Тема
Замораживание как один из способов очистки питьевой воды от примесей
Введение
Вода, как природный ресурс, является объектом государственной собственности во всех странах мира, в которых первоочередное внимание уделяется вопросам управления, планирования и экономики водопользованием в народно-хозяйственном комплексе.
В условиях развитой промышленности и сельского хозяйства и связанного с этим высокими техногенными нагрузками на ландшафт, поведшими за собой загрязнения поверхностных вод, надежным источником питьевых вод может быть только подземная гидросфера. Вместе с тем и она на протяжении последних десятилетий испытывает отрицательные и часто неконтролируемые антропогенные воздействия, ведущие к загрязнению подземных вод на действующих водозаборах (гг. Минск, Гомель, Борисов, Слоним, Солигорск, Речица и другие). Около половины всего населения республики потребляет питьевую воду не соответствующую требованиям по целому ряду показателей (железо, нитраты, соли аммония, тяжелые металлы, ядохимикаты, микробиологические загрязнения и др.). Это является основной причиной постоянного роста инфекционных заболеваний бактериальной и вирусной этиологии, риска и многочисленных случаев канцерогенных заболеваний, что ведет в конечном счете к уменьшению рождаемости и продолжительности жизни населения.
Особенно велики масштабы загрязнения подземных вод первых от поверхности земли водоносных горизонтов, воду которых использует население с помощью шахтных и трубчатых колодцев. Общее их количество в Беларуси оценивается в 400 тысяч, которыми пользуются в настоящее время не менее 3,3 млн человек, т.е. третья часть населения.
Только 10% сельского населения имеет возможность пользоваться системами централизованного водоснабжения, однако вода в них подается, как правило, без водоподготовки и имеет, вследствие этого, неудовлетворительные качественные показатели.
Качество подземных вод до 80% основных эксплуатационных водоносных горизонтов и комплексов не соответствует санитарно-гигиеническим требованиям по содержанию железа (1-10 мг/л) и марганца (0,3-1,0 мг/л), солей аммония и др. Вода многих месторождений обладает высокой коррозийной активностью, способствует возникновению вторичного загрязнения воды в металлических емкостях и трубах, что требует создания специальных разнотипных сооружений водоподготовки.
Все это определило необходимость проведения новой государственной водохозяйственной политики. Конкретным выражением этой политики явилось принятие Закона республики Беларусь "О питьевом водоснабжении" и "Республиканской программы первоочередных мер по улучшению снабжения населения питьевой водой" (2 июня 1998 г.)Программой предусмотрено создание высокоэффективных систем и технологических процессов для очистки природных и сточных вод на основе новейших физических, химических, биологических и комбинированных методов с использованием современных материалов. Задачу доведения качества воды до уровня, оптимального для каждого из ее применений, решают с помощью соответствующих систем водоочистки. Такие системы развиты в городах и других крупных населенных пунктах. [8]Что же делать сельскому жителю, который пользуется водой из колодца? Как очистить воду от примесей простым и доступным методом?Ознакомившись с разными способами очистки, я пришла к выводу, что в домашних условиях можно использовать такой простой способ, как заморозка воды, и решила проверить, насколько он эффективен. Так возникла тема исследовательской работы «Замораживание как один из способов очистки питьевой воды от примесей»
Цель работы: Исследовательским путем подтвердить, что в домашних условиях можно использовать замораживание воды как способ её очистки от примесей.
Задачи: 1. Получить размороженную (талую) воду.
2. Определить уровень примесей в колодезной и размороженной воде после кипячения.
3. Определить качественный состав примесей, содержащихся в воде.
4. Сравнить полученные результаты и сделать выводы.
Методы:
1. Анализ
2. Эксперимент
3. Наблюдение
Этапы исследования:
1. Изучение литературы
2. Планирование эксперимента по изучению состава примесей и определению их количества
3. Проведение исследований
4. Анализ полученных данных
5. Описание проведенного эксперимента
6. Формулирование выводов
Обзор литературы
Вода, которую мы потребляем, должна быть чистой. Болезни, передаваемые через загрязненную воду, вызывают ухудшение состояния здоровья, инвалидность и гибель огромного числа людей, особенно детей, преимущественно в менее развитых странах, обычным для которых является низкий уровень личной и коммунальной гигиены.
Через воду могут передаваться инфекционная желтуха, туляремия, водная лихорадка, бруцеллез, полиомиелит. Вода подчас становится источником заражения человека животными паразитами — глистами.
Качество воды определяется также по наличию в ней химических включений, которые раньше всего обнаруживают наши органы чувств: обоняние, зрение. Так, микрочастицы меди придают воде некоторую мутность, железа – красноту.
К наиболее распространенным загрязнителям воды (содержание компонентов превышает нормативы) можно отнести железо, марганец, сульфиды, фториды, соли кальция и магния, органические соединения, др.
Какие же отрицательные свойства воде могут придавать те или иные компоненты в случае их содержания выше нормативов?
Присутствие в воде железа не угрожает нашему здоровью. Однако повышенное содержание железa в воде (более 0,3 мг/л) в виде гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, органических комплексных соединений или в виде высокодисперсной взвеси придает воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает её вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. При употреблении для питья воды с содержанием железа выше норматива человек рискует приобрести различные заболевания печени, аллергические реакции, др.
Повышенное содержание марганца в воде оказывает мутагенное действие на человека. При уровнях в системе водоснабжения, превышающих 0,1 мг/л, марганец приводит к появлению пятен на сантехническом оборудовании и белье, а также неприятного привкуса напитков.
Иногда в питьевой воде встречается много солей соляной и серной кислот (хлориды и сульфаты). Они придают воде соленый и горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта. Вода, в 1 л которой хлоридов больше 350 мг, а сульфатов больше 500 мг, считается неблагоприятной для здоровья.
Сильно насыщенная солями вода причиняет массу неудобств: в ней труднее развариваются овощи и мясо, при стирке увеличивается расход мыла, накипь портит чайники и котлы.. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к накоплению солей в организме и, в конечном итоге, к заболеваниям суставов (артриты, поли- артриты), к образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях.
Содержание в воде катионов кальция и магния сообщает воде так называемую жесткость.
Условные показатели качества питьевой воды
В настоящее время существуют пять основных условных показателей качества питьевой воды:
1. Химические. По ним определяется состав и количество химических веществ и элементов, которые образовались после обработки воды перед подачей её в водопроводы. В частности определяется содержание в воде остаточного свободного хлора, серебра и хлороформа.
2. Органолептические. Этот вид показателей отвечает за вкусовые показатели: запах, цвет, мутность.
3. Токсикологические. С их помощью контролируется отсутствие или наличие в воде в пределах допустимых норм таких опасных веществ как фенолов, свинца, алюминия, мышьяка, пестицидов.
4. Микробиологические. По ним производят определение отсутствия в воде опасной микрофлоры.
5. Общие, в первую очередь влияющие на органолептику воды. С их помощью определяются такие параметры как общая жёсткость, отсутствие нефтепродуктов, допустимые пределы по: железу, нитратам, марганцу, кальцию, магнию, сульфидам, уровню pH.
1.Определение pH универсальным индикатором
2.Определение общей жесткости воды
3.Определение концентрации катионов железа
4.Определение сульфатов
5.Определение ионов свинца
6.Определение ионов меди.
7.Определение органических веществ в воде
Методики определения химических показателей
1. Водородный показатель рН
В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0. 1 мл универсального индикатора, перемешивают и по окраске раствора оценивают величину рН.
Розово - оранжевая рН около 5
Светло-желтая pH - 6
Светло – зелёная рН - 7
Зеленовато-голубая рН - 8
рН можно определить с помощью индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой. По индикаторной бумаге более точное определение, чем визуально.
2. Жесткость воды Природная вода обязательно содержит растворённые соли и газы (азот , кислород и др.). Присутствие в воде ионов Mg2+ и Са2+ и некоторых других, способных образовывать твёрдые осадки при взаимодействии с анионами жизненных органических кислот, входящих в состав различных мыл (например, со стеарат-ионом С17Н35СОО2-), обуславливает так называемую жёсткость воды. [9]
Во всех просмотренных мной научных источниках, понятие жёсткости воды обычно связано с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жёсткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жёсткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.
В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жёсткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются: