НАУЧНАЯ РАБОТА "Тема: Качество питьевой воды Джанкойского района"

19

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………...………………..…3

РАЗДЕЛ 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………….…5

1. Физические и химические свойства воды…...……………………….….5

2. Современные проблемы питьевой воды…………………………...….…7

1. Показатели качества воды…………………………………………...……9

РАЗДЕЛ 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………13

1. Исследование воды в школьной лаборатории (мутность и рН воды).…………………………………………………………………….13

2. Встреча с сотрудниками предприятия «Вода Крыма». Ознакомление с оборудованием лаборатории предприятия……………………………..15

3. Сравнительный анализ воды по нескольким параметрам из различных поселений Джанкойского района…..…………………………………...15

ВЫВОДЫ………………………………………………………………………..17

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…….………………………..……………………….18

ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………19

ВВЕДЕНИЕ

«Тобою наслаждаются не ведая, что ты такое», - обращался к воде французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери.

Вода – драгоценнейший дар природы, обеспечивающий жизнь на Земле. Лишь доли процента земных ресурсов пресных вод имеются в нашем распоряжении. Положение осложняется тем, что все больше растет потребность в воде и все больше ее расходуется [1].

Актуальность темы. Вода – это жизнь. От качества воды, которую мы пьем, зависит наше здоровье. На сегодняшний день тема качества питьевой воды является одной из самых актуальных в мире. В различных аналитических лабораториях нашей страны специалисты ежегодно выполняют не менее 100 млн. анализов качества воды. Результаты анализов показывают, что в химическом отношении опасной для здоровья являются каждая четвертая проба питьевой воды, в бактериальном — каждая пятая [7].

Цель: изучить качество питьевой воды.

Задачи:

1. Анализ литературных источников и интернет-ресурсов;

2. Исследование мутности и рН-показателя питьевой воды в школьной лаборатории;

3. Встреча с сотрудниками предприятия «Вода Крыма». Ознакомление с оборудованием лаборатории предприятия;

4. Посещение предприятий, которые осуществляют контроль за качеством воды;

5. Анализ результатов лабораторных исследование качества питьевой воды различных поселений Джанкойского района.

Для достижения реализации поставленных задач, в работе использовались следующие методы исследования:

Теоретический – изучение и анализ литературы и различных информационных источников по данной теме.

Практические:

• Эксперимент;

• Математическая обработка данных, построение диаграмм;

• Интервью;

• Фотографирование;

• Сравнительный анализ;

• Консультация.

Гипотезы исследования:

1. Предположим, что качество питьевой воды в Джанкойском районе соответствует нормам ГОСТ по всем показателям.

2. Предположим, что современная питьевая вода не подвергается экологической опасности.

Объект исследования: качество питьевой воды Джанкойского района.

Предмет исследования: качественные показатели питьевой воды различных поселений Джанкойского района.

Рис.1. Молекула Воды

Рис.1. Молекула воды

РАЗДЕЛ 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. 1. Физические и химические свойства воды

«Простейшее устойчивое соединение водорода с кисло­родом»,— такое определение воды дает Краткая химиче­ская энциклопедия. Все верно, только в химии простей­шее — это еще далеко не простое.

До XIX века не знали даже, что вода — химическое соединение. Считали ее обычным химическим элементом. Лишь в 1805 году немецкий ученый Александр Гум­больдт и французский физик Жозеф Луи Гей-Люссак установили, что вода состоит из молекул, каждая из которых содержит два атома водорода и один кис­лорода. [1].

Вода́ (оксид водорода) – бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н₂O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного – кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью (рис.2). При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета (при малой толщине слоя), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (на гидрофильных поверхностях). Составляет приблизительно около 0,05 % массы Земли.

Рис. 2. Молекула воды. Схема

Виды воды.

В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

• Лёгкая вода (основная составляющая привычной для людей воды) Н₂О {\displaystyle H_{2}O};

• Тяжёлая вода (дейтериевая) {\displaystyle D_{2}O}D₂O;

• Сверхтяжёлая вода (тритиевая) T₂O;{\displaystyle T_{2}O}

• Тритий-дейтериевая вода {\displaystyle TDO}TDO;

• Тритий-протиевая вода {\displaystyle THO}THО;

• Дейтерий-протиевая вода {\displaystyle DHO}DHO [8].

Физические свойства воды.

• Теплоёмкость (4,1868 кДж/кг).

• Плотность (при переходе ее из твердого состояния в жидкое плотность воды не уменьшается).,

• Термическая диссоциация.

• Вода обладает каталитической способностью.

• Универсальный растворитель. Вода способна растворять многие вещества, как неорганические (минеральные кислоты, щелочи, соли), так и органические (органические кислоты, спирты, фенолы, альдегиды и многие другие).

• вода активно участвует во многих реакциях обмена веществ [9].

Химические свойства воды

Итак, молекула воды (¹Н₂¹⁶О) состоит из двух атомов водорода (¹Н) и одного атома кислорода (¹⁶О).

Вода при нормальных условиях находится в жидком состоянии, тогда как аналогичные водородные соединения других элементов являются газами (H₂S, CH₄, HF). Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45° (104°27′) (рис.3.).

Из-за большой разницы электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода [8].

Постоянно соприкасаясь со всевозможными вещества­ми, вода фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного состава.

В пресных водах набор минеральных примесей выглядит так: больше всего здесь карбонатов (натрия и каль­ция) — до 80 %. Сульфатов (натрия, кальция и магния) — около 13%. Остальные 7% приходятся на хлориды (на­трия и кальция) и другие соли.

Рис. 3. Уголь между связями О – Н

Из газов в пресных и морских водах наиболее широко представлены кислород, азот, углекислый газ, сероводо­род.

В пресных и морских водах в небольших количествах имеются и разнообразные органические компоненты — растворимые соединения типа белков, сахаров, спиртов, углеводородов и т.п. [1].

1. Современные проблемы питьевой воды

Вода как один из видов природных ресурсов обладает существенными особенностями. В отличие от других видов природных ресурсов, таких, как, например, уголь, железо, нефть, запасы которых давно и тщательно учитываются при разработке планов экономического и социального развития, в отношении воды еще не выработаны достаточно четкие критерии оценки, так как до недавнего времени она считалась бесплатным даром природы и лишь в последние годы приобрела «ранг ресурсов» [3].

Испокон веков и по настоящее время для централизованного водоснабжения повсеместно используют главным образом поверхностные и подземные воды.

Основным источником загрязнения и заражения водоемов является негативная хозяйственная деятельность человека и в селе, и в городе. Это и смыв с сельскохозяйственных угодий химических удобрений, и сброс неочищенных и недоочищенных сточных вод промышленных предприятий, тепловых станций, химических комбинатов, различных нефтеперерабатывающих производств и др. [10].

Анализируя характер загрязнений и те последствия, которые сказываются на состоянии водных ресурсов, можно выделить два основных типа загрязнений. Назо­вем их условно прямым и косвенным [1].

При неразумном ведении хозяйства уничтожаются природные ресурсы, столь необходимые для поддержания жизни и процветания человека [5].

Производственный контроль качества воды.

При организации производственного контроля и выборе методов определения показателей качества питьевой воды и воды источника водоснабжения, при оценке состояния измерений в лабораториях, при их аттестации и аккредитации, а также при осуществлении метрологического контроля и надзора за деятельностью лабораторий, осуществляющих контроль качества (определение состава и свойств) питьевой воды и воды водоисточника применяют ГОСТ Р 51232-98 Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества

Качество питьевой воды должно соответствовать требованиям действующих санитарных правил и норм, утвержденных в установленном порядке [11].

Однако и этого недостаточно, так как мир примесей, заселяющий нашу питьевую воду и приносящий ей вред, даже после очистки остается очень большим и многообразным.

Поэтому в системе водоподготовки на первое место ставят обеззараживание воды, методы стерилизации и удаления из воды патогенных бактерий, спор, вирусов и др. Для этих целей, как правило, используют хлор и озон [10].

Хотя все в природе взаимосвязано и каждая деталь важна, все же отдельные явления и предметы более существенны, а другие менее при естественном равновесии как живой, так и неживой материи. Ведь нельзя же поставить в один ряд по значимости палец и сердце. Поэтому вполне закономерен вопрос: какое вещество является самым главным, самым важным для нас в окружающем материальном мире? Ответ на этот вопрос можно дать уверенно и однозначно: это природная вода [6].

Поэтому для удовлетворения человечества в высококачественной питьевой воде проблемой №1 является проблема очистки, улучшения структуры и биологических свойств питьевой воды, благотворно влияющих на здоровье людей, поступающей из природных поверхностных источников – рек, озер, водохранилищ и морей [10].

1. Показатели качества воды

К основным показателям качества воды можно отнести:

Органолептические показатели:

• Цветность – естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Цветность воды может определяться свойствами и структурой дна водоема, характером водной растительности, прилегающих к водоему почв, наличием в водосборном бассейне болот и торфяников и др. Для воды поверхностных водоемов этот показатель допускается не более 20 градусов по шкале цветности.

• Запах. Запах определяют при нормальной (20°С) и при повышенной (60°С) температуре воды. Запах подразделяют на две группы:

• Естественного происхождения (землистый, гнилостный, плесневый, торфяной);

• Искусственного происхождения (нефтепродуктов (бензиновый и др.), хлорный, уксусный).

• Вкус и привкус. Различают 4 основных вкуса: соленый, кислый, горький, сладкий. Остальные вкусовые ощущения считаются привкусами (солоноватый, горьковатый, металлический, хлорный и т.п.). Интенсивность вкуса и привкуса оценивают по 5-балльной шкале (ГОСТ 3351);

• Мутность. Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей – нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения.

Мутность воды обусловливает и некоторые другие характеристики воды такие как:

• Наличие осадка, который может отсутствовать, быть незначительным, заметным, большим, очень большим;

• Взвешенные вещества или грубодисперсные примеси. Этот показатель обычно малоинформативен;

• Прозрачность.

• Прозрачность воды обусловлена ее цветом и мутностью, т.е. содержанием в ней различных окрашенных и минеральных веществ. Прозрачность воды часто определяют наряду с мутностью, особенно в тех случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, которые затруднительно обнаружить;

Водородный показатель. Нормативные требования рН питьевой воде 6,0-9,0; в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования – 6,5-8,5. Пониженное значение рН (5,5-6,0) характерно для болотных вод за счет повышенного содержания гуминовых и других природных кислот.

Щелочность и кислотность. Щелочность природных вод в силу их контакта с атмосферным воздухом и известняками, обусловлена, главным образом, содержанием в них гидрокарбонатов и карбонатов, которые вносят значительный вклад в минерализацию воды. Щелочность пробы воды измеряется в г-экв/л или мг-экв/л и определяется количеством сильной кислоты (обычно используют соляную кислоту), израсходованной на нейтрализацию раствора.

Естественная кислотность воды обусловлена содержанием слабых органических кислот природного происхождения (например, гуминовых кислот). Кислотность воды определяют в основном при анализе сточных и технологических вод.

Минеральный состав. Ряд показателей качества воды связан с определением концентрации растворенных в воде различных минеральных веществ. Содержащиеся в воде минеральные соли вносят разный вклад в общее солесодержание, которое может быть рассчитано суммированием концентраций каждой из солей. Пресной считается вода, имеющая общее солесодержание не более 1 г/л.

Сухой остаток. Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минеральных) и органических веществ, температура кипения которых превышает 105-110°С.

Для питьевой и природной воды величина сухого остатка практически равна сумме массовых концентраций анионов (карбоната, гидрокарбоната, хлорида, сульфата) и катионов (кальция и магния, а также определяемых расчетным методом натрия и калия). Величина сухого остатка для поверхностных вод водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования не должна превышать 1000 мг/л (в отдельных случаях допускается до 1500 мг/л).

Общая жесткость, кальций и магний. Жесткость воды обусловлена присутствием солей кальция, магния, стронция и др. В поверхностных и грунтовых природных водах из перечисленных катионов в заметных концентрациях присутствуют практически исключительно кальций и магний. Содержание в питьевой воде кальция и магния играет важнейшую роль для человеческого организма. Кальций играет большую роль в жизнедеятельности клеток организма. Дефицит магния приводит к коронарной болезни сердца, с другой стороны, повышенное содержание магния угнетающе действует на нервную систему, поражая двигательные нервные окончания.

Биогенные элементы и металлы. Вопросы контроля качества воды внесли в понятие биогенных элементов широкий смысл: к ним относят соединения (точнее, компоненты воды), которые, во-первых, являются продуктами жизнедеятельности различных организмов; во-вторых, являются – строительным материалом‖ для живых организмов. В первую очередь к ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты и др.). Соединения серы интересны в этой связи, в меньшей степени, так как сульфаты уже рассматривали в аспекте компонента минерального состава воды, а сульфиды и гидросульфиты, если присутствуют в природных водах, то в очень малых концентрациях, и могут быть обнаружены по запаху [7].

Определение качества воды осуществляется путём проведения разных исследований. Все они условно делятся на несколько групп:

• Химическая группа

• Электрохимическая группа

• Оптические исследования

• Фотохимические методики анализа

• Хроматографические исследования [12].

РАЗДЕЛ 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Исследование воды в школьной лаборатории

(мутность и рН воды)

Для исследования качества и свойств воды в школьной лаборатории недостаточно оборудования, реактивов. Мы воспользовались оборудованием серии «PROLog», а именно - измерительный модуль «Мутность» (туридиметр) и измерительный модуль «рН»

Мутность.

Для проведения опыта мы взяли 3 образца воды: дистиллированную, обычную воду, слабо мутный раствор чая (рис.4.1;4.2).

Мутность измеряется в нефелометрических единицах мутности, NTU. По нормам Геологической службы США мутность поверхностных вод обычно составляет от 1 до 50 NTU. Однако, мутность обычно бывает выше данных пределов,

Рис.4.1. Измерение мутности воды

особенно после сильного дождя при повышении уровня воды. Мутность может быть ниже ожидаемого уровня в стоячей воде из-за осаждения появившихся взвешенных частиц. Вода является зрительно мутной при уровне выше 5 NTU. Стандарт для питьевой воды составляет 0,5 – 1,0 NTU.

Рис.4.2. Измерение мутности воды. Построение графика

При проведении исследования мы получили следующие данные:

Таблица 1.

Показания мутности воды различных источников

№ пробы	Название	Мутность, NTU
		Измеренная	Реальная
1	Дистиллированная вода	0,4	0
2	Водопроводная вода	0,67	0,5 – 1,0
3	Образец с раствором чая	1,23	Более 1,0

Графики измерений мутности изображены в приложении 1.

Водородный показатель рН.

Исследование измерение рН питьевой воды осуществляли оборудованием серии «PROLog», а именно – измерительный модуль «рН».

Рис. 5. Измерение рН питьевой воды

Для исследования мы взяли 2 образца воды: дистиллированная и обычная (питьевая) вода. Выполнив работу, мы получили следующие данные:

Таблица 2.

Результаты измерения рН воды

№ пробы	Название	рН воды
1	Дистиллированная вода	5,5
2	Дистиллированная вода	5,6
3	Дистиллированная вода	5,8
1	Водопроводная вода	6,7
2	Водопроводная вода	6,9
3	Водопроводная вода	6,6

1. Встреча с сотрудниками предприятия «Вода Крыма» Ознакомление с оборудованием лаборатории предприятия

Для ознакомления с процессом исследования качества воды в лабораторных условиях мы посетили предприятие «Вода Крыма» в г.Джанкой.

Мы пообщались с заведующей лабораторией Кирий Н.Д., которая описала нам основные качественные и количественные анализы воды. На территории лаборатории нам не разрешили поприсутствовать, но предоставили фотографии с изображением оборудования для исследования качества питьевой воды. (приложение 3).

1. Сравнительный анализ воды по нескольким параметрам из различных поселений Джанкойского района

Одним из этапов практической части работы было посещение МУП «Адриана» Заречненского сельского поселения, МУП «Табачное» Джанкойского района, которые ответствечают за качество питьевой воды в сельских поселениях (рис. 6). Сотрудники предприятий предоставили результаты лабораторных исследований воды (приложение 4).

Сравнительный анализ качества воды различных поселений Джанкойского района можно увидеть на графике:

Диаграмма 1.

Если сравнивать полученные результаты качества воды различных поселений с нормативами СаН ПиН 2.1.4.1074-01, можно сделать вывод, что в большинстве случаев показатели соответствуют нормам. Незначительные отклонения мы наблюдаем в показателе «Жесткости общей» - нормой является 7,0.

ВЫВОДЫ

1. Проанализировав литературные источники и интернет-ресурсы, определили, что вода имеет ряд физических и химических свойств, вода – универсальный растворитель, вода – основа всего живого. Также увидели, что питьевая вода имеет ряд экологических проблем и нуждается в бережном отношении.

2. Проведя эксперименты в условиях школьной лаборатории, определили, что мутность и рН воды соответствует норме.

3. Побеседовав с заведующей лаборатории предприятия «Вода Крыма» г.Джанкой, узнали каким образом происходит анализ качества воды; познакомились с основным оборудованием лаборатории.

4. Посетив несколько предприятий по контролю над качеством питьевой воды, проанализировали показатели лабораторных исследований. Сделали вывод, что качество воды, в целом, соответствует нормам ГОСТ. Единственный показатель, превышающий норму – общая жесткость воды.

5. Запланирована поездка в с.Стальное на забор пробы питьевой воды со скважины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кульский Л.А., Даль В.В., Ленчина Л.Г. Вода знакомая и загадочная. – К.: Рад.школа, 1982. – 120 с., ил.

2. Человек и стихия: (Научно-популярный гидрометерологический сборник на 1988г.). – Л., Гидрометеоиздат, 1987. – 160с., ил.

3. Человек и стихия: (Научно-популярный гидрометерологический сборник на 1988г.). – Л., Гидрометеоиздат, 1987. – 160с., ил.

4. Человек и стихия: (Научно-популярный гидрометерологический сборник на 1985г.). – Л., Гидрометеоиздат, 1984. – 160с., ил.

5. Robert Allen. How to save the world. 1980 (Как спасти Землю. Роберт Аллен). Перевод с английского А.Г. Николаевского и Е.А.Сазоновой. Издательство «Мысль». 1983г.

6. Дерпгольц В.Ф. Мир воды. – Л.: Недра, 1979. – 254 с., ил.

7. https://teplosten-aqua.ru/articles/pokazateli-kachestva-vody-i-ih-opredelenie.html

8. https://ru.wikipedia.org/wiki/Вода

9. http://www.hintfox.com/article/himicheskie-i-fizicheskie-svojstva-vodi.html

10. http://www.prostovoda.net/sovremennye-problemy-pitevoj-vody/6

11. http://docs.cntd.ru/document/1200003120

12. http://oskada.ru/analiz-i-kontrol-kachestva-vody/opredelenie-kachestva-vody-vidy-issledovanij-pribory-dlya-opredeleniya-kachestva-vod.html

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1.

Образец 1. Обычная вода

Образец 2. Дистиллированная вода

Образец 3. Мутный раствор

Приложение 2.

Оборудование лаборатории предприятия «Вода Крыма» г. Джанкой

Стерилизатор для стерилизации питательных сред

Общий вид лаборатории

Фотоэлектроколориметр для проведения химических исследований воды

Сушильный шкаф

Спектрофотометр для проведения химических исследований воды

Дистиллятор для получения дистиллированной воды

Вытяжной шкаф для проведения выпаривания растворов

Прибор вакуумного фильтрования для фильтрования воды через мембранный фильтр для микробиологического исследования

Мойки

Весы лабораторные для взвешивания реактивов

Ламинарный бокс для проведения микробиологических исследований воды

Микроскоп

Приложение 4.

Результаты исследований г.Джанкой

Результаты исследований с. Заречное

Результаты исследований с. Табачное