Оценка эффективности применения многоступенчатого бытового фильтра для очистки воды

МБОУ «Новотинчалинская средняя общеобразовательная школа

 имени Н.Г. Фаизова Буинского района РТ»

Оценка эффективности применения многоступенчатого бытового фильтра для очистки воды

                             Выполнила: ученица 9 класса

                        Хакимова Регина Азатовна

                                                   Руководитель: учитель химии и биологии    

                                                   Мифтяхутдинова Лейсания Шамиловна

                                                  2013 г.

 Содержание:                                                                                      Стр.            

Введение ---------------------------------------------------------           3-4

 Глава  1. Теоретический материал

     1.1 Качество воды и влияние его на здоровье человека ---      5-6

 Глава  2.  Практическая часть          

1.  Статистика заболевания населения   -------------------          7

2.2 Анализ качества проб воды -----------------------------------    7-9

     2.3 Способы очистки воды и их эффективность --------------    9-11

 Глава 3. Фильтры для очистки воды 

    3.1 Бытовые фильтры для очистки воды и их виды  -------       12                                                                      

    3.2 Преимущество многоступенчатого фильтра   -------           13-14                                                                      

Заключение ------------------------------------------------------           15

Литература ------------------------------------------------------            16                          

Приложения -----------------------------------------------------           17-20

Введение.

     Моя классная руководительница занялась экологической проблемой о качестве воды нашего села. И она объяснила, что одной из важнейших составляющих окружающей среды, оказывающей огромное влияние на здоровье населения, является вода. Так как, состояние здоровья населения – важный показатель благополучия общества и государства, отражающий не только настоящую ситуацию, но и прогноз на будущее.

     И мы вместе с классом прочитали о том, что медики отмечают, ухудшение состояние здоровья в результате ряда факторов: социальная нестабильность страны, как результат стрессы или депрессии; низкая физическая активность, высокий уровень «плохого» холестерина и эколого-генетический фактор.

     Оказывается  наибольшая доля влияния на заболевания мочевыводящей (48,6%), эндокринной систем (57,9%) кроется в качестве питьевой воды. В связи с этим непременно возникает вопрос о качестве воды, которую мы потребляем. Вода необходима для нормального роста и функционирования всех систем организма, поэтому так важно, чтобы она не содержала вредных примесей.

    Данные диспансеризации населения указывают, что в селе Новые Тинчали состояние здоровья жителей также имеет тенденцию к ухудшению. Отмечен рост количества  заболеваний сердечно-сосудистой, эндокринной, мочевыводящей систем, развитие новообразований (как доброкачественных, так и злокачественных).

    Таким образом, вода оказывает огромное влияние на здоровье человека. Учёными давно установлена прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни. И для того, чтобы хорошо себя чувствовать, человек должен употреблять только чистую качественную питьевую воду, повышению качества которой способствует использование дополнительных способов очистки водопроводной воды - бытовых фильтров.

   И классная руководительница предложила мне внести свой вклад в улучшении качества воды. Таким образом, была выдвинута следующая гипотеза:

- для очистки питьевой воды в домашних условиях необходимо использовать бытовые фильтры с целью сохранения своего здоровья

Цель моей исследовательской работы – выявить более эффективные способы очистки воды.

Задачи:

1. Выяснить влияние качества воды на здоровье человека.

2. Определить влияние воды, используемой жителями села Новые Тинчали, на здоровье.

3. Провести анализ проб воды.

4. Сопоставить различные способы очистки воды.

Объект исследования – питьевая вода в Новых Тинчалях.

Метод исследования - анализ, прогнозирование, сопоставление.                                                  

Предмет исследования – качество воды.

Актуальность -   качество питьевой воды, которую употребляет человек, является неоспоримым условием сохранения его здоровья. По данным ООН, ежегодно от болезней, связанных с употреблением некачественной воды в мире умирает около 25 миллионов человек. Дополнительным способом очистки питьевой воды от загрязнений является использование бытовых фильтров. Производители представляют огромный ассортимент бытовых фильтров, эффективность использования которых требует изучения.

Ожидаемые результаты – определение наиболее эффективного способа очистки воды.                       

Глава  1. Теоретический материал       

1.1 Качество воды и влияние его на здоровье человека.              

   Вода может оказывать на здоровье людей не только положительное, но и отрицательное влияние. Прежде всего, это связано с качеством употребляемой воды: ее органолептическими свойствами, определяемыми цветом, вкусом и запахом, а также химическим и бактериальным составом. Известно, что несоответствие питьевой воды санитарно-гигиеническим требованиям по химическому составу при длительном её употреблении может вызвать ухудшение здоровья.

  Какие же отрицательные свойства воде могут придавать те или иные компоненты в случае их содержания выше нормативов?

    Присутствие в воде железа не угрожает нашему здоровью. Однако повышенное его содержание в воде (более 0,3 мг/л) в виде гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, органических комплексных соединений или в виде высокодисперсной взвеси придает воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает её вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение.

   При употреблении для питья воды с содержанием железа выше норматива человек рискует приобрести различные заболевания печени, аллергические реакции и др.

    Повышенное содержание марганца в воде оказывает мутагенное действие на человека. При уровнях в системе водоснабжения, превышающих 0,1 мг/л, марганец приводит к появлению пятен на сантехническом оборудовании и белье, а также неприятного привкуса напитков. 

    Иногда в питьевой воде встречается много солей соляной и серной кислот (хлориды и сульфаты). Они придают воде соленый и горько-соленый привкус.

Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта. Вода, в 1 л которой хлоридов больше 350 мг, а сульфатов больше 500 мг, считается неблагоприятной для здоровья.

    Содержание в воде катионов кальция и магния сообщает воде так называемую жесткость. Судя по образующейся накипи при кипячении питьевой воды, можно сделать вывод, что в частности в питьевой воде источников централизованного водоснабжения села Новые Тинчали отмечается повышение показателей общей жёсткости. Повышенная жёсткость влияет на водно-солевой обмен и функцию почек, а также другие обменные процессы в организме человека. Это создаёт риск развития у населения мочекаменной болезни, предрасположенности к холециститу и камнеобразованию в желчных путях, артериальной гипертонии, образованию зубного камня. (Приложение №1).

    Кроме того, в питьевой воде снижено содержание йода. Недостаток йода способствует развитию заболеваний щитовидной железы. (Приложение №1). Данный недостаток рекомендуется восполнять посредством пищевых продуктов (йодированная соль, морепродукты или использовать картриджи с фтором и йодом). 

2. Практическая часть

Для достижения цели была проведена следующая работа:

1.  Изучена статистика заболевания населения.
2.  Проанализировано качество проб воды.

2.1. Для изучения статистики заболеваемости жителей села была взята медицинская статистика по заболеваемости населения за период 2011-13 годы. Проанализировав данные, было выявлено, что в настоящее время вследствие употребления некачественной питьевой воды возросло число заболеваний таких как мочекаменной болезни, эндемический зоб,  холецистит  и камнеобразование в желчных путях, артериальная гипертония, образование зубного камня. (Приложение №1)

2.2 Для того, чтобы сравнить качество воды, мы с помощью нескольких специальных методик провели эксперименты. Для чего мы использовали следующие пробы воды:

- вода  водопроводная   -    проба №1

- вода водопроводная, фильтрованная (после использования фильтра «Барьер») -  проба №2

- вода водопроводная, фильтрованная (после использования многоступенчатого фильтра)  -  проба №3

Органолептическим методом определили вкус, цветность:

       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.

      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.

   Определение кислотности: для этого в пронумерованные пробирки №1,  №2, №3 наливали по 5мл исследуемой воды, затем в каждую из них опустили универсальный индикатор, по шкале определили рН воды.

Качественное определение содержания катионов:

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

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

     Определение сульфат  ионов: добавили хлорид бария, чтобы проверить наличие сульфат ионов. Помутнения в пробирках №2,3 с пробами  не произошло, что свидетельствует об отсутствии сульфат ионов. А в пробе №1 выпал белый осадок.

    Мы  прилили нитрат серебра, чтобы проверить наличие хлорид ионов. В пробирках №1,2 образовалось небольшое помутнение, что свидетельствует о небольшом количестве ионов хлора.

                Ag+ + Cl- = AgCl

Результаты исследования:

     Результаты экспериментальных исследований анализа воды приведены в таблице 1,2. (Приложение №2)

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 также показывают наличие в воде кальция и хлора (в пробах № 1,2). Вода пробы №3 (водопроводную вода с многоступенчатым фильтром)  соответствует всем нормам. В воде из крана показатели качества хлора и кислотности превышено. При фильтровании фильтрами идет очищение воды. Из данных таблицы видно, что фильтр хорошо очищают питьевую воду.

     В   нашей местности вода очень  жесткая и содержит повышенное количество ионов хлора. Повышенная кислотность ухудшает  усвоение минералов, такие как кальций, натрий, калий и магний, которые, благодаря избыточной кислотности, выводятся из организма. От недостатка минералов страдают жизненно важные органы. 

    Для определения жесткости воды даже нет  необходимости делать специальный анализ – это  видно невооруженным глазом: при кипячении воды чайник покрывается толстым  слоем накипи, приходится постоянно его чистить. Такую воду нельзя заливать в паровые утюги, а при стирке в  стиральной машине необходимо добавлять специальные средства, устраняющие жесткость воды, иначе она быстро выйдет из строя. Избыток солей кальция в воде несет вред не только бытовой технике, но и важнейшему органу человеческого организма – почкам. В них появляются камни.

   Таким образом, можно сделать следующий вывод: вода в селе Новые Тинчали не соответствует нормам ГОСТа, это может привести к серьезным заболеваниям организма. Чтобы этого не произошло, питьевую воду необходимо очищать от основных её загрязнителей.

2.3 Способы очистки воды и их эффективность.

     Для того, чтобы доказать, что многоступенчатые фильтры лучше очищают воду  провели следующий эксперимент:

   в лабораторный стакан емкостью 500 мл наливаю 400 мл водопроводной воды и вношу в нее перечисленные ниже загрязняющие вещества:

       А) столовая ложка почвы – механические загрязнители

       Б) несколько капель или кристалликов пищевого красителя -          химические загрязнители  

       В) около 1 мл прокисшего молока, содержащего бактерии – биологические загрязнители.

   Присутствие этих веществ заметно по ее относительной мутности. Исследую  эффективность различных способов отчистки для устранения загрязнителей.

1. Отстаивание.

Наливаю50 мл загрязненной воды в мерный цилиндр. Наблюдаю за происходящим 0,5 – 1 ч.

 Путем отстаивания удаляются более крупные частицы песка и земли за 0,22 ч. Мелкие частицы глины отстаиваются за 1 час. Вода становится практически прозрачной. Визуально наличие в воде взвесей не наблюдается, а присутствие растворенных веществ видно, методом отстаивания они не удаляются. Отстаиванием бактерии также не удаляются. Их присутствие обнаружил через 4 дня в чашке Петри. По внешнему виду колоний я думаю, что в воде присутствуют несколько видов.

2. Фильтрование.

Отфильтровываю с помощью воронки и фильтровальной бумаги 20 – 30 мл загрязненной воды в чистый лабораторный стакан. Проверяя отфильтрованную воду на загрязнение описанными выше способами.

В результате фильтрования удаляются частицы глины, они остались на фильтре, но отфильтрованная вода сохранила растворенный краситель и бактерии. Но через 4 дня колонии бактерий были меньше, чем в первом случае. Эффективнее оказался способ фильтрования. С его помощью происходит более тонкая очистка и для его осуществления требуется затратить меньше времени. Эти оба способа эффективны при удалении механических примесей и взвесей.

3. Хлорирование.

Наливаю 30 – 40 мл загрязненной воды в лабораторный стакан емкостью 100 мл. Добавляю несколько капель раствора хлорки, тщательно перемешиваю и даю отстояться в течение 10 мин. Проверяю воду на загрязнения.

Путем хлорирования не очищается вода от механических примесей, растворенных веществ. Но с помощью раствора хлорамины были уничтожены бактерии (не могу дать точных данных по наличию спор бактерий). Но вода после хлорирования приобрела неприятный запах хлорки.

4.Кипячение.  

   Пронаблюдаю за процессом дистилляции воды.

   Кипячение не удаляет механических примесей, краситель при кипячении частично разложился, т.к. вода приобрела другую окраску. При этом также на стенках пробирки появился налет – нерастворимые вещества, образующиеся из растворимых соединений воды. Прокипяченная вода содержит бактерии, я получил в чашке Петри колоний бактерий. Она была в виде тонкого налета. Значит, не все бактерии погибают при кипячении.

     Вывод: Если использовать каждый из этих этапов очистки, то не один из них не является эффективным. Необходимо использовать в комплексе и отстаивание, и фильтрование, и хлорирование для удаления различных загрязнителей воды.    

Глава 3. Фильтры для очистки воды

3.1 Бытовые фильтры для очистки воды и их виды (Приложение№3)

   Простейшие фильтры для воды, имеющие одну ступень очистки - кувшины.  В эту категорию попадают фильтры простой очистки, имеющие небольшой ресурс. Обычно подобные фильтры предназначены для очистки воды от механических примесей и хлора. Принцип действия кувшина основан на том, что вода самотеком проходит через фильтрующий элемент и скапливается в нижней части сосуда. В среднем фильтрующий элемент такого фильтра предназначен для использования 3 человек в течение месяца. Поэтому при покупке фильтра нужно учитывать стоимость литра очищенной воды. Зачастую при применении подобных фильтров вода обходится дороже бутылированной. В результате, через несколько месяцев недорогой фильтр по своей стоимости превосходит цену хорошей водоочистной системы. Категория двух и трехступенчатых фильтров предназначена для очистки водопроводной воды до состояния питьевой, имеет больший ресурс по сравнению с кувшинами и более высокую степень очистки воды. Фильтры данной категории отличаются количеством ступеней очистки (2 или 3), различаются по месту расположения – нижним или верхним и количеством колб. В данных фильтрах для очистки воды применяются картриджи – сменные фильтрующие элементы и все они являются проточными, т.е. подсоединяются к системе водоснабжения. В двухступенчатых фильтрах – 1-ая ступень служит для механической очистки, 2-ая для очистки активированным углем. В трехступенчатых первые две ступени имеют такое же предназначение, как и в 2-х ступенчатых, а третья ступень служит для очистки с помощью ионообменной смолы или прессованного активированного угля тонкой очистки, который бывает, обогащен серебром, ионообменным веществом или другими добавками.

  3.2 Преимущество многоступенчатого фильтра

    Учитывая состав водопроводной воды, которая зачастую содержит хлориды, фториды, сульфиды, хлор и хлорорганические соединения, а также промышленные загрязнения в виде хрома, никеля, ртути, свинца, мышьяка, меди, радионуклидов мы предлагем фильтры многоступенчатой водоочистки. В процессе прохождения через такой фильтр на каждой ступени очистки вода теряет те или иные примеси:

1-ая ступень - это механическая очистка воды, в процессе которой удаляются такие инородные частицы, как песок, ил, ржавчина. Осуществляется она с помощью полипропиленовой сетки, в зависимости от размеров отверстий в которой удерживаются только примеси (микрофильтрация) или примеси и бактерии (ультрафильтрация).

2-ая ступень - удаление хлора, пестицидов, запахов. Происходит адсорбция, то есть поглощение частиц в порах какого-либо материала. Самым распространенным адсорбентом является природный фильтрант уголь, также используются синтетические волокна. Уголь не только очищает, поглощая остаточный хлор (в избытке встречающийся в водопроводной воде после прохождения очистки на станциях), органические соединения и споры бактерий, но и улучшает органолептические свойства питьевой воды - вкус, запах, цвет. В настоящее время для увеличения ресурса работы угольных фильтров многие производители применяют активированный уголь из скорлупы кокоса, адсорбционная способность которого в 4 раза выше, чем угля, получаемого традиционными методами. Чтобы предотвратить размножение бактерий внутри фильтра активированный уголь покрывают слоем серебра. Благодаря обеззараживающим свойствам серебра микроорганизмы, попавшие внутрь, теряют способность размножаться и развиваться. В некоторых фильтрах используется полимерное углеродное волокно аквален - смесь угля и синтетических материалов, которое обладает улучшенной фильтрующей способностью.

3-я ступень - умягчение воды и ее освобождение от тяжелых металлов - ионный обмен. Помимо всего вышесказанного, мягкая вода в несколько раз улучшает вкус чая, кофе и других напитков, а также более пригодна для умывания и применения в быту.

Заключение.

     Вода, которую мы потребляем, должна быть чистой. Болезни, передаваемые через загрязненную воду, вызывают ухудшение состояния здоровья. Результаты исследования показали, что вода в селе не соответствует нормам ГОСТа. Для того, чтобы избежать различных заболеваний, источники которых попадают вместе с водой в организм человека, необходимо различными способами очищать её от основных загрязнителей. Которую в домашних условиях можно получить путем использования бытового фильтра для очистки водопроводной воды – многоступенчатым фильтром. Таким образом, многоступенчатые фильтры для воды – это отличная возможность получать очищенную воду в неограниченных количествах, не выходя из дома.

Список использованной литературы.

1. Государственный контроль качества воды. – М.:ИПК Издательство стандартов, 2003.
2. Винокурова Н.Ф., Трушин В.В. Глобальная экология. Просвещение,1998г.
3. Федорова М.З., Кучменко В.С., Воронина Г.А.  Экология человека. Вентана – Граф, 2009 г.
4. Крицман В.А. книга для чтения по неорганической химии.  Просвещение,1998г
5. Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия: Неорганическая химия: Учебник для 8 кл. сред. шк. –М.: Просвещение, 1989. – 159 с.
6. Габриелян О.С., Рунов Н.Н., Толкунов В.И. Химический эксперимент в школе. 8 класс. – М.: Дрофа, 2005.
7. Вода – это жизнь! Сайт о чистой воде  [Электронный ресурс]. URL: http://vodoobmen.ru/
8. http://www.travers.su/
9. http://www.aquayav.ru/

Приложение № 1

Динамика заболеваний населения села Новые Тинчали.

Приложение №2

    Результаты экспериментальных исследований анализа воды.

Таблица 1. Органолептические показатели воды

Таблица 2. Результаты качественного определения ионов

Приложение №3

Виды фильтров

Водоочиститель кувшинного типа

Принцип работы: вода самотеком переливается из одной емкости в другую, проходя при этом через слой сорбента.

Плюсы: водоочиститель не требует подключения к водопроводу, прост в использовании, не требует контроля со стороны человека. Хорош для офиса, коммунальной квартиры, дачи без водопровода.

Минусы: степень очистки, как правило, чуть ниже, чем у водоочистителей, подключаемых к водопроводу. Объем очищенной воды равен объему кувшина (обычно от 1 до 1,7 литров). То есть, если для супа необходимо, например, 3 литра воды, кувшин придется наполнять дважды.

Водоочиститель - насадка на кран

Принцип работы: водоочиститель надевается на кран и вода проходит через него под давлением.

Плюсы: низкая цена. Малые габариты (удобно для использования в поездках).

Минусы: малый объем сорбента, следовательно: низкая производительность (0,3 - 0,5 л/мин). Необходимость использования емкости для хранения чистой воды. Придётся подключать и отключать фильтр, если он не снабжён переключателе.

"Водоочиститель на мойку"

Принцип работы: водоочиститель надевается не непосредственно на кран, а располагается рядом, крепясь к крану гибким шлангом, вода проходит через фильтр под давлением.

Плюсы: большая производительность, чем у насадки на кран (1 - 1,5 л/мин). Нет необходимости в отдельной ёмкости для очищенной воды.

Минусы: занимает место на мойке. Нужно подключать и отключать после фильтрации.

Стационарный водоочиститель с отдельным краном для чистой воды

Принцип работы: водоочиститель стационарно встраивается в водопровод. Сам водоочиститель находится под раковиной, а на раковину выводится отдельный кран - только для чистой воды.

Плюсы: как правило, степень очистки воды выше, чем у водоочистителей других типов. Большая производительность. Большой ресурс. Имеется отдельный кран для чистой воды. Водоочиститель расположен под мойкой и не загромождает рабочее пространство. Удобство в пользовании и комфорт. Можно в любой момент налить столько чистой воды, сколько необходимо.

Минусы: высокая начальная цена.

Обратный   осмос  - это процесс прохождения воды под давлением через мембрану, которая задерживает растворенные в воде вещества. Водяной фильтр очистки питьевой воды на кухню подбирается легче –  можно купить многоступенчатый  бытовой  фильтр очистки воды (систему   обратного   осмоса) и забыть о тех примесях, которые присутствуют в водопроводной воде. Эти  бытовые  водяные фильтры разработаны специально для очистки водопроводной питьевой воды. Очищенная вода при помощи технологии  обратного   осмоса  с разделением потоков идеально подходит для питьевых целей, приготовления пищи, каждодневного умывания, полива цветов, для заправки утюгов, увлажнителей. А если есть аквариум, то установка  обратного   осмоса  становится просто необходимой.