Научно-исследовательская работа

«Водица из криницы»

Работу выполнила: учащаяся 8 класса

МБОУ СОШ № 7 с. Марьины Колодцы

Петрова Виктория.

Научный руководитель:

учитель химии МОУ СОШ № 7

с. Марьины Колодцы,

учитель высшей категории

Савицкая Елена Борисовна

Содержание

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

1. Вода в природе…………………………………………………………………. 4

1. Вода - среда жизни……………………………………………………… 4

2. Аномальные свойства воды……………………………………………...5

3. Общие ресурсы пресной воды, её охрана………………………………. 6

4. Бактериальное и химическое загрязнение воды…………………………7

5. Стандарты питьевой воды………………………………………………...8

2. Исследование качества питьевой воды………………………………………9

2.1 Физико - географическая характеристика района исследования……….9

2.2 Методы исследования……………………………………………………10

3. Общие результаты исследования……………………………………………15

3.1 Органолептические показатели воды………………………………… .15

3.2 Химические исследования………………………………………………15

3.3 Микробиологические исследования………………………………… ..16

4. Выводы………………………………………………………………………….16

5. Литература……………………………………………………………………...17

6. Приложения…………………………………………………………………….19

Введение

Ресурсы пресной воды на Земле распределяются крайне неравномерно. Засушливые или полузасушливые регионы мира, составляющие 40% суши, используют только 2% мировых запасов воды. За источники чистой воды в некоторых странах Азии и Африки идут настоящие войны! Более половины жителей Земли, т.е. 3,5 млрд. человек, пользуются источниками воды, не проходящей даже минимальной очистки. Из-за различных заболеваний, связанных с некачественной водой, таких, как диарея, гепатит А, малярия и др., каждый год погибают 5 млн. человек, большинство из которых составляют дети. К 2025 г. в странах, испытывающих умеренную или серьезную нехватку воды, будут жить уже две трети населения Земли.

Россия занимает первое место в мире по запасам пресных вод: здесь сосредоточено 20% мировых ресурсов. Тем не менее проблема загрязнения водоемов и нехватка питьевой воды в России - одна из самых актуальных. Ухудшилось качество воды, вкусовые свойства. Появился специфический запах, повысилась жесткость. Такая вода создает проблемы для человека: ухудшает качество тканей при стирке белья, в ней с трудом развариваются продукты питания, и теряется вкус приготовленных блюд. Поэтому оценка качества питьевой воды сейчас является очень актуальной.

Целью работы «Водица из криницы» является следующая: исследование физико - химических свойств воды, употребляемой жителями села из природных источников-колодцев.

В соответствии с заданной целью определены следующие задачи:

- изучение литературы по данной теме;

- определение опытным путем физико-химических свойств воды, употребляемой в данной местности;

- сравнительный анализ полученных результатов с установленными стандартами питьевой воды;

- определение пригодности сырой колодезной воды для питья без дополнительной обработки.

1. Вода в природе.

1.1. Вода - среда жизни.

Вода - самое распространённое вещество на Земле, изначально существовавшее на нашей планете. Вода присутствует во всех оболочках Земли, она проникает во все места, где живёт человек и живые существа. Молекулы воды, состоящие из двух атомов водорода и одного атома кислорода, образуют исключительно устойчивое химическое соединение. Вода - это главный элемент в биосфере, без которого вся органическая природа не может существовать. А значит везде, где есть что-нибудь живое, есть и вода. В ходе эволюции вода создала окружающую нас природу, живой мир, да и самого человека: именно водная среда (Мировой океан) могла обеспечить все требования к возникновению и развитию жизни. Она стала тем" питательным бульоном", в котором 3,5 млрд. лет назад при специфических внешних условиях зародилась жизнь на Земле. Вода обеспечивает существование жизни на нашей планете: сложнейшие биохимические реакции в клетках животных и растительных организмов могут протекать только при наличии воды. Все живые существа на Земле содержат воду в большем или меньшем количестве, в среднем около 70-80% , т.е. ¾ состоят из воды. С химической точки зрения живое вещество - это водный раствор, и почти все процессы, обеспечивающие его жизнедеятельность, сводятся к химическим реакциям в водном растворе. По солевому составу кровь человека и морская вода очень близки. Кровь человека составляет десятую часть от всей жидкости в его теле (в среднем 5л крови, из них 3,5л - жидкая составляющая - плазма) и обеспечивает возможность обмена веществ в организме. Одна из ее главных функций, подобно воде в природе, - транспортная (перенос кислорода, питательных веществ, шлаков) Для поддержания жизни человек должен получать около 2,5 литров воды в сутки (непосредственно и с пищей). В среднем за всю жизнь человек потребляет и выделяет около 75 т. воды, а всё человечество - почти четвёртую часть годового стока всех рек мира. Без воды человек не проживет и недели, погибнет от жажды. Обезвоживание организма приводит к серьезным нарушениям функционирования различных организмов. Человек тяжело переносит потери 5% воды, а обезвоживание на 15-25% приводит к необратимым изменениям в организме и к смерти. Если брать во внимание ту степень важности в жизнедеятельности человека и всего живого на Земле, которую имеет вода, то можно с уверенностью сказать, что вода одно из самых драгоценных сокровищ нашей планеты.

