"Живи родник, живи!" Исследование качества родниковой воды.

Российский национальный юниорский конкурс водных проектов старшеклассников

Живи родник, живи!!!

(Исследование качества родниковой воды)

                     Выполнили:  Мацакян Армине (10 класс)

Алексеенко Аким(9 класс)

Камоликова Марина (9 класс)

Осадчая Галина (8 класс)

Руководитель: Шумская Светлана Петровна

                                                                                      учитель географии  и химии

МБОУ Марьевская средняя общеобразовательная школа

2012 год.

1.  Аннотация  проекта

Идею для проведения данной работы предложил учитель химии и географии Шумская Светлана Петровна. Участники школьного геоэкологического общества «Гранит» взяли инициативу в свои руки. Ребята нашли заброшенный родник, взяли пробу воды, заодно оценили состояние экологической тропы к роднику.  Для исследования качества воды провели сравнительный органолептический и химический анализы. За эталон взяли федоровскую воду, второй образец –   из местного водопровода, третий  -  родниковый, альтернативный источник питьевой воды для жителей села.

Цель проекта: Определить качество родниковой воды;

Задачи проекта:

1. Провести сравнительный органолептический и химический анализы трёх проб воды;
2. Предложить способы эффективного использования водных пресных ресурсов;
3. Найти альтернативный источник питьевой воды;

Методы:

1. сравнительные органолептические и химические анализы воды.

 Использование водных ресурсов для марьевчан является актуальной проблемой.

Местная водопроводная вода солоноватая, жесткая . Привозная федоровская вода мягкая, вкусная, но не бесплатная. Мы решили с помощью различных методов исследовать родниковую воду и найти альтернативный источник качественной питьевой воды.

10.12.2012 года взяли пробу родниковой воды. Провели сравнительные органолептические и химические исследования.  В ходе эксперимента выяснили: все образцы находятся в пределах нормы. Местная вода отличается солоноватым вкусом. Химический анализ показал, что все образцы имеют допустимые ПДК химических веществ.  Для более  профессионального исследования родниковой воды нужно выходить на местную администрацию. Если родниковая вода будет соответствовать стандартам качества, можно решить проблему питьевой воды села Марьевка.

Оглавление

1. Аннотация к проекту
2. Объект исследования
3. Результаты исследований

3.1. Органолептические методы исследования;

3.2. Химические методы исследования;

4. Выводы и прогнозы
5. Программа действий
6. Список использованной литературы
7. Приложения          

2. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Когда мы хотим подчеркнуть особую ценность чего-либо, мы как правило  сравниваем это с золотом. Зеленым золотом называют лес, белым  - хлопок, черным  - нефть. Но с чем же можно сравнить ценность обычной, простой воды? Ведь вода — бесценна!

Роль воды в жизни человека поистине огромна, и нет ни одного природного вещества, которое смогло бы сравниться с нею по влиянию на течение основных физиологических процессов в организме.  

Организм взрослого человека примерно на 65 % состоит из воды. Она входит в состав клеток, тканей, органов. В организме вода может быть свободной, составляя основу внутриклеточной и внеклеточной жидкости, входить в состав белков, жиров и углеводов и связанной в составе коллоидных систем. Большая ее часть заключена в клетках организма, а остальная - в межклеточной тканевой жидкости, крови, лимфе, пищеварительных соках и секретах различных желез. В крови содержание воды достигает 81%, мышцах – 75%, костях - 20%. Вода служит средой для различных биохимических реакций, происходящих в организме человека в процессе различных видов обмена веществ. Она участвует во всех физико-химических процессах в организме и необходима для введения питательных веществ в растворенном виде в кровь, для ассимиляции и диссимиляции, удаления в растворенном и полурастворенном виде конечных продуктов обмена и обеспечения теплового баланса организма путем испарения.

 Потребность человека в воде строго соответствует количеству теряемой организмом жидкости. В нормальных условиях потери воды у взрослого человека за одни сутки в среднем составляют более нескольких литров.

Необходимость воды для обеспечения жизнедеятельности человека обусловлена ролью, которую она играет в круговороте природы, а также в удовлетворении физиологических, гигиенических, эстетических потребностей человека. Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для различных целей тесно связано с обеспечением её необходимого качества.

Развитие промышленности, транспорта,  АПК и других сфер деятельности человека привели к значительному загрязнению гидросферы.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды. По данным ВОЗ, около 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Загрязнение водоемов промышленными и бытовыми стоками стало мировым бедствием. Над проблемой очистки и обеззараживания воды работают ученые многих стран, Россия не является исключением.В мире 2 млрд. человек имеют хронические заболевания в связи с использованием загрязнённой воды.

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

Серьёзную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения, обладая свойствами универсального растворителя.

В результате загрязнения питьевой воды могут возникнуть различные заболевания (см. приложение №1, таблица №1).

        Эти три пробы взяты не случайно…Население нашего села использует разную воду: артезианскую воду, которая поступает к потребителю по водопроводу, привозную из с.Федоровка, из собственных скважин на своих участках, дождевую. Как ни странно, но воду из центрального водопровода местное население использует в основном для хозяйственных нужд. Многим жителям она не нравится из-за своего солоноватого вкуса. В качестве питьевой используют либо привозную воду из с.Федоровка, либо сами привозят из с.Ефремовки или с.А.Мелентьево, либо кипятят водопроводную, либо ставят фильтры . Водопроводная  вода  в с.Марьевка  отличается от привозной  своей  высокой жесткостью, а вкусовые показатели и того оставляют желать лучшего. Некоторые жители используют дождевую воду и  для стирки вещей, и  для приготовления пищи, и для других хозяйственно-бытовых нужд. Мы решили взяться за это дело и найти альтернативный источник качественной питьевой воды. Так как экологическая ситуация в мире оставляет желать лучшего, то мы понимаем насколько опасно использовать дождевую воду для приготовления пищи, какие последствия могут возникнуть. Привозная вода очень пришлась по душе местному населению, многие даже отказались от использования дождевой воды в хозяйстве и для приготовления пищи, но она не раздаётся бесплатно. Населению приходится платить за привозную воду 1 рубль за 1 литр. Чтобы выяснить качество родниковой воды, мы решили провести сравнительный анализ. Для исследования мы взяли  три пробы: привозную из с, Федоровка, водопроводную воду и воду из родника, который находится в двух километрах от основной территории села. Родник расположен в балке, которая постепенно переходит в «Садовский» пруд. С двух сторон от балки располагаются поля, принадлежащие сельскохозяйственному предприятию. На поля вносятся как минеральные удобрения, так  и другие химические продукты, повышающие качество урожая, в том числе и пестициды, и гербициды. Поэтому необходимо выяснить, содержаться ли в родниковой воде вредные химические примеси. И если содержаться, то,  какие, и как они  могут повлиять на состояние здоровья человека, используя её в качестве питьевой воды.

 Результаты исследования оказались достаточно интересными.

3.  РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.I.  ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДЫ.

Органолептические свойства воды — это именно те ее признаки, которые воспринимают органы чувств человека.  Данные свойства  оцениваются по интенсивности восприятия. В определении таких свойств участвуют обонятельные, вкусовые и зрительные, органы чувств. Получаемые ими   ощущения обусловлены как физическими характеристиками воды, так и наличием в ней каких-либо посторонних  химических веществ.

К ним относятся запах, вкус, цвет и прозрачность, т. е. те свойства, которые могут быть определены органами чувств человека. Мутная, окрашенная в какой-либо цвет или имеющая неприятный запах и вкус вода неполноценна в санитарно-гигиеническом отношении даже в том случае, если она безвредна для организма человека. Это обусловлено тем, что к мутной, окрашенной и неприятно пахнущей воде человек испытывает неприятное чувство, достигающее иногда отвращения. Ухудшение свойств воды отрицательно сказывается на водно-питьевом режиме, рефлекторно влияет на многие физиологические функции, в частности на секреторную деятельность желудка.

Наличие хороших органолептических свойств воды делает такую воду пригодной для употребления человеком. Так, хорошие органолептические свойства воды очень сильно  влияют на функциональность всех систем организма человека. Так, чистая приятная на вкус вода серьезно повышает остроту зрения и увеличивает частоту сердечных сокращений, а неприятная – снижает данные показатели, (см. приложение №1, таблица №2).

1. Цвет (окраска)

При загрязнении водоёма стоками бытовых отходов и сельскохозяйственной деятельности человека вода может иметь окраску, не свойственную цветности природных вод.

 Диагностика цвета – один из показателей состояния водоёма.

Для определения цветности воды нужны стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд набирают воду и на белом фоне бумаги определяют цвет воды (бесцветный, голубой, зелёный, серый, жёлтый, коричневый) – показатель определённого вида загрязнения. При анализе трёх проб вода была бесцветной, значит, вода возможно пригодна к употреблению (см. приложение №2, фото 1).

2. Прозрачность

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количество взвешенных частиц глины, песка, микроорганизмов, содержание химических соединений. Для определения прозрачности воды был использован прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который налили воду. Подложили под цилиндр расстояние 4см от дна шрифт, высота букв которого 2мм, а толщина линии букв 0,5мм и сливали воду до тех пор, пока сверху через слой воды не стал виден этот шрифт.  Измерив высоту столба оставшейся воды линейкой,  выразили степени прозрачности в см. Чем больше высота столба, тем выше степень прозрачности. При прозрачности воды менее 3 см водопотребление ограничивается.

В результате проведённых измерений все три пробы имели достаточно хороший показатель прозрачности воды.

1.     Федоровская: читается с трудом на расстоянии 30 см.

2.     Водопроводная: читается с трудом на расстоянии 31 см.

3.     Родниковая вода: читается с трудом на расстоянии 27 см.

Таким образом, Федоровская вода –  показатель степени прозрачности – 30 см. Водопроводная вода показала хороший результат в этом плане и степень прозрачности составила – 31 см. Менее  прозрачная оказалась  – родниковая вода, степень прозрачности 27 см. Можно предположить, почему родниковая вода оказалась в этом случае менее прозрачной. Вода родника еле-еле пробивается сквозь толщу земли, и для лучшего набора воды его необходимо откопать и почистить. Когда учащиеся производили забор воды, было очень неудобно её набирать и поэтому в пробу могли попасть частички почвы. (см. приложение №2, фото 2).  

                                3.Запах

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в неё естественным путём и со сточными водами. Запах воды не должен превышать 2 баллов. Запах воды следует определять в помещении, в котором воздух не имеет постороннего запаха. Определение запаха основано на органическом исследовании характера и интенсивности запаха воды при температуре 20 градусов по «С» (см. приложение №2, фото 3). Посторонних запахов ни в одной из исследуемых проб воды не обнаружено.

4. Вкус

Вкус вызывается наличием в воде растворенных веществ и может быть соленым, горьким, сладким и кислым. Природные воды обладают, как правило, только солоноватым и горьковатым привкусом. Солёный вкус вызывается содержанием хлорида натрия, горький - сульфата магния. Кислый вкус воде придаёт большое количество растворённой углекислоты. Вода может иметь также чернильный или железистый привкус, вызванный солями железа и марганца или вяжущий привкус, вызванный сульфатом кальция.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96, привкус должен быть не более 2 баллов. В нашем случае солоноватый вкус имеет водопроводная вода. Две другие пробы имеют (не имеют) сладковатый вкус.

5. Содержание взвешенных частиц.

Данный показатель качества воды определяется фильтрованием определенного объема воды и последующим высушиванием осадка на фильтре. Для анализа возьмем 150 мл воды. Фильтр перед работой взвесим. Отфильтруем воду. После фильтрования осадок с фильтром высушим до постоянной массы и взвесим 

Содержание взвешенных частиц в испытуемой воде определяется по формуле:

(m1 - m2)1000/V, мг/л

Где m1 – масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц, мг;

m2 – масса бумажного фильтра до опыта, мг;

V – объем воды для анализа, л (мл).  

ПДК = 10 мг/л.

1.     Фёдоровская вода

m2= 94 мг m1 = 96 мг V=150мл

(96 - 94) 1000/150=13,3 мг/л

 2.     Водопроводная вода

m2= 94 мг, m1 = 96 мг V=150мл

( 96 - 94) 1000/150 =13,3 мг/л

 3.     Родниковая вода

m2= 94 мг, m1 = 98 мг V=150мл

( 98 - 94) 1000/150=26,7 мг/л

Можно сделать вывод, что наибольшее количество взвешенных частиц обнаружено в родниковой воде (26,7 мг/л), а наименьшее – в Федоровской и водопроводной (13,3 мг/л). Следует отметить, что родник находится в заброшенном состоянии. Забор воды делать очень неудобно и по всей вероятности, когда набирали воду, в пробу попало большое количество частиц почвы.

3.2.  ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДЫ.

1.Водородный показатель (рН)

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Значение рН воды водоёмов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения разрешается в пределах 6,5-8,5.

Оценить значение рН можно разными способами. В  исследуемых пробах

pH воды мы оценили с помощью  универсальной индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой (см. приложение №2, фото 5):

1.    Фёдоровская вода  pH – 7

2.     Водопроводная вода  pH – 6,5 -7

3.     Родниковая вода  pH – 7

pH исследуемых проб воды находятся в пределах нормы реакции (см. приложение №2, фото 4).

2. Определение нитратов и нитритов

ПДК нитритов в питьевой воде составляет 3,3 мг/л, нитратов – 45 мг/л.

На часовое или предметное стекло помещают три капли раствора дифениламина, приготовленного на концентрированной серной кислоте, и одну-две капли исследуемой воды. В присутствии нитрат- и нитрит-ионов появляется синее окрашивание, интенсивность которого зависит от их концентрации. Мы не проводили данного исследования из-за отсутствия в лаборатории вещества дифениламина. Этот эксперимент проведём позже.

3. Определение хлорид-ионов

В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды и добавляют 3 капли 10-% раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению.

В водопроводной воде выпадал белый объёмистый осадок (более 100 мг/л).

В Федоровской  и родниковой водах образовывались хлопья, но незначительно, и осаждались не сразу, что соответствует (50-100 мг/л) (см. приложение №2, фото 6)

ПДК= до 350 мг/л.

4.Определение сульфатов.

В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5 %-ного раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфатов: при отсутствии мути концентрация сульфат-ионов менее 5 мг/л; при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут, - 5-10мг/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).

1. В Федоровской воде очень слабая муть, появляющаяся не сразу, а через несколько минут после добавления хлорида бария  (5-10 мг/л).

2. В водопроводной воде - сильная муть, появляющаяся сразу, после добавления хлорида бария, быстро оседает. Это свидетельствует о высоком содержании сульфат-ионов в данной пробе воды (более 100 мг/л).

 3. В родниковой воде – также наблюдается сильная муть, появляющаяся сразу, после добавления хлорида бария, быстро оседает, соответственно (более 100 мг/л).

Во всех трёх пробах воды допустимая норма сульфат-ионов, (см. приложение №2,

фото 7). ПДК сульфат-ионов  до 500 мг/л.

5. Обнаружение железа.

Предельно допустимая концентрация общего железа в воде составляет 0,3 мг/л.

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 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком – красное.

При анализе Федоровской, водопроводной и родниковой воды розового окрашивания не наблюдалось, значит,  концентрация  общего содержания железа составляет менее 0,3 мг/л, что соответствует допустимой норме железа в воде (см. приложение №2,

фото 8).

6. Определение карбонатной жесткости воды.

Различают общую, временную и постоянную жесткость воды. Общая жесткость обусловлена присутствием растворимых соединений кальция и магния в воде. 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 нальем в склянку 10 мм анализируемой воды и добавим 5-6 капель фенолфталеина. Возникновение розовой окраски говорит о наличии карбонат-ионов. Если окраска не появляется, то карбонат-ионы  в пробе отсутствуют (см. приложение №2, фото 9 -13). ПДК карбонат-ионов до 7 (ммоль-экв/л).

1. Фёдоровская вода – розовая окраска раствора, присутствуют  карбонат-ионы.

2. Водопроводная вода –  окраска раствора не изменилась, нет карбонат-ионов.

3. Родниковая вода – розовая окраска раствора, присутствуют  карбонат-ионы.                                 4.  ВЫВОДЫ И ПРОГНОЗЫ.

При проведении органолептических исследований трёх разных проб воды получили следующие показатели: все три образца соответствуют качеству питьевой воды. Вода во всех пробах бесцветная,  без запаха, прозрачность в пределах нормы. Местная водопроводная вода отличается солоноватым вкусом.

Вывод: Все три образца воды пригодны для питья, (см. Приложение №3, таблица №4)

При проведении химического анализа воды получили следующие показатели: Содержание всех химических примесей в воде незначительно.

Вывод: По данным химического анализа все три пробы воды пригодны для питья.

В результате проведенного исследования органолептических показателей и химического анализа проб: Федоровской, водопроводной и родниковой воды на территории села Марьевка Неклиновского района Ростовской области выяснилось, что все источники являются пригодными для использования. Показатели всех химических составляющих в пределах нормы, (см. Приложение №3, таблица №5).

5.  ПРОГРАММА ДЕЙСТВИЙ.

Для очистки воды предлагаем следующие методы:

1. Метод отстаивания
2. Метод кипячения
3. Метод вымораживания
4. Использовать фильтры

Самый простой и доступный для всех метод – отстаивание  воды. При этом в течение определённого времени улетучивается остаточный свободный хлор. Кроме того, под действием гравитационных сил происходит осаждение относительно крупных суспензионных и коллоидных частиц, находящихся во взвешенном состоянии.

Следующий метод – это кипячение. Основное предназначение процесса кипячения – обеззараживание воды. В результате термического воздействия гибнут вирусы и бактерии. Кроме того, при кипячении может уменьшаться растворимость некоторых солей, например сульфата кальция, что также отчасти приводит к смягчению воды. Но есть и некоторые недостатки этого метода. При кипячении происходит удаление всех растворимых в ней газов, в том числе и полезных (кислорода, углекислого газа), которые улучшают органолептические свойства воды. Поэтому кипячённая вода безвкусна и малополезна для кишечной микрофлоры.

