В индивидуальной исследовательской работе по химии "Вода, которую мы пьём" проводится ряд исследований, направленных на изучение способов очистки воды. Автор работы стремится выяснить, каким способом лучше очищать воду в домашних условиях.

Подробнее о проекте:

В процессе работы над исследовательским проектом по химии о воде учащаяся изучила литературные источники по данной теме, разобралась с разными способами очистки воды и провела эксперимент, в рамках которого определила, какой из рассмотренных способов очистки воды наиболее эффективный.

Ученица 11 класса школы в рамках своего проекта на тему "Вода, которую мы пьём" провела практическое исследование на выявление лучшего способа очистки воды. Настоящая работа актуальна, поскольку большое число заболеваний связанно с употреблением некачественной питьевой воды. К сожалению, на нашей планете всё реже встречаются природные источники с пригодной для питья водой. Поэтому умение очищать воду в домашних условиях очень полезно.

Оглавление

Введение
1. Как состав воды влияет на организм человека.
2. Способы очистки воды.
3. Практическая часть.
3.1. Исследование на тему: «Лучший способ очистки воды в домашних условиях».
Заключение
Литература

Актуальность: Вода является неотъемлемой частью всего живого. Её качество, несомненно, влияет на здоровье человека. Большое число заболеваний связанно с употреблением некачественной питьевой воды. К сожалению, на нашей планете всё реже встречаются природные источники с пригодной для питья водой.

Эта тема, несомненно, актуальна, поскольку люди должны знать, как вода влияет на их организм, какая вода пагубно на него влияет.

Гипотеза: Оптимальная очистка воды возможна в домашних условиях.

Цель: Выяснить, каким способом лучше очищать воду в домашних условиях.

Задача: Выявить наиболее эффективный способ очистки воды.

Вода является одним из основных элементов всего живого. Человек ежедневно потребляет воду для удовлетворения своих потребностей. Именно из-за постоянного употребления воды, её загрязнение является угрозой для здоровья человека. Загрязнённая вода вызывает огромное количество заболеваний, что ведёт к сокращению продолжительности жизни человека.

На здоровье людей отражаются все виды загрязнения воды: биологическое, химическое, радиоактивное. К биологическому загрязнению относятся продукты человеческой и животной жизнедеятельности, а также бактерии и вирусы.

Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы) и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, пестициды). Под радиоактивным загрязнением воды понимают ее насыщение соответствующими веществами и химическими элементами, излучающими радиацию.

Вопросы чистоты и безопасности питьевой воды обсуждается как среди населения, так и на законодательном уровне. Качество воды регулируют всевозможные правила и нормы, указывающие на то, какая вода безопасна для человека в эпидемиологическом и радиационном плане, какой должна иметь химический состав, вкус и запах.

1. Обобщённые показатели
1.1. Водородный показатель 6-9 pH
1.2. Общая минерализация 1000 мг/л
1.3. Жесткость общая 7,0 мг-экв/л
1.4. Окисляемость перманганатная 5,0 мг/л
2. Неорганические вещества
2.1. Аммоний 2 мг/л
2.2. Железо 0,3 мг/л
2.3. Марганец 0,1 мг/л
2.4. Нитраты 45 мг/л
2.5. Нитриты 3,0 мг/л
2.6. Сероводород 0,003 мг/л
2.7. Сульфаты 500 мг/л
3. Фториды
3.1. -I и II 1,5 мг/л
3.2. – III 1,2 мг/л
3.3. Хлориды 350 мг/л

Величина рН воды - один из важнейших показателей качества вод для определения стабильности воды, ее накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах.

От величины рН зависит развитие и жизнедеятельность многих организмов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина рН воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам питьевой воды, величина рН не должна выходить за пределы интервала значений 6,0-9,0. Контроль уровня рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его "уход" в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий.

При низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, вызывает раздражение глаз и кожи.

Минерализация- суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводимость варьируется от 30 до 1500 мкСм/см.

Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40-50 мг/л до сотен г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводимость атмосферных осадков с минерализацией от 3 до 60 мг/л составляет значения 10-120 мкСм/см.

Предел пресных вод - 1 г/л - установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен - соленый или горько-соленый.

Предел- граница между солоноватыми и солеными водами - принят на том основании, что при минерализации около 25 г/л температура замерзания воды и температура наибольшей плотности морской воды совпадают, и при этом меняются некоторые свойства воды.

Граница 50 г/л между солеными водами и рассолами обусловлена тем, что соленость больше этого значения не бывает в морях; Такая соленость характерна только для соленых озер и некоторых подземных вод.

Жесткость воды обуславливается наличием в воде ионов кальция, магния, стронция, бария, железа, марганца. Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов - и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния - общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая - наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов.

По стандарту ИСО 6107-1-8: 1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовать пену мылом. Содержание в питьевой воде кальция и магния играет важнейшую роль для человеческого организма. Недостаточность кальция в организме негативно сказывается на функции сердечной мышцы и на активности некоторых ферментов.

А недостаток содержания кальция в крови ведет к понижению возбуждаемости нервной системы и, как следствие, к возникновению судорог. Кальций необходим для формирования костных тканей, в том числе зубов. Соли магния тоже необходимы человеку, поскольку входят в ряд жизненно важных ферментов. Дефицит магния проводит к коронарной болезни сердца; с другой стороны, повышенное содержание магния угнетающе действуют на нервную систему, поражая двигательные нервные окончания.

В естественных условиях ионы кальция и магния, определяющие жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах.

Обычно преобладает жесткость, обусловленная ионами кальция (до 70%); однако в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки ммоль/л). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего - в период половодья.

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков. По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водоемах.

Аммонийные соединения в больших количествах входят в состав минеральных и органических удобрений, кроме того, аммонийные соединения в значительных количествах присутствуют в нечистотах (фекалиях). По этим причинам повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обычно является признаком хозяйственно-фекальных загрязнений.

ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л. Согласно СанПин 2.1.45.1074-01 ПДК аммония в питьевой воде составляет 2,0 мг/л. По данным ВОЗ, содержание аммония не должно превышать 0,5 мг/л. Постоянный прием внутрь воды с повышенным содержанием аммония вызывает хронический ацидоз (смещение кислотно-щелочного баланса организма в сторону увеличения кислотности) и изменения в тканях.

Поскольку соединения железа в воде могут существовать в различных формах, точные результаты могут быть получены только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого "общего железа", хотя иногда возникает необходимость определить железо в его индивидуальных формах.

Железобактерии встречаются практически везде. Их "визитной карточкой" можно считать ржавую слизь, покрывающие трубу водопровода.

Основной формой железа в поверхностных водах являются комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом с солями гуминовых кислот - гуматами. В болотных водах, где много гумусовых веществ, всегда много железа. При рН = 8,0 основной формой железа в воде является гидроксид железа Fe(OH)3, находящаяся во взвешенной коллоидной форме.

В подземных водах железо присутствует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное железо при определенных условиях также может присутствовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых органических комплексов.

Нитраты являются солями азотной кислоты. Повышенное содержание нитратов в воде может служить индикатором загрязнения водоема в результате распространения фекальных либо химических загрязнений (сельскохозяйственных, промышленных). Согласно СанПин 2.1.4.1074-01 для питьевой воды ПДК нитратов составляет 45 мг/л.

Питьевая вода и продукты питания, содержание повышенное количество нитратов, могут вызывать заболевания, в первую очередь у младенцев (так называемая метгемоглобинемия), а также людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Допустимое суточное потребление по рекомендациям ВОЗ - 5 мг/кг массы. В этом случае особенно опасны грунтовые воды и питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями. Вместе с тем, растения не так чувствительны к увеличению содержания в воде азота, как фосфора.

Заболевания, передаваемые через воду, весьма многочисленны. Все их можно разделить на несколько основных групп. В первую очередь это кишечные инфекции бактериальной природы, к которым относятся холера, брюшной тиф, паратифы А и Б, дизентерия, различные энтериты и энтероколиты. Для возникновения этих заболеваний благоприятны неорганизованное водопотребление, недостаточное количество воды, соответствующие природные условия для распространения и выживания в объектах окружающей среды инфекционного начала, технические нарушения на водозаборных, водоочистных сооружениях и водопроводах, несоблюдение элементарных норм личной гигиены.

Многие вирусные заболевания распространяются водным путем. Это инфекционный гепатит (болезнь Боткина), полиомиелит, аденовирусные и энтеровирусные инфекции. Наибольшее значение водный путь передачи имеет для инфекционного гепатита, вызываемого вирусом типа А, который в отличие от парентеральных гепатитов (В, С) носит также название эпидемического. Инфекционный гепатит сопровождается выраженной интоксикацией с преимущественным поражением печени.

Вирус гепатита более устойчив к воздействию факторов окружающей среды, чем возбудители бактериальных кишечных инфекций. Вирус сохраняет патогенность после замораживания в течение 2 лет, при кипячении погибает лишь через 30-60 мин. В связи с этим стандартные способы очистки и обеззараживания воды не всегда достаточно эффективны против вируса гепатита, а колибактериальные показатели могут не отражать реального загрязнения вирусами.

Достаточно актуален водный путь передачи такого опасного заболевания, как полиомиелит. Следует также иметь в виду, что водным путем могут распространяться аденовирусы, энтеровирусы Коксаки и ЕСНО, вызывая у человека тяжелые поражения кишечника, центральной нервной системы, кожи и слизистых оболочек. Вирусы устойчивы к действию хлора при обеззараживании воды обычными дозами и поэтому встречаются в распределительной сети при качестве воды, соответствующей колиформным стандартам по эпидемической безопасности.

Следует отметить также, что в некоторых случаях, например, при купании в загрязненных прудах, при антисанитарной обстановке в банях вода может стать путем передачи трахомы, чесотки, грибковых и других заболеваний.

Однако довольно часто химические вещества, находящиеся в воде, имеют не природное происхождение, а поступают в водоемы с хозяйственно-фекальными или промышленными стоками. Например, присутствие в воде солей аммония, нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов, фосфатов может не только отражать минеральный состав почвы, но и указывать на биогенное загрязнение, т.е. поступление органических веществ с хозяйственно-фекальными сточными водами.

Заболевания, обусловленные необычным минеральным составом природных вод. Измененный минеральный состав природных вод может способствовать развитию неспецифических неинфекционных заболеваний.

Наряду с общей минерализацией большое значение имеет жесткость воды, определяемая в основном содержанием бикарбонатов, сульфатов и хлоридов кальция и магния. Вода с общей жесткостью свыше 7 ммоль/л имеет неблагоприятные гигиенические свойства. В ней плохо образуется мыльная пена, в связи с чем такая вода малопригодна для стирки и мытья.

В жесткой воде хуже развариваются мясо, овощи и бобовые. Большой экономический ущерб связан с использованием в промышленности и тепловой энергетике воды с высокой устранимой жесткостью, так как в котлах и трубах при кипячении образуется накипь в результате перехода бикарбонатов в нерастворимые карбонаты.

Существуют различные группы методов искусственного улучшения качества воды, вне зависимости от вида загрязнений и характера примесей. Среди них:

1. Биологические
2. Физические
3. Химические
4. Физико-химические

Для достижения максимального результата чаще всего используют комплексный подход – комбинируют наиболее эффективные способы и системы очистки воды.

Биологические методы. Подобный способ заключаются в использовании для удаления из воды вредных примесей различных живых организмов. Это направление считается сегодня наиболее перспективным, предоставляющей широкие возможности в борьбе с самыми разными загрязнителями, содержащимися в стоках.

Чаще всего, в качестве «живых чистильщиков» используют различные виды бактерий, способных разлагать и перерабатывать химические и физические загрязнители. Иногда для этих целей применяются водоросли и представители микроскопических грибков.

Одним из плюсов использования такого метода очистки представляется возможность подбирать микроорганизмы-чистильщики в зависимости от характера и состава веществ, подлежащих удалению. Как пример, можно рассмотреть нитрофицирующие микроорганизмы.

В процессе своей жизнедеятельности они разлагают и обезвреживают азотосодержащие химические компоненты. Другие бактерии могут пожирать фосфорсодержащие компоненты.

Размножаясь в водоёмах, скопления таких полезных организмов, осуществляющих фильтрацию воды, образуют целые колонии. Чаще всего они концентрируются в придонных слоях, в виде тёмно-бурой или чёрной массы.

Физические методы. Подобные способы по большей части входят в состав комплексных методик, в качестве предварительной стадии фильтрационных работ. Физические методы могут применяться для очистки больших объёмов жидких стоков.

Некоторые современные способы физического удаления загрязнений позволяют осуществлять глубокую очистку, однако производительность их недостаточна для работы с большими объёмами воды. Примером тонкой физической очистки могут служить мембранные фильтры, способные задерживать даже патогенные микроорганизмы, молекулы тяжёлых металлов, солей и оксидов.

Все способы физической очистки воды подразделяются на несколько видов:

1. Процеживание
2. Отстаивание
3. Фильтрование
4. Дезинфекция ультрафиолетом

Химические методы. Очистка воды химическим способом основана на взаимодействии реагентов с различными видами загрязнителей. В результате химической реакции вредные вещества разлагаются на безопасные компоненты или изменяют свое состояние – загрязнения превращаются в нерастворимые соединения и выпадают в отделяемый осадок.

По типу химического взаимодействия можно выделить три основных способа химической очистки воды:

• Нейтрализация
• Окисление
• Восстановление

Физико-химические методы. Физико-химические способы и методы очистки воды довольно разнообразны и составляют довольно обширную группу. Воздействие на загрязнители и токсичные вещества осуществляется с помощью сочетания физических методов и химических реактивов. Это позволяет более качественно очистить жидкость от растворенных газов и токсинов, тонкодисперсных твердых и жидких частиц. Это отличный способ очистки воды от марганца и других тяжелых металлов.

Физико-химический способ можно применять на любом этапе удаления вредных веществ. Он одинаково хорошо подходит как для предварительной нормализации состава жидкости, так и для глубокой очистки.

Ключевые методы очистки воды физико-химическим путём:

• Флотация
• Ионообмен
• Обратный осмос
• Электродиализ
• Экстракция
• Сорбция

Кипячение. В результате этого процесса легко удаляется из воды хлор, сероводород, убивается большинство болезнетворных микробов, удаляются из воды соли кальция и магния. Вода делается мягче, ее структура меняется. Но кипячение ухудшает химический состав воды, вместе с тем повышается концентрация растворенных веществ, не удаляются вредные частицы, такие как калий, ртуть, нитраты и пестициды.

Не все микроорганизмы гибнут при 100 градусах. При длительном кипячении концентрация растворённых веществ повышается, поскольку сокращается объем жидкости. Длительное кипячение ещё более усугубляет химическую обстановку. Кроме того, вода становится невкусной. Пить кипяченую воду целесообразно только тогда, когда нет другой возможности очищения воды.

Отстаивание. Одним из способов улучшения качества воды является ее отстаивание, но и здесь надо помнить, что отстаивать воду более 12 часов просто опасно. Отстой воды преследует цель избавиться от нерастворимых в воде частиц. Удаление растворённого хлора при отстое происходит далеко не полностью. При отстаивании воды не менее 3-х часов снижается концентрация свободного хлора, но практически не удаляются соли тяжелых металлов и другие вредные для организма вещества.

Фильтрование. Угольные фильтры, применяемые дома, предназначены для удаления органических примесей, хлора. Угольные фильтры наиболее эффективны и экономичны для очистки воды от разных запахов. В качестве фильтра применяется активированный уголь. Данный фильтрующий материал позволяет эффективно очистить воду от хлора и хлорорганических соединений.

Кроме того, он значительно улучшает такие свойства воды как вкус, запах, цвет. Загрязняющие вещества лишь частично задерживаются порами фильтра на его поверхности. Со временем эффективность фильтрующего элемента уменьшается и качество получаемой воды непредсказуемо ухудшается.

Замораживание. С давних пор талая вода широко использовалась в целительной практике. Получить ее было несложно: приносили в избу со двора полное корыто снега или льда и ждали, когда он растает. Талая вода способствует выведению из организма шлаков и токсинов, дает ему сильную энергетическую подпитку.

В настоящее время не так-то просто найти снег, который превратится после таяния в чистую, полезную для здоровья воду. Те, кто верит в целебную силу талой воды, идут на хитрость, замораживая воду дома, в морозильнике.

Наиболее полезной считается та вода, которая оттаивает быстрее всего — она содержит наименьшее количество примесей. Свойства талой воды сохраняются в течение 7–8 часов после размораживания льда, но для получения ощутимого целебного эффекта лучше пить талую воду сразу же после размораживания.

Способ 1. Кипячение.

Каждый день мы кипятим воду чтобы попить чай или кофе, приготовить поесть или просто остужаем и переливаем её в кувшин чтобы попить позже. Но является ли кипячение настолько хорошим способом очистки воды?

Кипятить воду нужно не меньше 10-15 минут. Только при этом значительная часть микроорганизмов гибнет. Этот метод имеет свои недостатки. В процессе долгого кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ - канцероген, который вызывает раковые заболевания. К тому же в нашей воде часто присутствуют соли тяжелых металлов. При кипячении происходит испарение воды, и концентрация солей в ней увеличивается. Они откладываются на стенках чайника в виде накипи и извести и затем попадают в организм человека.

Я взяла некоторое количество дождевой воды. Это вода была мутной и имеет посторонний запах. Часть воды я прокипятила 15 минут. Сравнив воду из двух банок, я увидела, что она ничем не отличается. Кипяченая вода осталась такой же мутной, запах никуда не исчез. Кипячение не очистило воду от примесей, а просто убило некоторые микроорганизмы.

Способ 2. Отстаивание

Для этого способа в сосуд или в стеклянную банку емкостью 3-5 литров следует налить водопроводную воду и держать таким образом в течение суток. Затем воду можно использовать для приготовления пищи. Но пить в сыром виде такую воду не рекомендуется. Причем, использовать нужно 3/4 воды, потому что различные соли, хлорка и другие вредные вещества оседают на дно сосуда. Последнюю четверть отстоянной воды нужно вылить.

Взяв воду из озера, находящегося в моём городе, я оставила её на сутки. За это время грязь осела на дно, вода стала прозрачнее. После этого надо аккуратно, не взбалтывая перелить часть воды в другую емкость. Пить эту воду явно нельзя, потому что хоть и некоторые примеси осели на дно, в воде осталось множество микроорганизмов и не осевших примесей.

Способ 3. Замораживание.

Цель очистки воды замораживанием – улучшить качество питьевой воды. Водопроводная вода изобилует солями жесткости, которые оказывают вредное воздействие на организм человека, ускоряя его старение. Данный способ помогает избавиться от вредных солей жесткости и насытить воду кислородом. Убрать соли возможно и путем дистилляции, однако такой метод не дает возможности получить воду, полезную для организма: полученная вода не насыщена кислородом.

Я взяла обычную водопроводную воду и поместила её в морозильник. Подождав пока вода по краям заморозится, я слила воду из середины в отдельный стакан и оставила оттаивать получившийся лед. Сравнив воду в двух стаканах, я увидела, что замерзшая вода прозрачнее обычной. Замерзла чистая вода, но не факт, что там нет каких-то примесей.

Способ 4. Фильтрование.

Что такое фильтрация воды? Под этим термином понимаются все способы очистки, при которых водные растворы под напором разной силы пропускаются через пористую структуру фильтровального вещества, приспособления или материалы, способные задержать взвешенные и растворенные частицы определенной структуры и размера.

Я взяла ватку с марлей и пропустила через эту конструкцию обычную водопроводную воду. На ватке остался осадок примесей. Далее я взяла воду и пропустила её через фильтр. Повторила процедуру с ваткой и увидела, что ватка осталась чистой. А это является показателем, что вода очистилась очень хорошо.

Работая над проектом, я рассмотрела различные способы очистки воды в домашних условиях. Гипотеза подтвердилась, в домашних условиях и правда можно оптимально очистить воду. Но для более лучшего эффекта нужно использовать не один метод, а комбинировать их. Так, вероятность того, что в воде останутся примеси или микроорганизмы будет меньше.

Для написания данной работы были использованы ресурсы Сети Интернет.