Исследование водопроводной воды микрорайонов города Ленска

ВОДА – САМОЕ РАСПРОСТРАНЕННОЕ ВЕЩЕСТВО НА ЗЕМЛЕ. БЕЗ ВОДЫ НЕВОЗМОЖНА ЖИЗНЬ. ОНА НУЖНА ДЛЯ ВСЕХ ОТРАСЛЕЙ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА, А ТАКЖЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩИ И ДРУГИХ БЫТОВЫХ НУЖД. В КРУПНЫХ ГОРОДАХ КАЖДЫЙ ЧЕЛОВЕК РАСХОДУЕТ В СУТКИ ОКОЛО 300 ЛИТРОВ ВОДЫ. В СРЕДНЕМ НА ОДНОГО ЖИТЕЛЯ РОССИИ В ГОД ПРИХОДИТСЯ ОКОЛО 30 ТЫСЯЧ ЛИТРОВ ПРЕСНОЙ ВОДЫ.

Здоровье человека очень сильно зависит от качества питьевой воды. Некачественная вода может служить причиной накопления чуждых для организма химических соединений, которые могут спровоцировать различные болезни.

Основными источниками загрязнения природных вод являются:

1. Промышленные и бытовые сточные воды.

2. Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха химических продуктов промышленного и бытового происхождения.

3. Ядохимикаты и удобрения, проникающие в подземные воды и смываемые дождями с полей.

4. Перевозимые водным транспортом нефть, нефтепродукты, соединения, образующиеся при работе водного транспорта.

5. Крупные свалки химических и бытовых отходов, содержащие токсичные металлы, хлорорганические соединения, которые благодаря атмосферным осадкам попадают в поверхностные и грунтовые воды.

По данным наблюдений 1997 года за химическим составом и загрязненностью вод на реке Лена и ее притоков от поселка Пеледуй на юго – западе и до села Кюсюр на севере наиболее загрязняющими веществами являются фенолы, соединения меди и органические соединения. Отмечаются локальные загрязнения нефтепродуктами у города Ленска в период половодья, ионами цинка у поселка Пеледуй.

В целом вода реки Лена по качеству оценивается 3–им классом – умеренно-загрязненная.

Из всего сказанного следует, что питьевая вода нуждается в тщательной очистке, и для того чтобы человек мог использовать воду для питья и бытовых нужд, ее сначала очищают. Очистка питьевой воды – процесс дорогостоящий. Для этого строят специальные водоочистительные сооружения. Основными этапами очистки воды являются: отстаивание, фильтрование, обеззараживание, т. е. устранение любых патогенных для человека микроорганизмов. Для обеззараживания воды от болезнетворных микроорганизмов применяют газы – хлор или озон.

Далее санитарно – эпидемиологическая служба проводит анализ качества питьевой воды. Гигиенические требования к качеству питьевой воды разработаны на основании Федерального закона №52-73 от 30. 03. 1994 года. Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам. Согласно санитарным правилам на территории Российской Федерации допустимы следующие ПДК - предельно–допустимые концентрации:

Нормативы ПДК

Показатели Единицы измерения ПДК

Общая жесткость мг-экв ( л 7 (10)

Хлорид – ионы мг ( л 350

Повышенная концентрация солей в воде ухудшает вкус питьевой воды. Если содержание солей превышает предельно-допустимые концентрации, вода становится непригодной для питья.

Цель и задачи

ОСНОВНОЙ ЦЕЛЬЮ ДАННОЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ МИКРОРАЙОНОВ ГОРОДА ЛЕНСКА (ЦЕНТРАЛЬНЫЙ, «СЕВЕРНЫЙ» И «РАЗВЕДЧИК») НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ И СОДЕРЖАНИЕ ИОНОВ ХЛОРА.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Отобрать пробы водопроводной воды в трех вышеуказанных районах города.

Способ отбора пробы и условия ее хранения влияют на правильность полученных результатов. Проба должна быть отобрана в чистую стеклянную или пластмассовую бутыль объемом не менее 0,5 литра (в бутыли должно оставаться не более 5 – 10 мл воздуха). Пробы следует анализировать в течение нескольких часов после отбора или хранить в холодильнике.

2. Методами аналитической химии провести: а) качественный анализ - обнаружить в пробах воды ионы кальция, магния и хлора.

б) количественный анализ – определить общую жесткость и концентрацию ионов хлора.

3. Сравнить полученные значения с предельно–допустимыми концентрациями и между собой.

4. Сделать выводы о пригодности водопроводной воды для питья.

5. Выявить в каком из трех районов города питьевая вода является наиболее качественной.

Методики проведения исследовательской части работы

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ – ЭТО ПРОЦЕСС, ПОЗВОЛЯЮЩИЙ ОПРЕДЕЛИТЬ КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ВЕЩЕСТВА ИЛИ СМЕСИ ВЕЩЕСТВ.

Качественный анализ

Для каждого иона характерны специфические химические свойства – качественные реакции. С их помощью можно установить какие ионы находятся в растворе.

1. Обнаружение ионов кальция и ионов магния.

К 2 мл исследуемой воды приливаем несколько капель насыщенного раствора карбоната натрия. В присутствии ионов кальция и ионов магния выпадет осадок белого цвета.

2. Обнаружение ионов хлора.

К 2 мл исследуемой воды приливаем несколько капель раствора нитрата серебра (раствора в дистиллированной воде). Помутнение воды или выпадение белого осадка служит доказательством того, что в исследуемом образце воды присутствуют ионы хлора.

Количественный анализ

Концентрации растворенных в воде минеральных солей определяют одним из методов аналитической химии – титрованием. Титрование – это постепенное добавление в исследуемый раствор (с неизвестной концентрацией определяемых ионов) раствора определенного специфичного реагента известной концентрации. Этот метод требует больших затрат времени и проведения анализов в лабораторных условиях.

1. Определение общей жесткости воды (как суммарной массовой концентрации ионов кальция и магния).

Метод определения общей жесткости воды основан на реакции солей кальция и магния с реактивом – трилоном Б (двухнатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты).

А) 25 мл исследуемой воды переливаем в мерную колбу на 100 мл и доводим дистиллированной водой до метки.

Б) Переливаем в колбу на 250 мл.

В) Добавляем 5 мл аммиачно-буферного раствора и 7 капель индикатора бромтимолового синего.

Г) Титруем (добавляем по капле) трилоном Б (0,005Н) до синего окрашивания.

Д) Записываем объем трилона Б пошедший на титрование.

Е) Значение общей жесткости рассчитываем по формуле:

(Ж( = (Vтрилона Б * k * 0,05 * 1000) : 25 k = 0,99 – поправочный коэффициент к трилону Б. (это отношение титра практического к титру теоретическому – показывает, какому количеству нормального раствора соответствует 1 мл данного раствора).

2. Определение концентрации ионов хлора.

Метод определения концентрации ионов хлора основан на титровании раствором нитрата серебра, в результате чего образуется практически нерастворимый осадок хлорида серебра. В качестве индикатора используется бихромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра с образованием хорошо заметного осадка бурого цвета.

А) К 10 мл исследуемой воды приливаем 1 мл бихромата калия.

Б) Титруем раствором нитрата серебра (0,1Н) до изменения цвета раствора от желтого до бурого.

В) Записываем объем нитрата серебра пошедший на титрование

Г) Концентрацию ионов хлора рассчитываем по формуле:

(Cl-( = V (AgNO3) * 0,5 * 100 * k k = 0,95 – поправочный коэффициент к нитрату серебра

Научная (теоретическая) часть работы

В ЦЕЛЯХ УСТАНОВЛЕНИЯ ПРИГОДНОСТИ ВОДЫ ДЛЯ ПИТЬЯ НЕОБХОДИМ СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ВОДЫ, Т. К. КАЧЕСТВО ПРИРОДНОЙ ВОДЫ В ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ СТЕПЕНИ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ РАСТВОРЕННЫХ В НЕЙ МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ (ВЫСОКАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ КОТОРЫХ ОТРИЦАТЕЛЬНО ВЛИЯЕТ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА).

Можно выделить два больших класса минеральных солей, которые встречаются в природной воде в значительных концентрациях.

Основные компоненты, создающие минерализацию питьевой и природной воды.

Компоненты природной и питьевой воды

1 класс 2 класс

Ионы кальция Са2+ Ионы аммония NH4+

Ионы натрия Na+ Ионы железа Fe2+ Fe3+

Ионы магния Mg2+ Фосфат ионы PO43-

Гидрокарбонат ионы HCO3- Нитрит ионы NO2-

Сульфат ионы SO42-

Хлорид ионы Cl-

Карбонат ионы CO32-

Нитрат ионы NO3-

Основной вклад в общее солесодержание вносят соли 1-го класса, которые следует определять в первую очередь.

Соли 2-го класса вносят незначительный вклад в общее солесодержание природных вод, но их тоже необходимо учитывать при оценке качества воды.

Нарушенный минеральный состав воды сказывается на жизнедеятельности растительных и животных организмом водоема, вызывает засоление почвы окружающей водный источник. Повышенная концентрация солей в воде ухудшает вкус питьевой воды, при концентрациях превышающих ПДК, вода становится ют и отдельно непригодной для питья и использования на хозяйственные нужды.

Из общего количества минеральных солей, содержащихся в природной воде, выделяют и отдельно оценивают концентрацию солей кальция и магния, говоря о степени жесткости воды.

При жесткости до 4 мг-экв(л вода считается мягкой, от 4 – 8 мг-экв(л – средней жесткости, от 8 – 12 мг-экв(л – жесткой, больше 12 мг-экв(л – очень жесткой. Встречаются и другие классификации воды по степеням жесткости. Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды 7 мг-экв(л, в отдельных случаях до 10 мг-экв(л.

Классификация воды по степеням жесткости

ПДК общей жесткости (в мг-экв(л)	Тип воды
4	мягкая
4 - 8	средней жесткости
8 - 12	жесткая больше 12 очень жесткая

Для хозяйственно-бытовых нужд требуется мягкая вода или вода с очень незначительной жесткостью, т. к. при кипячении жесткой воды образуется накипь, которая пагубно сказывается на трубопроводах, при использовании воды в тепловых сетях. Накипь затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашивание стенок котла. Образование накипи в больших количествах очень опасно, потому что она оседает на стенках неравномерно и вызывает неравномерный нагрев стенок котла. При этом может произойти взрыв.

При стирке тканей в жесткой воде образуются нерастворимые соединения (стеараты кальция), которые осаждаются на поверхности тканей и постепенно разрушают волокна.

В жесткой воде плохо развариваются продукты.

Употребление жесткой воды увеличивает опасность мочекаменной болезни, неблагоприятно влияет на состояние сосудов, приводит к отложению солей, а это сопровождается шейными, грудными, поясничными радикулитами, хрустом в суставах.

Хлор может существовать в воде не только в составе хлоридов, но и в составе других соединений, обладающих сильными окислительными свойствами, благодаря которым они используются для обеззараживания питьевой воды, воды в бассейнах, для очистки некоторых сточных вод, для ликвидации очагов распространения инфекционного загрязнения. Суммарное содержание этих соединений называется термином «активный хлор».

Наиболее широко для дезинфекции питьевой воды используется газообразный хлор.

В природной воде содержание активного хлора не допускается, а в питьевой воде определяется предельно-допустимой концентрацией.

Активный хлор в концентрациях на уровне ПДК присутствует в питьевой воде непродолжительное время, а при кипячении (даже кратковременном) полностью удаляется.

На первом этапе исследования водопроводной воды из трех разных районов города Ленска был проведен качественный анализ, на присутствие ионов кальция, магния и хлора.

В результате исследования обнаружили, что при добавлении насыщенного раствора карбоната натрия к пробам воды из микрорайона Северный, микрорайона Разведчик и Центрального района города, выпадает осадок белого цвета, что указывает на присутствие в пробах воды ионов кальция и магния.

Качественная реакция на ионы хлора, подтвердила их присутствие в водопроводной воде Северного, Разведчика и Центрального района города, т. к. при добавлении к пробам воды раствора нитрата серебра наблюдали легкое помутнение, что указывает на присутствие в пробах воды ионов хлора.

Результаты качественных реакций на ионы.

Район города Качественная реакция Качественная реакция на ионы Са2+ и Мg2+ (добавляем Na2CO3) на хлорид-ион

Cl- (добавляем AgNO3)

Центральный белый осадок помутнение

«Северный» белый осадок помутнение

«Разведчик» белый осадок помутнение

На втором этапе исследования был проведен количественный анализ, который позволил определить:

Общую жесткость воды (по приведенной выше методике)

1. Определение общей жесткости водопроводной воды Центрального района города.

Объем трилона Б пошедшего на титрование равен 4,5 мл. По формуле находим жесткость воды:

(Ж( = (4,5 * 0,99 * 0,05 * 1000) ( 25 = 8,9 ( 9 мг-экв(л.

2. Определение общей жесткости водопроводной воды микрорайона «Северный».

Объем трилона Б пошедшего на титрование равен 5 мл. По формуле находим жесткость воды:

(Ж( = (5 * 0,99 * 0,05 * 1000) ( 25 = 9,9 ( 10 мг-экв(л.

3. Определение общей жесткости водопроводной воды микрорайона «Разведчик»

Объем трилона Б пошедшего на титрование равен 3,5 мл. По формуле находим жесткость воды:

(Ж( = (3,5 * 0,99 * 0,05 * 1000) ( 25 = 6,9 ( 7 мг-экв(л.

Значение общей жесткости

Район города	Объем трилона Б,	Значение общей жесткости воды пошедшего на титрование (в мг-экв(л)
Центральный	4,5	9
«Северный»	5	10
«Разведчик»	3,5	7

Концентрацию хлорид-ионов (Cl-)

1. Определение концентрации хлорид-ионов в водопроводной воде Центрального района города.

Объем нитрата серебра пошедшего на титрование равен 3,4 мл. По формуле находим концентрацию хлорид-ионов:

( Cl-( = 3,4 * 0,5 * 100 * 0,95 = 161,15 мг ( л

2. Определение концентрации хлорид-ионов в водопроводной воде микрорайона «Северный».

Объем нитрата серебра пошедшего на титрование равен 1,5 мл. По формуле находим концентрацию хлорид ионов:

( Cl-( = 1,5 * 0,5 * 100 * 0,95 = 71,25 мг ( л

3. Определение концентрации хлорид ионов в водопроводной воде микрорайона «Разведчик»

Объем нитрата серебра пошедшего на титрование равен 0,9 мл. По формуле находим концентрацию хлорид ионов:

( Cl-( = 0,9 * 0,5 * 100 * 0,95 = 42,75 мг ( л

Таблица. Значение концентрации хлорид ионов

Район города Объем нитрата серебра, пошедшего на Значение концентрации хлорид ионов титрование (в мл) (в мг ( л)

Центральный 3,4 161,15

«Северный» 1,5 71,25

«Разведчик» 0,9 42,75

Анализ полученных результатов

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ КАЧЕСТВЕННЫХ РЕАКЦИЙ

Проведенные качественные реакции установили, что в водопроводной воде Северного, Разведчика и Центрального района города присутствуют:

1. Ионы кальция Са2+ и ионы магния Мg2+, т. к. при добавлении к пробам воды насыщенного раствора карбоната натрия (Na2CO3) выпадает осадок белого цвета, что является качественной реакцией на ионы Са2+ и Мg2+.

2. Хлорид – ионы (Cl-). Т. к. при добавлении к пробам воды раствора нитрата серебра (AgNO3) наблюдали легкое помутнение, что указывает на присутствие в пробах воды ионов хлора.

Анализ результатов титрования

Количественный анализ выполнялся методом титрования и позволил определить значение общей жесткости и концентрацию хлорид – ионов.

1. Сравнение полученных значений общей жесткости воды с ПДК и между собой.

Сравнивая, полученные значения общей жесткости, с ПДК установили, что питьевая вода «Северного», «Разведчика» и Центрального района соответствует санитарно – эпидемиологическим нормативам.

На основании результатов анализа можно сделать заключение, что в микрорайоне «Разведчик» водопроводная вода – средней жесткости, а в «Северном « и Центральном районе – жесткая вода.

Сравнение значений общей жесткости воды с ПДК.

Район города	ПДК общей жесткости (в мг-экв(л)	Значение общей жесткости (в мг-экв(л)	Тип воды
Центральный		9	жесткая
«Северный»		10	жесткая
«Разведчик»		7	средней жесткости

Следует отметить, что значение жесткости воды в «Северном» - 10 мг-экв(л, по санитарно – эпидемиологическим правилам Российской Федерации, считается допустимой величиной лишь в отдельных случаях.

На основании проведенных исследований делаем заключение, что наиболее пригодной для питья и использования на хозяйственные нужды, является водопроводная вода микрорайона «Разведчик»

2. Сравнение полученных значений концентрации хлорид – ионов с ПДК и между собой.

Сравнение полученных значений концентрации хлорид – ионов с ПДК, позволяет сделать следующее заключение: питьевая вода «Северного», «Разведчика» и Центрального района по концентрации в ней хлорид – ионов соответствует санитарно – эпидемиологическим нормативам.

Сравнение значений концентрации хлорид – ионов с ПДК.

Район города ПДК хлорид – ионов Значение концентрации

(в мг (л) хлорид – ионов

(в мг (л)

Центральный 161,15

«Северный» 71,25

«Разведчик» 42,75

На основании проведенных исследований делаем заключение, что по содержанию хлорид – ионов наиболее пригодной для питья является водопроводная вода микрорайона «Разведчик»

ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ПРИГОДНОСТИ ВОДЫ ДЛЯ ПИТЬЯ НЕОБХОДИМ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДЫ НА ПРИСУТСТВИЕ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ИОНОВ, ВЫСОКАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ КОТОРЫХ ОТРИЦАТЕЛЬНО ВЛИЯЕТ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА.

Основной целью данной работы являлось исследование водопроводной воды трех районов города Ленска (Центрального района и микрорайонов «Северный» и «Разведчик») на определение общей жесткости и содержания ионов хлора.

Для этого были отобраны пробы водопроводной воды в трех вышеуказанных районов города. Проведен качественный анализ – на обнаружение ионов кальция, магния и хлора, и количественный анализ - на определение общей жесткости и концентрации хлорид – ионов.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Водопроводная вода Центрального района города Ленска и микрорайонов «Северный» и «Разведчик» соответствует санитарно – эпидемиологическим нормативам Российской Федерации и считается пригодной для питья по значению концентраций общей жесткости и хлорид – ионов.

2. Водопроводная вода микрорайона «Северный» является очень жесткой. Значение жесткости воды «Северного» является максимальной предельно – допустимой концентрацией. При увеличении значения жесткости хотя бы на 0,1 – вода будет считаться непригодной для питья.

3. Вода Центрального района города – самая хлорированная.

4. Наиболее пригодной для питья и использования на хозяйственные нужды является водопроводная вода микрорайона «Разведчик» - она содержит наименьшее количество хлорид – ионов и по суммарному содержанию ионов кальция и магния может считаться водой средней жесткости.

Рекомендации и предложения

В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ В ПРИРОДНОЙ ВОДЕ ОБНАРУЖЕНО БОЛЕЕ 60 ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. ОНИ ПОПАДАЮТ В ВОДУ В РЕЗУЛЬТАТЕ СОПРИКОСНОВЕНИЯ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОДЫ С РАЗЛИЧНЫМИ МИНЕРАЛАМИ, ГАЗАМИ, ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ И В РЕЗУЛЬТАТЕ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА.

По данным Госкомитета РС (Я) по статистике, в водных системах региона наблюдаются повышенные концентрации ионов меди, железа, цинка, а так же фенола и нефтепродуктов.

Нанося своей деятельностью непоправимый ущерб природе, мы наносим ущерб самим себе, прежде всего потому, что в качестве питьевой, используем природную воду.

В дальнейшем, продолжая исследования по теме, необходимо провести следующие анализы:

1. Качественное определение ионов тяжелых металлов.

2. Индофеноловую пробу – на обнаружение фенола в воде.

3. Сравнить состав речной и водопроводной воды.

А на основании уже проведенных исследований и сделанных выводов можно дать жителям города следующие рекомендации:

1. C целью доочистки воды из городской системы централизованного водоснабжения использовать фильтры для воды BRITA, уменьшающие жесткость воды и содержание в ней таких веществ, как, например, хлор.

2. При использовании воды в промышленных целях, во избежание образования накипи на стенках водопроводных труб, котлов в котельных и других емкостей, жесткую воду умягчить, заранее переводя соли кальция и магния в нерастворимое состояние при помощи соды или пропуская жесткую воду через ионообменные смолы.