Исследовательская работа

« Жесткость воды до и после…»

Автор:

Борзило Александр Васильевич

11 класс

МКОУ Ольховатская СОШ

Руководитель:

Неровная Галина Ивановна

МКОУ Ольховатская СОШ

учитель химии

Оглавление

Введение …………………………………………………………..………………………..3

1 Обзор литературы

1.1 Жесткоть воды. Виды жесткости воды………………………………….…………….4

1.2 Вред, наносимый жесткостью воды …………………………………………….…….5

1.2.1 Вред жесткой воды для здоровья человека…………………………………….…….5

1.2.2 Вред жесткой воды для коммуникаций………………………………………………5

1.2.3 Вред, наносимый жесткой водой для техники и предметов быта………………….5

1.3 Природа происхождения жесткости воды……………………………………..............6

1.4 Классификация местных вод…………………………………………………………….6

1.5 Методы определения жесткости воды…………………………………………………..6

1.6 Методы снижения жесткости воды……………………………………………………...7

1.6.1 Термические методы-кипячение………………………………………………………7

1.6.2 Реагентные методы……………………………………………………………………. 7

2 Основная часть

2.1 Качественный анализ воды…………………………………………………………..….9

2.1.1 Изъятие проб воды для исследования………………………………………………....9

2.1.2 Определение жесткости воды………………………………………………………….9

2.2 Снижение жесткости воды…………………………………………………..………….10

2.3 Результаты исследования…………………………………………………..…………….11

Заключение……………………………………………….………….….…….........................12

Список использованных источников…………………………….…….……………………13

Аннотация

Значение использования качественной питьевой воды весьма актуальна в наши дни. Помимо того, вода загрязняется отходами промышленных производств, она имеет рад характеристик, обусловленных ее происхождением. Одной из характеристик воды нашей местности является ее повышенная жесткость.

Данная работа посвящена исследованию воды разных источников и выбору эффективных методов снижения жесткости воды в быту. Автор исследовал пробы вод разных источников. Для более точного анализа опыты проводились в производственной лаборатории ОАО «Ольховатский сахарный комбинат» комплексонометрическим методом (трилоном Б).

В ходе исследования был подтвержден факт наличия жесткой воды на территории нашего поселка. Автор изучил теоретический материал по методике снижения жесткости воды; провел ряд расчетов и опытов по снижению жесткости воды с последующим ее анализом. Были сделаны выводы о наиболее эффективных методах снижения жесткости и реального их применения в быту.

Введение

Вода для нас является самым обычным и привычным веществом, с одной стороны, и самым невероятным веществом на Земле, с другой стороны. Вода входит в состав организма человека, всех растений и животных. Она играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Вода является уникальным веществом, определяющим возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле.

Вода - ценнейший природный ресурс. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производствах. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей.

Здоровье человека и качество воды, которую он потребляет для обеспечения своей жизнедеятельности, связаны напрямую. Огромное количество исследований, проведённых учёными разных стран, доказывает, что существует прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни людей. По данным ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) почти 90% всех болезней человечества вызвано применением для различных бытовых нужд и питья именно некачественной воды. Поэтому повышение качества воды является актуальной проблемой современности. Качество воды характеризуется ее температурой, содержанием в ней взвешенных веществ, ее цветностью, запахом, привкусом, жесткостью, содержанием отдельных химических элементов и соединений, активной реакцией и другими показателями.

Одной из характеристик воды, заинтересовавших меня, является ее жесткость. Часто фразой, характеризующей воду нашей местности, является «Вода у нас жесткая». Причина - расположение поселка в районе известковых осадочных пород.

Поэтому проблема моего исследования: для улучшения качества воды необходимо снизить ее жесткость.

Тема исследования «Жесткость воды до и после…».

Цель исследования: выявить эффективные методы снижения жесткости воды в быту.

Гипотеза: если исследовать методы снижения жесткости воды, то можно выявить наиболее эффективные.

Задачи:

-углубить теоретические знания о предмете исследования-жесткости воды;

-исследовать экспериментальным путем жесткость местной воды, провести опыты, снижающие жесткость воды;

-сравнить результаты опытов, выбрать наиболее эффективные и экономичные методы снижения жесткости воды.

Объект исследования - местная вода.

Предмет исследования - жесткость местной воды.

Методы исследования: анализ литературы, химический эксперимент, наблюдение.

1.Обзор литературы

1. Жесткость воды. Виды жесткости воды.

Жесткость воды - совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния. Жесткость воды - это один из основных критериев качества воды.

Виды жесткости.

Различают следующие виды жесткости.

Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

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

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости

Единицы измерения.

В России жесткость воды измеряют в "градусах жесткости" (1°Ж = 1 мг-экв/л = 1/2 моль/м3). При оценке жесткости воды обычно воду характеризуют следующим образом:

Вода

Жесткость воды

мягкая вода

от 1,5 до 4 мг-экв/л

вода средней жесткости

от 4 до 8 мг-экв/л

жесткая вода

от 8 до 12 мг-экв/л

очень жесткая вода

более 12 мг-экв/л

По СанПиНу жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 мг-экв/л.

1.2 Вред, наносимый жесткой водой

В ходе выполнения работы выяснялся в достаточно большом объеме вопрос вреда, который может быть нанесен использованием жесткой воды. Рассмотрим несколько аспектов…

1.2.1 Вред для здоровья человека

1. Высокая жесткость воды способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.

2. Замедляется процесс приготовления пищи, из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.

3. Образование тонкой корке на волосах разрушает естественную жировую пленку. Происходит это так же, как и на коже рук - «мыльные шлаки» не вымываются и постепенной накапливаются. Это может вызвать зуд кожи головы, перхоть и даже выпадение волос.

4. При умывании жесткая вода сушит кожу. Это происходит из-за появления «мыльных шлаков» образованных из мыла, которое не способно мылиться и растворяться в жесткой воде. Эти мыльные шлаки закупоривают поры, не давая им свободно дышать, вследствие чего могут развиваться кожные воспаления, не давать покоя зуд и жжение кожи.

1.2.2 Вред жесткой воды для коммуникаций

1. Соли жесткости так же, как и на бытовых приборах, выпадают в осадок или кристаллизуются, образуя на поверхности коммуникационных путей и крупных приборов и установок накипь. Накипь истончает стенки коммуникаций, впоследствии полностью разрушая их.

2. Обилие выпадающих в осадок или накипь солей жесткости, приводит к частым выходом из строя крупных водонагревательных установок, типа бойлеров.

3. В системах оборотного водоснабжения, образующиеся накипные отложения, водные камни и шлам из солей уменьшают проходимость труб, при этом падает теплоотдача. Падает напор воды, уменьшается количество воды в радиаторах, закупориваются входы и выходы воды из домов, что может привести к полному закупориванию коммуникационных сетей. Все это увеличивает энергозатраты.

1.2.3 Вред, наносимый жесткой водой технике и предметам быта

1. Мыльные средства из-за наличия большого количества солей в воде крайне плохо пенятся и отмывают загрязнения. Поэтому количество порошков, средств, предназначенных для мытья посуды и прочих предметов бытовой химии, придется резко увеличить.

2. Кроме плохого вспенивания мыльных средств, из-за контакта жесткой воды с ними образуются разводы и твердый налет на сантехнике и поверхности посуды, так как выпадает солевой осадок. Такой налет тяжело отмывается с посуды, а так же негативно влияет на сантехнику, постепенно разрушая ее поверхности

3. В процессе нагревания воды в электроприборах соли не просто выпадают в осадок, а кристаллизуются и выпадают в виде накипи. Именно накипь является основной причиной быстрой поломки водонагревательных приборов.

4. Жесткая вода оставляет пятна, разводы и грязные налеты на свежевыстиранных вещах, цвет тускнеет, принты и рисунки становятся серыми. От них избавиться очень сложно и это, опять же, требует повышенных затрат моющих средств. Ткань, постиранная в жесткой воде, становится грубой и неэластичной, потому что соли забивают в ней все свободное пространство. Уменьшается прочность одежды и белья.

1.3 Природа происхождения солей жесткости в воде

Вода, проходя через атмосферу в виде снега или дождя, впитывает двуокись углерода (СО2), достигает землю в виде слабокислотного раствора СО2 + Н2О = Н2СО3, называемого угольной кислотой. Вода, выпадающая на землю, обычно обессолена и имеет малую жесткость. По мере прохождения воды через почву, содержащую известняк, гипс, доломит (СаСО3 *MgCO3), она взаимодействует с ними и получаются соли, который потом распадается на ионы кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺).

Жесткость воды не зависит ни от состояния водопровода, ни от коммунальных хозяйств, т.е. все дело в особенностях определенной географической территории. В статье С.А.Трегуб, А.И.Трегуб «Геологические условия развития карста хроника на территории Воронежской области» содержится информация о геологической природе нашей местности. «Острогожское неотектоническое поднятие охватывает междуречье Потудани, Дона и Черной Калитвы (расположен п. Ольховатка). В состав верхнемелового карбонатного комплекса входят писчий мел, мелоподобные и глинистые мергели. Мощность верхнемеловой толщи достигает 100 и более метров. Ее подошва вскрывается в самых глубоких эрозионных врезах по право-бережью Дона. На значительных площадях верхнемеловой карбонатный комплекс перекрыт (до 30-40 м) палеогеновыми отложениями, среди которых важное значение имеют глины киевской свиты эоцена (мощностью до 20 м). Глины образуют выдержанный по площади водоупорный горизонт». Поэтому вода на территории нашего района в основном является жесткой. Хотя есть места, где вода по жесткости приближается к мягкой и средней жесткости.

1.4 Классификация местных вод

Из беседы с начальником отдела развития производственной и социальной инфраструктуры администрации Ольховатского муниципального района Шульженко А.Н. была получена информация о видах вод, залегающих в водоносных слоях на территории поселка.

Артезианская вода
Артезианские воды - это подземные воды, заключённые на глубине более 25 м между водоупорными слоями в водоносных пластах древних отложений горных пород. Такой водой снабжается население р.п. Ольховатка. Муниципальный водопровод использует для водоснабжения населения воду артезианских источников. Также артезианской водой пользуется большинство людей, проживающих в сельской местности и добывающих воду из собственных артезианских скважин.
Как правило, в подземных водах очень мало микроорганизмов, а содержание болезнетворных бактерий практически исключено. Подземные воды используются, в первую очередь, для питьевых целей. Колодезная вода
Подземной является и вода из колодцев, но это вода верхних подземных слоев. Колодезной водой сегодня пользуются лишь в сельской местности, в частности в нашем поселке и селах района. Она часто представляется экологически чистой. На самом деле, это далеко не так. Колодезная вода самая уязвимая с точки зрения загрязнений: все, что попадает в почву - нитраты, нитриты, ПАВ, пестициды и тяжелые металлы, - может оказаться в колодезной воде. Она часто бывает повышенной жесткости.

Родниковая вода
Близка по составу к артезианской родниковая (ключевая) вода. Однако она не так безобидна, как многим представляется. Большая часть подземных источников родников из-за неглубокого залегания водоносных слоев давно загрязнена проникновением в них поверхностных вод. Как правило, сверху такие источники покрывают песчаники или другие легкие породы, которые не могут обеспечить должной фильтрации, через них в подземную воду просачиваются всевозможные вредные вещества.

На территории нашего городского поселения функционирует три водозабора (артезианские). Всего 11 скважин. Глубина скважин от 70 до 130 метров. Водозаборы обслуживают 29 улиц поселка. Суточный отпуск воды на одного жителя составляет 60 литров. В нашу школу поступает вода из водозабора «Центральный». В школе установлен фильтр, питьевая вода фильтруется.

1.5 Методы определения жесткости воды

Метод определения общей жесткости воды с помощью трилона Б.

По количеству трилона Б - натриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты (порошок белого цвета), пошедшего на титрование пробы воды с индикатором эриохромом черным Т, рассчитывают содержание растворенных в ней солей кальция и магния. Так как индикатор меняет свою окраску не только от изменения концентрации ионов кальция и магния, но и в зависимости от рН раствора, в титруемый раствор добавляют буферную смесь (NH₄OH + NH₄Cl), поддерживающую рН около 10.

Реактивы:

Раствор трилона Б, 0,05н. раствор: растворяют 9,3 г трилона Б в дистиллированной воде с последующим доведением объема до 1 л.

Буферный раствор: 20г химически чистой NH₄Cl растворяют в дистиллированной воде, добавляют 100 мл 20%-ного раствора NH₄OH и доводят объем дистиллированной водой до 1 л.

Раствор индикатора: 0,5г эриохрома черного Т растворяют в 10 мл буферного раствора и доводят объем 96%-ным этиловым спиртом до 100 мл.

Ход анализа. В коническую колбу емкостью 200-250 мл наливают 50 мл исследуемой воды, добавляют 5 мл буферной смеси и 10-15 капель индикатора эриохрома черного Т (до появления интенсивного вишнево-красного цвета). При непрерывном покачивании колбы пробу титруют раствором трилона Б. По мере прибавления трилона Б вишнево-красный цвет переходит в лиловый. С этого момента титрование следует проводить медленнее. Окончание титрования устанавливают по появлению синего цвета с зеленоватым оттенком.

1.6 Методы снижения жесткости воды

Существует несколько методов уменьшения жесткости воды.

1.6.1 Термический метод - кипячение

Термический метод умягчения воды или кипячение - один из наиболее простых и распространенных способов снижения её жесткости. При кипячении жесткой воды гидрокарбонат кальция, который чаще всего является причиной повышенной жесткости, под действием температуры, распадается, образуя углекислый газ и осадок из карбоната кальция. С помощью этого способа умягчения можно значительно снизить содержание в воде солей жесткости.

Таким методом умягчения (кипячением) можно также уменьшить частично и жесткость, вызванную сульфатом кальция СаSO_4., так как его способность растворяться в воде снижается до 0,65 г/л при температуре кипения - 100°C.

Недостатком его можно считать то, что устранить полностью кипячением жесткость воды не удастся, в связи с тем, что СаСО₃ хотя и частично (13 мг/л при температуре 13°С), но, всё же, может растворяться. К тому же, при кипячении образуется осадок, который будет необходимо удалять.

1.6.2 Реагентные методы

Реагентные методы умягчения воды - применение для снижения её жесткости веществ, способных связывать имеющиеся в жесткой воде ионы Са⁺² и Mg⁺² и превращать их в нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок. В качестве таких веществ (реагентов) для умягчения воды, в зависимости от её состава, может применяться известь, кальцинированная сода, едкий натр, синтетические реагенты или даже обычная пищевая сода. В зависимости от используемых реагентов методы водоумягчения классифицируют на известковый, известково-содовый, щелочной, фосфатный и бариевый.

Умягчение с помощью извести. Такой способ наиболее целесообразно применять для умягчения воды с высоким содержанием карбонатных соединений и небольшой некарбонатной жесткостью. При этом методе смягчения в воду вместе с известью добавляют ещё и реагенты-коагулянты.

При введении в воду гашёной извести в виде известкового молока гидрокарбонат кальция соли осаждаются в виде карбонатов:

Са(НСОз)₂+Са(ОН)₂ = 2СаСОз+ 2Н₂О,

Дальнейшее введение в воду извести приводит к гидролизу магниевых солей и образованию малорастворимого гидроксида магния, который при рН≥ 10,2…10,3 выпадает в осадок:

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = MgCО₃ + СаСО₃ + CO₂ + 2H₂О

MgCО₃ + Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂ + CaCO₃,

Известкованием устраняют из воды и некарбонатную магниевую жесткость при условии, что рН воды будет не ниже 10,2 (при других значениях рН воды гидроксид магния не выпадает в осадок):

MgSO₄+ Ca(OH)₂= Mg(OH)₂+ CaSO₄

MgCl₂+ Ca(OH)₂= Mg(OH)₂+ CaCl₂

Приведенные уравнения показывают, что магниевая жесткость устраняется, но значение общей жесткости остается неизменным, так как магниевая жесткость заменяется кальциевой, некарбонатной. Поэтому данный способ можно применять только для умягчения воды с большим значением карбонатной жесткости.

Известково-содовый метод (известь+сода). Этот способ применяют только при относительно неглубоком умягчении - до 1,4-1,8 мг-экв/л. Этот метод используют для одновременного понижения карбонатной и некарбонатной жесткости, когда не требуется глубокого умягчения воды.

Химизм процесса описывается реакциями:

MgS0₄ + Na₂СОз = MgСОз↓ + Na₂SO₄

CaCl₂+Na₂CO₃= СаСОз↓ + 2NaCl

После добавления в воду реагентов происходит мгновенное образование коллоидных соединений СаСОз и Mg(OH)₂, однако их переход от коллоидного состояния в грубодисперсное, т.е. в то состояние, при котором они выпадают в осадок, занимает длительное время. Поэтому часто известково-содовый способ сочетают с термическим. Например, такое сочетание используют при умягчении воды, которая используется для питания котлов низкого давления, для подпитки теплосети и т.д.

Глубина умягчения воды при известково-содовом методе соответственно равна: без подогрева воды жесткость понижается до 1-2мэкв/л; при подогреве воды до 80…90^оС жесткость понижается до 0,2-0,4мэкв/л.

Фосфатный метод.

Данный метод умягчения воды является наиболее эффективным реагентным методом. Химизм процесса умягчения воды фосфатом натрия описывается следующими уравнениями реакций:

3CaS0₄ + 2Na₃P0₄ = Са_з(РО₄)₂↓ + Na₂SO₄

3MgCl₂+ 2Na₃PO₄= Mg₃(PO₄)₂↓ + 6NaCl

3Ca(HCO₃)₂+ 2Na₃PO₄= Ca₃(PO₄)₂↓ + 6NaHCO₃

3Mg(HCO₃)₂+ 2Na₃PO₄= Mg₃(PO₄)₂↓+ 6NaHCO₃

Как видно из приведенных уравнений реакций, сущность метода заключается в образовании кальциевых и магниевых солей фосфорной кислоты, которые обладают малой растворимостью в воде и поэтому достаточно полно выпадают в осадок.

Фосфатное умягчение обычно осуществляют при подогреве воды до 105-150⁰С, достигая уменьшения жесткости до 0,02-0,03мэкв/л. Из-за высокой стоимости фосфата натрия фосфатный метод обычно используют для доумягчения воды, предварительно умягченной известью и содой.

Бариевый метод

Умягчение воды основано на введении в нее гидроксида бария или алюмината бария и образовании практически нерастворимых соединений кальция и магния, а также сульфата бария. Химизм процесса описывается следующими уравнениями реакций:

CaSO₄+ Ba(OH)₂= Ca(OH)₂↓ + BaSO₄↓

CaCl₂+ BaAl₂O₄= BaCl₂+ CaAl₂O₄↓

Ca(HCO₃)₂+ BaAl₂O₄= CaAl₂O₄↓ + BaCO₃↓ + H₂O + CO₂

(Аналогичные уравнения реакций можно записать и для солей магния).

Бариевый метод умягчения воды очень дорогой, а бариевые соли ядовиты, поэтому его целесообразно применять при частичном обессоливании воды за счет извлечения сульфатов

Синтетические реагенты - умягчители и средства для жесткой воды. Кроме этого, в настоящее время существуют и разные синтетические реагенты для умягчения жесткой воды (например - Calgon или другие), которые часто используются для стиральных или посудомоечных машин.

При использовании методов снижения жесткости воды с помощью реагентов, она умягчается и, к тому же, освобождается от мутных взвесей.

Ионообменный метод

Метод ионного обмена, который используют для смягчения жесткой воды основан на том, что вода фильтруется через специальные материалы, в которых происходит обмен ионов, входящих в их состав (чаще всего - натрия), на ионы жесткости (чаще всего - кальция или магния). В качестве ионообменных материалов используют специальные мелкозернистые смолы, которые не подвергаются залипанию оксидом железа (AMBERLITE SR 1L, AMBERJET 1200 Na или др.).

В процессе ионного обмена, при умягчении воды, запас необходимых ионов в таких смолах постоянно снижается и для восстановления их способности к ионному обмену проводят их регенерацию или замену. Преимуществом метода ионного обмена можно считать возможность обеспечить достаточно большую производительность и высокий уровень умягчения. Для этого на сегодняшней день имеется большой выбор фильтров.

2. Основная часть

2.1 Качественный анализ воды

2.1.1 Изъятие проб воды для исследования

Для исследования брались пробы воды из разных источников: водопроводная (артезианская), колодезная, родниковая. Набор проб воды осуществлялся по всем правилам, предъявляемых данному процессу. Были взяты пробы воды:

1. Школьная водопроводная вода

2. Речная вода (р.Черная Калитва)

3. Вода источника с. Колесниково

4. Колодезная вода с. Марченковка

5. Колодезная вода ул. Колхозная

6. Колодезная вода ул. Кирова

2.1.2 Определение жесткости воды

В ходе исследования хотелось получить более точные результаты. Школьная химическая лаборатория не располагает соответственными реактивами. Поэтому исследование жесткости воды было проведено в производственной лаборатории ОАО «Ольховатский сахарный комбинат». Родители наших учеников зам. главного технолога Стефанская В.М., инженер-технолог Кальченко Н.Н., лаборант химанализа Исаева Г.И. ознакомили меня с методом определения жесткости воды с помощью трилона Б (комплексонометрический метод). Проведения анализа данным способом требует определенных практических навыков. После неоднократного проведения анализа одной и той же пробы, данные навыки были мною получены.

Работа проводилась по двум направлениям: «До…» и «После..»

1. Направление. Определялась жесткость воды до действия на нее реагентов, снижающих жесткость воды.

Результаты анализа жесткости воды

Пробы воды

Жесткоть воды

Школьная водопроводная вода

5, 3 мг-экв/л

Речная вода (р.Черная Калитва)

4,4 мг-экв/л

Вода источника с. Колесниково

9,2 мг-экв/л

Колодезная вода с. Марченковка

4,5 мг-экв/л

Колодезная вода ул. Колхозная

10,0 мг-экв/л

Колодезная вода ул. Кирова

12,0 мг-экв/л

Выводы:

1. Школьная водопроводная вода отвечает нормам Сан Пина.

2. Воду реки Черная Калитва, учитывая природные особенности, можно отнести к мягкой воде.

3. Вода из колодца с. Марченкова (место проживания моей бабушки) тоже можно отнести к разряду мягкой воды.

4. Колодезная вода с улиц Колхозная и Кирова является жесткой водой.

Вода рек и природных открытых источников всегда более мягкая, чем колодезная или родниковая.

Удивил факт - вода из источника с. Колесниково жесткая. Данный источник у нас считается святым. К нему приезжает много людей, особенно в церковные праздники, чтобы набрать воды. Анализ данной воды мною проводился дважды. Оба результата стабильны (9,2 мг-экв/л).

Результат анализа проб колодезных вод потребовал выявления причин различия жесткости воды. Вода с улиц Колхозная и Кирова очень жесткая, а вода с. Марченковка почти в 3 раза меньше. Причина скорее всего в разном местонахождении колодцев. Колодцы, расположенные на ул. Колхозная и Кирова, находятся близ луга с мелкими заболоченными участками. В очень жаркое и сухое лето эти места высыхаю, в дождливое время наполняются водой. Источник с. Колесникова находится рядом с прудом. Скорее такое месторасположение определяет жесткость воды и данного родника. Колодец в с. Марченковка расположен на холмистой метности. Конечно, это мои предположения, которые не подкреплены теоретическими и практическими исследованиями. На данном этапе цель моей работы другая. Поэтому следующая исследовательская работа будет посвящена поиску информации, изучению почв данных населенных пунктов с целью выявления закономерности соответствия определенных пород, слагающих землю, и качества воды.

2.2 Снижение жесткости воды

2. Направление. Исследовалась жесткость воды после действия на нее реагентов, снижающих жесткость воды.

Из изученных методов снижения жесткости были выбраны: кипячение, содовый, бариевый, фосфатный методы; пропускание воды через фильтр-кувшин АМИГО (для жесткой воды).

Прежде чем проводить опыты по снижению жесткости воды были проведены расчеты необходимого количества реагентов для опытов.

Пример №1 Жесткость воды 9, 2 мг-экв/л. Сколько граммов карбоната натрия необходимо взять, чтобы понизить жесткость практически до нуля.

Решение:

Из формулы Ж = m/ Э•V, (1)

где m- масса вещества, обусловливающего жёсткость воды, или применяемого для устранения жёсткости воды (г) ;

Э - эквивалентная масса этого вещества; г/моль; V- объём воды, л.

Э (Na₂СO₃) = М(Na₂СO₃) / n•В

где n- количество ионов металла; В - валентность металла.

Э(Na₂СO₃) = 106 / 2 =53 (г/моль)

Из формулы (1) выразим массу

m= Ж•Э•V= 0,0092•53•1000 = 478, 4 (г)

Ответ: m = 478, 4,г.

Масса реагентов для снижения Ж воды (жесткость воды 9, 2 мг-экв /л)

Реагент

Масса в г на 1 л воды

Гидроксида бария

786, 6

Карбонат натрия

478,4

Ортофосфат натрия

502, 9

Получив данные результаты, дальнейшие расчеты реагентов для устранения жесткости 10,0 и 12

мг-экв/л посчитал проводить нецелесообразным. Использовать такие массы реагентов в школьной лаборатории представляется невозможным. Поэтому реакции по снижению жесткости воды проводились с пробами 10 г реагента на 100 г воды.

Цель: исследование степени снижения жесткости воды разными реагентами.

Брались для исследования образцы с высокой жесткостью (9,2; 10,0 и 12, 0 мг-экв/л)

Опыт №1

Метод кипячения

Вода трех источников кипятилась 15 минут. Затем проводился анализ жесткости воды.

1. Колодезная вода ул. Колхозная с 10,0 понизилась до 6,65 мг-экв/л

2. Колодезная вода ул. Кирова с 12 понизилась до 7, 5 мг-экв/л

3. Вода источника с. Колесниково 9, 2 понизилась до 5,95 мг-экв/л

Вывод: кипячение воды уменьшает жесткость воды более чем 33%.

Опыт № 2

Содовый метод

В образцы воды, нагретые до 80 градусов, добавлялась сода Na₂СO_3.

Во все трех стаканах появилась взвесь белого цвета, которая плохо отстаивалась. Растворы фильтровались через бумажный фильтр. Фильтрование вначале проходило быстро, затем процесс замедлялся.

Результаты:

1. Колодезная вода ул. Колхозная с 10,0 понизилась до 5,1 мг-экв/л

2. Колодезная вода ул. Кирова с 12 понизилась до 7, 2 мг-экв/л

3. Вода источника с. Колесниково 9, 2 понизилась до 5, 1 мг-экв/л

Вывод: содовый метод снизил жесткость воды более чем на 40%. Степень снижения жесткости воды выше, чем при кипячении, но незначительно.

Опыт № 3

Бариевый метод

В образцы воды добавлялся гидроксид бария. Мгновенно выпадал белый осадок. Отстаивались растворы достаточно быстро. Фильтровались хорошо.

Результаты:

1. Колодезная вода ул. Колхозная с 10,0 понизилась до 9,5 мг-экв/л

2. Колодезная вода ул. Кирова с 12 понизилась до 11, 2 мг-экв/л

3. Вода источника с. Колесниково 9, 2 понизилась до 8, 3 мг-экв/л

Выводы: появление большого количества осадка, но малая степень уменьшения жесткости воды свидетельствуют скорее о том, что во всех образцах присутствуют сульфат-ионы, которые вызвали появление осадка сульфата бария. Снижение жесткости воды незначительное, порядка 5%.

Опыт №4

Фосфатный способ

Нагрели воду образцов до кипения. В образцы воды добавлялся ортофосфат натрия. Наблюдалась коогуляция. Раствор быстро отстоялся. На дне стаканов образовался коогулянт. Фильтровались растворы долго.

Результаты:

1. Колодезная вода ул. Колхозная с 10,0 понизилась до 0, 5 мг-экв/л

2. Колодезная вода ул. Кирова с 12 понизилась до 1, 9 мг-экв/л

3. Вода источника с Колесниково 9, 2 понизилась до 0, 3 мг-экв/л

Вывод: фосфатный метод очень эффективный метод, жесткость воды не уменьшается, а фактичестки устраняется. Снижение жесткости воды от 84% до 96%.

Опыт № 5

Фильтрование воды

Использовался фильтр-кувшин АМИГО для устранения жесткости воды.

1. Колодезная вода ул. Колхозная с 10,0 понизилась до 1, 49 мг-экв/л

2. Колодезная вода ул. Кирова с 12 понизилась до 1, 9 мг-экв/л

3. Вода источника с Колесниково 9, 2 понизилась до 1, 43, мг-экв/л

Выводы: использование фильтров для уменьшения жесткости воды является эффективным. Наблюдается понижение жесткости воды до 85%.

2.3 Результаты исследования

Одной из характеристик качества воды является ее жесткость. Она определяется наличием ионов кальция и магния в воде. Жесткость воды р.п. Ольховатка и района колеблется от 4, 4 до 12 мг-экв/моль.

Такие колебания зависят от типа источника, его местонахождения, используемых средств снижения жесткости воды (школьные фильтры). Для снижения жесткости воды используют различные методы:

термические, реагентные, ионообменные, мембранные. В ходе работы были использованы методы, применение которых возможно в быту. Это методы - кипячение, содовый, бариевый, фосфатный, ионообменный. Каждый из методов имеет свои достоинства и недостатки. Использование реагентных способов сопряжено с большими экономическими затратами: необходимо большое количество ( по массе) реагентов. Среднее снижение жесткости воды нашей местности возможно при кипячении, содовом методе (от 33 до 60%). Эффективным реагентным способом является фосфатный. Но он является затратным и не предназначен для снижения жесткости питьевой воды. Бариевый метод, как показал эксперимент, не является эффективным. Достаточно эффективным является применение фильтров-кувшинов для уменьшения жесткости воды. Цена таких фильтров от 350 руб и выше. Конечно, картриджи в фильтрах приходится часто менять, но как показали опыты, оно того стоит.

Заключение

В результате проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. Вода источников водоснабжения р.п. Ольховатка и сел района является жесткой.

Жесткость колеблется от 4,4 до 12 мг-экв/л.

2. Снижать жесткость воды, используемой в быту, необходимо и вполне возможно. Для этого существуют различные методы.

3. Самыми эффективными методами снижения жесткости воды нашей местности оказались фосфатный способ и фильтрация воды через специальные фильтры (ионообменный метод).

4. При использовании фосфатного методы образуется много осадка, требующего удаления. Вода становится непригодной для питья и приготовления пищи.

5. Самым эффективным способом снижение жесткости воды считаю использование специальных фильтров.

6. Результатами своих исследований считаю необходимым поделиться с одноклассниками, учащимися школы, учителями.

В ходе выполнения работы возникли новые вопросы: какова зависимость между жесткостью воды и местом расположения источников воды; какие фильтры эффективно использовать для снижения жесткости воды. Получение ответов на эти вопросы станет продолжение моей работы по исследованию снижения жесткости воды нашей местности.

Список используемых источников

1. Васильев В.П. Аналитическая химия - М.: Дрофа, 2002

2. Голубева Р.М, Мансуров Г.Н. Открой для себя мир химии - М.: Дрофа, 2004

3. Дж. Кемпбел Современная общая химия - М.: Мир, 1985.

4. Зайцев О.С. Исследовательский практикум по общей химии. - Издательство Московского университета, 1994. .

5. С.А.Трегуб, А.И.Трегуб, статья «Геологические условия развития карста хроника на территории Воронежской области», Воронежский государственный университет , 2008

6. Фролов В.И. Практикум по общей и неорганической химии - М.: Дрофа, 2002.