Исследование качества родниковой воды

«Нельзя сказать, что вода необходима для жизни: она и есть жизнь»,- так сказал Сент-Экзюпери об этой жидкости, которую мы употребляем, не особенно задумываясь. Знаете ли Вы, что вода представляет собой наиболее ценный для человека продукт, и что наш организм на 60-70% состоит из воды? Вода доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли и др. ) и уносит отходы жизнедеятельности. Необходимо пить, как минимум, 1,5 литра воды в день, чтобы обеспечить организму достаточную термическую стабильность и не терять более 15% содержащейся в нем воды: иначе организму грозит обезвоживание. Ведь человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержания воды в своем организме и может прожить без нее всего несколько суток.

Помимо питья, человек использует воду в лечебных, гигиенических и хозяйственных целях, широко используются также лечебные минеральные воды.

Централизованное снабжение водой городов, поселков и промышленных предприятий представляет собой сложный комплекс технико-экономических и организационных мероприятий. Их рациональное решение определяет уровень санитарного благоустройства городов и поселков, обеспечивает нормальные условия жизни населения, гарантирует бесперебойную работу промышленности.

Какую воду мы пьём, задумывался, наверное, каждый. И о том, что вода немало может принести вреда человеку, знает тоже, пожалуй, каждый. В первую очередь, обычно, имеются ввиду кишечные инфекции и «отложение солей» в организме. И доказательств это особых не требует – достаточно взглянуть на накипь в чайнике или унюхать запах хлорки – традиционнейшее средство для борьбы с любыми бациллами. Все это бесспорно, с водой связано огромное количество болезней человека.

В практике водоснабжения нашего города, г. Полевского Свердловской области, в основном используются подземные воды и открытые водоёмы.

Поэтому практическая часть нашей работы заключалась в исследовании проб родниковой воды на основные показатели качества питьевой воды: прозрачность, цветность, запах, взвешенные частицы, вкус, определение сухого остатка, наличие простейших, водородный показатель, жёсткость, определение содержания ионов кальция, магния, сульфатов, карбонатов, ионов железа, меди, ртути и наличие органических веществ.

Цель исследования: в школьной лаборатории исследовать качество родниковой воды города Полевского.

Задачи исследования:

1. Проанализировать научную литературу для выявления органолептических и физико-химических свойств воды, ее особенностей и влияние на физиологию человека.

2. Подобрать и освоить методики эксперимента.

3. Провести исследование по качеству питьевой воды одного из ключиков нашего города.

4. Проанализировать полученные результаты.

5. Провести социологический опрос с целью изучения общественного мнения об использовании и применении воды.

1 Вода и ее особенности

1. 1 Источники водоснабжения

Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере, в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Источники водоснабжения для любого города, поселка, села или избушки лесника могут быть самыми разными. Они делятся на две основные группы: подземные и поверхностные. Поверхностные источники водоснабжения – это озера, реки, водохранилища, а подземные – это колодца и артезианские скважины, питающихся запасами глубоко залегающих вод. Если небольшая деревня или дачный поселок могут обойтись одной артезианской водой, пробуренной до глубин 60-80 метров, а то и простыми колодцами, то для города, все значительно сложнее. Практически все русские города вырастали на берегах рек. Чем крупнее и полноводнее река, тем больше было шансов у древнего города выжить в конкурентной борьбе с другими городами.

Артезианские воды – это подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород, лежащих между водоупорными слоями. Эти воды находятся под давлением, и потому если пробурить скважину, которая достигнет водоносного пласта, вода самотеком поднимется на поверхность и даже может изливаться фонтаном. Они получили свое название от французской провинции Артуа, где использовалась еще в XII веке. Вот только скважин в ту пору еще не умели бурить, а потому рыли очень глубокие колодцы, которым и заполнялись поступающими из недр земли водами артезианских источников.

