Состав и качество питьевой воды



Состав и качество питьевой воды.

Бекешева Татьяна, ДавлетоваНелля,

Ефремова Валерия,Ключникова Алина

10 «а» класс МОУ «Началовская СОШ»

Астраханская область, Приволжский район с.Началово

Руководители: Дощанова Зульфия Тамажвадутовна, учитель географии и экологии,

Научные консультанты: Шакирова Виктория Викторовна преподаватель АГУ.

Астрахань

2011 год

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? Чем отличается она от воды, прошедшей фильтрацию? Насколько чиста вода предприятия «Akvalife»?

Цель исследования:

Провести комплексное исследование по изучению физического и химического состава питьевой воды в селе Началово. Сравнить качество воды с реки Болда, водопроводной, прошедшей фильтрацию и «Akvalife».

Задачи исследования:

Выявление загрязняющих ингредиентов в воде и определение их концентрации;

Анализ соответствия качественных и количественных характеристик загрязняющих веществ;

Привлечь внимание людей, от которых зависит экологическое состояние воды, и прежде всего, жителей посёлка.

Актуальность

Человек не может жить без воды. Его тело на 70%, кровь — на 90%, мышцы — на 75% состоят из воды. В костях человека содержится около 25% воды. Без пищи человек может прожить 2-3 месяца, а без воды погибает через неделю. Обезвоживание организма ведет к тому, что все биохимические процессы, протекающие в отсутствие влаги, ведут к необратимым изменениям во всех органах. С водой в организм человека поступают минеральные вещества, вода обеспечивает движение всех материальных и энергетических потоков в теле человека, и даже температура тела регулируется при помощи воды. Известны случаи, когда спасшиеся при кораблекрушении люди без пресной воды в течение нескольких часов сходили с ума от одного страха умереть от жажды. Вода — это жизнь.

Для проведения исследования мы решили взять пробы воды с разных территорий: с реки Болда (в районе сброса очистных сооружений, 3 км ниже по течению); водопроводную; прошедшую фильтрацию; «Akvalife». Исследования проводились в химической лаборатории АГУ.

Экспериментальная часть

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), общая жесткость, наличие хлоридов, химическое поглощение кислорода (ХПК), а также содержание трехвалентного железа.

Методы определения и объекты исследования

Методы определения. Исследования запаха и вкуса проводили согласно ГОСТ 3351-74 [2]. Цветность и мутность оценивали визуально. Общую жесткость и химическое поглощение кислорода определяли титрованием, наличие хлоридов ионометрически, а содержание железа спектрофотометрическим методом.

Объекты исследования: В качестве объектов исследования были выбраны:

1. Вода питьевая «Аквалайф».

2. Вода фильтрованная (школьная столовая).

3. Вода водопроводная (школа).

4. Вода р. Болда (место отбора проб сброс вод очистных сооружений, глубина 30 см).

5. Вода р. Болда (место отбора проб – 3 км ниже по течению от сброса вод очистных сооружений, глубина 2,5 м).

Статистическую обработку результатов производили с использованием микрокалькулятора по методу наименьших квадратов [1].

Гидрохимический анализ воды

Реагенты и аппаратура

Посуда мерная стеклянная (колбы, пипетки, бюретки, стаканы, цилиндры), ГОСТ 10394-72, 1770-74, 20292-80, универсальная индикаторная бумага.

Трилон Б (комплексон III, двунатриевая соль этилендиаминтетра-уксусной кислоты) 0,05 н раствор. Навеску 9,31 г трилона Б растворяли в дистиллированной и доводили объем до 1 дм3.

Аммиачный буферный раствор с рН 10 10,5. Навеску 10 г хлористого аммония растворяли в дистиллированной воде, добавляли 50 см3 25 %-ного раствора аммиака и доводили до 500 см3 дистиллированной водой.

Серная кислота 1н раствор. 26,27 см3 98%-ной кислоты растворяли в дистиллированной воде и и доводили объем до 1 дм3

Перманганат калия 0,01н раствор. Навеску 1,58 г перманганата калия растворяли в дистиллированной и доводили до 1 дм3.

Эриохром черный (индикатор) 0,5 % раствор. 0,5 г индикатора растворяли в этиловом спирте, затем доводили объем до 100 см3.

Все реактивы, используемые для анализа, должны быть квалификации чистые для анализа (ч. д. а.)

Органолептический метод определения запаха

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250 350 см3 отмеривали 100см3 испытуемой воды температурой 20С. 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 запаха

Характер вкуса или привкуса определяли ощущением воспринимаемого вкуса иди привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и т. д). Испытуемую иоду набирали в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживаи на 3 5с. Интенсивность вкуса и привкуса определяли при 20С и оценивали по пятибалльной системе согласно требованиям ГОСТ 3351-74 [2].

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.

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.

Определение химического поглощения кислорода

Определение перманганатной окисляемости (метод Кубеля) состоит в окислении вещества пробы раствором перманганата калия в серной кислоте.

ХПК определяли титрованием воды перманганатом калия. Для этого к 100 см3 воды вносили 1 см3 1н раствора серной кислоты, нагревали до 60 70С и титровали 0,01н раствором перманганата калия до появления слабо-розового окрашивания. Одновременно с анализом исследуемой пробы провести холостой опыт с дистиллированной водой Расчет ХПК проводили по формуле:

ХПК = = (V1 V2) 80 / Vпробы

где V1 и V2 эквивалентные объемы перманганата калия, израсходованные на титрование анализируемой и холостой проб (в см3), Vпробы объем пробы (в см3).

Определение карбонатов и бикарбонатов

Проводят определение карбонатов и бикарбонатов только тогда, когда рН воды больше 7. Поскольку рН исследуемой нами воды около 6, то мы не проводили определение этих показателей.

Определение общей жесткости

Метод основан на титровании кальция и магния при рН 10 раствором комплексона-III в присутствии индикатора эриохром черного. В точке эквивалентности розовая окраска раствора переходит в синюю или сине-зеленую (ГОСТ 4151 72) [3].

К 50 см3 исследуемой воды добавляли 5 см3 аммиачного буферного раствора с рН 10 10,5, затем вносили 5 7 капли индикатора эриохрома черного и сразу же титровали при сильном взбалтывании 0,05 н раствором трилона Б до перехода окраски. Общую жесткость воды вычисляли по формуле:

мг-экв

где К поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б, вычисляется по формуле: , Стрил концентрация трилона Б, Vтрил объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см3, Vводы объем воды, взятый для определения, см3.

Результаты экспериментальных исследований гидрохимического анализа воды приведены в таблице 1.

Таблица 1. Органолептические показатели воды различных источников

Показатели

Гигиенический норматив

Вода

1

2

3

4

5

Запах, баллы

2

Проба

1-2

2-3

0-1

0

0

Привкус, баллы

2



Проба

2-3

1-2

0-1

0-1

0

Цветность, градусы

20

Проба

1

1

0

0

0

Мутность

1,5

Проба

0,2

0,1

0

0

0

рН, условные единицы

<6 >9

проба

5,7

6,5

5,2

5,8

5,1

ХПК, мг О2/дм3

<5

проба

3,16

1,42

0,48

1,36

0,36

Общая жесткость, мг- экв/л

7,0

3,2

3,0

1,8



2,1

1,2

проба

1 вода р. Болда (место отбора проб сброс вод очистных сооружений, глубина 30 см), 2 вода р. Болда (место отбора проб – 3 км ниже по течению от сброса вод очистных сооружений, глубина 2,5 м), 3 вода фильтрованная (школьная столовая), 4 вода водопроводная (школа), 5 вода питьевая «Аквалайф»

Определение хлоридов

Для определения ионов хлора в воде наиболее перспективен метод прямой потенциометрии с использованием мембранных ионоселективных электродов (ИСЭ) – ионометрия. В отличие от других методов анализа, позволяющих оценить лишь общую концентрацию вещества, ионометрия позволяет оценить активность свободных ионов, и поэтому играет большую роль в изучении распределении ионов между их различными химическими формами.

Сущность метода заключается в определении разности потенциалов хлоридного ионоселективного и вспомогательного (насыщенного хлорсеребряного) электродов, значение которого зависит от концентрации хлорид — ионов в растворе [7].

Реагенты и аппаратура

Измеряли потенциал ионоселективного электрода (мВ) в растворах анализатором жидкости «ЭКСПЕРТ-001-3» в режиме работы – вольтметр, предел основной абсолютной погрешности данной модификации измерительного преобразователя составляет ±1,5 мВ, диапазон измерения в данном режиме ─ 3200…+3200 мВ.

В качестве электродов использовали:

Ионоселективный электрод «Элит – 261», который является первичным преобразователем активности ионов Clв электродвижущую силу и предназначен для определения активности (концентрации) ионов Cl в водных растворах, в том числе в вытяжках почв, в растительной продукции, в фармацевтических препаратах, в природных, минеральных и сточных водах, в биологических жидкостях (слюне, сыворотке крови, моче, консервированных продуктах, молоке, продуктах детского питания и др.).

Основные технические характеристики ИСЭ «Элит – 261»

Диапазон рабочих температур анализируемых растворов от 5 до 50ºС.

Электрическое сопротивление электрода при Т (205)ºС не более 1,0 МОм.

Диапазон измеряемых концентраций ионов Clот 10-4 до 1·10-1 моль/дм3.

Потенциал электрода (Е) зависит от концентрации ионов Cl и описывается уравнением: Е=Е0 + S∙lgaCl, где Е0 – стандартный потенциал электрода мВ, S – крутизна электродной характеристики или тангенс угла наклона калибровочной прямой, мВ/pCl; aCl активность ионов хлора в растворе.

Критерием качества электрода ЭЛИТ-261 является соответствие крутизны его характеристики. Крутизна градуировочной характеристики в линейной части при температуре (205)ºС составляет 586 мВ/pCl.

Отклонение градуировочной характеристики от линейности 3 мВ. Присутствие ионов CN, S2-, S2O32-, Br, J не допускается.

