Определение жесткости водопроводной и бутиллированной воды

Вода – самое распространенное природное богатство на земном шаре. Она обладает особыми свойствами, без которых ни возникновение, ни существование организмов не было бы возможным. Вода входит в состав клет ок и тканей любого организма, составляет основную массу тела. Вода играет огромную роль в жизни: человек состоит из воды на 70-80% , его мозг – на 85% , эмбрион – на 95% , меньше всего воды в костях – 22%.

Вода – основной растворитель в человеческом организме. Благодаря воде переносятся все вещества – соли, кислород, ферменты, гормоны. Она участвует в важнейших реакциях обмена и выделения из организма продуктов обмена. Без пищи человек может существовать около 40 дне й, а вот без воды – гораздо меньше: всего 8 дней. Постоянный недостаток жид кости в пределах 1-2% массы тела (хроническая легкая дегидратация) в долгов ременной перспективе может оказывать негативное влияние на психическую и физическую работоспособность, развитие мышц и состояние здоровья в целом. По данным специальных медицинских экспериментов, при потере влаги в размере 6-8% от веса человек впадает в полуобморочное состояние, при поте ре 10% - начинаются галлюцинации, при 12% - человек уже не может восстановиться без специальной медицинской помощи, а при потере более 20% - наступает неизбежная смерть. За жизнь мы выпиваем около 75 тонн воды. При этом 80% своих болезней мы выпиваем, утверждал Луи Пастер. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) водой передается 85% известных болезней, от которых ежегодно умирает 25 миллионов человек. Кроме того, загрязненная вода на 30% ускоряет процесс старения. Вода незаменима: иссякнут запасы металла – быть может, удастся заменить их пластмассами; не хватит растительных и животных белков – научатся получать синтетические; даже вместо обычного воздуха пригодна в некоторых случаях искусственная смесь газов.

В настоящее время одной из самых актуальных проблем является проблема экологии. Чистая вода становится «товаром номер один» в мире и по некоторым прогнозам в ближайшее десятилетие будет наиболее продаваемым и дорогим продуктом.

20 октября 2010 года в Москве проходил Международный Форум «Чистая вода – 2010» , где выступающие, в том числе и председатель правительства РФ В. В. Путин, отметили возрастающее значение чистой бутилированной воды. На решение данной проблемы будет выделена огромная сумма денег государством и бизнесом.

Вода оказывает огромное влияние на здоровье человека. Для того, чтобы хорошо себя чувствовать, человек должен употреблять только чистую качественную питьевую воду. Ещё в глубокой древности люди умели различать «живую» воду – пригодную для питья и «мёртвую» - непригодную для употребления. Учёными давно установлена прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни.

В целях сохранения здоровья нации в Белгородской области , благодаря губернатору Е. С. Савченко , уже несколько лет действует программа по обеспечению детских дошкольных и школьных , медицинских учреждений и различных организаций ч истой бутилированной водой.

В настоящее время вопросы качества питьевой воды не утратили своей актуальности.

Цель работы: оценка качеств а питьевой водопроводной и бутилированной воды и эффективность использования фильтров для очистки воды.

Данные цели были реализованы при решении следующих задач:

1. Изучение литературных источников о свойствах воды и экологических проблемах.

2. Практическое ознакомление с методикой определения жесткости в оды.

3. Проведение анализа питьевой воды из различных источников нашей местности, а также бутилированной воды , используемой в школе в кулерах для питья и продаваемой для населения нашей местности.

Методы исследования: экспериментальные, исследовательские, аналитические, поисковые.

Предмет исследования: питьевая вода из разных источников (водопроводная , колодезная , бутилированная ).

Актуальность исследования: согласно Всеобщей декларации прав человека право на чистую воду, ее охрану и информацию о качестве воды – основные права человека, защищающие не только его здоровье, но и жизнь. Всемирная организация здравоохранения объявила данное десятилетие десятилетием питьевой воды. Анализ воды – единственный инструмент контроля ее состояния и свойств. Для оценки качества воды ее подвергают физик о-химическому анализу. Последний делится на физические и химические определения. Поэтому мы считаем тему данной работы актуальной.

Теоретическая и практическая значимость исследования заключается в том, что его основные положения и результаты мог ут быть использованы при преподавании в школе курса химии , в процессе дальнейших исследований заявленной проблемы, при использовании практических навыков определения качества воды и осуществления ее очистки , а также рекомендации по употреблению качественной воды как среди учащихся школы , так и среди населения поселка.

Литературный обзор

В ходе работы были рассмотрены публикации различных авторов по проблеме качества питьевой воды. В статье Н. И. Речкалова, Л. И. Сысоева «Какую воду мы пьем» ( журнал Химия в школе ) подробно рассматривается значение воды для человека и влияние ее качества на организм. Необходимость воды для обеспечения жизнедеятельности человека обусловлена ролью, которую она играет в круговороте природы, а также удовлетворении физиологических, гигиенических, рекреационных, эстетических и других потребностей человека. Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для различных целей связано с обеспечением ее необходимого качества. Развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значительному загрязнению гидросферы.

По данным ВО З, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. В мире 2 млрд. человек имеют хронические заболевания, связанные с использованием загрязненной воды. По оценке экспертов ООН, до 80% химических соединений, поступающих во внешнюю сред у, рано или поздно попадают водоотстойники. Ежегодно в мире сбрасывается более 420 км 3 сточных вод, кот орые делают непригодными около 7 тыс. км 3 воды. Серьезную опасность для здоровья на селения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде чистого соединения. Обладая свойствами универсально го растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.

В статье С. В. Курлыкова «Опыты по очистке воды» вновь затрагивается проблема качества воды. Качество питьевой воды – проблема, остро стоящая не только в нашей стране, но и во всем мире. Принятые в 2002 г. в России санитарные правила и нормы (СанПиН) определяют предельно допустимое содержание в воде бактерий, газов, органических и неорганических веществ. Обязательному параметру подлежат более 200 параметров из 2000 внесенных в реестр.

Несмотря на то, что большинство проб питьевой воды удовлетворяют требованиям СанПиН, проблему качества воды нельзя считать решенной. Например, при хлорировании воды хлор может вступать в реакцию с находящимися в ней органическими соединениями. Многие из образующихся хлорпроизводных (хлорфенол, хлороформ и др. ) обладают канцерогенным и мутагенным действием. Конечно, концентрация этих веществ в воде очень мала, но они могут накапливаться в организме человека, оказывая токсическое действие спустя го ды. [6]

Также по данной проблеме были рассмотрены статьи таких авторов, как А. Г. З вездин «Парадоксы воды», Г. Л. Маршанова «Вода в природе и жизни человека» , Н. А. Золотова «Известная и неизвестная вода», Д. С. Исаев «Проблемы загрязненности воды», в которых еще раз подробно описывается значение воды для нашей жизни и ставится вопрос о качестве употребляемой нами воды.

Материалы и методика

Сбор материалов для исследовательской работы провели учащиеся 11 класса Дивотченко Кирилл и Выборнов Андрей МОУ «ЧСОШ № 1 с УИ ОП» п. Чернянка Белгородской области. В и юне 2010 года провели исследование воды в школьной химической лаборатории под руководством учителя химии высшей категории Болтёнковой Нины Фёдоровны. Химические реактивы для титрования приобретены в химической лаборатории Чернянского ЖКХ. Для исследования была взята вод а из различных источников поселка , а также бутилированная вода из школьных кулеров и бутилированная вода из магазинов.

Содержание различных ионов. Питьевая вода может содержать катионы Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Cr 6+ ; анионы Cl - , CO 3 2- , HCO 3 - , и другие ионы. Одни являются необходимыми для человеческого организма, другие – вредными. Но и для тех, и для других существуют предельно допустимые концентрации, которые определены в соответствующих документах. Так, например, содержание ионов железа в питьевой воде не должно превышать 5 мкМ/л, х отя в некоторых случаях допускается 15 мкМ/л. Если содержание ионов железа превышает ПДК, эта вода имеет ржавый цвет и «железный» вкус. Ионы хрома, в концентрациях выше ПДК , ( ПДК хрома III 0,05 мг/л и хрома VI - 0,5 мг/л) способствуют развитию стойких нарушений работы желудочно– кишечного тракта и ослаблению иммунитета.

Жесткость воды

Различают общую , временную и постоянную жесткость воды. Обща я жесткость обусловлена главным образом присутствием растворимых соединения кальция и магния в воде. Временная жесткость иначе называется устранимой или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная (некарбонатная ) жесткость вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния. Общая жесткость варьирует в широких пределах в зависимости от типа пород и почв , слагающих бассейн водосбора , а также от сезона года. Значение общей жесткости в источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммоль • экв. /л , в отдельных случаях по согласованию с органами санитарно – эпидемиологической службы – до 10 ммоль • экв. /л. При жесткости до 4 ммоль • экв. /л вода считается мягкой , 4 – 8 ммоль • эк в. /л – средней жесткости , 8 – 12 ммоль • экв. /л – жесткой , более 12 ммоль • экв. /л – очень жесткой.

Методами химического анализа обычно определяют жесткость общую (Ж о ) и карбонатную (Ж к ), а некарбонатную (Ж н ) рассчитывают как разность Ж о – Ж к.

Требования техники безопасности

Выполняя опыты , нужно пользоваться растворами только указанной концентрации и соблюдать рекомендуемую дозировку. Не делать дополнительных опытов без разрешения преподавателя. В работе нужно пользоваться только незагрязненными реактивами и чистой по судой. Следует аккуратно работать с реактивам и : внимательно читать этикетки , не уносить реактивы общего пользования на свои рабочие столы , во избежание загрязнения реактивов держать склянки с растворами и сух ими веществами закрытыми , не путать пробки , не высыпать и не выливать обратно в склянки неиспользованные или частично использо ванные реактивы. Если во время работы будет пролита кислота или щелочь , удалять их следует быстро , так как эти реактивы портят стол и другие предметы , и осторожно , чтобы не прожечь одежду и не повредить руки. При нагревании растворов нужно быть внимательными : избегать термических ожогов.

Экспериментальная часть

Определение общей жесткости водопроводной и колодезной воды

Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и устанавливает комплексонометрический метод определения общей жесткости воды. Метод основан на образовании прочного комплексно го соединения трилона « Б » (Т. Б. ) с ионами кальция и магния. Определение проводят титрованием пробы трилона « Б « в присутствии индикатора. Вода была взята из разных источников и в разных микрорайонах поселка Чернянка.

Методы отбора проб

1. Пробы воды отбирают по ГОСТ 2874 и ГОСТ 24481 2. Объем пробы воды для определения общей жестк ости должен быть не менее 250 см 3

Аппарат ура, материалы и реактивы

Посуда мерная лабораторная стеклянная по ГОСТ 1770, колбы конические по ГОСТ 25336 вместимостью 250 см 3 , капельница по ГОСТ 25336, трилон « Б » по ГОСТ 10652, аммоний хлористый по ГОСТ 3773, аммиак водны й по ГОСТ 3760, 25%-ный раствор, кислота соляная по ГОСТ 3118, натрий хлористый по ГО СТ 4233. Все реактивы, используемые для анализа, должны быть квалификации чистые для анализа.

1. 0, 0 1Н раствор трилона «Б». 3. Аммиачно-буферный раствор.

2. 0,5% раствор индикатора хром темно- синего.

Приготовление аммиачной буферной смеси.

Необходимую для определения аммонийную буферную смесь приготовили в мерной колбе вместимостью 1000 мл, смешивая 100 мл раствора хлорида аммония с массовой долей NH 4 CL 20% со 100 мл раствора аммиака с массовой долей NH 3 20% и доводя объем смеси водой до метки.

Формула трилона « Б»: Na 2 C 10 H 14 O 8 N 2 * 2 H 2 O

Подготовка к анализу

Дистиллированная вода, перегнанная дважды в стеклянном приборе, используется для разбавления проб воды и приготовления всех растворов.

Проведение анализа

Карбонатную жесткость определяют титрованием определенного объема воды раствором трилона «Б» с индикатором хром темно-синий. Химизм процесса выражается уравнениями:

Ca ( HCO 3 ) 2 + 2 HCI = CaCI 2 ↑'5e + 2 CO 2 ↑'5e + 2 H 2 O

Mg ( HCO 3 ) 2 + 2 HCI = MgCI 2 ↑'5e + 2 CO 2 ↑'5e + 2 H 2 O

Ход определения: В коническую колбу отмерим 10 0,0 мл анализируемый воды, добавим 5 мл аммиачной буферной смеси и 5-7 капель индикатора хрома темно-синего. Титруем 0,1Н раствором трилона «Б» до перехода окраски жидкости из розово-красной в сине-голубую. Повторим титрование 2-3 раза и из сходящихся отсчетов возьмем среднее.

Чтобы вычислить карбонатную жесткость (по ГОСТу) в мг-экв /л воды, находим нормальную концентрацию раствора солей и умножаем ее на 1000:

Ж= V 1 ( Т. Б. ) * С ( Т. Б. ) / V ( H 2 O ) ∙'95 1000 где С – нормальная концентрация раствора трилона « Б»; V 1 - объем рабочего раствора трилона «Б», затраченный на титрование, мл; V - объем воды (мл), взятый для определения.

Обработка результатов

Пробы воды Жесткость 1. Источник №1 (водопроводная вода в школе , ул. Революции 22 ) 7,6 2. Источник №2 (колодезная, ул. Кожедуба 1 ; микрорайон Морквино ) 5,8 3. Источник №3 ( колодезная, ул. Жученко 21 ; микрорайон Запесок ) 5,6 4. Источник №4 ( водопроводная вода ул. Школьная ; микрорайон Сахзавод ) 8 ,7 5. Источник №5 ( водопроводная вода, ул. Советская ; микрорайон Ливенка ) 8,4

Вывод: нормальная жесткость воды до 7. Из всех проб, взятых для анализа, превышение нормы наблюдается в водных источниках школы, микрорайонов Ливенка и Сахзав од. Это средней жесткости и жесткая вода. Такую воду не рекомендуется употреблять в сыром виде.

Определение общей жесткости бутилированной воды

Для анализа была взята бутилированная вода , продаваемая в магазинах посел ка : «Майская хрустальная» (ООО «Белые горы» ) и «Ясный колодец» ( Корочанский комбинат ) , а также привозимая в школы по губернаторской программе : «Аква Футури» (ООО «Валуйский ЛВЗ » ), «Родник Белогорья» (ООО «Белые горы» ).

Необхо димые реактивы : 0,1Н раствор НС 1, индикатор метиловый оранжевый.

Ход определения : В склянку наливаем 10 0,0 мл анализируемой воды , добавляем 3 капели метилового оранжевого и титруем 0. 1Н раствором НС 1 до изменения цвета исследуемого раствора с желтого до оранжево - розового.

Жесткость воды определяем по формуле : Ж= V 1 (НС 1 )* С (НС 1 ) / V ( H 2 O ) ∙'95 1000 где С – нормальная концентрация раствора НС1; V 1 - объем рабочего раствора НС1, за траченный на титрование, мл; V - объем воды (мл), взятый для определения.

Пробы воды Жесткость 1. » Аква Футури» (Валуйский комбинат ) 1,53 2. »Ясный колодец» (Корочанский комбинат ) 5 3. »Майская хрустальная» (ООО «Белые горы» ) 11 4. » Родник Белогорья» (ООО «Белогорье» ) 0. 5

Вывод : бутилированная вода марки «Родник Белогорья» и «Аква Футури» - очень мягка я , марки «Ясный колодец» - средней жесткости и «Майская хрустальная» - является жесткой в одой. В школах района и области использует ся для питья вода «Родник Белогорья» и «Аква Футури». Проведя такое исследование , мы рекомендуем учащимся нашей школы употреблять данные марки воды.

Определение жесткости в оды после пропускания ее через бытовой фильтр

Для исследования результативности действия фильтров для очистки воды была взята водопроводная во да и фильтры «Барьер».

Фильтры содержат в оптимальном сочетании уникальные волокнистые сорбционные материалы марки АКВА ЛЕН и гранулированные сорбционные материалы. Благодаря этому фильтры обеспечивают эффективную многоступенчатую очистку питьевой водопроводной воды от хлора, тяжелых металлов, органических примесей, устраняют запах и привкус.

Исследование воды проводилось, когда был только поставлен блок- фильтр, затем через 0,5 месяца и 1 месяц его использования.

Титрование проводилось по т ой же методике с использованием трилона «Б», аммиачно-буферного раствора, индикатора хром темно-синего, что и определение общей жесткости водопроводной воды.

Время использования фильтра «Барьер» Жесткость 1. Новый 1,53 2. 0,5 месяца 4,7 3. 1 месяц 7,6

Вывод : если вода является жесткой , то для ее умягчения и очистки можно использовать бытовой фильтр «Барьер», заменяя умягчающий блок согласно инструкции по применению.

Выводы и з проведенного исследования качества питьевой воды пос. Чернянка можно сделать следующие выводы :

1. Питьевая вода нашей местности является водой сред ней жесткости и жесткой.

2. Концентрация солей кальция и магния в водопроводной воде выше , чем в колодезной , жесткость такой воды над о снижать.

3. Рекомендуется производить дополнительную обработку питьевой воды непосредственно на месте потребления : а ) отстаивание водопроводной воды ; б ) кипячение воды ; основное предназначение процесса кипячения – обеззараживание воды и снижение карбонатной жесткости , в ) вымораживание воды ; считается , что такая вода с амаячистая , лучше проникает через биологические мембраны , быстрее выводится из организма экскреторными органами , г ) фильтрование ; фильтры уменьшают ее жесткость и содержание примесей.

4. Подземные воды являются основным источником питьевой воды в нашей области , они наиболее надежны в санитарном отношении и вода в них более мягкая.

5. Рекомендуется использовать для питья бутилированную воду марок «Аква Футури» , «Родник Белогорья».