CC BY
7
УДК 543.3
Баранова А.С., Забежинская Э.Д., Земцов М.С., Жидкова К.С., Тумасова А.Д., Константинова Т.В.
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ВОДЫ
Баранова Анастасия Сергеевна — обучающийся 7В класса, школы №1571; Забежинская Эмилия Дмитриевна - обучающийся 7В класса, школы №1571; Земцов Максим Сергеевич— обучающийся 7М класса, школы №1571; Жидкова Ксения Сергеевна — обучающийся 7М класса, школы №1571; ГБОУ Школа № 1571
Россия, Москва, 125481, улица Фомичёвой, дом 1, корпус 1.
Тумасова Алина Дмитриевна - администратор Детского технопарка «Менделеев центр»; Константинова Татьяна Викторовна — лаборант Детского технопарка «Менделеев центр»; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9, стр.12.
Вода - это жизненно необходимый ресурс. Человек на 70% состоит из воды. И не проживёт без неё и 10-и дней! В воде всегда есть много примесей. Благодаря влиянию антропогенных факторов, в воде появляются загрязнители. Т.к. состав воды влияет на её свойства, было проведено исследование на контроль качества воды. Ключевые слова: аналитическая химия, экология, титрование, органолептические свойства, электролиз
WATER QUALITY ANALYSIS
Baranova A.S.1, Zabezhinskaya E.D. 1, Zemtsov M.S. 1, Zhidkova K.S. 1, Tumasova A.D. 2, Konstantinova T.V. 2
1 School 1571, Moscow, Russian Federation
2 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
Water is a vital resource. There are a lot of impurities in the water. Due to the influence of anthropogenic factors, pollutants appear in the water. Since the composition of water affects its properties, an experiment was conducted to control the quality of water.
Key words: analytical chemistry, ecology, titration, organoleptic properties, electrolysis
Введение
Вода — неотъемлемая часть жизни человека. Это вторая после кислорода составляющая, необходимая для существования всего живого. В воде всегда присутствуют примеси, однако не все они являются безвредными для растений и живых существ. В нашем проекте мы провели исследование разных марок воды на содержание ее компонентов.
Наиболее часто в воде встречаются загрязняющие ее хлориды, нитраты, соли железа, органические соединения. Все они опасны не только для человека, но и для природы в целом. А главной причиной загрязнения является человек и его промышленная деятельность. Отходы заводов сливаются в воду, огромные массы пластика и неперерабатываемого мусора в больших количествах попадают в водные объекты.
От качества воды зависят многие процессы как в промышленности, так и в жизнедеятельности человека. Например, сульфаты могут привести к проблемам с ЖКТ. Переизбыток железа — к некоторым аллергическим реакциям, проблемам с кожей. Повышенное содержание органики и микроорганизмов приводит к возможности образования конъюнктивита, лихорадки и проблем с печенью. Содержание хлоридов наносит вред животным и растениям. В настоящее время существуют пять основных условных показателей качества питьевой воды: химические, органолептические, токсикологические,
микробиологические, общие. Мы проверили качество воды водопроводной, технической, питьевой
бутилированной и воды из водохранилища с помощью химических, электрохимических и органолептических методов исследования. Выводы работы подтвердили нашу гипотезу, что вода бутилированная чище, чем водопроводная, но не все марки соответствуют нормам СанПиНа.
Экспериментальная часть
С помощью общего анализа были определены такие параметры как общая жёсткость, наличие нефтепродуктов и органики, допустимые пределы по кислотности, железу, нитратам в образцах проб под номером 1-10. Образцы 1-6 и 9 — бутилированная вода разных марок, проба 7 — фонтан в СЗАО г. Москва, 8 — водохранилище, 10 — водопроводная вода ЦАО г. Москва. Органолептический анализ был проведен по таким показателям, как цветность, прозрачность и запах. Химическим анализом был определен состав и количество химических веществ и элементов, которые образовались после обработки воды перед подачей её в водопроводы и определяется содержанием в воде хлоридов, ионов серебра и свинца.
Цветность воды была определена по окраске столба жидкости на фоне белого листа. Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике высотой 20см, для водоемов культурно-бытового назначения - 10см.
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.
Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в неё естественным путем и со сточными водами. Кипячением всех проб мы определили запах. Данные по органолептическому анализу представлены в Таблице 1.
Желтый цвет в 8 пробе (водохранилище) может свидетельствовать о наличии мелкой фракции железа. Явный запах содержится в 1,3,5,6,9 пробах. Это говорит нам о загрязнении воды.
Таблица 1. Органолептический анализ
Проба Цветность Прозрачность Запах
1 нет да Горелый пластик
2 нет да нет
3 нет да хлорка
4 нет да нет
5 нет да мел
6 нет да Железо и мел
7 нет да нет
8 Желтоватый цвет да нет
9 нет да накипь
10 нет да нет
Содержание взвешенных частиц определено по разности массы бумажного фильтра до и после фильтрации пробы воды с последующем высушиванием (Таблица 2). Количество частиц определено по формуле:
(т2-т1)<1000
N4 =-,
V '
где т1 - масса фильтра до фильтрации и сушки, т2 -масса фильтра после фильтрации, V - объем пробы.
Наименьшая концентрация взвесей находится в 1 пробе, а наибольшая в 10 пробе.
Жёсткость воды определяли методом прямого титрования. Так, получились данные (Таблица 3).
Наименьшая концентрация солей жёсткости находится в 3 пробе. Наибольшая в 7 пробе (фонтан).
Таблица 2. Содержание взвесей
Проба mi, г m2, г т задержанных частиц, г Nm, мг/мл
1 0,722 0,738 0,016 3,2
2 0,539 0,561 0,022 4,4
3 0,769 0,792 0,023 4,6
4 0,871 0,89 0,019 3,8
5 0,961 1,1 0,139 27,8
6 0,796 0,986 0,19 3,8
7 1,126 1,167 0,041 8,2
8 1,219 1,4 0,181 36,2
9 1,013 1,13 0,117 23,4
10 0,308 0,568 0,26 52
Таблица 3. Определение жёсткости воды
Проба V1, мл V2, мл C, мг/мл
3 25 0.23 0,92
6 25 0,51 2,04
7 25 0,9 3,6
9 25 0,5 2
Определение общей минерализации
осуществлялось с помощью ТББ-прибора двух разных производителей и кондуктометра АНИОН 4120. Принцип работы прибора основан на электропроводности воды. Электропроводность - это способность среды проводить электрический ток. Чем выше минерализация (насыщение солями) жидкости, тем выше ее электропроводность, тем выше будут показания прибора.
Так как допустимая концентрация для питьевой воды — до 170, то несоответствие наблюдается в пробах 1 и 5 пробах.
Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде. В зависимости от величины рН может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д. Контроль за уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его отклонения в ту или иную сторону могут не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий. Для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 5 до 9 (СанПиН).
Таблица 4. Определение общей минерализации
Образцы воды Результаты измерения TDS-метра №1 Результаты измерения TDS-метра №2 Результаты измерения кондуктометра Среднее значение (принятое за результат) Значения нормы
1 166 174 774 371 50-170
2 54 57 93 68 50-170
3 78 78 157 104 50-170
4 103 111 205 140 50-170
5 307 318 560 395 50-170
6 108 119 220 149 50-170
7 222 220 436 293 400
8 235 240 240 238 400
9 37 45 82 55 50-170
10 210 231 392 278 300
Таблица 5. Определение кислотности
Образцы воды Результаты измерения pH-метра №1 Результаты измерения pH-метра №2 Среднее значение (принятое за результат)
1 9 - среда щелочная 7 - среда нейтральная 8 - среда щелочная
2 7 - среда нейтральная 7 - среда нейтральная 7 - среда нейтральная
3 7 - среда нейтральная 7 - среда нейтральная 7 - среда нейтральная
4 8 - среда щелочная 7,60 - среда нейтральная 7,8 - среда нейтральная
5 5 - среда кислая 4,62 - среда кислая 4,81 - среда кислая
6 8 - среда щелочная 7 - среда нейтральная 7,5 - среда нейтральная
7 5 - среда кислая 7-среда нейтральная 6-среда щелочная
8 9 - среда щелочная 8,20-среда щелочная 8,6-среда щелочная
9 7 - нейтральная 8-среда щелочная 7,5-среда нейтральная
10 10 - щелочная 9-среда щелочная 9,5-щелочная
Как и ожидалось, не соответствует СанПиНу проба из водохранилища, однако проба водопроводной воды и воды из фонтана попадают в предел по нормам СанПиНа.
С помощью электролиза воды мы смогли выделить частицы железа на поверхности электролизера, благодаря флотации частиц железа с пузырьками выделяемых при электролизе газов. Массу посчитали по разницу между массами фильтров до и после электролиза. Пробы брали под номером 7 и 10 (водопровод и фонтан), так как предположили, что в них железо содержится в максимальной концентрации, в отличие от бутилированной воды. Время электролиза — 30 мин.
Таблица 6. Выделение железа
Проба тфильтра Д° электролиза тфильтра после электролиза т задержанных частиц
7 1,126 1,167 0,041
8 1,219 1,4 0,181
Химический анализ проб помог нам определить содержание различных катионов и анионов в воде. Обнаружить хлориды удалось с помощью нитрата серебра, сульфаты с помощью хлорида бария, нитраты с помощью нашатырного спирта; на катионы свинца качественная реакция — хромат калия, на катионы железа — гидросульфата калия; содержание органических веществ проверяли с помощью перманганата калия.
Таблица 7. Химический анализ
Наибольшая суммарная концентрация частиц обнаружена в пробах 1 и 2. Органические соединения нашлись только в пробе 2, тест на нитраты не показал результаты, однако почти в каждой пробе содержались хлориды, сульфаты и ионы свинца.
Заключение
В результате данного исследования воды, мы смогли сделать выводы о качестве потребляемой нами воды от разных компаний. Благодаря сбору информации, мы выбрали оптимальные методы анализа воды и определили для себя, какую воду все-таки стоит пить, а какую — нет.
Наиболее опасной оказалась вода под номером 1. Не стоит пить неочищенную воду из-под крана, фонтанов, каких-либо источников, так как это может нанести существенный удар по вашему здоровью. Мы рекомендуем пить только проверенную и очищенную воду.
Авторы выражают благодарность коллективу Детского технопарка «Менделеев центр» за предоставленную возможность выполнения своей первой научной работы.
Список литературы
1. Габриелян О.С. Химия: 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений. - М.: Дрофа;
2. Смирнов А. Структура воды: новые экспериментальные данные // Журнал «Наука и жизнь» - 2011. - №10. - с. 64-67
3. Ржавский В. О воде, токе и соли // Физ-ра и спорт. - 2004. - N 10. - С.13.
4. Родина Н.А. Такая знакомая и такая удивительная вода! // Квант. - 1984. - N 2. - С.34-37
5. Мягкая и жёсткая вода (rospotrebnadzor.ru) (дата обращения 25.05.2022)
6. Измерение минерализации воды (simvolt.ua) (дата обращения 25.05.2022)
Проба С1- 8042- Шз- РЪ2+ Бе2+ Орг. в-ва
1 + + - + + -
2 + + - + - +
3 - + - + - -
4 - + - + - -
5 + + - + - -
6 - + - + - -
7 + + - + - -
8 - - - + - -
9 - + - + - -
10 - + - + - -
