Исследовательская работа «Методы очистки питьевой воды. Эффективность бытовых фильтров в устранении жёсткости воды.»
В данной работе рассмотрены возможные способы очистки питьевой воды. Проанализировано качество воды города Можги. В практической части приведён сравнительный анализ эффективности бытовых фильтров типа «стационарный» и «кувшин»
Муниципальное бюджетное муниципальное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 4
Тема: Методы очистки питьевой воды.
Эффективность бытовых фильтров
в устранении жесткости воды.
1.Питьевое водоснабжение города Можги………………………………3
2.1 Методы обеззараживания воды………………………………………4
2.2 Методы обезжелезивания воды……………………………………….5
2.3 Способы уменьшения жесткости воды……………………………….6
3. Современные фильтры очистки воды………………………………….6
4. Экспериментальная часть……………………………………………….11
Вода — одно из самых важных веществ в природе. Вода — добрый друг и помощник человека. Она – удобная дорога: по морям и океанам плавают корабли. Вода побеждает засуху, оживляет пустыни. Вода минеральных источников оказывает лечебное действие. Но самое главное – без воды человек не может прожить. Из курса школьной биологии мы все знаем, что наш организм на 60-70 % состоит из воды.
Вода организму нужна без всяких примесей. То, что льется у нас из крана, очень сложно назвать даже водой, не то, что чистой. Мало того, что примерно 25-30 % проб из поверхностных источников не соответствует гигиеническим нормативам, так еще свою неприятную лепту вносят ржавые трубы, по которым вода поступает в дома.
Цель моей работы заключается в том, чтобы рассмотреть показатели жесткости питьевой воды города Можга, Заводстветского микрорайона и рассмотреть эффективность работы бытовых фильтров очистки питьевой воды.
Гипотеза: вода из под крана не соответствует стандарту по показанию жесткости; наиболее эффективным фильтром является трёхступенчатый фильтр очистки воды «Аквафор».
- Питьевое водоснабжение города Можга.
Обеспечение населения доброкачественной питьевой водой остается одной из главных проблем в обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения.
Для хозяйственно питьевого водоснабжения населения города Можги используются в качестве источников водоснабжения артезианские скважины.
Анализируя данные, предоставленные Территориальным отделом Управления Роспотребнодзора по УР в г. Можга (Приложение 1), можно сделать вывод, что состояние питьевого водоснабжения имеет низкий уровень качества и не отвечает требованием санитарных норм и правил.
Население города Можга на 100% обеспечивается водой из подземных источников, является, прежде всего, ее высокая минерализация и жесткость.
В 2014 году в системах питьевого водоснабжения города Можга было исследовано 494 проб воды, из них не отвечает по санитарно-химическим показателям 134(19%) и по микробиологическим показателям – 4.7%
Проблема жесткости воды наиболее остро встает в городе Можга, потому что 33% проб в водопроводной сети города не соответствует гигиеническим нормативам по показателям общей жесткости, находящейся в пределах 7,1 до 10,4 мг-экв./л., 7% проб воды не соответствовали гигиеническим нормативам по содержанию нитратов с превышением ПДК от 1,2 до 2 раз.
В числе ведущих причин остаются продолжающееся антропогенное загрязнение поверхности вод, несоответствие качества исходной воды, отсутствие водоочистных сооружений, природное несоответствие качества воды гигиеническим нормам в ряде подземных источников водоснабжения .
Артезианские скважины расположены в жилой зоне, не имеющей благоустройства, канализации, герметичных выгребов, водопроводы не имеют зон санитарной охраны.
МУП ЖКХ в городе Можга проводится производственный лабораторный контроль за качеством питьевой воды в полном объеме. Весной и осенью хлорируют воду, однако, жесткость воды остается неизменной.
2.1 Методы обеззараживания воды
Сегодня наиболее распространенный метод обеззараживания воды –хлорирование с использованием газообразного хлора. Хлор обладает достаточно высокой эффективностью в отношении бактериальных загрязнений и пролонгированным действием, и в большинстве случаев – наиболее дешевое средство дезинфекции. Но хлор не только быстро воздействует на микроорганизмы, но и активно вступает в реакции хлорирования с имеющимися в воде органическими соединениями. В результате реакции образуются хлорсодержащие органические вещества, ряд из которых обладает токсичными свойствами.
Чем плохо хлорирование воды? При подобной обработке в воде образуются химические соединения, которых в природе просто не существует. И когда люди в течении долгого времени потребляют хлорированную воду, то у них в разы увеличивается вероятность серьезных хронических заболеваний, вплоть до онкологических.
Озонирование – этот метод похож на предыдущий. Основное отличие в том, что здесь используется генератор озона, то есть реагент не привносится извне, а генерируется. Озонирование основано на свойстве озона разлагаться в воде с образованием кислорода, разрушающего ферментные свойства микробных клеток и окисляющего некоторые соединения, придающие воде неприятный запах.
Этот метод не нашел широкого применения, потому что связан с большим расходом электроэнергии, использованием сложной аппаратуры и высококвалифицированного технадзора. Немаловажно и то, что озон вызывает коррозию водопроводных труб.
Ультрафиолетовое излучение – этот метод очистки воды основан на обработке воды ультрафиолетовым излучением. Его основное преимущество в том, что в воду не привносятся никакие реагенты.
Ультрафиолетовые лучи уничтожают не только вегетативные, но и споровые формы бактерий и не изменяют свойства воды. Если в случае с хлорированием и озонированием при неправильном расчете дозы приходится убирать реагенты дополнительной стадией фильтрования, то ультрафиолетовое излучение в этом отношении абсолютно безопасно.
В результате оценки различных методов дезинфекции принята двухстадийная технология обеззараживания: ультрафиолетовое излучение с последующим вводом низкоконцентрированного гипохлорита натрия. Двухстадийная технология обеззараживает сокращаемые размеры санитарно-защитной зоны сооружений, повышает степень промышленной безопасности, антитеррористической устойчивости объекта, сохранив при этом санитарно-гигенические показатели обрабатываемой воды.
2.2 Методы обезжелезивания.
Удаление из воды железа – одна из самых сложных задач в водоочистке. Каждый из существующих методов применим только в определенных пределах, и имеет как достоинства, так и существенные недостатки. К существующим методам удаления железа можно отнести: оксисление, каталитическое окисление, ионный обмен, мембранные методы, дистилляция, фильтрация.
Метод окисления. Добавление специальных окислителей ускоряет процесс. Наиболее широко применяется хлорирование, так как параллельно позволяет решать проблему дезинфекции. Наиболее сильным окислителем на сегодняшний день является озон. Однако установки для его производства довольно сложные, дорогие и требуют значительных затрат электроэнергии, что ограничивает их применение. Необходимо отметить, что в концентрированном виде озон является ядом и требует внимательного отношения.
Частицы окисленного железа имеют достаточно малый размер и осаждаются достаточно долго, поэтому применяют специальные химические вещества – коагулянты, способствующие укрупнению частиц и их ускоренному осаждению.
Каталитическое окисление воды с последующей фильтрацией . Это наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора. Железо быстро окисляется и оседает на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Наиболее распространенным окислителем является перманганат калия KMnO 4 , так как его применение не только активизирует реакцию окисления, но и компенсирует «вымывание» марганца с поверхности гранул фильтрующей среды, то есть регенерирует ее. Все системы на основе каталитического окисления имеют и ряд общих недостатков. Во-первых, они неэффективны в отношении органического железа. Во-вторых, системы этого типа все равно не могут справиться со случаями, когда содержание железа в воде превышает 10-15 мг/л. Присутствие в воде марганца только усугубляет ситуацию.
2.3 Способы уменьшения жесткости воды.
Всем известно, что в дождевой воде мыло хорошо пенится, а в ключевой – обычно плохо. Анализ жесткой воды показывает, что в ней содержится значительные количества растворимых солей кальция и магния. Эти соли образуют с мылом нерастворимые соединения. Такая вода непригодна для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов, так как при нагревании жесткой воды на стенках охладительных систем образуется накипь. Накипь плохо проводит теплоту; поэтому возможен перегрев моторов, паровых котлов, кроме того, ускоряется их изнашивание. Статистика показывает, что употребление воды с высоким содержанием солей кальция и магния ведет к желчекаменным и мочекаменным заболеваниям.
Какие же бывают виды жесткости?
Карбонатная, или временная, жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния. Ее можно устранить следующими способами:
1)кипячением: Са(HCO 3 ) 2 = СаCO 3 + H 2 O + CO 2
Mg(HCO 3 ) 2 = MgCO 3 + H 2 O + CO 2
2)действием известкового молока или соды:
CaCl 2 + Na 2 CО 3 = CaCO 3 + 2NaCl
Са(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 + 2H 2 O
Некарбонатная, или постоянная, жесткость обусловлена присутствием сульфатов и хлоридов кальция и магния. Ее устраняют действием соды.
Карбонатная и некарбонатная жесткости в сумме составляют общую жесткость воды.
3. Современны фильтры для очистки воды.
В современном мире проблема чистой воды становится все более актуальной. Очистка воды хозяйственно-бытового назначения и качественная очистка питьевой воды – это уже не роскошь, а жизненная необходимость.
Существуют разнообразные типы фильтров:
Фильтры для механической очистке воды:
Любая вода, будь то скважинная или водопроводная, содержит в своем составе: песок, механические примеси, ржавчина, подмотка с трубных соединений и т.п. В зависимости от концентрации этих взвесей и требуемой производительности используют следующие типы фильтров механической очистки:
Сетчатые фильтры для воды – это фильтры, в которых в качестве фильтрующего элемента используется сетка с размером ячеек от 20 до 500 мкм –выбирается в зависимости от степени загрязнения воды. В них можно выделить два типа:
Самопромывные – есть возможность промывки фильтра без его разборки и прекращения подачи воды.
Непромывные (или грязевики, чтобы провести их очистку нужно разобрать фильтр и почистить сетку вручную).
Особенность сетчатых фильтров для воды является небольшие габариты фильтра, необходимость периодически промывать сетку. Перед установкой желательно заранее предусмотреть наличие дренажной магистрали для слива воды в процессе промывки.
Патронные(картриджные) фильтры для воды – это фильтры, в которых в качестве фильтрующего материала используют сменный элемент (картридж), помещаемый в прочный корпус из пластика или стали. Степень очистки от 30 до 0,5 мкм.
Фильтры для очистки холодной воды чаще имеют корпус из прозрачного пластика, позволяющего визуально оценить степень загрязнения фильтрующего картриджа. Корпус фильтров для горячей воды, изготавливают из непрозрачного термоустойчивого пластика или нержавеющей стали.
Следует заметить, что эти фильтры преимущественно используют для небольших потоков, требующих более тонкой фильтрации воды по сравнению с сетчатыми фильтрами. Патронные фильтры, предназначенные для фильтрации больших потоков воды, отличаются соответствующим увеличением габаритных размеров и стоимости.
Высокоскоростные напорные фильтры для воды – эти фильтры представляют собой специальные емкости, напоминающие по форме колонны, изготовленные из прочных антикоррозионных материалов и наполненные фильтрующим материалом. При прохождении через этот материал, происходит фильтрация воды – степень очистки до 30 мкм.
Этот фильтр эффективно используется при высоких концентрациях разнородных механических примесей в воде. В этом смысле это, пожалуй, наиболее универсальный тип механической очистки. Однако, для данного напорного фильтра необходимо иметь достаточно места для его размещения в отапливаемом помещении, а также должна быть предусмотрена дренажная магистраль для обеспечения режима регенерации.
Фильтры для уменьшения жесткости воды
Существует довольно большое количество способов очистки воды от солей жесткости. Наиболее часто встречающимся способом очистки является фильтрация воды через ионообменную смолу. Пределы применимости этих фильтров определяются тремя параметрами:
-ионообменной емкостью (количеством солей жесткости, которое может принять на себя объем смолы до истощения);
-требуемой производительностью фильтра.
Фильтры для удаления из воды солей жесткости по типу управления бывают двух типов:
-по расходу воды – используются преимущественно в бытовых условиях, так как регенерация по объему пропущенной воды позволяет уменьшить расход соли.
-по времени – используются преимущественно в промышленности, так как позволяют добиться требуемого рабочего времени.
Сорбционные фильтры для воды
Обычно сорбционными фильтрами называют фильтры на основе активированного угля. Принцип работы угольных фильтров основан на явлении адсорбции. Адсорбция – задержание молекул загрязнителей внешней поверхностью твердого вещества.
В качестве фильтрующей среды используются активированные угли из скорлупы кокосов, адсорбционная способность которых в 4 раза выше, чем угля, получаемого традиционными методами ( например, из древесины березы) и обладающего высокой абразивной скоростью. Фильтры этого типа предназначены для улучшения таких показателей воды как: вкус, цвет, запах; удаление остаточного хлора, растворенных газов и органических соединений.
Нужно помнить, что угольные фильтры очищают от сравнительно небольшого количества загрязнений, чтобы расширить спектр действия фильтров к углю добавляют ионообменные вещества. В этом случае они могут удалять из воды такие загрязнения, как тяжелые металлы, цисты бактерий, пестициды, гербициды, асбест, нефтепродукты.
Недостаток угольных фильтров – они являются (вследствие адсорбции органики) благоприятной средой для размножения микроорганизмов и бактерий. В связи с этим их можно использовать только после предварительного обеззараживания воды.
С точки зрения конструкции бытовые фильтры для получения воды бывают трех типов
ПЛЮСЫ: дешев, легок, не требует подключений к водопроводу – наливать в него воду можно и из ведра. Такой фильтр удобно брать на летнюю дачу, где нет водопровода.
МИНУСЫ: небольшой ресурс картриджа, очень низкая скорость фильтрации – для наполнения чайника нужно заранее наполнить фильтр водой. Картридж такого фильтра в промежутках между процессами фильтрации находится в непосредственном контакте с воздухом, что способствует ускоренному росту бактерий. На летних дачах реальное количество колодезной воды (или воды из неглубоких скважин ) резко ограничивает возможности использования кувшинов, поскольку такая вода может содержать микробиологические загрязнения.
РЕСУРС: в большинстве случаев от 150 до 300,00 л. Рекомендуемые сроки замены картриджей 1-2 месяца.
— типа «насадка на кран» — подключаемая непосредственно к изливу водопроводного крана. Такой фильтр крепится либо на самом кране, либо при больших размерах картриджа устанавливается на столешницу рядом с краном.
ПЛЮСЫ: относительно недороги, компактны, быстро фильтруют воду. Такой фильтр можно брать в поездки, где есть возможность подключить его к водопроводному крану.
МИНУСЫ: небольшой ресурс картриджа, худшее качество очистки воды из-за высокой скорости протока воды, невозможность пользоваться водопроводным краном для хознужд при включенном режиме фильтрации и необходимость переключения этих режимов.
РЕСУРС: несколько больше, чем у кувшинов при несколько худшей степени очистки – от 300 до 700 литров. Рекомендуемые сроки замены картриджей 2-3 месяца.
-типа «стационарный фильтр» — устанавливается под мойку и подключается непосредственно к водопроводу. Различаются, как правило, одно-, двух-, трехступенчатые системы очистки.
ПЛЮСЫ: имеют отдельный краник для питьевой воды, быстро фильтруют воду, имеют гораздо более высокий ресурс картриджей. Большинство таких фильтров используют единый международный типоразмер картриджей. То есть такие фильтры унифицированы, к ним подходят картриджи разных производителей в разных регионах России и разных стран мира. И еще: можно менять избирательность таких фильтров по отношению к отдельным видам загрязнений, применяя различные картриджи на разных ступенях очистки.
МИНУСЫ: дороже кувшинов, требуют квалифицированного монтажа.
РЕСУРС: от 5000 до 15000 литров при более высоком качестве очистки воды. Рекомендуемые сроки замены картриджей – каждые 6 месяцев.
Для эксперимента мы взяли два фильтра очистки воды: «кувшин» и «стационарный фильтр». Эффективность фильтров мы рассмотрели по содержанию трех ингредиентов: общая жесткость, магний, кальций (результаты в приложении 3).
Определение общей жесткости воды
и раздельное определение жесткости за счет присутствия
Цель работы: определить общую и раздельную жесткость воды за счет присутствия ионов кальция и магния методом комплексонометрии.
Сущность работы. Общая жесткость воды определяется наличием в ней ионов Са 2+ и Мg 2+ . В качестве рабочего вещества применяют комплексон III (ЭДТА). При определении общей жесткости воды используют индикатор эриохром черный Т, а при определении жесткости за счет присутствия ионов Са 2+ – мурексид. Определение общей и раздельной жесткости воды ведут в щелочной среде.
MgInd – + Na 2 H 2 Y ⇄ Na 2 MgY + HInd 2– + H +
Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворимых солей кальция и магния. Различают временную жесткость (за счет присутствия бикарбонатов кальция и магния) и постоянную (за счет присутствия сульфатов и хлоридов). Временную жесткость можно удалить кипячением:
Выпавшие в осадок CaCO 3 и Mg(OH) 2 понижают концентрацию ионов кальция и магния в воде и жесткость воды уменьшается. Жесткость воды выражают в ммоль/дм 3 . В зависимости от величины жесткости различают:
- вода очень мягкая – до 1,5 ммоль/дм 3 ;
- мягкая – 1,5 – 3 ммоль/дм 3 ;
- средней жесткости – 3 – 6 ммоль/дм 3 ;
- жесткая – 6 – 9 ммоль/дм 3 ;
- очень жесткая – более 9 ммоль/дм 3 .
Оборудование и реактивы: бюретка вместимостью 25,00 см 3 ; воронка; мерный цилиндр вместимостью 10 см 3 ; колба коническая для титрования; стакан для слива; стакан вместимостью 50 см 3 ; пипетка вместимостью 10,00 см 3 ; раствор ЭДТА, С экв (ЭДТА) = 0,0500 моль/дм 3 ; индикаторы – эриохром черный Т и мурексид; аммиачно-аммонийный буферный раствор; раствор КОН, С(КОН) = 2 моль/дм 3 ; анализируемая вода со средней жесткостью 3 – 6 ммоль/дм 3 .
Методика выполнения анализа
1. Определение общей жесткости воды.
Аликвотную часть анализируемой воды переносят в колбу для титрования, добавляют 5 см 3 аммиачно-буферной смеси и индикатор эриохром черный Т. Затем титруют раствор комплексоном III до перехода окраски из винно-красной в ярко-голубую. Последние капли добавляют медленно, тщательно перемешивая раствор. Вычисление общей жесткости воды производят по формуле:
где С экв.(ЭДТА) – молярная концентрация эквивалентов раствора ЭДТА, моль/дм 3 ; V (ЭДТА) – средний объем ЭДТА, израсходованный на титрование, см 3 ;
V ал.ч.(Н 2 О) – аликвотная часть анализируемой воды, см 3 .
2. Определение раздельной жесткости воды за счет присутствия в воде ионов Са 2+ и Mg 2+ .
Аликвотную часть анализируемой воды переносят в колбу для титрования, добавляют 5 см 3 раствора КОН и индикатор мурексид. Затем титруют медленно комплексоном III до перехода окраски раствора из ярко-розовой в лиловую. Рассчитывают жесткость воды за счет присутствия ионов кальция по формуле:
Расчет жесткости воды за счет присутствия ионов магния проводят по формуле:
где Ж(Н 2 О) – общая жесткость воды, ммоль/дм 3 ; Ж(Са 2+ ) – жесткость воды за счет присутствия в воде ионов Са 2+ , ммоль/дм 3 .
По результатам эксперимента можно сделать вывод, что вода из под крана жесткая, наиболее эффективным фильтром по уменьшению жесткости является фильтр типа «кувшин».
источник
Вода как участник процессов жизнедеятельности организма человека. Дополнительные устройства по очистке воды, их отличия по принципу действия, эффективности очистки и цене. Сорбционные фильтры «Барьер» и «Аквафор» кувшинного типа со сменными модулями.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
на тему: «Анализ эффективности бытовых очистителей воды»
Вода является активным участником процессов жизнедеятельности организма человека, поэтому от качества воды зависит состояние здоровья населения. В многочисленных публикациях доказывается взаимосвязь состояния здоровья населения и качества употребляемых питьевых вод.
На практике безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам СанПиН 2.1.4.1074-01 [1]. Потребители оценивают качество воды по органолептическим свойствам: запаху, привкусу, цветности, мутности. Правда в настоящее время этот метод может быть лишь приближенной оценкой качества воды, т.к. в связи с загрязнением поверхностных и подземных вод возрастает опасность присутствия в них мутагенных и канцерогенных соединений в концентрациях, которые не могут быть определены на основании органолептических показателей. Поэтому потребители руководствуются рекламой, либо приобретают воду, расфасованную в емкости, а также используют в быту локальные системы доочистки поступающей водопроводной воды.
Современный рынок предлагает широкий выбор дополнительных устройств по очистке воды, отличающихся по принципу действия, по эффективности очистки и по цене. Безусловно, прежде чем покупать бытовой фильтр, необходимо определить, от чего он должен очищать воду, т.к. в питьевой воде содержится много различных веществ, совершенно необходимых организму человека для его нормальной жизнедеятельности. Так, недостаток ионов кальция способствует развитию различных заболеваний сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата и т.д. Определенное содержание НСО3 — ионов влияет на состояние гидрокарбонатной буферной системы организма и, следовательно, на протолитический гомеостаз.
Поэтому представляет интерес исследование эффективности работы некоторых наиболее распространенных очистительных фильтров и анализ качества очищенной ими воды.
Материалы и методы. Для исследования были использованы следующие фильтры: сорбционные фильтры «Барьер» и «Аквафор» кувшинного типа со сменными модулями (кассетами) и устройство «Изумруд», в основе работы которого лежит также процесс электролиза.
Сменная кассета фильтра «Барьер» содержит кокосовый активированный уголь, который очищает от активного хлора, органических и хлорорганических веществ, пестицидов, нефтепродуктов; устраняет неприятные запахи и привкусы. Предварительная обработка активированного угля серебром предотвращает возможность размножения бактерий внутри фильтра. Сменная кассета включает также ионообменную смолу для очистки от ионов токсичных металлов, тяжелых металлов и для снижения жесткости. Возможно дополнительное включение фторирующего компонента для фторирования воды до гигиенических нормативов и волокнистого ионообменного материала для эффективной очистки от ионов железа. Нами использовался фильтр «Стандарт» без указанных выше дополнительных включений.
Сменный фильтрующий модуль «Аквафора» содержит запатентованное ионообменное волокно АКВАЛЕН, гранулированный активированный уголь, сульфокатионит в натриевой форме и карбоксильный катионит в водородной форме.
Очистительное устройство «Изумруд» в дополнение к фильтрам использует способ, основанный на электролизе, что дополнительно очищает воду от механических примесей. Очистительный потенциал «Изумруда » выше, но он более дорог, требует специальной установки и очищает только водопроводную воду.
Для очистки указанными фильтрами использовали следующие воды: водопроводная, бутилированная вода «Угорская» и артезианская негазированная вода «Здравница», реализуемая в киосках г. Екатеринбурга.
Анализ исследуемых вод до и после пропускания через фильтры проводили по следующим методикам: спектрофотометрия на спектрофотометре LEKI модели LEKI SS 2109 UV, потенциометрия на иономере «Анион 4100», кондуктометрия на кондуктометре «Анион 7020»; объемные методы анализа: комплексонометрия, нейтрализация.
Результаты исследования и их обсуждение. С использованием перечисленных методов анализа снимали спектры поглощения исследуемых вод в ультрафиолетовой области спектра от 200 до 300 нм, определяли удельную электропроводность, водородный показатель и окислительно-восстановительный потенциал, общую жесткость и щелочность вод. Результаты исследований представлены в таблице. В таблицу также включены аналогичные показатели качества воды до очистки.
Показатели качества воды до и после очистки (293 К)
Окислительно-восстановительный потенциал, мВ
источник
Секция: Технические науки
XLII Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»
Эколого-экономическое обоснование применения бытовых фильтров для очистки питьевой воды
Качество потребляемой воды оказывает большое влияние на здоровье человека. Тем временем надо признать, что водопроводная вода не всегда обладает необходимыми характеристиками. Ее использование день за днем повышает риск развития опасных заболеваний. Единственным выходом в данной ситуации является использование бытовых фильтров для воды. Чтобы не ошибиться при покупке, следует знать, какие типы очистительных устройств сегодня предлагают покупателям, каковы принципы их работы и особенности эксплуатации [4].
Цель: Проанализировать экономическую и экологическую эффективность применения бытовых фильтров для очистки питьевой воды.
1. Проанализировать литературные источники о бытовых фильтрах;
2. Дать эколого-экономическое обоснование использования фильтров-кувшинов торговых марок – «Аквафор» и «Барьер».
3. Разработать рекомендации по выбору бытовых фильтров, в зависимости от качественных показателей питьевой воды.
Объект исследования: бытовые фильтры для очистки питьевой воды.
Предмет исследования: экономическая и экологическая эффективность бытовых фильтров для очистки питьевой воды.
Классификация бытовых фильтров по методу очистки:
Рассмотрим более подробно бытовые фильтры по физико-химическому методу очистки:
А теперь рассмотрим наполнение картриджей бытовых фильтров по физико-химическому методу очистки:
· Активированный уголь с минеральной крошкой [2].
Насадка на водопроводный кран
Фильтр-насадка на кран – это компактное устройство для очистки проточной воды (рисунок 1) [1].
Рисунок 1. Насадка на водопроводный кран
Принцип работы фильтра: подсоединяется к водопроводному крану, дается небольшой напор воды (холодной), и вода, проходя через установленный внутри фильтра сменный картридж (смесь активированного угля и минеральной крошки), очищается. Отфильтрованная, она выходит из специального носика (трубочки) фильтра и собирается в любой емкости (стакан, кувшин, кастрюля и т.д.). После этой процедуры фильтры снимаются с крана (если они съемные) или всегда остаются на нем (несъемные) [7].
· медленная подача чистой воды [6].
Фильтр кувшинного типа
Простейшим представителем домашних фильтров является фильтр-кувшин (рисунок 2). Именно простотой обусловлена его широкая распространенность.
Рисунок 2. Фильтр кувшинного типа
Фильтр-кувшин представляет собой сосуд из двух емкостей: приемной воронки, накопительного кувшина и фильтр-элемента. Вода любым способом (из крана, кружкой) наливается в приемную воронку, затем проходит через фильтрующий элемент (активированный уголь) и уже отфильтрованная попадает в накопительный кувшин [9].
· не требует специальной установки;
· возможность очистки от конкретного вида загрязнений (в зависимости от состава воды подбирается «начинка» фильтра).
· частая замена картриджа (ориентировочно раз в 45 дней);
· затраты на обслуживание (сменный блок стоит ненамного дешевле всего фильтра);
· не очистит воду одновременно от разных примесей [6].
Настольный фильтр
Настольный фильтр — это устройство, имеющее размер кувшина или ящика, которое на время фильтрации располагается рядом с краном или закреплено около крана на стене (рисунок 3).
Рисунок 3. Настольный фильтр
Принцип работы фильтра: подсоединяется шанг к крану, отрегулировали напор воды (у каждого фильтра своя скорость фильтрации), и вода, проходя через картридж (смесь активированного угля и минеральной крошки) находящийся внутри корпуса фильтра, очищается. Уже очищенная, она выходит из специального носика (или трубочки) и собирается в емкость (стакан, кувшин, банка, кастрюля и т.п.) [8].
Преимущества:
Определим экономически и экологически выгодный фильтр для очистки питьевой воды, для этого сравним бытовые фильтры указанные в таблице 1.
Сравнение бытовых фильтров
источник
Научно-исследовательская работа моей ученицы по теме: «Анализ эффективности использования фильтра «Барьер» для очистки водопроводной воды г. Элисты»
XII Республиканская научно-практическая конференция школьников
Анализ эффективности использования фильтра «Барьер» для очистки водопроводной воды г. Элисты
Выполнила : ученица 11 класса
Шураева Екатерина Валерьевна
Место выполнения: г. Элиста,
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
«Калмыцкая национальная гимназия им. Кичикова А.Ш.»
Рыбакова Анна Владимировна,
Глава I .Актуальность исследования……………………………………………………….3
Глава II .Теоретические исследования……………………………………………………. 4
II .1. Общая характеристика свойств воды………………………………………..4
II .2 .Мифы об очистке воды ……………………………………………………. 5
II .3 .Методы очистки питьевой воды ……………………………………………..6
II .4 . Очистка воды от солей жесткости ……………………………………………7
II .5 . Очистка воды активированным углем ……………………………………….7
Глава III .Методы исследования водопроводной и очищенной фильтром воды. ……..8
III .1 . Органолептические методы исследования воды…………………………….8
III .2 .Качественные методы анализа воды…………………………………………9
III .3 .Количественные методы анализа воды ……………………………………..11
Глава IV . Результаты исследований…………………………………………..……………13
Список источников информации………………………………………………………. 15
Самое привычное и самое невероятное вещество на Земле – вода. Значение воды невозможно переоценить в жизни всего живого на планете, она присутствует в каждом мгновении нашего существования.
Вода является активным участником процессов жизнедеятельности организма человека, поэтому от качества воды зависит состояние здоровья населения.
На практике безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам СанПиН 2.1.4.1074-01 [7]. Потребители оценивают качество воды по органолептическим свойствам: запаху, привкусу, цветности, мутности.
Современный рынок предлагает широкий выбор дополнительных устройств по очистке воды, отличающихся по принципу действия, по эффективности очистки и по цене. Самое главное — определить, от чего он должен очищать воду.
Поэтому, потребители руководствуются рекламой, либо приобретают воду, расфасованную в пластиковую тару, а также используют в быту локальные системы доочистки поступающей водопроводной воды.
Таким образом, представляет интерес исследование эффективности работы наиболее распространенных в г.Элисте очистительных фильтров и анализ качества очищенной ими воды.
Глава I . Актуальность исследования
От того какую воду мы пьем, зависит наше здоровье, качество и продолжительность жизни. Не секрет, что до недавнего прошлого водопроводная вода в Республике Калмыкия и в г. Элиста по уровню минерализации не подходила даже под категорию «вод технического назначения». Однако, многие жители города старшего поколения употребляют водопроводную воду в качестве питьевой, или используют фильтры кувшинного типа. Возникает вопрос: насколько эффективны широко разрекламированные фильтры «Барьер» для очистки водопроводной воды города Элисты.
I .1 Цель и задачи исследования
Цель исследования: изучить химический состав водопроводной воды г. Элиста и исследовать эффективность применения кувшинных фильтров типа «Барьер» для доочистки водопроводной воды.
В рамках данной цели ставились следующие задачи:
Провести органолептические, качественные и количественные анализы водопроводной воды;
Выполнить органолептические, качественные и количественные анализы воды, очищенной фильтром «Барьер»;
Проанализировать результаты исследований и дать рекомендации по использованию водопроводной воды, очищенной фильтром «Барьер».
Водопроводная вода г. Элиста и вода, очищенная бытовым фильтром с угольным наполнителем «Барьер», фильтр № 6 для очищения от карбонатной жесткости.
Для сравнения брались данные по питьевой бутилированной воде « Bon Aqua ».
Глава II .Теоретические исследования
II .1 Общая характеристика свойств воды
Огромная роль воды в жизни человека и природы послужила причиной того, что она была одним из первых соединений, привлекших внимание учёных. Тем не менее, изучение воды ещё далеко не закончено.
Вода в силу популярности её молекул способствует разложению контактирующих с ней молекул солей на ионы, но сама вода проявляет большую устойчивость и в химически чистой воде содержится очень мало ионов по H + и OH — .
Вода – инертный растворитель; химически не изменяется под действием большинства технических соединений, которые она растворяет. Это очень важно для всех живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно мало измененном виде.
Даже из свежевыпавшей дождевой воды можно выделить несколько десятков миллиграммов различных растворенных в ней веществ на каждый литр объема. Абсолютно чистую воду никогда и никому ещё не удавалось получить ни в одном из её агрегатных состояний; химически чистую воду, в значительной мере лишенную растворенных веществ, производят путем длительной и кропотливой очистки в лабораториях или на специальных промышленных установках.
Вода хорошо растворяет газы (особенно при низких температурах), главным образом кислород, азот, диоксид углерода, сероводород. Количество кислорода иногда достигает 6 мг/л. В минеральных водах типа нарзан общее содержание газов может составлять до 0,1%. В природной воде присутствуют гумусовые вещества – сложные органические соединения, образующиеся в результате неполного распада остатков растительных и животных тканей, а также соединения типа белков, сахаров, спиртов.
Вода обладает исключительно высокой теплоемкостью. Теплоемкость воды принята за единицу. Теплоемкость песка, например, составляет 0,2, а железа — лишь 0,107 теплоемкости воды. Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглаживать резкие температурные колебания на прибрежных участках Земли в различные времена года и в различную пору суток: вода выступает как бы регулятором температуры на всей нашей планете.
Следует отметить особое свойство воды – её высокое поверхностное натяжение — 72,7 эрг/см 2 (при 20˚ С). В этом отношении из всех видов жидкостей вода уступает только ртути. Подобное свойство воды во многом обусловлено водородными связями между отдельными молекулами H 2 O . Особенно наглядно проявляется поверхностное натяжение в прилипании воды ко многим поверхностям – смачивании.
Смачивание и поверхностное натяжение лежат в составе явления, названного капилярностью: в узких каналах вода способна подниматься на высоту гораздо большую, чем та, которую “ позволяет” сила тяжести для столбика данного сечения.
В капилярах вода обладает поразительными свойствами. Б.В.Дерягин установил, что в капилярах вода, сконденсировавшаяся из водяного пара, не замерзает при 0 0 и даже при снижении температуры на десятки градусов. При 50000˚С водяной пар со взрывом нацело разлагается на водород и кислород.
Вода весьма реакционноспособное вещество: может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Так, под действием сильных восстановителей вода проявляет окислительные свойства: на холоде окисляет щелочные и щелочноземельные металлы, а при температуре накаливания – железо, углерод и др. [1]
II.2. Мифы об очистке воды.
Значительная часть населения понимает, что городские коммунальные станции очистки воды давно уже не справляются со своими обязанностями, предлагая потребителям, так называемую, условно чистую воду, особенно в г. Элисте. Ее употребление в течении длительного времени приводит к различным заболеваниям и расстройствах здоровья, длительное лечение которых стоит намного дороже, чем самый дорогой бытовой фильтр для очистки воды. Однако, даже несмотря на очевидные недостатки использования в быту условно чистой питьевой воды, они не являются для некоторых потребителей решающим фактором в пользу установки бытового фильтра. Причина — ряд стойких мифов об очистке воды в бытовых условиях, которые применяются для рекламы фильтров типа «Барьер».
«Бутилированная вода чище, чем фильтрованная » .
Бутилированная вода — она же и есть фильтрованная (если только не природная минеральная). Эта вода очищается при помощи технологии обратного осмоса и затем упаковывается в бутыли. При этом неизвестно, какое количество времени она простоит в этих бутылях, прежде чем попасть к конечному потребителю. За это время упаковка–то есть сама бутыль — может выделить в воду химические вещества из своего состава.
«Кипячение очищает воду».
Кипячение – это термический процесс, который ускоряет химические реакции между органическими компонентами в воде и активным хлором. В результате таких реакций образуются диоксины – химические вещества, подавляющие иммунитет и вызывающие онкологические заболевания.
«Можно очистить воду серебром ».
Способность серебра сдерживать рост и размножение бактерий давно используется при необходимости длительного хранения питьевой воды, но для достижения выраженного бактерицидного эффекта необходима концентрация серебра, которая делает воду токсичной для организма. При этом серебро не способно очищать воду от органических и неорганических химических веществ! Также, нельзя забывать, что серебро является тяжелым металлом 2 класса, т.е. высокоопасным веществом, и накапливается в организме.
«Можно очистить воду с помощью замораживания».
Действительно, такой способ очистки возможен. Проще всего описать так: очистить воду от механических взвесей (ржавчина, окалина и т.п.), поместить сосуд в морозилку и дождаться когда появится тонкий ледок. Снять тонкий ледок. Опять поместить в морозилку и дождаться, когда вода замерзнет по периметру, а внутри останется цилиндр воды, которую надо слить. Обмыть чистой водой замерзший ледяной периметр и растопить его. Получится действительно чистая вода. Однако процесс такой очистки требует времени и внимания, чтобы быть выполненным правильно. Проще и быстрей очистить воду с помощью бытового фильтра.
«Родниковую и колодезную воду можно пить без кипячения».
И родниковая и колодезная вода считаются открытыми источниками воды, и микробиологический состав в них может меняться ежечасно. Гарантию чистоты такой воды никто дать не может. Если у вас не возникает диарея после употребления родниковой и колодезной воды, это означает лишь то, что у вас хороший иммунитет. [2]
II .3 Методы очистки питьевой воды
Методы очистки воды – способы отделения воды от нежелательных примесей и элементов.
Очистка питьевой воды — это своего рода изменение ее состава, удаление вредных элементов и соединений. Но вода у всех разная, поэтому и фильтры подбираются индивидуально, в зависимости от качества исходной воды. Очень часто для более эффективной очистки питьевой воды используют несколько способов сразу.
II .4 Очистка воды от солей жесткости
Показателем качества питьевой воды является её минерализация. Общая минерализация — это количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Его еще называют солесодержанием, так как вещества, растворенные в воде, находятся в виде солей. Наиболее распространенные неорганические соли (гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде.[3].
Гидрокарбонаты кальция и магния образуют карбонатную или временную жесткость воды, которая полностью устраняется при кипячении воды в течение часа. В процессе кипячения растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, выпадающие в виде белого осадка или накипи, с выделением при этом углекислого газа. Соли же сильных кислот, например, сульфаты и хлориды кальция и магния – образуют некарбонатную или постоянную жесткость, не изменяющуюся при кипячении воды.
Накипь в чайнике – типичное проявление действия солей жесткости. В жесткой воде хуже пенится стиральный порошок и мыло. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, в пивоварении, производстве водки, негативно влияет на стабильность майонезов и соусов. Чай и кофе тоже лучше заваривать мягкой водой.
II .5 Очистка воды активированным углем
Очистка воды на активированном угле чаще всего применяется на одной из последних ступеней очистки и является одним из классических способов получения питьевой воды. Такую дополнительную очистку воды необходимо в тех случаях, когда требуется устранить незначительные нарушения показателей цветности, вкуса и запаха воды.
Активные угли также используются для очистки муниципальной водопроводной воды от хлора и хлорсодержащих соединений [5], а также применяются в бытовых водоочистителях кувшинного типа со сменными кассетами. Сменная кассета фильтра «Барьер» содержит кокосовый активированный уголь, который очищает от активного хлора, органических и хлорорганических веществ, пестицидов, нефтепродуктов; устраняет неприятные запахи и привкусы. Предварительная обработка активированного угля серебром предотвращает возможность размножения бактерий внутри фильтра. Сменная кассета включает также ионообменную смолу для очистки от ионов токсичных металлов, тяжелых металлов и для снижения жесткости.
Глава III . Методы исследования водопроводной и очищенной фильтром воды
III .1 Органолептические методы исследования воды
Определение органолептических показателей воды является важным этапом ее анализа на пригодность для питья. Органолептическими свойствами воды называются те ее параметры, которые воспринимаются органами чувств человека и оцениваются по интенсивности их восприятия. К ним относятся вкус и привкус, запах, окраска, мутность и др. Несоответствие этих параметров воды оптимальным, как правило, является основанием для более тщательного химического анализа. Органолептическую оценку проводят путем дегустации — опробования, отвердевания. Для выполнения органолептического анализа человек должен иметь необходимый минимум сенсорной способности (это способность органов чувств к восприятию вкуса, запаха, цвета и др.).
Цветность воды определяется в градусах. Вода, имеющая цветность 20 градусов, считается бесцветной. Вода, не подвергающаяся перед подачей потребителю обесцвечиванию, должна иметь цветность не выше 20 градусов.
Опыт №1. Определение цвета воды.
Ход работы: заполнить пробирку водопроводной водой, затем рассматривать её на фоне белого листа бумаги сначала сбоку, а затем, сверху. Результаты приведены в таблице.
Определение прозрачности воды
Воду, в зависимости от степени прозрачности, условно подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно наблюдать напечатанный на белой бумаге шрифт средней жирности высотой 3.5 мм. Результаты выражаются в сантиметрах с указанием способа измерения.
Опыт №2. Определение прозрачности воды.
Ход работы: для опыта использовался прозрачный мерный цилиндр диаметром 2 см, высотой 35 см. Итоги опыта приведены в виде таблицы.
Химически чистая вода совершенно лишена вкуса и запаха. Запах воде придают вещества, которые попадают в неё естественным путём или со сточными водами. Характер запаха и его интенсивность определяют при 20 и 60 °С.
Опыт №3. Определение запаха воды.
Вкус воды определяется растворенными в ней веществами органического и неорганического происхождения и различается по характеру и интенсивности.
Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами (щелочной, металлический, вяжущий и т.п.) [6].
Опыт №4. Определение вкуса воды.
III .2 Качественные методы анализа воды
Качественные методы анализа основаны на определении самого факта присутствия в образцах воды тех или иных элементов (ионов) , радикалов , функциональных групп, соединений или фаз.
Если же рассматривать некоторые качественные характеристики питьевой воды, то питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию ( pH – около 7), т. е. не иметь свободных кислот и щелочей.
Для питьевой и хозяйственно – бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9 [7].
Водородный показатель можно исследовать с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой. Для этого смачивают бумажную ленточку индикатора водой, наблюдают за изменением ее окраски и сравнивают её с цветовой шкалой.
Опыт №5. Определение водородного показателя
Хлорид-ион — самый распространенный в организме человека анион, который играет важную роль в обеспечении осмотического давления межклеточной жидкости и крови и поддержании водно-электролитного баланса.
Для определения хлорид – ионов к 5 мл исследуемой воды добавляют 3 капли 10% раствора AgNO 3 . Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению (таблица 1 приложения).
Опыт №7. Определение хлоридов
Предельно допустимая концентрация (ПДК) общего железа в воде водоемов и в питьевой воде составляет 0,3 мг/л [7].
Результаты наших исследований представлены в таблице
Наливают в пробирку 10 мл исследуемой воды, добавляют 2 капли концентрированной HNO 3 и 1 мл 20%-ного раствора роданида калия или аммония. Содержимое пробирки перемешивают и визуально определяют приблизительную концентрацию железа в соответствии с таблицей 2 приложения.
Различают общую, временную и постоянную жесткость воды . Общая жесткость обусловлена присутствием растворимых соединений кальция и магния. Временная жесткость иначе называется устранимой, или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная жесткость (некарбонатная) вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния.
Для определения карбонатной жесткости наливают в склянку 10 мл анализируемой воды и добавляют 5-6 капель фенолфталеина. Возникновение розовой окраски говорит о наличии карбонат – ионов. Если окраска не появляется, то карбонат – ионы в пробе отсутствуют [8].
Опыт №8. Определение временной (гидрокарбонатной) жесткости, мг*экв\л
III .3 Количественные методы анализа воды
Количественный анализ — совокупность методов аналитической химии для определения количества (содержания) элементов ( ионов ), радикалов , функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте.
Классическим методом количественного анализа является титриметрический (объемный) анализ . Титриметрический метод анализа является разделом количественного анализа, в котором содержание вещества определяется путем точного измерения объема раствора реагента (титранта), вступившего в химическую реакцию с определяемым веществом [9].
К измеренному пипеткой объему анализируемого раствора, находящегося в конической колбе, постепенно прибавляют из бюретки титрованный (т. е. с известной концентрацией) раствор реактива. Титрование заканчивают, когда анализируемое вещество полностью прореагирует с добавляемым реактивом. Конец титрования устанавливают по изменению окраски соответствующего индикатора или другими способами. По шкале бюретки определяют объем раствора реагента, пошедшего на титрование. Нормальную концентрацию С1 и титр Т раствора анализируемого вещества вычисляют по формулам: 
где υ 2 и С 2 — объем и нормальная концентрация раствора реактива соответственно, а Э — эквивалентный вес анализируемого вещества. Такой метод титрования называют прямым титрованием.
Иногда необходимо применять обратное титрование. В этом случае к объему v1 анализируемого раствора прибавляют избыточный точно измеренный объем соответствующего раствора реагента (реактив I). Не вступивший в реакцию избыток этого реагента титруют раствором другого реагента (реактив II). Нормальную концентрацию С1 и титр Т раствора анализируемого вещества вычисляют по формулам: 
где υ 2 , υ 3 и С 2 , С 3 — объемы титрованных растворов реагентов I и II и их нормальные концентрации соответственно [10].
Краткая методика титрования
В коническую колбу вносят 10 см 3 0,05 н. раствора хлористого цинка или 10 см 3 0,05 н. раствора сернокислого магния и разбавляют дистиллированной водой до 100 см 3 . Прибавляют 5 см 3 буферного раствора, 5-7 капель индикатора и титруют при сильном взбалтывании раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке. Окраска должна быть синей с фиолетовым оттенком при прибавлении индикатора хрома темно-синего и синей с зеленоватым оттенком при прибавлении индикатора хромогена черного.
Т
итрование следует проводить на фоне контрольной пробы, которой может быть слегка перетитрованная проба.
Именно таким методом количественного анализа в химической лаборатории Калмыцкого государственного университета им. Б .Б. Городовикова нам определили общую жесткость и концентрацию некоторых ионов водопроводной воды, и воды, дочищенной фильтром «Барьер».
Жесткость воды характеризуется содержанием в воде солей кальция и магния, выраженной в мг экв/кг. Жесткость бывает общая, временная (карбонатная) и постоянная:
Классификация вод по содержанию солей приведена в таблице 3 приложения.
Опыт №9. Определение общей жесткости, мг*экв\л
Опыт № 10 Содержание ионов Mg 2+ мг*экв\л (рис. 4 приложения) Опыт № 11 Содержание ионов Ca 2+ , мг*экв\л (рис. 6 приложения)
Глава IV . Результаты исследований
Результаты органолептических методов исследования.
По органолептическим свойствам все три пробы воды являются пригодными для питьевых нужд: цветность профильтрованной воды немного выше, чем у водопроводной; по прозрачности – все пробы имеют результат 35 см; при температуре 20 градусов запах во всех пробах отсутствует, при 60 градусах – проявляется запахи побочных веществ, попавших в воду из системы водопроводных труб и из сменной кассеты фильтра «Барьер»; вкус и привкус во всех пробах отсутствует.
Результаты качественных методов анализа
Среду в исследуемых образцах воды мы определили как слабокислую, что обусловлено химическим составом почв в Республике Калмыкия. Наиболее кислой ( pH =5) выявилась среда в водопроводной воде, наименее кислой ( pH =6,5) – в бутилированной воде Bon Agua (рис.1 приложения)
Во всех образцах зафиксировано наличие хлорид-ионов, особенно большое количество солей соляной кислоты- в очищенной питьевой воде Bon agua , наименьшее – в очищенной фильтром «Барьер», что связано с адсорбирующими свойствами угольного наполнителя кассеты фильтра (рис.3 приложения).
В наших опытах во всех образцах (кроме Bon Agua ) обнаружилось содержание ионов железа. Наибольшая концентрация ионов в водопроводной воде. Зафиксировано превышения ПДК ионов железа более чем в три раза. Возможно, из-за контакта с железными трубами, по которым вода подводится к потребителю (рис.2 приложения)
Результаты количественных методов анализа
Анализируя количественные анализы воды, мы выявили, что pH водопроводной воды = 5 (среда слабокислая) а отфильтрованной воды = 6. Фильтр незначительно снизил кислотность воды. Среда питьевой бутилированной воды Bon Aqua = 6,5, что приближается к нейтральной среде.
По содержанию различных ионов, фильтр также незначительно уменьшил их количество, например, Ca 2+ с 3,3 до 2,0 мг*экв\л, Mg 2+ на 0,1 мг*экв\л, Cl — c 2,5 до 2,0 мг*экв\л, Fe +2 в 4 раза.
Показатели временной гидрокарбонатной жесткости остались неизменными – 1 мг*экв\л, а в бутилированной воде – 3,0 мг*экв\л. (рис.5 приложения).
Показатель общей жесткости в водопроводной воде составил – 3,7 мг*экв\л, в очищенной фильтром – 3,0 мг*экв\л, в бутилированной воде – 2-3,5 мг*экв/л. (рис. 7 приложения).
В классификации вод по показателям постоянной жесткости, водопроводная вода г. Элисты может отнестись к водам умеренной жесткости.
Для проведения количественного анализа воды мы обращались на кафедру химии Калмыцкого государственного университета им. Б.Б. Городовикова.
В результате проделанной работы решены все поставленные задачи.
Был изучен химический состав водопроводной воды г. Элиста и исследована эффективность применения кувшинных фильтров типа «Барьер» для доочистки водопроводной воды. Проведены органолептические, качественные и количественные анализы водопроводной воды, и воды, очищенной фильтром «Барьер»
При проведении сравнительного анализа физических и химических показателей воды установлено, что вся исследуемая вода соответствует государственным стандартам.
Выявлено, что агрессивная реклама кувшинных фильтров «Барьер», проводимая в СМИ – преувеличена. Угольный фильтр № 6, предназначенный для очистки питьевой воды от карбонатной жесткости весьма незначительно справляется с этой задачей. Возможно, что на этот показатель влияет время эксплуатации фильтра. В наших опытах мы исследовали фильтр после 1 месяца эксплуатации. В будущем, можно исследовать новый фильтр, фильтр после 1 месяца эксплуатации, и после 2 месяцев.
В 2014 году общая жесткость водопроводной воды в г. Элиста составляла 12,4 мг/экв*кг [10], в 2016 году – 3,7 мг/экв*л. Причина такого резкого изменения общей жесткости нам неизвестна.
Основные рекомендации, которые можно дать рядовому потребителю г. Элисты:
Применять водопроводную воду для питьевых нужд крайне нежелательно;
Бытовые фильтры кувшинного типа для очистки водопроводной воды города Элисты – малоэффективны;
Лучше всего использовать специальные фильтры многоступенчатой очистки;
источник
Вода — основа жизни. Без воды человек не проживет и недели.
В организме человека вода увлажняет кислород для дыхания, регулирует температуру тела, помогает организму усваивать питательные вещества, защищает жизненно важные органы, смазывает суставы, участвует в обмене веществ, выводит различные отходы из организма. Регулярное потребление воды улучшает мышление и координационные действия мозга.
Однако, все это справедливо, если питьевая вода хорошего качества.
Мы живем в эпоху высокого уровня загрязнения среды, в том числе водоемов, которые используются для получения питьевой воды. Паводки или сезонные ливни приносят с собой в реки и озера много вредных веществ: всевозможные химические удобрения, растворенные в осадках выбросы промышленного производства, транспорта. Неблагоприятная экологическая обстановка стимулирует развитие болезнетворных микроорганизмов.
Централизованные системы водоснабжения делают все необходимое, чтобы качество воды соответствовало нормам СанПиН. Однако плачевное состояние распределительных сетей дает возможность вторичного загрязнения (внутри труб находятся песок, ржавчина, ил). Употребление такой воды влечет за собой множество разнообразных проблем. Поэтому вопросы водоочистки актуальны в настоящее время.
Гипотеза – использование фильтра улучшает качество воды.
Объект исследования – питьевая вода
Предмет исследования – физико-химические свойства питьевой воды.
Цель исследования – сравнение физико-химические характеристик водопроводной и фильтрованной воды.
Перед исследованием были поставлены следующие задачи:
Изучить теорию по данной теме.
Подобрать методики для оценки качества питьевой воды.
Провести проверку электропроводности нескольких жидких веществ.
Провести опыты по измерению времени закипания воды.
Качественно оценить жесткость питьевой воды.
Качественно оценить содержание хлора в воде.
Оценить необходимость использования бытового фильтра.
Сравнить бытовые фильтры для воды разных производителей.
ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
§1. Показатели качества питьевой воды.
К физическим показателям качества воды относят температуру, запах, привкус, цветность, мутность. Они определяют органолептические качества.
Химические показатели характеризуют химический состав воды. К ним обычно относят: водородный показатель воды рН, жесткость и щелочность, минерализация, содержание органических и неорганических веществ.
Санитарно-бактериологические показатели характеризуют общую бактериальную загрязненность воды, загрязненность ее кишечной палочкой, содержание в воде токсичных и радиоактивных компонентов.
§2. Органолептические показатели.
Органолептические свойства — это свойства, которые определяются органами чувств человека (осязанием, обонянием, вкусом, зрением).
Запах воды может быть: болотный, гнилостный, землистый, сероводородный, ароматический, хлорный, фенольный, нефтяной и др.
Привкус воды : кисловатый, солоноватый, горьковатый, сладковатый.
Наличие запахов и привкусов говорит о содержании в воде газов, минеральных солей, органических веществ, микроорганизмов.
Оценка запахов и привкусов проводится на основании учета их интенсивности и характера. Интенсивность определяется по пятибалльной шкале (Приложение 1). Вода, используемая для питья, не должна иметь при температуре 60 о С оценку более 2 баллов.
Под цветностью понимается естественная окраска природной и питьевой воды. Цветность косвенно характеризует наличие в воде некоторых органических и неорганических растворенных веществ. Для измерения цветности воды используется хромово-кобальтовая шкала, с помощью которой возможна имитация природной цветности воды.
Мутность— иначе прозрачность. Зависит от наличия в воде взвешенных частиц. Использование мутной воды для питьевого водоснабжения нежелательно и даже недопустимо. Измеряется мутность в миллиграммах на литр (мг/л) при сравнении исследуемой воды с образцом дистиллированной воды при одинаковом освещении и при помощи специальных приборов (мутномера, фотокалориметр и других).
Общая минерализация — суммарная концентрация анионов, катионов и растворенных в воде органических веществ. Влияет на органолептические свойства воды (вкуса). По сухому остатку можно судить о содержании в воде неорганических солей. Вода с повышенной минерализацией влияет на секреторную деятельность желудка, нарушает водно-солевое равновесие. Содержание сухого остатка в питьевой воде нормируется величиной не более 1000 мг/л.
Жесткость воды — обусловлена наличием в ней катионов кальция и магния. Взаимодействуя с карбонатными ионами, при высоких температурах они образуют малорастворимые соли. Поэтому жесткие воды могут образовывать накипь и отложения на бытовой технике, котлах, трубопроводах горячей воды. Установлена статистически достоверная связь между жесткостью воды и развитием сердечно-сосудистых заболеваний (частотой инфаркта миокарда). Есть предположение о роли жесткости воды в развитии мочекаменной болезни.
§ 4. Электропроводность воды.
Минерализация и соли жесткости влияют на электропроводность воды. Электропроводность – это способность вещества проводить электрический ток. Жидкости, проводящие ток, называются электролитами. Электрический ток в жидких проводниках представляет собой поток заряженных частиц вещества — ионов. Ионы возникают в растворе вследствие взаимодействия молекул растворяемого вещества с молекулами растворителя (воды).Процесс распада вещества на свободные ионы при его растворении или расплавлении называют электролитической диссоциацией.
Ионы в растворах электролитов, как и свободные электроны в металлах, движутся беспорядочно. Но когда электроды присоединяют к полюсам источника тока, в растворе возникает электрическое поле. Под воздействием поля ионы, сохраняя хаотическое движение, одновременно начинают двигаться в определенном направлении. Положительные ионы направляются к электроду, соединенному с отрицательным полюсом источника (катоду), а отрицательные ионы — к электроду, соединенному с положительным полюсом (аноду). Дойдя до соответствующих электродов, ионы отдают им свои заряды и, став атомами или молекулами, выделяются на электродах или вступают в химические реакции.
§5. Бытовые фильтры для очистки воды.
Фильтр для воды— устройство для очистки воды от механических, нерастворимых частиц, примесей, хлора и его производных, а также от вирусов, бактерий, тяжелых металлов.
Большое распространение получили фильтры – кувшины. Главным элементом кувшина является сменный фильтрующий картридж. На входе и выходе любого картриджа установлена сетка (мембрана) для механической доочистки воды от твердых включений и предотвращения попадания в воду фрагментов засыпки:
В качестве основного сорбционного элемента используется гранулированный активированный уголь (чаще всего – кокосовый).
В фильтрах, предназначенных для воды повышенной жесткости, применяется определенное количество ионообменной умягчающей смолы.
В большинстве картриджей используется серебро в ионизированной несмываемой форме. Его главная задача – предотвратить размножение бактерий внутри засыпки, обеззаразить сам картридж.
Залитая в приемную воронку вода под действием силы гравитации протекает через фильтрующий картридж, где проходит требуемую доочистку. Затем она скапливается в основном нижнем резервуаре, где находится до использования в питьевых целях (Приложение 2).
ГЛАВА 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
В данной работе исследовались органолептические показатели качества фильтрованной воды и воды из-под крана: цветность, запах, мутность (прозрачность). Общая жесткость воды была определена методом измерения электропроводности воды, а так же качественно оценена с помощью мыльного раствора. С помощью реакции на хлор, качественно определено содержание данного элемента в образцах воды.
В работе использовалась дистиллированная вода, вода из-под крана, вода, прошедшая очистку с помощью фильтров – кувшинов «Барьер» и «Аквафор».
Опыт 1. Определение цветности воды.
Оборудование: стеклянный стакан.
Методика эксперимента. В стеклянные стаканы налить 150мл исследуемой воды и сравнить с аналогичным столбиком дистиллированной воды. Рассмотреть её на свет на фоне белого листа бумаги, определить цвет.
Результаты эксперимента Приложение 3.
Опыт 2. Определение мутности (прозрачности) воды.
Методика эксперимента. В стеклянные стаканы налить 150мл исследуемой воды и сравнить с аналогичным столбиком дистиллированной воды. Рассмотреть её на фоне белого листа бумаги, оценить прозрачность.
Результаты эксперимента Приложение 4.
Опыт 3. Определение запаха воды.
Оборудование: колба емкостью 100мл, нагреватель, термометр.
Методика эксперимента. Исследуемую воду нагреть до температуры 60 °С. Характер запаха выразить описательно: без запаха, хлорный, сероводородный, болотный, гнилостный, плесневый и т. п. Интенсивность запаха оценить по пятибалльной шкале.
Результаты эксперимента Приложение 5.
Опыт 4. Определение электропроводности воды.
Оборудование: источник тока ВР24, соединительные провода, миллиамперметр, вольтметр, металлические электроды, растворы сульфата меди различной концентрации, стеклянный стакан, образцы воды.
Собрать электрическую цепь (Приложение 6).
Изменяя напряжение от 0В до 10В измерить силу тока, протекающего через дистиллированную воду, 5% и 13% растворы медного купороса в воде, водопроводную воду, воду, пропущенную через фильтры.
Результаты измерений занести в таблицу (Приложение 7).
Построить ВАХ исследуемых образцов (Приложение 8).
Аналогичные измерения провести для воды из-под крана и фильтрованной воды.
Результаты измерений силы тока и напряжения, а также вольтамперные характеристики представлены в Приложении 9 и Приложении 10.
Опыт 5. Качественная оценка жесткости воды.
Оборудование: пробирки с 8 мл исследуемой воды, одинаковое количество хозяйственного мыла.
Методика эксперимента. В пробирки с водой добавить равное количество мыльной стружки. Хорошо взболтать. По количеству образовавшейся пены визуально оценить жесткость: обильная пена – вода мягкая, мало пены – вода жёсткая.
Результаты эксперимента Приложение 11.
Опыт 6. Качественное определение наличия в образцах хлорсодержащих элементов.
Оборудование: пробирки с 5 мл воды, нитрат серебра (AgNO3). Методика эксперимента. В пробирки с 5 мл исследуемых образцов воды добавить одинаковое количество капель нитрата серебра. О наличии хлорсодержащих элементов можно судить по выпадению белого осадка.
Результаты эксперимента Приложение 12.
В ходе исследования произведено сравнение физико-химических свойств образцов воды по 6 показателям: цветность, прозрачность, запах, жесткость, электропроводность, содержание хлора.
Опыт показал, что исследуемые образцы не имеют цвета.
Прозрачность дистиллированной воды чуть выше, чем у остальных образцов.
Все образцы не имеют выраженного запаха.
Качественная оценка жесткости показала, что после пропускания через фильтр вода становится более мягкой. Об этом свидетельствовало наличие обильной пены в пробирках с фильтрованной водой. Можно сделать вывод, что после прохождения через фильтр количество солей жесткости уменьшается.
Пропуская электрический ток через дистиллированную воду, 5% и 13 % растворы сульфата меди было установлено, что электропроводность увеличивается с увеличением концентрации растворенного вещества.
В ходе эксперимента установлено, что водопроводная вода является проводником. Результаты работы подтверждают необходимость соблюдения ТБ при выполнении работ с электроприборами: нельзя выполнять данные работы мокрыми руками или в сырых помещениях, так как существует опасность поражения электрическим током.
Опыт показал, что электропроводность фильтрованной воды ниже, чем у воды из- под крана. Это свидетельствует об уменьшении концентрации растворенных веществ.
Детальный химический анализ в ходе эксперимента не проводился. Поэтому нет возможности сказать, ионы каких элементов задержал фильтр.
Качественная реакция на хлор подтвердила наличие данного элемента в водопроводной воде. После добавления в образцы нитрата серебра, наблюдается выпадение белого осадка. Хлор содержится и в фильтрованной воде (заметно помутнение). Хотя производители фильтров «Барьер» и «Аквафор» гарантируют удаление до 98% этого вещества.
В ходе проведенного исследования подтвердилась выдвинутая гипотеза: использование фильтров для воды улучшает некоторые показатели качества воды, а именно: жесткость, минерализацию.
Проведен сравнительный анализ фильтров «Барьер» и «Аквафор».
Фильтры- кувшины имеют одинаковый объем.
Одинаковый срок службы картриджей (смена раз в 3 месяца).
В ходе экспериментов заметных отличий в качестве очистки не обнаружено.
Данные, полученные в работе могут быть использованы на уроках физики, химии при изучении электрических свойств жидкостей, а также в качестве рекомендаций при покупке фильтров.
Химия. 8 класс: Учеб. для общеобразоват. учреждений/ О. С. Габриелян. – М.: Просвещение, 2010.
Ахманов М. Вода, которую мы пьем. Качество питьевой воды и ее очистка с помощью бытовых фильтров. СПб.: «Невский проспект», 2002.
Физика и астрономия: Учеб. для 8 кл. общеобразоват.учреждений/А.А. Пинский, В.Г. Разумовский, Н.К.Гладышева и др; Под ред.А.А. Пинского, В.Г. Разумовского. – М.: Просвещение ,1999.
источник