В наше время водоснабжение городов превратилось в плохо управляемое гигантское хозяйство, подающее огромное количество воды. Довести такой объем воды до питьевого качества практически невозможно. В условиях жестко централизованной системы водоснабжения сложно эксплуатировать десятки километров водопроводных сетей, построенных из металлических труб. Их постепенный износ и коррозионное обрастание, низкое качество санитарно-технической арматуры приводят к частым авариям, перебоям в подаче воды, ее утечкам. В результате лишь 30-40% воды, проходящей очистку на станциях водоподготовки, предназначено для хозяйственно-питьевых нужд населения, но и эта вода вторично загрязняется в сетях водопроводов на пути к потребителю.

Правительством Российской Федерации в апреле 1994 г. было принято решение о разработке федеральной целевой программы "Обеспечение населения России питьевой водой". Проект программы представляет собой взаимоувязанный по ресурсам, исполнителям и срокам, комплекс мер и мероприятий, нацеленных на эффективное решение проблемы питьевого водоснабжения.

Итак, источники водоснабжения делятся на две основные группы: подземные и поверхностные.

1. 2 Физические свойства воды

Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 4°С плотность ее также увеличивается. При 4°С вода имеет максимальную плотность, и лишь при дальнейшем нагревании ее плотность уменьшается.

Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотность вода достигает при 4°С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.

Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью [4,18 Дж/(г. К)], поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре.

В связи с тем, что при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, давление понижает температуру плавления льда. Это вытекает из принципа Ле Шателье. При увеличении давления равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сместится в сторону образования той фазы, которая при той же температуре занимает меньший объем. Этой фазой является в данном случае жидкость. Таким образом, возрастание давления при О°С вызывает превращение льда в жидкость, а это и означает, что температура плавления льда снижается.

Молекула воды имеет угловое строение, входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода. Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно примерно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды, две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных пары.

Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии -гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°). Электроны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды, так что на этих атомах создаются два положительных полюса. Центры отрицательных зарядов неподеленных электронных пар атома кислорода, находящиеся на гибридных - орбиталях, смещены относительно ядра атома и создают два отрицательных полюса.

Молекулярная масса парообразной воды равна 18 и отвечает ее простейшей формуле. Однако молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения ее растворов, в других растворителях оказывается более, высокой. Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты. Такой вывод подтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды. Ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей.

Вода – единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях – жидком, твёрдом и газообразном.

В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды согласно схеме, в которой водородные связи показаны пунктиром. Схема объемной структуры льда изображена на рисунке. Образование водородных связей приводит к такому расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом своими разноименными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной — из соседнего слоя. Структура льда принадлежит к наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, размеры наименее плотным структурам и пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы.

При плавлении льда его структура разрушается. Но и в жидкой воде сохраняются водородные связи между молекулами: образуются ассоциаты — как бы обломки структуры льда, — состоящих из большего или меньшего числа молекул воды. Однако в отличие от льда каждый ассоциат существует очень короткое время: постоянно происходит разрушение одних и образование других агрегатов. В пустотах таких «ледяных» агрегатов могут размещаться одиночные молекулы воды, при этом упаковка молекул воды становится более плотной. Именно поэтому при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, а ее плотность возрастает.

1. 3 Химические свойства воды

Молекулы воды отличаются большой устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000°С водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород:

2НО 2Н+О

Процесс разложения вещества в результате его нагревания называется термической диссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода. Однако даже при 2000 °С степень термической диссоциации воды не превышает 2%, т. е. равновесие между газообразной водой и продуктами ее диссоциации — водородом и кислородом — все еще остается сдвинутым в сторону воды. При охлаждении же ниже 1000 °С равновесие практически полностью сдвигается в этом направлении.

Вода — весьма реакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.

Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции, например, хлор не взаимодействует с металлами, фтороводород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосфере воздуха.

Вода способна соединяться с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии, образуя при этом так называемые гидраты.

Таким образом, вода – весьма активное в химическом отношении вещество.

1. 4 Как очищают воду

Чистая вода - это прозрачная, прохладная, приятная на вкус, без посторонних привкусов и запахов, имеющая такой химический состав, при котором постоянное и длительное употребление ее не оказывает неблагоприятного влияния на здоровье. Вода ручейков и многих рек кажется абсолютно прозрачной. А раз прозрачная, значит чистая! Так нам кажется на первый взгляд. Но если присмотреться, то можно заметить, что даже в самой чистой воде плавают всякие соринки. А еще в воде множество совсем мелких частиц. Если их много, вода выглядит мутной.

Очистка воды с целью подготовки ее для питья, хозяйственных и производственных целей представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее первоначального состава. Под очисткой воды понимают не только очистку её от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путём обогащения её недостающими ингредиентами. Всё многообразие методов очистки воды можно подразделить на следующие основные группы: улучшение органолептических свойств воды (осветление и обесцвечивание, дезодорация и др. ), обеспечение эпидемиологической безопасности (хлорирование, озонирование, ультрафиолетовая радиация и др. ), кондиционирование минерального состава (фторирование и обесфторирование, извлечение ионов тяжёлых металлов, обезжелезивание, умягчение или обессоливание и др. ).

Метод очистки воды выбирают на основе предварительного изучения состава и свойств воды источника, намеченного к использованию, и их сопоставления с требованиями потребителя.

Как же очищают воду?

На водопроводных станциях для очистки воды применяют специальные химические реагенты, которые называются коагулянтами. От них и весь процесс очищения воды получили название коагуляцией. Одних из самых надежных и проверенных временем коагулянтами считаются сернистый алюминий, который обладает одним замечательным свойством, если его растворить в воде, он начнет притягивать к себе мельчайших частиц, подобно снежному кому. Склеивающие частицы хлопьями оседают на дно, а вода становиться по-настоящему чистой и прозрачной. Весь этот процесс происходит в специальных бассейнах, камерах хлопьеобразования. Очищенная таким образом вода проходит через отстойник, где хлопья оседают на дно, а потом поступают на фильтры. Если коагулянт почему-то работает плохо, то ему на помощь приходит флокулянты. Это такие добавки, которые не позволяют коагулянту лениться. Прибегают к услугам «помощника» главным образом летом и ранней осенью, когда в воде происходит бурное размножение микроскопических водорослей с таким количеством врагов коагулянту не справиться, а вот вместе с флокулянтом они быстро одолеют врага.

Фильтр – на водопроводных станциях – большой бетонный резервуар, на его дне уложены специальные трубы со щелями. Это дренаж, поверх которого посыпан слой кварцевого песка толщиной до двух метров. Здесь песок не такой, как в какой – нибудь песочнице: все песчинки в нем одна к одной, размером от 0,8 до 1,2 мм. Вода, прошедшая через ровный слой песка, становится совершенно прозрачной. А потом она по дренажным трубам уходит в резервуары для следующего этапа очистки – хлорирование.

Хлорирование воды – старый способ ее обеззараживания, который до сих пор остается основным для водопроводов всего мира. Почему? Да просто потому, что после хлорирования в питьевой воде не останется патогенных бактерий, которые способны вызвать желудочные заболевания. Хлорирование выполняют в два этапа: первичный (перед очисткой воды) и вторичный (перед выходом со станции). Большая часть бактерий погибает уже на первом этапе, а повторное хлорирование помогает уничтожить оставшихся вредных микроорганизмов. Вода, поступающая в магистрали городского водопровода, содержит небольшое количество хлора, который продолжает «работать» - борется с бактериями «пробравшимися» в трубу воды.

Кроме хлора воду обеззараживают еще одним полезным газом – озоном. Озон отличается от обычного кислорода тем, что в его молекуле не два, а три атома – формула О3. Озон достаточно опасный газ, но если пользоваться с умом, он может быть отличным «водопроводчиком»! Он окисляет много химических веществ и соединений, которые содержатся в воде, а убивает почти все микробы и бактерии. Озон уничтожает и болотный запах воды, с которым не может сравниться даже хлор. Именно для этого он и используется – в дополнении к хлору.

Обезжелезивание при очистки воды весьма актуально, поскольку подземные воды многих регионов земного шара часто характеризуются повышенным содержанием железа. Железосодержащие воды широко распространены в Центральной и Северной Европе, в Сибири и на Дальнем Востоке. Повышенное содержание железа в воде придает ей буроватую окраску, неприятный металлический привкус, вызывает зарастание водопроводных сетей и водоразборной арматуры.

Обезжелезивание актуально и для здоровья. Повышенное содержание железа в питьевой воде вредно для здоровья человека. При продолжительном введении в организм железа избыток его накапливается в печени в коллоидной форме оксида железа, получившей название гемосидерина, который вредно действует на клетки печени, вызывая их разрушение. В поверхностных водах железо обычно встречается в виде органических соединений, либо коллоидных или тонкодисперсных взвесей. В подземных водах преобладающей формой существования железа является бикарбонат железа (II), который устойчив только при наличии значительных количеств углекислоты и отсутствии растворенного кислорода. Наряду с этим, железо встречается в виде сульфида, карбоната и сульфата железа (II), комплексных соединений с гуматами и фульвокислотами.

Самым эффективным методом обезжелезивания (удаления железа из воды) является безреагентный метод — аэрирование воды.

Умягчение воды - процесс удаления из нее катионов жесткости, т. е. кальция и магния. Для хозяйственно-бытовых нужд требуется вода с незначительной жесткостью. При кипячении жесткой воды образуется накипь. В жесткой воде плохо развариваются мясо, овощи, крупа, плохо заваривается чай. При стирке тканей (как и при мытье головы) образующиеся нерастворимые соединения осаждаются на поверхности нитей и постепенно разрушают волокна. При питании водонагревательного оборудования и отопительной техники жесткой водой образуется накипь из карбонатов кальция и магния, гипса и других солей. Образование накипи затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода электричества и топлива. Таким образом, процесс умягчения воды на стадии ее очистки актуален в разных сферах жизнедеятельности. Различают два вида жёсткости: карбонатная (временная) - называют потому, что она устраняется кипячением и некарбонатную (постоянную) - называют потому, что при кипячении жёсткость не устраняется, но при выпаривании на стенках сосуда образуется в виде накипи светло-белый малорастворимый осадок типа CaSO4. Соли MgCl2, CaCl2, MgSO4, содержащиеся в воде с постоянной жёсткостью, вызывают коррозию стальных конструкций и ускоряют износ водонагревательного и отопительного оборудования. Для умягчения подземных вод применятся ионообменный метод.

Магнитная обработка воды — распространена для борьбы с образованием накипи. Сущность метода состоит в том, что при пересечении водой магнитных силовых линий образователи накипи выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды. Образующиеся рыхлые осадки удаляют при продувке.

Для обеззараживания подземных вод рекомендуется применять бактерицидное излучение при условии, содержание железа в воде до 0,5 мг/л, мутность до 2 мг/л. Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются. А также бактерицидное действие лучей протекает во много раз быстрее, чем хлора; после облучения воду можно сразу подавать потребителям.

1. 5 Круговорот воды в природе

Как мы помним еще из школьных уроков природоведения, вода находится в постоянном движении, которое называют круговоротом воды в природе.

Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т. п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Проще говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручьи и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые или поверхностные источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

2 Определение органолептических и физико-химических показателей воды

2. 1 Методики оценки показателей качества воды

«Вода бывает дождевой, снежной, речной, родниковой, колодезной, минеральной и древесной. Предыдущие в этом ряду лучше последующих. Вода, падающая с неба, не имеет вкуса, но приятна и подобна эликсиру» Так описывалось в древних Тибетских трактатах многообразие воды в те времена. Для нас же, похоже, скоро актуальной станет классификация из двух пунктов: вода пригодная к употреблению, и непригодная – вне зависимости от источника её получения. При нынешних темпах разрушения экологии этот «черный юмор» может, к сожалению, стать реальностью.

Анализ воды - точно такое же исследование, как и всякое другое. Оно позволяет нам узнать состав посторонних примесей, содержащихся в воде, определить их количество и решить, как с ними бороться, если они вредные. Полагается проводить анализ любой воды, которая должна послужить человеку, - из водохранилища, реки или артезианской скважины, кокой бы чистой не показалась вода, только лабораторный анализ может определить, пригодна ли она для питья.

Родниковая вода - это вода подземного происхождения, питьевая или же способная стать питьевой после соответствующей обработки.

Для исследования были использованы пробы родниковой воды г. Полевского.

За нашей школой закреплен родник, который находится в лесной зоне по дороге к селу Косой Брод, в 5 км от населённого пункта. К месту расположения родника ведёт дорога, ответвление трассы.

Кособродский родник располагается в низине лесной зоны, в удалённом от промышленных предприятий месте.

Источник нисходящий, вытекает, сток оборудован и забетонирован. Оборудована площадка для забора воды, укреплены берега стока родника.

Примерный дебит составляет 30 л/мин.

Санитарное состояние родника хорошее. Место забора оборудовано трубами и каменной кладкой, забетонирована площадка около русла, есть крыша, защищающая площадка для забора воды, сток укреплен нержавеющей сталью. К месту забора воды ведёт удобная лестница, есть оборудованная площадка для автотранспорта, вокруг родника санитарная зона. Так как ключик находится в лесной зоне, то специального озеленения не требуется.

По опросу населения, вода в основном используется для питьевых и хозяйственных нужд.

В своем исследовании, мы остановились на следующих показателях качества родниковой воды: органолептические (прозрачность, цветность, запах, взвешенные частицы, вкус, определение сухого остатка), биологический анализ (наличие простейших), физико-химические (водородный показатель, жёсткость, определения содержания ионов кальция, магния, хлора, сульфатов, карбонатов, ионов железа, меди, ртути и наличие органических веществ).

Органолептические показатели.

Прозрачность определяется концентрацией взвешенных частиц и ее же характеризует. Воду хорошо перемешивают и наливают в высокий цилиндр с внутренним диаметром 2,5 см. Цилиндр устанавливают неподвижно над стандартным шрифтом на высоте 4 см. Просматривая шрифт сверху через столб воды и сливая и доливая воду в цилиндр, находят высоту столба воды, еще позволяющую читать шрифт.

Цветность. Большинство окрашенных веществ, присутствующих в воде – это гумусовые кислоты – весьма устойчивый продукт неполного разложения органических веществ. Высокая цветность воды, как правило, говорит о её болотном происхождении. По нормам, цветность воды в системе централизованного водоснабжения не должна превышать 20(, колодезной - 30(. Однако, лимитирующим показателем вредности в данном случае является органолептический (то есть, цветность ограничивается не потому, что окрашивающие вещества ядовиты, а потому что окрашенную воду неприятно пить).

Налили исследуемую пробу в стеклянный цилиндр и рассмотрели воду на фоне белого листа бумаги при дневном освещении сверху и сбоку.

Запах обусловлен в первую очередь серо- и азотсодержащими органическими соединениями, образующимися в результате разложения органики (как правило, отмершими растениями или экскрементами) в безкислородных и малокислородных условиях. Вода с выраженным запахом непригодна для жизни микроорганизмов, так как, либо ядовита, либо не содержит кислорода.

100 мл исследуемой воды при комнатной температуре наливают в колбу вместимостью 150-200 мл. Накрывают притертой пробкой, встряхивают вращательным движением, открывают пробку и быстро определяют характер и интенсивность запаха. Затем колбу нагревают до 60°С на водяной бане и также оценивают запах.

Интенсивность запаха воды определяют при 20 и 600С и оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям. Запах питьевой воды не должен превышать 2 балла.

Взвешенные частицы. Этот показатель качества воды определяют путем фильтрования определенного объема воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы.

Для анализа берут 500-1000 мл воды. Фильтр пред работой взвешивают. После фильтрования осадок с фильтром высушивают до постоянной массы при 105°С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Вкус. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называют привкусами.

Испытуемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживают 3-5с. Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 200С и оценивают по пятибалльной системе согласно таблице 2 (см. приложение).

Сухим остатком называют остаток, полученный после выпаривания отфильтрованной пробы воды и высушенной до постоянной массы при 110-120° С.

250 – 50 мл профильтрованной воды выпаривают в фарфоровой чашке. Затем чашку с сухим остатком помещают в термостат при 1100С и сушат до постоянной массы. Величину сухого остатка (мг/г) вычисляют по формуле: m=(m2 - m1) ( 1000

Биологический анализ.

Вода — естественная и весьма благоприятная среда для жизни микроорганизмов. Особенно много микроорганизмов в тех реках, прудах, озерах, которые находятся вблизи человеческого жилья. Здесь они легко размножаются, используя в качестве подкормки продукты жизнедеятельности человека, по разным причинам попавшим в природные водоемы. Исследование природной воды на общую микробную загрязненность проводят для количественной оценки находящихся в ней микроорганизмов. Источниками такого загрязнения могут служить как испражнения птиц, млекопитающих, так и канализационные стоки. Если содержание микроорганизмов в воде велико (более 200 в 100 мл), вполне реально нахождение среди них и болезнетворных (например, бактерий, вирусов, паразитических червей), которые, попав в организм человека, могут вызвать различные его заболевания. В такой воде опасно купаться, т. к. микроорганизмы могут попасть в кишечник, дыхательные пути, кровь, глаза, уши. Возбудители гепатита, брюшного тифа, гастроэнтерита, дизентерии распространяются именно таким путем.

Наличие простейших. Нанести капельку воды на предметное стекло. Рассмотреть ее под микроскопом.

Простейшие отсутствуют.

Физико-химические показатели.

pH. Водородный показатель. В нашем городе на СТЗ периодически происходят выбросы оксидов серы и азота в атмосферу. Растворяясь в атмосферной влаге, эти оксиды образуют слабые растворы серной и азотной кислот и выпадают в виде кислотных дождей.

Относительная кислотность раствора выражается индексом рН (кислотность определяется наличием свободных ионов водорода Н+; рН – это показатель концентрации ионов водорода). При рН = 1 раствор представляет собой сильную кислоту (как электролит в аккумуляторной батарее); рН = 7 означает нейтральную реакцию (чистая вода), а рН = 14 – это сильная щелочь. Поскольку рН измеряется в логарифмической шкале, водная среда с рН = 4 в десять раз более кислая, чем среда с рН = 5, и в сто раз более кислая, чем среда с рН = 6.

Обычная незагрязненная дождевая вода имеет рН = 5,65. Кислотными называются дожди с рН менее 5,65. На значительных территориях на востоке США, юго-востоке Канады и западе Европы среднегодовые значения рН атмосферных осадков колеблются от 4,0 до 4,5.

рН можно определить с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой.

• розово-оранжевая - рН около 5,

• светло-жёлтая - 6,

• светло-зелёная - 7,

• зеленовато-голубая - 8.

По нормам, pH питьевой воды должен лежать в пределах от 6,0 до 9,0.

Общая жёсткость. Жесткость воды – это совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде катионов Ca2+ и катионов Мg2+.

Если концентрация таких ионов мала, то воду называют мягкой, если велика – то жесткой. Именно они придают специфические свойства природным водам. При стирке белья жесткая вода ухудшает качество тканей, увеличивается расход мыла. В жесткой воде с трудом развариваются пищевые продукты, а сваренные в ней овощи невкусны. Очень плохо заваривается чай, а вкус его теряется. При высоком содержании катионов магния вода горьковата на вкус и оказывает послабляющее действие на кишечник человека. Жесткая вода не пригодна для использования в паровых котлах. Растворенные в ней соли при кипячении образуют на стенках котлов слой накипи, которая плохо проводит теплоту. Это вызывает перегрев котлов, перерасход топлива и в конечном итоге, преждевременный износ котлов. Жесткость воды вредна для металлических конструкций, трубопроводов. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к накоплению солей в организме, и, в конечном итоге к заболеванию суставов, к образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях.

В склянку наливают 10 мл анализируемой воды, добавляют 5-6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что карбонат-ионы в пробе отсутствуют. В случае возникновения розовой окраски пробу титруют 0,05 н. раствором соляной кислоты до обесцвечивания.

Кроме кипячения, которое смягчает воду, устраняя временную жесткость, есть и другие способы смягчения воды, например, добавление в воду карбоната натрия (стиральная сода), использование ионообменников и др.

Определение содержания ионов.

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

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

Сульфат – ионы. В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл раствора соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфатов: при отсутствии мути - концентрация 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 - 10-100 мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов - более 100 мг/л.

Карбонат – ионы. В пробирку вносят 10 мл родниковой воды и приливают пипеткой несколько капель 10%-ного раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции оксид углерода (IV) выделяется в виде пузырьков. По интенсивности их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Ионы железа. В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком - красное.

Ионы меди. В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпарить досуха и на периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди.

Ионы ртути. В две пробирки поместить по 1 мл исследуемой воды. В первую пробирку добавить 1 -2 капли раствора хромата калия, а в другую 1 -2 капли раствора щёлочи. Появление красного и чёрного осадков свидетельствует о наличии в пробе ионов ртути (I).

Наличие органических веществ. В пробирку поместить 1-2 мл исследуемой воды и прилить пипеткой 2-3 капли 1%-ного раствора перманганата калия. Исчезновение окраски-перманганата калия или его побурение в исследуемой воде будет указывать на присутствие в ней органических веществ.

2. 2 Обсуждение результатов эксперимента

Проведенные исследования позволяют сделать выводы о том, что исследуемая вода бесцветная и прозрачная, так как проделанный опыт установил, что видимость шрифта изменилась в воде родника на высоте 32 см.

Исследуя интенсивность запаха и вкуса воды, было установлено, что вода не имеет запаха и вкуса, что соответствует - 0 баллов.

рН - показатель кислотности родниковой воды имеет слабо – кислотную среду (рН = 6,8), что соответствует сезонной норме и санитарным требованиям.

Надо отметить, что в норме по положению СЭС рН должно быть в пределах от 6 до 9.

При проведении опытов было установлено, что в воде присутствуют ионы кальция, магния, хлора, железа, меди, а так же сульфат – ионы и наличие органических веществ.

Родниковая вода не содержит ионов ртути, и она мягкая по жесткости.

Все результаты исследований занесены в таблицу №3 «Результаты анализа органолептических показателей родниковой воды» и в таблицу №4 «Результаты анализа физико-химических показателей родниковой воды» (см. приложение).

3. Влияние воды на физиологию человека

Вода доставляет в клетки организма питательные вещества и уносит отходы жизнедеятельности. Кроме того, вода участвует в процессах терморегуляции и дыхания. Человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержания воды в своем организме и может прожить без нее всего несколько суток. При потере воды в количестве менее 2% веса тела появляется чувство жажды, при утрате 6-8% наступает полуобморочное состояние, при 10% - галлюцинации, нарушение глотания. Потеря 10-20% воды опасна для жизни. Для нормальной работы всех систем человеку необходимо как минимум 1,5 литра воды в день.

Избыточное же потребление воды приводит к перегрузке сердечно-сосудистой системы, вызывает изнуряющее потоотделение, сопровождающееся потерей солей, ослабляет организм.

Таким образом, вода необходима для жизнедеятельности; количество ее, выделяемое жизненными процессами, должно вновь пополняться. Поэтому первостепенным вопросом нашего питания является постоянное возмещение воды путем введения в организм в свободном виде и как составную часть пищи.

Но вода несет в себе и опасность. Оказывается, есть заболевания, связанные с микроэлементным составом воды. Кроме того, вода может выступать как передатчик инфекционных заболеваний.

Для анализа состояния изучаемой проблемы влияния воды на физиологию человека нами был проведен социологический опрос среди учащихся и педагогов.

Целью анкетирования было выяснение общественного мнения об использовании и применении воды. Результаты опроса были проанализированы, а ответы респондентов по вопросу: используете ли вы родниковую воду, представлены в виде диаграммы .

Было выявлено, что наиболее часто используют родниковую воду и учащиеся и учителя. Ее не только пьют при жажде, а так же используют при приготовлении пищи.

Респондентами очень низко было оценено качество водопроводной воды. Как показывают результаты анкетирования, на вопрос о том, используете ли вы бытовые приборы для очистки воды, 20% учителей и 23% учащихся ответили да.

Вода – это, на первый бесхитростный взгляд, простое химическое соединение водорода и кислорода. Но на самом деле, вода – основа жизни на Земле.

3. 1 Охрана водных ресурсов

Вода применяется во всех областях хозяйственной деятельности человека. Практически невозможно назвать какой-либо производственный процесс, в котором не использовалась бы вода. В связи с бурным развитием промышленности, ростом населения городов расход воды увеличивается. Первостепенное значение приобретают вопросы охраны водных ресурсов и источников от истощения, а так же от загрязнения сточными водами. Всем известно, какой ущерб наносят сточные воды обитателям водоёмов. Ещё страшней для человека и всего живого на Земле появление в речных водах ядохимикатов, смываемых с полей. Так наличие в воде 2,1 части пестицида на миллиард частей воды достаточно для гибели всех находящихся в ней рыб. Огромную угрозу для человечества представляют сбрасываемые в реки неочищенные стоки населенных пунктов. Эта проблема решается путём сознания таких технологических процессов, в которых отработанная вода не сбрасывается в водоёмы, а после очистки снова возвращается в технологический процесс.

В настоящее время уделяется огромное внимание охране окружающей среды и в частности естественных водоёмов. Абсолютно понятно, что в современных условиях важное значение приобрела проблема рационального использования и охраны водных ресурсов. Сохранение запасов питьевой воды, ее экономное использование – одна из актуальных проблем, решение которой является важной государственной задачей, но, вместе с тем, в значительной степени зависит от каждого из нас.

Для того чтобы родники оставались чистыми, в Свердловской области была разработана программа «Родники», цель которой – «максимальное вовлечение в структуру питьевого водоснабжения природных подземных источников, их обустройство и грамотная эксплуатация, сохранение для настоящего и будущего поколения, а так же экологическое воспитание и просвещение».

В течение 4 лет наша школа работает по областной программе «Родники». Мы постоянно чистим сток родника, лестницу, территорию, прилегающую к роднику от бытового мусора, опавшей листвы и снега, участвуем в городских экологических мероприятиях, проводим школьные экологические месячники, на которых уделяем большое внимание экологическим проблемам.

Например, в этом году провели акцию «Питьевая вода для ветеранов педагогического труда», в которой приняли участие ученики 5-11 классов.

Провели школьную фотовыставку «Родной край» и многое другое.

Если сейчас, на заре жизни, мы осознаем свою ответственность за мир, в котором мы живем, то можно надеяться, что мы сбережем природу и для себя и для последующих поколений.

О воде много говорилось, но мало сказано. Поэтому фраза «Вода – это жизнь» для многих из нас ровным счетом ничего не значит. И за беспечное отношение к ней вода жестоко мстит нам. Задумайтесь, что вы знаете о воде? Как ни удивительно, но вода до сих пор остается наиболее малоизученным веществом Природы. Очевидно, это произошло потому, что ее очень много, она вездесуща, она вокруг нас, над нами, под нами, в нас. Воду считают самым трудным из всех веществ, изучаемых физиками и химиками. Химический состав вод может быть одинаков, а их воздействие на организм разным, потому что каждая вода формировалась в конкретных условиях. И если жизнь – это одушевленная вода, то, также как и жизнь, вода многолика и характеристики ее бесконечны.

В своей работе мы подобрали и освоили методики эксперимента, позволяющие выявить органолептические и физико-химические свойства воды.

Провели исследование по качеству питьевой воды одного из ключиков нашего города. Полученные результаты проанализировали. Так же нами был проведен социологический опрос с целью изучения общественного мнения об использовании и применении воды.

Родниковую воду в г. Полевском по исследованным нами показателям можно считать экологически безопасной.

Таким образом, исследования показали, что родниковую воду можно считать экологически чистой. Для того чтобы родники оставались чистыми в Свердловской области, была разработана программа «Родники», цель которой – «максимальное вовлечение в структуру питьевого водоснабжения природных подземных источников, их обустройство и грамотная эксплуатация, сохранение для настоящего и будущего поколения, а так же экологическое воспитание и просвещение».

Заключение

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма, кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Совершенно очевидна потребность населения нашего города в чистой, прозрачной, без цвета, вкуса и запаха, питьевой воде. Это позволяет сохранить здоровье людей, даёт экономию огромных денежных средств, которые потенциально предстоит затратить на оказание медицинской помощи при заболеваниях, возникающих под воздействием употребления некачественной воды.

На территории Полевского района находится достаточное количество источников ключевой воды, что позволяет населению дополнительно использовать воду ключиков в качестве питьевой воды, которые тоже соответствуют нормам СанПин.

Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.