Исследовательская работа "Качество воды - как показатель, влияющий на здоровье человека"

Муниципальное бюджетное   общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 82 городского округа Самара

Качество воды – показатель, влияющий на здоровье человека

Работу выполнили:

учащиеся 7 «А» класса    МБОУ СОШ № 82 г. о. Самара                                Богатова Ульяна, Чумакова Ольга.

Руководитель:

Жиганова С.В., учитель химии высшей категории

Самара, 2012г

Содержание

Введение__________________________________________________________3

Состав и качество воды______________________________________________5

Вода в организме человека___________________________________________6

Почему важно употреблять хорошую и чистую воду?____________________7

Качество воды  и здоровье___________________________________________9

Характеристика минеральных веществ в питьевой воде__________________10

Экспериментальное исследование____________________________________13

Заключение_______________________________________________________18

Список источников информации_____________________________________ 19

Приложение

Введение

Вода. Одна ее капля уже чудо. Без цвета, без вкуса, без запаха она присутствует в каждом существе нашей планеты, и она находится на Земле почти с момента ее образования. Вулканы выбрасывают ее в виде пара, который поднимается наверх, а затем выпадает на Землю в виде дождя. Дождь пропитывает почву, наполняет реки и моря, чтобы снова вернутся в Земные недра. Каждая молекула в этой капли за миллион лет много тысяч раз проделала такое путешествие. В этой капли сама Жизнь, а сама капля лишь часть чего–то большого. А что же такое это большее?

В последнее время наблюдается кризис во взаимоотношениях природы и человека. Разрушение озонового слоя, кислотные дожди, радиоактивное загрязнение, изменение климата - это угрожающее воздействие общества, на окружающую среду. В России в каждом регионе существуют экологические проблемы, одной из которых является некачественная вода. Более миллиарда людей используют некачественную воду. Из-за этого ежегодно умирают три с половиной миллиона детей. Чтобы быть здоровым, не болеть, нужно знать, какие вредные вещества могут содержаться в питьевой воде, чтобы по возможности предотвратить их поступление внутрь. Так как вода прямым образом влияет на здоровье человека, то нас заинтересовали следующие вопросы: Что за вода течет из нашего крана? Какие вещества содержатся в ней? Насколько безопасно ее пить?

Цель исследования: ознакомиться с качеством водопроводной воды в Промышленном районе г. Самары и ее влиянием на процессы жизнедеятельности человека.
Задачи исследования:

1. Узнать, почему важно употреблять качественную воду;
2. Выяснить, какое влияние оказывает качество воды на здоровье человека.
3. Изучить органолептические, химические и биологические показатели качества воды.

Актуальность: вода может оказывать на здоровье людей не только положительное, но и отрицательное влияние. Оно было отмечено еще в глубокой древности, но сейчас в связи с ухудшением экологической ситуации проблема, связанная с качеством воды стала наиболее актуальной.
Используемые методы:

1. Практические методы
2. Работа с научной литературой
3. Работа с Интернет-ресурсами

Практическая значимость: данный материал можно использовать в качестве дополнительного на уроках естественнонаучного цикла, во внеклассной работе для расширения кругозора учащихся.

Состав и качество воды

Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Почти ¾ поверхности земного шара покрыты водой, образующей океан, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосферу; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы. Гидросфера Земли составляет приблизительно 1,5 млрд. км³, но из них более 96% - горько-соленая вода морей и океанов, покрывающая 71 % всей поверхности планеты. Химические компоненты природных вод условно делят на 3 группы:

1. биогенные вещества;
2. микроэлементы;
3. органические вещества

Минеральный состав питьевой воды очень важен [3]. Человек обычно пьёт воду, в которой на один литр приходится от 0,02 до 2 граммов минеральных веществ. Важнейшую роль в биологических процессах его организма играют входящие в состав питьевой воды йод, кальций, фтор, хлор, селен и многие другие вещества. В природных водах установлено присутствие более 70 химических элементов. Наиболее распространённые анионы: гидрокарбонат HCO3-, сульфат SO42-,  хлорид Cl-,  карбонат CO32 и катионы: натрий Na+, кальций Ca2+, магний Mg2+, калий K+, железо Fe2+ - их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния – горький, гидрокарбонат –ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90-95%, а в высокоминерализированных – свыше 99% всех растворённых веществ. Присутствие ионов Ca2+ и Mg2+ обуславливают общую жёсткость воды. Основной источник их поступления в воду – растворение пород, содержащих известняки, доломит, гипс и т.д.

Вода в организме человека

Вода - важнейшая составляющая среды нашего обитания. После воздуха, вода второй по значению компонент, необходимый для человеческой жизни. Насколько важна вода, свидетельствует тот факт, что ее содержание в различных органах составляет 70 - 90%. Вода присутствует во всех тканях нашего организма, хотя распределена неравномерно [6]:

С возрастом количество воды в организме меняется. Трехмесячный плод содержит 90% воды, новорожденный 80%, взрослый человек - 70%. Сегодня, как никогда, нашему организму очень важно получать чистую воду со сбалансированным минеральным составом. Она переносит отходы нашего тела, доставляет смазку к суставам, стабилизирует нашу температуру и является жизненной основой клетки. Вода необходима для поддержания всех обменных процессов, она принимает участие в усвоении питательных веществ клетками. Пищеварение становится возможным только тогда, когда пища приобретает водо-растворимую форму. Измельченные крохотные частицы пищи обретают способность проникать сквозь ткани кишечника в кровь и внутриклеточную жидкостью [6]. Более 85% всех обменных процессов нашего организма происходит в водной среде, поэтому недостаток чистой воды неизбежно приводит к образованию свободных радикалов в крови человека, что приводит к преждевременному старению кожи. Потребление чистой воды обеспечивает нормальную работу внутренних органов. Она сохраняет гибкость тела, смазывает суставы и помогает проникновению питательных веществ. Хорошее снабжение организма чистой водой помогает бороться с избыточным весом. Это выражается не только в уменьшении чрезмерного аппетита, но и в том, что достаточное количество чистой воды способствует переработке уже накопленного жира. Вода является теплоносителем и терморегулятором. Она поглощает излишки тепла и удаляет его, испаряясь сквозь кожу и дыхательные пути. Вода увлажняет слизистые оболочки и глазное яблоко. В жару и при физических упражнениях происходит интенсивное испарение воды с поверхности тела. Потребление прохладной чистой воды, которая всасывается в кровь из желудка, обеспечивает своевременное охлаждение организма, предохраняя от перегрева. Взрослый человек в состоянии прожить без пищи больше месяца, без воды же несколько дней. Обезвоживание организма на 10% приводит к физической и психической недееспособности. Потеря 20% воды приводит к смерти. В течение суток от 3 до 6% воды, содержащейся в организме, подвергается обмену. Половина воды, содержащейся в организме, обменивается в течение 10 дней. Количество воды, требуемое для поддержания водного баланса, зависит от возраста, физической активности, окружающей температуры и влажности.

Почему важно употреблять  хорошую и чистую воду?

Причина № 1

Вода помогает избежать рака. Если человек недостаточно много пьет, его клеткам не хватает жидкости, их дыхание ухудшается, значительно замедляется обмен веществ. В такой стрессовой ситуации вероятность образования рака возрастает в несколько раз. Учеными было доказано, что если человек употребляет достаточное количество чистой воды в день, вероятность заболеть онкологией снижается на целых 80%! [4]

Причина № 2

Вода поддерживает сердце. Ученые подтвердили, что если человек выпивает в день положенные несколько литров жидкости, вероятность сердечного приступа снижается более чем на 40%.

Причина № 3

Вода способствует похудению. Если в организме постоянно не хватает жидкости, скорость метаболизма снижается, и наше тело старается экономить жидкость, задерживает ее в межклеточном пространстве. В результате данных процессов появляются отеки, увеличивается вес. Также в связи с недостатком воды плохо функционируют почки, печень гораздо медленнее перерабатывает жир, начинаются запоры [4].

Причина № 4

Вода дарит нам энергию и избавляет от стресса. Обезвоживание организма формирует у нас чувство усталости, мы становимся раздражительными, слабыми и гневливыми.

Причина № 5

Вода избавляет от головной боли. Часто с помощью неприятных ощущений наш организм пытается сообщить, что ему не хватает жидкости.

Причина № 6

Вода дарит красоту и здоровье коже. Чтобы быть привлекательным, необходимо пить достаточное количество жидкости. Вода изнутри увлажнит кожу, сделает ее эластичной и нежной.

Причина № 7

Вода помогает пищеварению. Чтобы хорошо переработать пищу, организму требуется много жидкости. Без воды возникают запоры, еда хуже переваривается, плохо усваиваются питательные вещества.

Причина № 8

Вода помогает очистить организм. Для хорошей работы печени и почек, которые отвечают за переработку и выведение отходов жизнедеятельности из нашего тела, требуется много жидкости.

Причина № 9

Вода сохранит здоровье во время изнурительных тренировок. Чтобы заниматься спортом без ущерба для организма, необходимо употреблять много жидкости. Ученые доказали, что активное потоотделение в течение полутора часов может привести к старению мозга, ухудшению его активности. Жидкость же обеспечит энергией весь организм, позволит сохранить здоровье.

Причина № 10

Для того чтобы быть крепким и хорошо себя чувствовать, необходимо употреблять достаточное количество чистой питьевой воды.

Качество воды и здоровье

Вода, которую мы потребляем, должна быть чистой. С водой человек получает до 25% суточной потребности химических веществ [5]. Она оказывает огромное влияние на здоровье человека. Давно отмечена связь между заболеваемостью населения и характером водоснабжения. Еще в древнем мире были известны некоторые признаки воды, опасной для здоровья. Однако лишь в середине XIX в. эпидемиологические наблюдения и последующие бактериологические открытия Л. Пастера и Р. Коха позволили установить с достаточной достоверностью, что вода, содержащая патогенные микробы, может способствовать возникновению и распространению заболеваний среди населения.

В настоящее время загрязнение питьевой воды происходит по многим причинам. Одна из причин -  загрязнение подземных вод различными производствами и предприятиями. Вода, которая попадает в наши водопроводные системы, так же не отличается хорошим качеством, потому что системы очистки и фильтрации водопроводной воды оставляют желать лучшего. Кроме того,  водопроводную воду чаще всего очищают хлорсодержащими веществами, которые очень опасны для здоровья человека, так как  в ней всегда имеются соединения хлора в значительных количествах. Употребление водопроводной воды в качестве питьевой, даже если она прозрачная, крайне нежелательно. Быстрого вреда здоровью она не наносит, но, медленно подтачивая его, со временем может спровоцировать массу довольно существенных и даже смертельных заболеваний. Содержащиеся в такой воде органические вещества при соединении с хлором образуют канцерогены, которые способствуют образованию клеток рака. Сильнейший яд, диоксин, получается и при кипячении хлорированной воды. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека констатирует низкое качество питьевой воды в России.

Характеристика минеральных элементов в питьевой воде

Общая минерализация — это количественный показатель содержания растворенных в воде веществ [6]. Его еще называют содержанием твердых веществ или общим солесодержанием, так как вещества, растворенные в воде, находятся в виде солей. Наиболее распространенные неорганические соли (бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде. Общая минерализация — показатель качества воды. Кроме факторов, обусловленных природой, на общую минерализацию воды большое влияние оказывает человек: сточные воды промышленности, городские ливневые стоки (соль используется зимой в качестве антиобледенителя) и т.п. Важнейшей характеристикой качества природных вод является их солевой состав. Негативное влияние на здоровье человека оказывает питьевая вода, содержащая как недостаток, так и избыток биогенных элементов. Исследования показывают, что вода с повышенной минерализацией влияет на секреторную деятельность желудка, нарушает водно-солевое равновесие, в результате чего наступает рассогласование многих метаболических и биохимических процессов в организме.

С питьевой водой может поступать 10-25% суточной физиологической потребности кальция, что послужило поводом для изучения роли кальция воды в обмене веществ. Жесткость воды, обусловленная  общим содержанием кальция и магния, обычно рассматривалась в хозяйственно-бытовом аспекте (образование накипи, повышенный расход моющих средств, плохое разваривание мяса и овощей и т.д.). В то же время известна прямая высокая зависимость жесткости воды с содержанием в ней, кроме кальция и магния, еще 12 элементов, в том числе, бериллия, бора, кадмия, калия, натрия и т.д. Жёсткая вода способствует образованию мочекаменной болезни [7].

Фтор

Обычно в тонне питьевой воды содержится 0,2 мг фтора. В результате накопления фтора в почве повышается его содержание в питьевой воде и в растениях, что неблагоприятно сказывается на здоровье населения. При систематическом использовании воды, содержащей избыточные количества фтора, у населения развивается эндемический флюороз. Отмечается характерное поражение зубов (крапчатость эмали), нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Избыточные количества фтора снижают обмен фосфора и кальция в костной ткани, нарушают углеводный, белковый и другие обменные процессы, угнетают тканевое дыхание и пр. ПДК фтора в питьевой воде, лимитируемые по санитарно-токсикологическому признаку вредности не должны превышать 0,7 - 1,5мг/л.