 Иногда используют метод вымораживания воды, основанный на разности температур замерзания чистой воды и рассолов (раствора с минеральными солями). Сначала замерзает чистая вода, а в оставшемся объёме концентрируются соли. Существует мнение, что такая вода обладает целебными свойствами за счёт особой структуры молекул воды.

Чтобы можно было пользоваться водой из родника, предлагаем следующие меры:

1. Обнаружить и очистить все несанкционированные свалки возле водных объектов на территории с.Марьевка
2. Установить опознавательный знак о расположении родника и запрещающий сбрасывание мусора у водоёма
3. Поговорить с руководством сельскохозяйственного предприятия, чтобы не допускать переизбытка  минеральных удобрений и других химических веществ (пестицидов, гербицидов и др.) на прилегающие к территории родника  поля.

В выполнении и  оформлении данной работы принимали участие:

- учитель географии и химии Шумская Светлана Петровна

- ученица 10 класса Мацакян Армине Гурамовна

- ученица 9 класса Камоликова Марина Викторовна

- ученик 9 класса Алексеенко Аким Васильевич

- ученица 8 класса Осадчая Галина

Дальнейшая перспектива работы:

Мы исследовали только три источника воды: привозную  из села Фёдоровка, местную водопроводную  и воду из родника. Для жителей нашего села проблема питьевой воды является очень актуальной, и поэтому мы надеемся на помощь местной администрации в проведении более профессионального исследования воды из родника, чтобы в дальнейшем благоустроить территорию, прилегающую к роднику. Организовать подъезд к роднику для жителей села. И исследовать другие территории с.Марьевка на наличие новых источников питьевой воды (родников).

6. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. химия и экология 8-11 классы: материалы для проведения учебной и внеурочной работы по экологическому воспитанию, сост. Г.А. Фадеева,

      2.     В.А. Попова.- Волгоград: Учитель, 2004.

3.     Шестакова Л.Г., Коробейникова Л.А.. Мониторинг родников на межпредметной

   основе// Химия в школе. – 2000. - №5. – С. 52

4.     Харьковская Н.Л., Асеева З.Г. Анализ воды из природных источников// Химия в

   школе. – 1997. - №3. – С. 72

5.     Исаев Д.С. Анализ загрязнений воды// Химия в школе. – 2001. - №5 – С. 77

6.     Гусева Н.Е., Проскурина И.Н.. Разработка химического эксперимента с

   экологическим содержанием// Химия в школе – 2002. - №10 –С. 72.

7       Шабрева Е.В. Современные экологические проблемы с точки зрения химика//  

   Химия в школе. – 1997. - №1. – С.14.

8.    Научно-методический журнал «Химия в школе», №3 2004 г.
9.    Габриелян О.С. «Химия 8 класс», Учебник для общеобразоват. учреждений. – 7    

    изд., Дрофа,  2003.

10.    Васильева З.Г., Грановская А.А., Таперова А.А. «Лабораторные работы по

    общей  и неорганической химии», Л.: Химия, 1986

                                7. ПРИЛОЖЕНИЯ.

Приложение №1                 

Таблица №1. Заболевания, возникают при токсическом воздействии химических элементов

Таблица №2. Определение содержания хлоридов

Таблица №3.  Определение интенсивности запаха

Приложение №2

Фото 1. Окраска воды: слева направо фёдоровская,

водопроводная, родниковая

Фото 2. Прозрачность воды (слева направо)

федоровская, водопроводная, родниковая.

Фото 3. Определение интенсивности запаха воды при нагревании.         

Фото 4.  pH исследуемых проб воды (слева направо): фёдоровская, водопроводная и родниковая вода.

Фото 5. pH исследуемых проб воды находятся в пределах

нормы реакции, около 7.

Фото 6.  Определение содержания хлоридов: (слева направо) фёдоровская, водопроводная и родниковая вода.

Фото 7. Определение сульфат-ионов в воде: (слева направо) федоровская, водопроводная и родниковая

Фото 8. Определение катионов железа в воде: (слева направо) федоровская, водопроводная и родниковая.

Фото 9, 10, 11, 12, 13. Определение карбонат-ионов в воде: (слева направо) Федоровская, водопроводная и родниковая.

9.                                                10.

11.                                  12.                                   13.

Приложение №3

Таблица № 4.  Результаты органолептических исследований

Таблица № 5. Результаты химического анализа воды: