Удаление избытка фтора из водопроводной воды.

МБОУ «Зубово-Полянская средняя общеобразовательная школа №1»

Исследовательская работа

«Удаление избытка фтора из воды»

Автор: Беляева Мария,10 А класс, СОШ № 1

Руководитель: Беляева  Надежда Ивановна, учитель химии.

Исследовательская работа представлена на 18  листах,  из которых 10 приложения. Для создания работы была изучена соответствующая теме литература в количестве 25 различных источников, были проведены опыты.

Зубова Поляна ,2013 год.

ОГЛАВЛЕНИЕ

           I.            ВВЕДЕНИЕ      …………………………………………………………  3

                        1)      История вопроса …………………………………………………   3

                        2)      Цель работы …………………………………………………….   4

                        3)      Задачи ……………………………………………………………..  4

                        4)      Место проведения ………………………………………………  4

                        5)      Сроки проведения ………………………………………………  4

          II.           АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ……………………………………  4

         III.          ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………. 5

1.    Характеристика микроэлемента……………………………………  5

2.    Токсичность микроэлемента………………………………………..  5

3.    Источники воды в окрестностях п.Зубовой Полян………………   5

4.    Каково влияние фтора организм человека…………………………  5

5.    Откуда же берется такое количество фтора в воде?...........................  6

6.     Значение очистки воды от фтора……………………………………..  6

         IV.           ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ……...........................................................  6

1. Изучение промышленного метода удаления избытка фтора……..   6

2. Собственные методы очистки воды от фтора…………...…………   6

1. Электрокоагуляция……………………………………………….…  6

b) Метод ионного обмена с использованием селективных ионитов…  7

                                 c) Сорбционный метод ……………………………………………. 7

          V.            ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………..   7

                        1)      Выводы …………………………………………………………….. 7

          VI.            СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ……………...….  7

             ПРИЛОЖЕНИЕ ………………………………………………………….  9

I.            ВВЕДЕНИЕ.

В последние годы отмечается  внимание  исследователей к проблеме избытка фтора в воде, пригодной для хозяйственно-питьевого водоснабжения .Мы провели собственные исследования ,как экологически-чисто и безопасно избавиться от избытка фтора в воде.

1)      История вопроса.

Фтор как весьма активный в биологическом отношении микроэлемент с начала 30-х годов нынешнего столетия привлек особое внимание гигиенистов, стоматологов, токсикологов, химиков, геохимиков и других специалистов. Интерес к фтору начал проявляться с 1931 г., когда было доказано, что причиной эпидемий "пятнистой эмали" зубов является повышенное содержание фтора в питьевой воде. Это открытие стимулировало изучение эндемического флюороза во всем мире. В изучение проблемы эндемического кариеса и флюороза большой вклад внесли русские исследователи С. Н. Черкинский, Т. А. Николаева, В. А. Книжников, Р. Д. Габович и др. Выяснилось, что противокариесное действие оптимальных концентраций фтора распространяется как на молочные, так и на постоянные зубы, а также на все возрастные группы населения. Эти сведения позволили утверждать о целесообразности искусственного обогащения питьевой воды фтором. Фторирование воды началось осуществляться с 1945 г., применявшиеся другие методы профилактики кариеса зубов не имели успеха и заболеваемость населения кариесом непрерывно росла. С 1957 г. впервые в истории развития водоснабжения в нашей стране началось фторирование воды в г. Норильске, рассматриваемое как мера профилактики заболеваний кариесом зубов.

Как указывалось выше, оптимальной концентрацией фтора в питьевой воде является 0,7...1,2 мг/л. Более низкие концентрации фтора принимают при фторировании в южных районах и в летний период, когда количество воды, поступающей в организм человека, увеличивается. Более высокие концентрации фтора принимают при фторировании воды в северных районах и в зимний период, т. е. при более низкой температуре окружающей среды. Необходимость фторирования определяется содержанием фтора в воде источников в количестве менее 0,5 мг/л. Согласно ГОСТ 2874—82 концентрация в воде фторид -ионов не должна превышать 1,5 мг/л.

Концентрация фторид -ионов в природных водах нашей планеты варьирует в широких пределах — от 0,01 до 50—100 мг/л (Кения), в природных водах России от 0,01 до 8 мг/л. Низкие концентрации фторид-ионов встречаются в большинстве поверхностных источников водоснабжения. И лишь в открытых водоемах Южного Урала, Западной Сибири концентрация фторид- ионов достигает 11 мг/л.

Подземные воды (артезианские, колодезные) богаче фторид -ионами, чем поверхностные, и среди них чаще встречаются источники с концентрацией фторид -ионов, превышающей предельно допустимую (1,5 мг/л). Однако, и среди этих источников 68—89% в России содержат менее 0,5 мг/л фторид -ионов.

Свыше 85% воды в города России подается из рек, причем содержание фторид -ионов в воде этих источников, превышающее 0,4 мг/л, встречается в редких случаях, да и это количество после обработки воды на очистных сооружениях снижается до предельно низкой величины. Поэтому вполне понятна та забота, которую проявляет наше государство по обеспечению населения качественной водой.

2)      Цель работы: 

- количественная и качественная оценка содержания фтора в водопроводной воде,

- определение фтора для диагностики экологического состояния среды и здоровья населения.

3)      Задачи:

1.      определить качественное содержание фтора в очищенной и водопроводной воде взятой  из под крана;
2. провести сравнительный анализ физических и химических показателей очищенной и водопроводной воды взятой из крана.
3. изучить учебную и дополнительную литературу для получения информации о фторировании воды, методах ее исследования, факторах, влияющих на качественный и количественный состав водопроводной воды, влияние фтора на здоровье человека;
4. изучить методику проведения опытов по удалению избытка фтора из воды;
5.  сделать соответствующие выводы.

4)      Место проведения:

-сбор материалов- водопроводная вода взятая из под крана.

- обработка данных и проведение исследований- РМ, п. Зубова Поляна, ул. Горького, д. 44.

5)      Сроки проведения:

   Ноябрь 2013 года.

II.        АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Экологическая ситуация в Республике Мордовия в Зубово-Полянском районе характеризуется высокими уровнями химического загрязнения  окружающей среды. Ведущими загрязнителями среды по токсикологическим оценкам и влиянию на здоровье населения становятся тяжелые металлы.

     Основным путем поступления микроэлементов в организм является пероральный, поэтому избыток или дефицит микроэлементов влияет на обмен веществ в организме человека и ведет к возникновению различных патологий.

     Важная роль в экологической характеристике окружающей среды отводится химическому составу снегового покрова.

     Сходство и различия в качественном и количественном составе очищенной водопроводной воды и воды взятой из под крана  дают возможность провести прогнозирование накопления в организме человека, а также предполагаемые последствия дефицита или избытка фтора.

     Обозначенный перечень нерешенных вопросов, а также необходимость разработки практических рекомендаций определяют актуальность и своевременность проведенных исследований.

III.            ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1)Характеристика микроэлемента.

Фтор  - это газообразное вещество, и в природе чаще всего он находится в соединениях с другими веществами, предположим с такими как фтористый натрий (NaF) или фтористый кальций (CaF). Фтор —  это чисто природный элемент который находится в составе земной коры. Поэтому, следовательно, что в природной воде содержится небольшая доза фтора. Растения также поглощают фториды из почвы и воды, в следствии всего этого незначительное количество фторидов содержится во всей нашей пище и безусловно в воде, а также имеет свойство накапливается в тканях растений и животных. Фторид (Fluoride) – это ион фтора (который влияет на организм человека как положительно, так и отрицательно). Все виды соединений органические и неорганические, которые содержат фтор – это и есть так называемые фториды.

2)Токсичность микроэлемента.

Невзирая на то, что фторид является природным веществом, он токсичен для человека, гораздо намного токсичней, чем свинец. Всего лишь 2-5 грамм NaF (стандартного компонента в зубной пасте) – является смертельной дозой для человека. Количество фторида содержащегося в одном тюбике зубной пасты вполне достаточно для того, чтобы умертвить маленького ребенка, если конечно использовать весь тюбик за раз. Зубная паста с содержанием фтора содержит гораздо больше фторида по сравнению с содержанием этого опасного газа в природе.

Изначально фтор начали добавлять в воду, поскольку думали, что фтор невероятно полезен для здоровья зубов и яко бы может предотвратить кариес. А уже после этого и в зубную пасту.

3)Источники воды в окрестностях п.Зубовой-Поляны.

Основным источником питьевых вод Зубово -Полянского района являются подземные воды .Для централизованного питьевого водоснабжения используется вода только подземных источников.

4)Каково влияние фтора на организм.

Влияние фтора на организм человека при борьбе с кариесом.

Существует утверждение, яко бы фтор токсичен для бактерий и различных микроорганизмов. Бактериям, как и всему живому, тоже необходимо питаться, и в качестве пищи они употребляют сахар (глюкозу, фруктозу, лактозу, сахарозу или пищевые крахмалы) и переработанные отходы жизнедеятельности бактерий, которые растворяют зубную эмаль и едят кислоты, которые выделяются при растворении зубной эмали, следствии чего вызывают кариес зуба. Фтор отравляет бактерии, снижая их способности переработки сахара. Но к глубокому сожалению, фторид сильно ядовит, что при его применении отравляются не только микроорганизмы, но и другие живые клетки человека.

 Влияние фтора на организм человека при его недостатке.

Фтор необходим для людей в микродозах.

Фтор способствует лучшему усваиванию железа в организме человека, поэтому если фтора в недостатке велик риск развития заболеваний таких, как кариес и железодефицитная анемия.(Приложение 1)

Влияние фтора на организм человека при его переизбытке.

Когда мы употребляем питьевую воду, содержащую превышенное количество фтора появляются следующие симптомы:

• появление миловидных пятен на зубах,(Приложение 2)
• хрупкость эмали(патологические изменения в костях и зубах),
• тошнота,
• рвота,
• флюороз зубов, (Приложение 3)
• поражение центральной нервной системы,
• падение артериального давления,
• нарушения свертывания крови,
• расстройства обмена веществ,
• флюороз костей.

5) Откуда же берется такое количество фтора в воде?

Воды поверхностных источников характеризуются преимущественно низким содержанием фтора (0,3-0,4 мг/л). Высокие содержания фтора в поверхностных водах являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод или контакта вод с почвами, богатыми соединениями фтора. Максимальные концентрации фтора (5-27 мг/л и более) определяют в артезианских и минеральных водах, контактирующих с фторсодержащими водовмещающими породами.

6)Значение очистки воды от фтора.

Среди загрязнителей, которыми изобилует сегодня вода, не последнее место занимает фтор. Употребление в пищу воды с содержанием фтора, превышающим предельно допустимые нормы, может привести к весьма негативным последствиям, таким, как развитие флюороза зубов, минерализацию костей, снижение функциональной активности центральной нервной системы. Поэтому особенно большое значение сегодня имеет очистка воды от фтора.

Но перед тем как выбирать систему очистки воды от фтора, необходимо провести полный химический анализ воды и осведомиться об ее происхождении.

(Приложение 4)

IV.            ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1)Изучение промышленного метода удаления избытка фтора.

Очистка воды от фтора может быть выполнена различными методами. В промышленности в основном используется способ механической фильтрации, при котором в фильтры добавляются зёрна активированной окиси алюминия. Выбор высоты слоя зависит от концентрации фтора в воде – если она равна 5 млг/л, слой должен быть не менее 2 м, если 10 млг/л – не менее 3 м. После фильтрации загрузка фильтра взрыхляется потоком воды, поданным снизу. Подобная механическая очистка воды от фтора, как правило, происходит в открытых или напорных фильтрах с трубчатым дренажем. Процессы очистки и слежения за концентрацией фтора в воде полностью автоматизированы. Работа некоторых очистительных станций основана на использовании парового эффекта, применение которого позволяет удалить из воды от 60 до 92 % фтора. Такие комплексы можно устанавливать не только на производственных площадях, но и в частных домах.

2)Собственные методы очистки воды от фтора.

a)Электрокоагуляция.

Связывание фтора электролизным растворением в воде алюминиевых анодов.

Для этого мы собрали  прибор ,который позволил бы в процессе электролиза с алюминиевым анодом избавиться от избытка фтора. Мы взяли катод инертный ,изготовленный из графита  ,анод из алюминия. (Приложение 5)Далее ,мы взяли обычную воду ,взятую из-под крана  (Приложение 6) и опустили в нее катод и анод (Приложение 7), в результате получилась немного мутная вода (Приложение 8).Подождав некоторое время ,осадок осел на дно ,мы предполагаем ,что это комплексные соединения .(Приложение 9,10,11,12)

b)Метод ионного обмена с использованием селективных ионитов.

а)Мы решили удалить избыток фтора с помощью активированного угля ,пропитанного солями алюминия.(Приложение 12) Гранулы активированного угля обладаю хорошей пористостью и сорбционной ёмкостью, что позволяет им с лёгкостью впитывать фтор. Активированный уголь применяется во многих современных фильтрах для бытовой очистки воды .Так что он безвреден.
Мы пропустили питьевую воду взятую из под крана ,через фильтр.(Приложение 13).У нас получилась очищенная вода ,затем мы подвергли электролизу (Приложение 14),результатом которого является то ,что в воде не образовалось осадка , т.е комплексных соединений содержащих ионы фтора.(Приложение 15,16)

б)Экологически-чистый способ удаления избытка фтора из воды: смешивать водопроводную воду с минералкой с повышенным содержанием кальция, выпадет белый осадок, который можно отцедить.(Приложение 17,18)

CaSO4 + 2NaF =CaF2↓+ Na2SO4

c)Сорбционный метод.

Заключается в фильтрации воды через сыпучий материал, способный вступать в химические реакции с ионами фтора.(Приложение 19,20) В качестве сорбентов применяют:

• трикальцийфосфат;
• гидроокись алюминия;
• гидроокись магния.

Мы пропускали водопроводную воду через фильтр на поверхности которого тонким слоем  насыпали фосфат кальция.

Ca3(PO4)2+6NaF=3CaF2↓+2Na3PO4

V.            ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрев и поэкспериментировав  методы очистки питьевой воды от фтора ,я пришла к выводу ,что наиболее приемлемым методом является «метод электрокоагуляция», т.к в нем мы не используем химические вещества ,которые отрицательно влияют на организм человека. С помощью миниатюрного прибора(причем используемый им ток небольшого напряжения ,безопасного для жизни)  мы удаляем избыток фтора из воды.

VI.            СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: