Питьевые воды Кубани. Правильный выбор бытового фильтра

<<Вода! У тебя нет ни вкуса, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты есть сама жизнь>> Антуан де Сент Экзюпери.

На свете нет ничего более драгоценного, чем чудесная, самая обыкновенная чистая вода. Она сопутствует человеку всю его жизнь, от первого до последнего дня. Вода кормит и поит, греет и охлаждает. Без неё не обходится ни одно производство. Потребление воды непрерывно растёт. Неудивительно, что появилась проблема обеспечения населения чистой водой. Она волнует и меня.

А задумывались ли Вы над тем, какую воду пьете каждый день? Большинство из нас, несмотря на все угрозы и предостережения врачей, предпочитают водопроводную воду. Некоторые очищают ее дополнительно в домашних условиях при помощи фильтра, другие покупают чистую питьевую воду в бутылках. Но давайте разберемся, на сколько мы можем быть уверены в том, что пьем?

Качество городской водопроводной воды в последнее время стало предметом острых дискуссий. Медиков всерьёз тревожат данные о возможном наличии в воде болезнетворных бактерий и других примесей, которые способны нанести вред организму. Заинтересовавшись этой проблемой, я определила цели: оценить качество питьевой воды Кубани, научиться выбирать оптимальную модель водяного фильтра для своей семьи.

Желаемый результат: своей работой хочу доказать, что вода жизненно важный ресурс для человека, я хочу, чтобы люди задумались, какой вред они нанесли живой природе и в первую очередь самим себе. Я хочу, чтобы меня поняли и поддержали в этом, ведь это наша общая проблема. Основной метод моей работы был экспериментальный. При постановке опытов я проводила качественный и количественный анализ водопроводной и артезианской воды. Провела качественный анализ на наличие ионов: Zn²[+] ; As²[+]; Fe²[+]; Pb²[+]; Hg²[+]; Al³[+]; Cr³[+]; Ag[+]; Cu²[+]; Co²[+] ; Ba²[+]; Fe³[+]; Mn²[+]; Mg²[+]; Sb³[+]; Sb[5+] и количественный анализ на те же ионы и Cd²[+]; Ni²[+] и Clˉ; SO4²ˉ; NO3ˉ; Fˉ; NO2²[-]. Изучала органолептические свойства воды: мутность, цветность, запах, вкус. Выявила те или иные отклонения от нормы. Данные статистически обрабатывала, анализировала, выявляла общие закономерности, делала выводы. Сравнивала и анализировала основные технические характеристики бытовых фильтров, составила рекомендации по валеологическому подходу к выбору бытового фильтра.

Человек и вода.

Многообразна и велика роль воды в человеческом обществе. По существу без чистой воды просто немыслимо развитие народного хозяйства. Обеспечение чистой водой превратилось в важнейшую проблему современности. Вот почему так остро во всём мире в настоящее время ставятся вопросы, связанные с защитой водных источников от истощения и загрязнения. <<Где вода, там и жизнь>>, - гласит старая казахская пословица. Она напоминает людям о необходимости повседневной заботы об источниках водоснабжения - реках, озёрах, ручьях, родниках и ключах. Аналогические пословицы и поговорки есть почти у всех народов мира. Звучат они по-разному, но смысл их один: вода - природное богатство, которое человек должен тщательно охранять.

В прошлом считалось, что запасы пресной воды неистощимы, но во второй половине XX века человек столкнулся с неожиданным и непредвиденным явлением - недостатком пресной воды. И где?! Не в пустынях и степях, где вода всегда была дефицитом, а районах, нередко страдающих от избытка влаги. За последние десятилетия заметно обмелели многие водоемы, исчезают малые реки, высыхают озера, пруду и некоторые водохранилища, пропадают родники, иссякают артезианские скважины. Между тем потребность в пресной воде год от года растет. Ученные водного хозяйства считают, сто через 20 - 30 лет большая часть населения земного шара, особенно индустриально развитые страны, могут столкнуться с проблемой острой нехватки воды. Впрочем, уже сейчас во многих уголках нашей планеты люди страдают от недоброкачественной воды или вообще испытывают ее недостаток.

Качество воды оценивается по количеству кишечной палочки, так как кишечная палочка является родоначальником возбудителей тифа, паратифов, дизентерии. В России установлено допустимое количество кишечной палочки: на 333 мл воды 1 одна палочка. Обычно питьевую воду анализируют на присутствие в ней яиц паразитических червей.

По данным Всемирной организации здравоохранения, около 5 млн. детей ежегодно умирают от кишечных заболеваний, связанных с загрязнением воды. В некоторых развивающихся странах до 90% населения либо вообще не имеют водопроводной воды, либо используют воду неудовлетворимого качества. Плата за воду в некоторых странах настолько высока, что некоторые люди не в состоянии купить даже минимальное количество необходимое для жизни. Большое число людей всё еще вынужденно пользоваться питьевой водой из колодца, рек и других источников, незащищенных от бактериологического загрязнения. По данным ВОЗ, инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн. случаев в год. Это дало основание назвать проблему снабжения доброкачественной водой в достаточном количестве проблемой номер один. Отсюда следует, что загрязненная вода наносит большой вред окружающей среде и человеку.

Нахождение химических элементов в живых организмах.

Изучение химического состава организма имеет большое практическое значение. В настоящее время доказано наличие в организме животных и человека 80 из 107 известных элементов периодической системы. Человек и животные получают из окружающей среды необходимые для жизнедеятельности химические элементы с пищей и водой. В зависимости от химического состава воды, почвы и влияния их на биологические функции животных и человека вся поверхность суши разделена на биохимические провинции - местность, характеризующаяся определенным составом почвы и природных вод. (В. И. Вернадский).

Биохимические провинции можно разделить на две группы можно разделить на две группы:

1) Имеется недостаток одного или нескольких химических элементов.

2) Чрезмерно высокий уровень каких-либо химических элементов.

И то, и другое приводит к нарушению обмена веществ в живых организмах и заболеваниям, так называемым <<биогеохимическим эндемиям>>. Целесообразно изменять состав элементов данной провинции внесением в почву и воду, добавлениям в пищевой (кормовой) рацион недостающих элементов и тем самым предупредить эндемические заболевания. По количественному содержанию в живом организме химические элементы делят на три группы:

1) Макроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме больше 10ˉ³%. К ним относится кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, натрий, хлор и т. д.

2) Микроэлементы. Содержание в организме от 10ˉ³ до 10ˉ % к ним относится йод, фтор, бром, медь, стронций, барий, кобальт, алюминий, марганец, хром, кремний и т. д.

3) Ультрамиктоэлементы. Содержание в организме меньше 10ˉ %. К ним относится ртуть, золото, уран, радий, торий, и т. д.

Химический состав воды.

Как же определить качество воды? Я исследовала водопроводную воду из разных источников: артезианскую (Курганинский водопровод) и реки Кубань. Определяла вкус, запах, прозрачность, содержание нитрат-иона, кислотность, жесткость.

Теперь я расскажу, какие основные химические показатели определяются у воды.

Окисляемость - общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих сильными окислителями (бихроматом, перманганатом).

Жесткость. Величина общей жесткости в источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммоль/л, в отдельных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы - до 10 ммоль/л.

Общая жесткость воды обусловлена присутствием растворенных соединений кальция и магния и варьирует в широких приделах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года.

При жесткости до 4 ммоль/л вода считается мягкой; 4 - 8ммоль/л - средней жесткости; 8 - 12 ммоль/л - жесткой; более 12 ммоль/л очень жесткой.

Нитраты. Предельная допустимая концентрация нитратов в воде водоемов 45 мг/л (соли 10 мг/л по азоту), медитирующий показатель вредности санитарно - токсилогический.

Хлориды. Концентрация хлоридов в водоемах - источниках водоснабжения допускается до 350 мл/л, медитирующий показатель вредности органолептический.

В поверхностных водах количество хлоридов зависит от характера пород, слогающих бассейны и, варьирует в значительных пределах - от десяти долей до тысяч миллиграммов в 1 литре. В реках северной части России хлоридов обычно немного, не более 10 мг/л, в южных районах эта величина повышается до десятков и сотен миллиграммов в 1 литре. Много хлоридов попадает в водоемы со сбросами хозяйственно - бытовых и промышленных сточных вод. Этот показатель весьма важен при оценке санитарного состояния водоема.

Сульфаты. Концентрация допускается до 500 мг/л медитирующих показатель вредности органолептический.

Содержание сульфатов в природных, поверхностных и подземных водах обусловлено выщелачиванием горных пород, биохимическими процессами и т. д. В водоемах северной части России сульфатов, как и хлоридов, обычно немного, в южных районах, где воды более минерализированны увеличивается и содержание сульфатов. Сульфаты попадают в водоемы и со сбросами различных сточных вод.

Водородный показатель - это десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком. pH = -lg [H[+]] В поверхностных водах в растворённом виде постоянно присутствует кислород. Его содержание характеризует кислородный режим водоёма и при оценке качества воды также имеет принципиальное значение.

Питьевая вода и её оценка.

Водоочистка - комплекс технологических процессов, имеющих целью довести качество воды, поступающей в водопроводную сеть из источника водоснабжения, до установленных нормами показателей.

Далеко не всякая вода может служить для питья. Вода должна быть прозрачна, бесцветна, без запаха, безвредна по содержанию химических веществ и, кроме того, она должна быть безвредна по бактериологическому составу, т. е. не должна содержать бактерий, которые являются причиной заразных болезней.

В больших городах трудно найти источники воды, отвечающей всем поставленным выше требованиям, и для того, чтобы снабдить население доброкачественной водой, приходится воду очищать.

Первые сведения по водоочистке содержатся в написанной в Индии около 4 тысяч лет назад на санскрите медицинской книги <<Усрута Сангита>>, где говорится <<хорошо держать воду в медных сосудах, выставлять её на солнечный свет и фильтровать через древесный уголь>>. Греческий врач и естествоиспытатель Гиппократ рекомендовал во избежание заболеваний употреблять кипяченую воду.

Первая водоочистная станция с так называемыми медленными фильтрами была построена в 1829 г. в Лондоне. В России станция очистки водопроводной воды впервые была сооружена в 1888 г. в Санкт-Петербурге, станция обеззараживания воды - 1910 г. в Нижнем Новгороде.

Наиболее совершенный способ очистки воды - перегонка. В результате перегонки можно получить дистиллированную воду. Дистиллированная вода - это химически чистая вода. Однако такая вода вредна для организма. При продолжительном употреблении дистиллированной воды для питья она выщелачивает из клеток желудка и кишечника содержащиеся в клеточном соке соли, и клетки начинают отмирать, что ведет к более или менее серьёзным заболеваниям.

Питьевая вода должна содержать небольшое количество безвредных, растворенных солей и газов. В большинстве случаев очистка питьевой воды проводится фильтрованием и различными химическими методами.

Устранение мутности воды, её осветление достигается удалением взвешенных высокодисперсных веществ естественным и искусственным путём. Естественное осветление воды осуществляется путём простого осаждения содержащихся в ней более крупных взвешенных частиц в осадочных бассейнах (отстойниках) и последующей медленной фильтрацией через песок фильтров для задержки более мелкой взвеси и окончательного осветления. Но этот процесс протекает очень медленно и при очистке больших количеств воды непригоден в технико-экономическом отношении. В больших городах пользуются приёмом искусственного осветления воды. Оно заключается в предварительной химической обработке воды - коагуляции примесей химическими реагентами - коагулянтами. Чаще всего для этой цели применяют сульфат алюминия (Al2(SO4)3). Сульфат алюминия вступает в реакцию с содержащимся в воде гидрокарбанатом кальция (Сa(HCO3)2) , причем образуется нерастворимый гидроксид алюминия (Al(OH) 3).

Гидроксид алюминия образует сначала коллоидный раствор, который затем постепенно свёртывается (коагирует), образуя более или менее крупные хлопья. При образовании этих хлопьев внутри их остаются все находящиеся в воде виде коллоидных растворов органические вещества, придающие воде желтоватый оттенок. Эти хлопья, оседая на поверхности песка в фильтре, образуют фильтрующую пленку, и из фильтра выходит совершенно прозрачная вода.

Даже бактерии, находящиеся в воде задерживаются. Количество бактерий в воде при коагуляции сильно уменьшается. Фильтрованная вода уже значительно лучше (здоровее) нефильтрованной, но всё же она еще не вполне безвредна. Для окончательно обеззараживания воды, т. е. для уничтожения последних остатков бактерий, воду обрабатывают хлором (иногда другими окислителями, например озоном). Для этого часть воды пропускается через аппарат, в который одновременно впускается струя хлора из стального баллона. Полученный крепкий раствор хлора поступает непосредственно в главную водопроводную трубу (магистраль). Количество хлора рассчитано так, чтобы за время, пока вода из магистрали начнет расходиться по кранам, весь хлор прореагировал с водой. Реакция хлора с водой: H2O + Cl2 = 2HCl + [O]. Выделяющийся атомарный кислород убивает все бактерии и, таким образом, вода полностью обеззараживается. В воде остается ничтожное количество соляной кислоты, которая в таком количестве совершенно безвредна.

В некоторых случаях очитку воды осуществляют путем применения активированного угля, который добавляется в воде в виде порошка с коагулянтом.

За последнее время начинают применять новый метод обеззараживания воды - действием на воду ультрафиолетовыми лучами, с длиной волны 2000 - 3000Аº, обладающими бактерицидным действием. Источниками ультрафиолетового излучения служат ртутно - кварцовые или аргоно - ртутные лампы. Этот метод имеет существенные преимущества перед хлорированием, так как его легче автоматизировать, и он не влияет на вкус воды.

Существует еще много других способов очистки воды, но они имеют меньшее значение на практике .

Метод определения общей жесткости.

В коническую колбу внесу 100мл. отфильтрованной воды или меньший объем, разбавленный до 100мл. дистиллированной водой. При этом содержание, ионов кальция и магния во взятом объеме воды не должно превышать 0,5ммоль/л. Затем прибавляю 5мл. буферного раствора, 5-7 капель индикатора и сразу же титрую при сильном взбалтывании 0,05 н трилона Б до изменения окраски (окраска должна быть синей с зеленоватым оттенком).

Метод определения содержания нитратов.

10 мл. исследуемой воды помещаю в фарфоровую чашку. Прибавляю силикат натрия (Na2SiO3) и выпариваю в водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток увлажняю 1 мл. концентрированной серной кислотой, тщательно растираю его стеклянной палочкой и оставляю на 10 минут. Затем добавляю 5 - 10 мл. дистиллированной воды и переношу в мерную колбу вместимостью 50 мл. прибавляю 7мл. 10 н раствора гидроксида натрия (NaOH), довожу объем дистиллированной водой до метки и перемешиваю. В течение 10 минут после прибавления гидроксида натрия окраска не изменится, и содержание нитратов определяют по формуле, используя фотометрический метод.

Метод определения содержания фосфатов.

К 50мл. исследуемой воды, профильтрованной через плотный бумажный фильтр, вношу 0,7165г дигидрофосфата калия (KH2PO4), высушенного в термостате в течение двух часов при 105 ºС, растворяю в мерной колбе вместимостью 1000 мл. дистиллированной водой и довожу объем раствора до метки, добавляю 2 мл. хлороформа. 1 мл. раствора содержит 0,5 мг. PO4³ˉ.

Оптическая плотность раствора определяется электрофотоколориметром. Концентрация ортофосфатов устанавливается по формуле.

Метод определения содержания хлоридов.

Отбираю 100мл. испытуемой воды, прибавляем 10 капель смешанного индикатора и по каплям 0,2 н раствора азотной кислоты, до появления желтой окраски, после чего прибавляю еще 5 капель 0,2 н раствора азотной кислоты, и титруем из микробюретки раствором нитрата ртути. К концу титрования окраска раствора приобретает оранжевый оттенок. Титрование продолжаю медленно, по каплям добавляя раствор нитрата ртути, сильно взбалтываю пробы до появления слабо - фиолетового оттенка.

Для определения четного конца титрования использую контрольную пробу, в которой к 100мл. дистиллированной воды прибавляю индикатор, 0,2 н раствор азотной кислоты и одну каплю раствора нитрата ртути.

Метод определения содержания сульфатов.

100 мл. испытуемой воды помещаю в коническую колбу вместимостью 250 мл. Раствор подкисляю тремя каплями концентрированной кислоты, прибавляю 25 мл. 0,05 н раствора хлорида бария (BaCl2) , нагреваю до кипения, кипячу 10минут от начала кипения и оставляю на водяной бане около 1 часа.

Приливаю 5 мл. 9 н раствора аммиака, затем прибавляю 6 мл. 0,05 н раствора трилона Б. на каждые 5 мг. предполагаемого содержания сульфат - ионов во взятом для определения объеме испытуемой воды.

Раствор охлаждаю, приливаю 50 мл. дистиллированной воды, 5 мл. аммиачного буферного раствора и добавляю сухую смесь индикатора ≈ 0,1 г. Избыток трилона Б титрую раствором хлорида магния (MgCl2) до перехода синей окраски в лиловую. 1 мл. 0,05 н раствора трилона Б соответствует 2,4 мг. SO4²ˉ.

Метод определения запаха, цветности, мутности.

Запах воды определяю ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов, др. ). Запах воды определяю при 20ºС и при 60ºС.

Определяю запах при 20ºС. В колбу с притертой пробкой вместимостью 250 - 350 мл. отмериваю 100 мл. испытуемой воды с температурой 20ºС. Колбу закрываю пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешиваю вращательными движениями, после чего колбу открываю и определяю характер и интенсивность запаха.

Определяю запах при 60ºС. В колбу отмериваю 100 мл. испытуемой воды. Горлышко колбы закрываю часовым стеклом, и подогреваем на водяной бане до 50 - 60ºС. Содержимое колбы несколько раз перемешиваю вращательными движениями. Сдвигаю стекло в сторону, быстро определяю характер и интенсивность запаха.

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды, после её хлорирования не должен превышать 2 баллов.

Артезианская (Курганинская вода) является более мягкой, по содержанию органических веществ имеет удовлетворительное количество и рН воды в пределах нормы.

Слишком жесткая вода неприятна на вкус, вредит здоровью и приводит к интенсивному накоплению осадка в трубах и накипи. Однако, прежде чем попасть в дома и квартиры жителей города, вода проходит предварительную очистку на предприятии ЖКХ, в результате чего меняет свои качественные характеристики.

В связи с этим возникла необходимость мониторинга гидросферы г. Армавира который проведен на базе школьной химической лаборатории.

Таким образом, становится очевидным, что для получения качественной питьевой воды необходимо использовать бытовые фильтры для ее очистки, однако основной вопрос: <<Какой фильтр выбрать для дома?>> остается открытым. Чтобы ответить на него, я изучила инструкции к нескольким моделям бытовых фильтров, и выделила параметры сравнения, дающие представление об эффективности той или иной модели.

В результате проведенного исследования, я сделала следующие выводы:

1. Учитывая состав воды <<на входе>>, ресурс фильтрующей кассеты, эффективность очистки от химических веществ, наличие ионов серебра, обеззараживающих воду, способность устранять жесткость воды упорядоченную жидкокристаллическую структуру повышающую ее биологическую активность, для использования в домашних условиях из протестированных фильтров, рекомендуется использовать фильтр <<Арго>>, изготовитель ООО <<Сибирь - ЦЕО>> г. Новосибирск.

2. Однако присутствие на рынке большого количества разнообразных моделей фильтров, совершенствование их и появление новых, привело меня к мысли о необходимости составления рекомендаций по выбору бытовых фильтров для воды.

3. Определяющими показателями для выбора фильтра являются: жесткость, содержание железа, марганца, перманганатная окисляемость, рН. Ряд элементов - фосфаты, нитриты, фториды, соединения активного хлора, сероводород, механические частицы, нефтепродукты оказываются свойственны только определенному источнику. Подбирая водоочистку, можно руководствоваться как соответствующими нормами СанПиНа, так и собственными пожеланиями. Конечно, хорошо иметь универсальный фильтр, который очищал бы воду от всех вредных компонентов единовременно, но таких не бывает, и выбор фильтра для воды превращается для нас в настоящую проблему.

Воду надо беречь! А иначе это может привести к плачевным последствиям, например: в 1960 - е годы промышленные стоки местной целлюлозно - бумажной фабрики превратили реку Нашуа в штате Массачусетс в ядовитую, зловонную канаву. Испарения от реки были такими ядовитыми, что облезла даже краска на домах.