В этом случае также происходит реакция, в результате которой уже известные нам жесткие соли переходят в нерастворимые соединения. Всего 1-2 чайные ложки соды на ведро воды и у вас появилась мягкая вода для стирки.

3. Вымораживание.

Заморозка — простой и эффективный способ. Снизить жесткость воды можно обычной заморозкой или вымораживанием. Смысл вымораживания заключается в том, что сперва замерзает чистая вода, а все соли жесткости остаются в не замершей, когда вода замерзнет полностью — все соли будут содержаться и в замерзшей воды. Для того чтоб достичь нужного эффекта необходимо замораживать воду до тех пор, пока концентрация солей жесткости не станет максимальная и не начнет замерзать с оставшейся водой.

4. Смягчающие соли

Такой метод является обязательным для владельцев посудомоечных машин. Смягчающие соли выпускаются в форме таблеток, которые добавляются прямо в машину. Такие меры помогут продлить срок службы техники. В процессе их действия соли кальция и магния, находящиеся в воде и делающие ее жесткой, заменяются на водорастворимые соли натрия, не образующие накипь на поверхностях, поддающихся нагреву.

5. Фильтры-кувшины

Это достаточно объёмная (до 3-х литров) ёмкость в виде кувшина, внутри которой находится фильтрующий картридж. Это наиболее доступный способ очистки воды и ее смягчения. Однако низкая цена кувшина со временем дополняется необходимостью регулярно менять фильтр-картридж. В среднем одного фильтра хватает на один - два месяца очистки воды. Эта цифра может варьироваться в зависимости от жесткости воды и количества человек в семье. Для того чтобы смягчить жесткую воду подобным фильтром, нужно выбирать соответствующий картридж.

Практическая часть

В качестве образца для эксперимента я взяла водопроводную воду нашего посёлка, потому что это наиболее доступный образец (не только для меня, но и для других жителей). Исходное значение жесткости исследуемого образца 4,67 ммоль/л. Я решила попробовать сделать из этой жесткой воды более мягкую воду.

1. Для снижения жесткости кипячением я кипятила воду в течение 5 минут.

Затем проводился анализ жесткости воды. Показания жесткости водопроводной воды понизилось с 4,67 до 4, 18 ммоль/л.

Вывод: кипячение воды уменьшает жесткость воды незначительно.

2. В образец воды, нагретый до 80 градусов, добавлялась сода Na2СO3.

В стакане появилась взвесь белого цвета, которая плохо отстаивалась. Раствор фильтровался через бумажный фильтр. Фильтрование вначале проходило быстро, затем процесс замедлялся[3].

Результат:

1. Водопроводная вода села Журавлёво с 4,67 понизилась до 2,87 ммоль/л.

Вывод: содовый метод снизил жесткость воды почти на 40%.

3. Самый трудоемкий метод – вымораживание. Нужно было следить, чтобы в бутылке, в которую я налила воду, образовался лед, но и осталась незамерзшая вода. Потом я слила воду, подождала, пока растает лед. И измерила жесткость талой воды. Результат: 2,34 ммоль/л
4. В стакан с образцом добавила небольшое количество таблетки «Антинакипин». В результате жесткость уменьшилась.

Вывод: Жесткость образца 3,43ммоль/л.

5. Пропустив воду через фильтр «Барьер», я получила еще один результат изменения жесткости воды.

Вывод: Жесткость образца 3,56ммоль/л.

Кипячение, таблетки «Антинакипина» и фильтр «Барьер» мало изменили жесткость воды. Лучше всего смягчает воду вымораживание. Но это самый трудоемкий способ.

Таким образом, лучший метод из опробованных методов умягчения воды - вымораживание. Этот метод доступен каждому. Смягчить воду в небольших количествах для бытовых нужд можно именно таким способом.

Заключение

Результаты исследования, проведённого в ходе выполнения проектной работы, полностью подтвердили выдвинутую гипотезу. Водопроводная вода в посёлке действительно жёсткая. Жесткость воды в основном карбонатная из-за особенностей геологического строения территории, на которой расположен посёлок.

Жёсткую воду перед употреблением целесообразно умягчить. Наша вода, применяемая для питья, легко умягчается вымораживанием.

Вода, поступающая в стиральные, посудомоечные машины, в газовые котлы для отопления, обязательно должна умягчаться специальными химическими фильтрами.

При стирке белья в стиральной машине необходимо добавлять в стиральный порошок средства для умягчения воды.

Однако для жизнедеятельности человеческого организма ионы кальция и магния необходимы, так как играют важную роль в процессах формирования костной ткани, свёртываемости крови, сокращения сердечной мышцы, передачи нервных импульсов. Установлено, что в местностях с пониженным содержанием кальция и магния в питьевой воде сердечные заболевания более распространены. Отсюда следует, что важно вести контроль над содержанием солей кальция и магния в питьевой воде

Список использованной литературы

1. Голубева Р.М, Мансуров Г.Н. Открой для себя мир химии – М.: Дрофа, 2004
2. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества http://ozpp.ru/standard/pravila/sanpin214107401/
3. http://ochistivodu.ru/filtry-dlia-zhestkoi-vody/sposoby-ustraneniia-zhestkosti-vody
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткость_воды
5. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1536.html
6.  www.webmedinfo.ru. Влияние солей кальция и магния на организм человека.