Йод

С составом питьевой воды часто связывают эндемии зобной болезни. Эндемический зоб — широко известное заболевание, внешне проявляющееся в увеличении размеров щитовидной железы. В питьевой воде нашего района йода нет, поэтому поступление его в организм человека происходит исключительно с пищевыми продуктами [7].

С питьевой водой в организм могут попасть тяжелые металлы, которые,  достигая определенной концентрации в организме, начинают свое губительное воздействие — вызывают отравления, мутации.  Ионы тяжелых металлов оседают на стенках тончайших систем организма и засоряют почечные каналы, каналы печени, таким образом, снижая фильтрационную способность этих органов. К тяжелым металлам относятся Pb (свинец), Al (алюминий), Mn (марганец), Si (кремний), Fe (железо), Se (селен), Zn (цинк), Hg (ртуть), Cd (кадмий).

Железо

Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. В питьевой воде железо может присутствовать также вследствие применения на станциях очистки воды железосодержащих коагулянтов, либо из-за коррозии "черных" (изготовленных из чугуна или стали) водопроводных труб. По органолептическим признакам предел содержания железа в воде практически повсеместно установлен на уровне 0.3 мг/л. Присутствие железа в воде крайне нежелательно. Избыточное железо (более 0,3 мг/л) накапливается в организме человека и разрушает печень, иммунную систему, увеличивая риск инфаркта, вызывает аллергические реакции, негативно влияет на репродуктивную функцию организма [7].

Хлор

Наличие в воде хлоридов природного происхождения более 350мг/л придает ей солоноватый привкус и приводит к нарушению пищеварительной системы у людей. Употребление хлорированной питьевой воды вдвое превышает риск заболевания раком желчного пузыря. Среди населения, потребляющего хлорированную питьевую воду, были выявлены случаи рака пищевода, прямой кишки, молочной железы, гортани, заболевания печени.

Сульфаты

Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. В речных водах и водах пресных озер содержание сульфатов часто колеблется от 5-10до 60 мг/л, в дождевых водах – от одного до 110 мг/л воды. В подземных водах содержание сульфатов нередко достигает значительно более высоких величин. Сульфаты поступают в организм человека с пищей, водой, респираторным путем. При приеме внутрь они оказывают тормозящее действие на желудочную секрецию. Наличие в воде сульфатов более 500мг/л придает ей солоноватый привкус и приводит к нарушению работы пищеварительной системы у людей. Высокое содержание сульфатов в питьевой воде определяет повышенный уровень заболеваемости желче- и мочекаменной болезнью, заболеваемость сердечнососудистой системы [7].

Экспериментальное исследование

Объект и методика исследования.

Экспериментальное исследование включало в себя: гидрохимический анализ и определение органолептических показателей воды различных источников. Были определены такие показатели воды как: цвет, мутность, запах, привкус, кислотность (рН), наличие ионов железа, кальция, бария и хлора. Исследования проводили в сентябре  2012 г.

Объектом исследования являлась вода, из  разных мест Промышленного района г. о. Самары:

1. Вода водопроводная (Школа № 82)

2. Вода водопроводная, фильтрованная (после использования фильтра «Барьер»).

3. Вода водопроводная (ул. Стара Загора).

4. Вода колодезная (ул. Крайний проезд).

         Для  взятия проб брали чистые бутылки, которые споласкивали не менее 3 раз отбираемой водой. Анализ нужно проводить как можно скорее. Даже  в герметически закрытом сосуде с течением времени происходит изменение солевого и газового состава. К анализу приступают после того, как  температура воды сравняется с комнатной.

Оборудование и реактивы

Посуда мерная стеклянная (колбы, пипетки, бюретки, стаканы, цилиндры), ГОСТ 10394-72, 1770-74, 20292-80, универсальная индикаторная бумага, 5%-ный раствор роданистого калия, уксусная кислота, раствор оксалата натрия, раствор сульфата натрия, раствор хромата калия,  0,05 н раствор нитрата серебра.

Органолептический метод определения запаха

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250  350 см3 отмеривали 100см3 испытуемой воды температурой 20С. Колбу закрывали пробкой, содержимое колбы несколько paз перемешивали вращательными движениями, после чего колбу открывали и определяли характер и интенсивность запаха. Интенсивность запаха воды оценивали по пятибалльной системе согласно требованиям ГОСТ 3351-74 [2].

Органолептический метод определения вкуса

Характер вкуса или привкуса определяли ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и т. д.). Испытуемую воду набирали в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживали на 3  5с. Интенсивность вкуса и привкуса определяли при 20С и оценивали по пятибалльной системе согласно требованиям ГОСТ 3351-74 [Приложение 1].

Определение цветности и мутности

В цилиндр наливали исследуемую воду, таким образом, чтобы высота слоя достигала 25  30 см, одновременно в другой такой же цилиндр наливали дистиллированную воду. Визуально сравнивали окраску воды с дистиллированной. Мутность оценивали так же визуально по отношению к дистиллированной воде [1].

Определение кислотности

С помощью индикаторов (универсального с рН от 1 до 10) и специальных с рН 3  5,5 , 7  14 и  5,5  7,5 оценивали величину рН воды.

Качественное определение содержания катионов железа (III), кальция, бария, хлора в воде

Для определения соединений железа в чистые пробирки с номерами 1,2,3,4 налили исследуемую воду и прилили несколько капель 5% -го раствора роданистого калия. Окрашивание жидкости в красный цвет показывает присутствие в воде соединения железа (III) [1].

Для определения соединений кальция в чистые пробирки с номерами 1,2,3,4 налили исследуемую воду и прилили 3 капли уксусной кислоты, затем 3 капли раствора оксалата натрия. Выпадение белого осадка показывает присутствие в воде солей кальция.

Для определения соединений бария в чистые пробирки с номерами 1,2,3,4 налили исследуемую воду и прилили 3 капли раствора сульфата натрия. Выпадение белого молочного осадка показывает присутствие в воде солей кальция.

Для определения хлорид-ионов  в колбу  налили 10 мл воды. Добавили 3 капли  хромата калия  и титровали 0,05 н раствором нитрата серебра до перехода лимонно-жёлтой окраски в оранжево-жёлтую.

Результаты исследования:

Результаты экспериментальных исследований гидрохимического анализа воды приведены в таблице 1,2.

Таблица 1. Органолептические показатели воды различных источников

Таблица 2. Результаты качественного определения ионов

№ 1- вода водопроводная (Школа № 82);

№ 2- вода водопроводная (ул. Стара Загора);

№ 3- вода водопроводная, фильтрованная (после использования фильтра «Барьер»);

№ 4 - вода колодезная (ул. Крайний проезд).

Вывод:  

При определении органолептических свойств воды в пробе № 1 был обнаружен желтоватый цвет, что свидетельствует о наличии соединений  железа в воде, остальные пробы соответствовали нормам. Результаты качественного анализа показывают наличие в воде железа (проба № 1, 4), кальция и хлора (в пробах № 1,2,3). Во всех пробах воды отсутствует барий, что соответствует санитарно-гигиеническим нормам. Так как мы определяли качественное содержание соединений, то сравнить эти показатели с ПДК не представляется возможным, поэтому как видно из полученных результатов, приведенных в таблице 1,2,  состояние воды мы оцениваем как удовлетворительное.

Заключение

В настоящее время система пресной воды, в том числе и питьевой, претерпевает острый кризис, всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды. Из проведённого нами исследования следует, что изучаемая нами вода соответствует гигиеническим нормам. Хотелось бы добавить несколько рекомендаций:

1. Для дополнительной очистки питьевой воды необходимо использовать фильтры: насадки под мойку, насадки на кран и кувшинные.
2. Для улучшения биологических показателей воды необходимо проводить ее термическую обработку.
3. Чтобы водопроводная вода была полезной, необходимо создать новые технологии получения питьевой воды, реконструировать водопроводное хозяйство, переводить его на современное оборудование.

Список источников информации

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьёв А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие [Текст] /под редакцией С.В. Алексеева.- М.: АО МДС, 1996.- 192 с.
2. Панфилова Л.В. Экологическое образование при изучении химии: Монография [Текст] /Л.В. Панфилова.- Самара: Изд-во СамГПУ, 2002.- 204 с.
3. Вода – это жизнь! Сайт о чистой воде  [Электронный ресурс]. URL: http://vodoobmen.ru/
4. Зелёный шлюз [Электронный ресурс]. URL: http://zelenyshluz.narod.ru/
5. Здоровье  [Электронный ресурс]. URL: http://www.zdorovienam.ru/publ/produkty_i_zdorove/vlijanie_kachestva_pitevoj_vody_na_zdorove_cheloveka/8-1-0-24
6. Вода – источник [Электронный ресурс]. URL: http://voda.molodostivivat.ru/24/24-voda-v-organizme-cheloveka/
7. Центр водных технологий [Электронный ресурс]. URL: http://www.water.ru/bz/param/water_and_mineral_substance.shtml

Приложение 1

Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды согласно СанПиН 2.1.4.1074-01.