1.2 Аномальные свойства воды

Вода - прозрачная жидкость, не имеющая ни запаха, ни вкуса. Масса 1 мл. чистой воды принята за единицу массы и называется граммом. Вода - единственное вещество природы, которое в земных условиях существует в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Вода обладает уникальными тепловыми характеристиками во всех агрегатных состояниях - очень высокими теплотой плавления, теплотой испарения и теплоемкостью. Вода - мощный тепловой стабилизатор, обеспечивающий устойчивый климат на планете в течение тысячелетий.

Особые свойства воды, отличающие ее от других тел, называемые аномалиями:

1. при нагревании от 0° до 4°С вода уменьшается в объеме, достигая максимальной плотности 1г/мл;

2. вода при замерзании расширяется, а не сжимается, как все другие тела, плотность ее при этом уменьшается;

3. температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а не повышается, как следовало ожидать;

4. вследствие дипольного момента вода обладает большой растворяющей и диссоциирующей способностью, чем другие жидкости.

Вода обладает самым большим поверхностным натяжением после ртути. Поверхностное натяжение и плотность определяет высоту, на которую может подняться жидкость в капиллярной системе при фильтрации через пористые материалы.

1.3 Общие ресурсы пресной воды, её охрана.

Большое значение для жизни на Земле и хозяйственной деятельности человека имеет водный баланс пресной ветви планетарного круговорота воды. Пресной считается вода, в 1 литре которой содержится не более 1г. растворённых веществ (солей). Другими словами, пресная вода - это вода с соленостью не более 1% (одной промилле). Для сравнения: средняя солёность морской воды составляет 35%. Отметим важнейший момент происхождения пресной воды - испарение и выпадение атмосферных осадков в системе «океан-атмосфера». Таким образом, солёная вода Мирового океана обеспечивает землю пресной водой. Основные запасы пресной воды на Земле сосредоточены в снежно-ледовых образованиях и в подземных водах - около 35 млн. км в кубе или 2.5% от всего объёма воды в гидросфере. Хотя снежно-ледовые образования и подземные воды играют существующую роль в водоснабжении некоторых районов, всё же они труднодоступны, и в мировом масштабе их использование пока не имеет большого практического значения. Кроме того, пресные подземные воды располагаются лишь до глубины 200-1500м. Большая часть подземных вод, находящихся на нижних горизонтах, - солёные воды. Непосредственно доступные пресные воды (пресные озёра, реки) составляют лишь 0,007% от всей воды на Земле, или 0,26% от общего запаса пресных вод. Самое большое в мире по запасам пресной воды - оз. Байкал. Оно содержит 23 тыс. км. в кубе воды, столько же Великие американские озёра, Таким образом на эти озёра приходится половина запасов воды пресных озёр всего мира. Структура водного фонда России такова:

Мировой океан - 93,6%.

Подземные воды - 4%.

Ледники и снежный покров - 2%.

Реки, озёра и другие источники пресной воды - 0,4%.

Сейчас остро стоит проблема нехватки питьевой воды. Одна из причин сокращения пресной воды - уменьшение водоносности рек, связанное с уменьшением количества лесов вдоль рек, строительством плотин на равнинных реках и водохранилищ при ГЭС, приводит к непополнению запасов воды. Вода заболачивается, прилегающие к ним земли заголяются, снижается их плодородие, но главная причина дефицита воды на Земле - её загрязнение. За тысячелетия люди свыклись с загрязнением воды и, как это ни противоестественно, сбрасывали грязь и нечистоты туда, откуда брали воду для питья. Это нашло отражение и в мифологии - вспомним шестой подвиг Геракла. Древнегреческий герой для очистки от навоза громадного скотного двора царя Авгия направил в него воду двух рек, которые в один день унесли весь навоз с конюшен.

По оценке экспертов ООН, до 80% химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники.

1.4 Бактериальное и химическое загрязнение воды.

По данным Всемирной Организации Здравоохранения, миллионы людей ежегодно умирают от кишечных заболеваний из-за использования загрязненной воды из различных источников.

Бактерий, вызывающих различные, так называемые водные инфекции, существует много, методика их определения сложна. Бактериальные загрязнения принято характеризовать содержанием в воде одного микробаиндикатора - кишечной палочки. Сама по себе кишечная палочка обычно не вызывает заболеваний: она постоянно присутствует в кишечнике людей и животных, но она более устойчива к бактерицидным воздействиям, чем болезнетворные бактерии. Вода, в литре которой находится менее трёх кишечных палочек, считается продезинфицированной и совершенно свободной от других болезнетворных микроорганизмов.

Серьёзную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химического чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несёт большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.

1.5 Стандарты питьевой воды.

Питьевая вода - это вода, в которой бактериологические и органические показатели, а также показатели содержания в воде токсичных химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения. Следовательно, питьевая вода всегда должна отвечать определённым, установленным стандартам и ГОСТам.

Существуют несколько стандартов на питьевую воду:

- Российский стандарт, определяемый соответствующими нормами и ГОСТами;

- Стандарт ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения);

- Стандарт США и стандарт стран Европейского союза (ЕС).

Российский стандарт на питьевую воду действует с 1982 года. Сейчас он дополнен более новым нормативом - санитарными правилами и нормами (Сан ПиН) - 2.1.4. 550-96 «Питьевая вода».

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином «питьевая вода высокого качества» подразумевается:

- вода с соответствующими органолептическими показателями - прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

- вода с рН = 7-7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;

- вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;

- вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных методов);

- вода, в которой практически нет болезненных бактерий и вирусов.

2. Исследование качества питьевой воды нецентрализованного водоснабжения.

2.1 Физико-географическая характеристика района исследования.

Село Марьины Колодцы расположено в 25 километрах к северу от города Минеральные Воды. Является центром Марьиноколодцевской администрации, в которую входят, кроме него, село Сухая Падина и хутора Веселый, Старотарский, Безывановка, Утренняя Долина. Наш регион богат запасами воды. Но особенностью населенного пункта Марьины Колодцы является, то, что оно находится на возвышенности более 900 м, т.е. расположено на уровне г. Змейка. Основаны Марьины Колодцы были в 1910ь году, и по причине отсутствия водоемов и трубопроводов, население всегда испытывало острую нехватку воды. Поэтому, начиная с 1910 года. Люди начали рыть колодцы.

Это были артезианские скважины, вода из которых не пригодна для питья (очень соленая), и собственно колодцы питьевой воды, которых в тот время насчитывалось множество. В данное время их осталось 7.

Для исследования качества питьевой воды была взята вода из колодца, находящегося на центральной улице Ленина. Это кольцевой колодец глубиной 10 метров, вырытый в 1954 году. Колодец представляет собой скважину 1м*1м, стенки обложены бетонным кольцом и накрыты сверху ( приложение1).

В основу исследования воды из колодца с. Марьины Колодцы была положена методика Алексеева С.В., Груздева Н.В., Грушина Э.В. и использован метод исследования качества питьевой воды, предложенный Н.И.Речкаловой, Л.И.Сысоевой (журнал Химия в школе №3/2004). Химический анализ воды и физическое изучение проводилось в условиях химической лаборатории под руководством преподавателя химии и биологии Савицкой Елены Борисовны. Определение бактериологических показателей проводилось в лаборатории Роспотребнадзора городского центра гигиены и эпидемиологии Ставропольском крае в г. Пятигорске. Исследовательская работа выполнена группой учащихся 8 класса.

2.2 Методы исследования:

А) органолептические показатели воды:

Цвет (окраска)

Оборудование: мерный цилиндр, белый лист бумаги.

При загрязнении водоёма стоками промышленных предприятий вода может иметь окраску, не свойственную цветности природных вод. Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна обнаружиться в столбике высотой 20 см, для водоёмов культурно-бытового назначения - 10 см.

Диагностика цвета - один из показателей состояния водоёма. Для определения цветности воды нужны стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд набирают воду и на белом фоне бумаги определяют цвет воды (голубой, зелёный, серый, жёлтый, коричневый) - показатель определённого вида загрязнения.

В ходе опыта получен следующий результат: видимая окраска отсутствует.

Прозрачность.

Оборудование: мерный цилиндр, газета с текстом, линейка.

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических соединений.

Для определения прозрачности воды используют прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который наливают воду, подкладывают под цилиндр на расстоянии 4 см от его дна шрифт, высота букв которого 2 мм, а толщина линии букв - 0,5 мм, и сливают воду до тех пор, пока сверху через слой воды не будет виден этот шрифт. Измеряют высоту столба оставшейся воды линейкой и выражают степень прозрачности в сантиметрах. При прозрачности воды менее 3 см водопотребление ограничивается. Уменьшение прозрачности природных вод свидетельствует об их загрязнении.

В ходе опыта получен следующий результат: степень прозрачности 9см.

Запах.

Оборудование: пробирки с исследуемой водой.

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путём и со сточными водами. Запах воды водоёмов, обнаруживаемый непосредственно в воде или (водоёмов хозяйственно-питьевого назначения) после её хлорировании, не должен превышать 2 баллов. Определение основано на органолептическом исследовании характера и интенсивности запахов воды при 20 и 60 °C. Характер и интенсивность запаха определяют по предлагаемой методике. Интенсивность запаха также оценивается при 20 и 6 0°С по 5-бальной системе согласно таблице. Запах воды следует определять в помещении, в котором воздух не имеет постороннего запаха.

Характер и род запаха воды естественного происхождения

Характер запаха

Примерный род запаха

Ароматический

Огуречный, цветочный

Болотный

Илистый, тинистый

Гнилостный

Фекальный, сточной воды

Древесный

Мокрой щепы, древесной коры

Землистый

Прелый, свежевспаханной земли, глинистый

Плесневый

Затхлый, застойный

Рыбный

Рыбы, рыбьего жира

Сероводородный

Тухлых яиц

Травянистый

Скошенной травы

Неопределённый

Не подходящий под предыдущие определения

Интенсивность запаха воды.

Балл

Интенсивность запаха

Качественная характеристика

0

-

Отсутствие ощутимого запаха

1

Очень слабая

Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем

2

Слабая

Запах, не привлекающей внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание

3

Заметная

Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением

4

Отчётливая

Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья

5

Очень сильная

Запах на столько сильный, что вода становится непригодной для питья

В ходе опыта получен следующий результат: характер запаха неопределенный, ощутимый запах отсутствует.

Мутность воды.

Оборудование: воронка, фильтровальная бумага, стеклянная палочка, колба, исследуемая вода.

Собирается установка для фильтрования, вода размешивается в цилиндре стеклянной палочкой и выливается на небольшую часть фильтра. После полного прохождения воды через фильтр, отмечаем, что осталось на фильтре: песок, мелкие механические частицы и др.

В ходе опыта получен следующий результат: видимая мутность отсутствует.

Определение качества воды методами химического анализа.

Водородный показатель (рН).

Оборудование: универсальная индикаторная бумага, пробирки.

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Значение рН воды водоёмов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5 - 8,5.Оценивать значение рН можно разными способами.

1.Приближённое значение рН определяется следующим образом. В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0,1 мл универсального индикатора, перемешивают и по окраске раствора определяют рН:

розово-оранжевая - рН около 5;

светло-жёлтая-6;

зеленовато-голубая-8.

2. Можно определять рН с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой.

Вывод: результаты исследования указывают на то, что рН колодезной воды не превышает нормы (примерно равен 8).

Жёсткость воды.

Оборудование: пробирки, мыльная стружка.

Различают общую, временную и постоянную жёсткость воды. Общая жёсткость обусловлена главным образом присутствием растворимых соединений кальция и магния в воде. Временная жёсткость иначе называется устранимой или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная (некарбонатная) жёсткость вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния.

Общая жёсткость варьирует в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года. Значение общей жёсткости 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 жёсткости до 4 ммоль × экв./л. вода считается мягкой, 4-8 ммоль × экв/л - средней жёсткости, 8-12 ммоль × экв/л - жёсткой, более 12 ммоль × экв/л - очень жёсткой.

Соли кальция и магния образуют с мылом нерастворимые соли, которые выпадают в виде хлопьевидного осадка. При встряхивании исследуемой воды с мыльной стружкой, пены не образуется. Это указывает на повышенное содержание в воде растворимых солей кальция и магния.

Вывод: жесткость воды высокая.

Определение нитратов и нитритов.

Оборудование: предметные стекла, раствор дифениламина, исследуемая вода.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) нитритов (NO₂) в питьевой воде водоемов составляет 3,3 мг/л, нитратов (NО₃) - 45мг/л. На часовое или предметное стекло помещают три капли раствора дифениламина, приготовленного на концентрированной серной кислоте, и одну-две капли исследуемой воды. В присутствии нитрат - и нитрит- ионов появляется синее окрашивание, интенсивность которого зависит от их концентрации.

Вывод: в результате исследования видимых изменений не наблюдаем, следовательно, количество нитратов и нитритов значительно меньше нормы.

Определение хлоридов и сульфатов.

Оборудование: пробирки, исследуемая вода, 10% - ый раствор нитрата серебра.

Концентрация хлоридов в водоемах - источниках водоснабжения допускается до 350 мг/л. В питьевой воде допускается до 50 мг/л. Качественное определение хлоридов с приближенной количественной оценкой проводят следующим образом. В пробирку отбирают 5 мл исследуемой воды и добавляют 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению.

Определение содержания хлоридов.

Осадок или помутнение

Концентрация хлоридов, мг/л

Опалесценция или слабая муть

1-10

Сильная муть

10-50

Образуются хлопья, но осаждаются не сразу

50-100

Белый объемистый осадок

Более 100

Вывод: в исследуемой воде концентрация хлоридов примерно 50 мг/л. Наблюдаем, образование сильной мути.

Определение содержания сульфатов.

Оборудование: исследуемая вода, пробирки, 5% -ый раствор хлорида бария, соляная кислота (1:5).

Качественное определение сульфатов с приближенной количественной оценкой проводят так. В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфатов: при отсутствии мути концентрации сульфат-ионов менее 5 мг/л; при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут, - 5 -10 мг/л; при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария, - 10 - 100мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100мг/л). В питьевой воде допустимая норма сульфатов не более 100мг/л.

Вывод: наблюдаем, образование слабой мути. Следовательно, содержание растворимых сульфатов не превышает 100 мг/л. Это соответствует допустимой норме.

3. Общие результаты исследования.

3.1 Органолептические показатели воды.

Таблица1

№п/п

Цвет

Прозрачность

Запах

Мутность

1.

бесцветная

прозрачная

отсутствует

отсутствует

Опираясь на общие результаты исследования органолептических показателей, в результате работы приходим к следующим выводам:

- основные физические показания совпадают с требованиями, предъявляемыми к питьевой воде (Таблица 1);

- по некоторым показателям полученный результат ниже гигиенических нормативов ( приложение2);

3.2 Химические исследования.

В ходе химических исследований колодезной воды приходим к следующим результатам:

- показатели на содержание растворимых солей в воде не превышают допустимый стандарт; исключение составляют соли кальция и магния, определяющие общую жесткость. Она значительно выше нормы ( приложение2

3.3 Микробиологические исследования.

Исследования на общее микробное число, проведенные в «Центре гигиены и эпидемиологии в Ставропольском крае в г. Пятигорске» показали:

- общее микробное число незначительно превышает допустимые нормы

( приложение3)

Выводы:

В результате проведенной исследовательской работы мы пришли к следующему заключению:

колодезная вода в с. Марьины Колодцы не пригодна для питьевых целей без дополнительной обработки;

- рекомендуем перед применением провести отстаивание или фильтрацию;

- рекомендуется для удаления жесткости и уничтожения микробов проводить кипячение воды;

довести до жителей села, что общее микробное число превышает норму и употребление такой воды может быть опасно для здоровья;

без дополнительной обработки воду можно использовать для сельскохозяйственных нужд населения.

Литература.

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии. Учебное пособие. - М.: АО МДС. 1996.

2. Звездин А.Г. Парадоксы воды. Химия в школе: журнал.-2001.-№7.

3. Интернет ресурсы: http: // nauka.relis.ru/

1September. ru/

4. Кузнецов В.Н. Справочные и дополнительные материалы к урокам экологии. - М.: Дрофа. 2002.

5. Литвинова Л.С., Жиренко О.С. Нравственно-экологическое воспитание школьников. М.: 5 , 2005.

6. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. - М.: АО МДС, 1996.

7. Речкалова Н.И., Сысоева Л.И.Какую воду мы пьем. Химия в школе: журнал.- 2004.-№3.

8. СанПин 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

9