Рабочая область рН от 1 до 12 ед. рН.

Подготовка ИСЭ «Элит – 261» к работе

Для получения точных и воспроизводимых значений показаний электрода необходимо обязательно выполнять следующие требования:

Перед началом работы с ионоселективным электродом необходимо убедиться в отсутствии у него механических повреждений, обратив особое внимание на целостность мембраны.

Снять защитный колпачок с мембраны. Зачистить поверхность мембраны наждачной бумагой, поле чего выдержать электрод в дистиллированной воде в течение 20-30 минут. Просушить электрод фильтровальной бумагой, после чего приступить к калибровке и измерениям.

Построение калибровочного графика

Перед измерениями необходимо провести калибровку электрода, то есть установить зависимость разности потенциалов между ионоселективным электродом и вспомогательным электродом (типа ЭВЛ-1М3.1) от логарифма активности (концентрации) хлорид-ионов в растворах.

Калибровку в единицах концентрации проводят по стандартным растворам KCl или NaCl, приготовленным путем последовательного десятикратного разведения основного стандартного раствора концентрацией 0,1 моль/дм3 дистиллированной водой с добавлением буферного раствора для регулирования общей ионной силы (БРОИС). В качестве БРОИС рекомендуется раствор нитрата натрия концентрацией 1 моль/дм3.

Основной стандартный раствор концентрацией 0,1 моль/дм3 готовят растворением навески 7,45 г KCl или 5,85 г NaCl, взвешенного с погрешностью 0,02 г, в 1000 см3 дистиллированной воды. Остальные растворы готовят последовательным десятикратным разбавлением исходного стандартного раствора KCl или NaCl дистиллированной водой с добавлением БРОИС. Стандартные растворы готовить непосредственно перед калибровкой и измерениями. Значения рCl для стандартных растворов приведены в таблице.

Молярная концентрация раствора, моль/дм3



10-4

10-3

10-2

10-1

Соотношения стандартного раствора и БРОИС

50:5

50:5

50:5

50:5

Значения рCl

4,00

3,00

2,00

1,00

Калибровку проводят последовательным измерением потенциалов относительно хлорсеребряного электрода сравнения ЭВЛ-1М3.1, соединенного со стандартным или исследуемым раствором электролитическим ключом с малым истечением, заполненным 0,1 моль/дм3 раствором КNO3 (NaNO3). Калибровку проводят в порядке возрастания концентрации стандартных растворов.

Проведение измерений

Установить электроды в штатив и подключить их к иономеру. Ионоселективный электрод подключают к высокоомному (индикаторному) входу иономера или цифрового вольтметра, а электрод сравнения – к входу «вспомогательный». Включить иономер в режим измерения потенциала, мВ.

Погрузить электродную пару в первый стандартный раствор, измерить потенциал электрода ЭЛИТ-261 относительно вспомогательного электрода. Запись величины потенциала электрода производить после того, как эти значения перестанут изменяться, для чего обычно требуется около 1-2 мин. Затем опустить электроды в следующий стандартный раствор с меньшей величиной рCl и выполнить те же действия. Электроды перед погружением в очередной стандартный раствор следует тщательно ополоснуть дистиллированной водой и просушить фильтровальной бумагой. По окончании измерений ИСЭ промывают дистиллированной водой. По полученным данным строят график зависимости потенциала электрода от отрицательного логарифма концентрации ионов Cl в растворе.

Перед измерениями концентрации ионов Cl в анализируемом растворе электрод промывают дистиллированной водой и слегка просушивают фильтровальной бумагой. В анализируемый раствор добавляют БРОИС в том же соотношении, что и в стандартные растворы при калибровке. Проводят измерение потенциала электрода в анализируемом растворе (рекомендуемый объем пробы 50-100 см3). Сравнивая полученное значение потенциала с калибровочным графиком, определяют концентрацию хлорид-ионов в анализируемой пробе.

Между измерениями и при длительных перерывах в работе электрод хранят сухим, закрыв мембрану защитным колпачком.

Электрод сравнения – вспомогательный лабораторный хлорсеребряный ЭВЛ-1М3.1, снабжённый электролитическим ключом, заполненным 0,1 моль/дм3 раствором КNO3 при определении хлорид — ионов. Предназначен для создания опорного потенциала, при работе в паре с индикаторным электродом при потенциометрических измерениях в водных растворах.

Подготовка электрода к работе

Перед эксплуатацией осторожным вывинчиванием удалить пробку, промыть электрод дистиллированной водой и залить насыщенным при 200С раствором хлористого калия (для измерений при температуре ниже 50С электрод заполнять раствором хлористого калия концентрацией 250 мг/дм3). Выдержать электрод в насыщенном растворе хлористого калия в течение 48 часов.

При резком уменьшении истечения электрод промыть, заполнить по пункту1, и прокипятить в дистиллированной воде в течение 20 мин нижнюю часть электрода (ключ).

Для приготовления растворов использовали градуированные пипетки ёмкостью 1 см3, 2 см3, 5 см3,10 см3; мерные колбы объёмом 50 см3; химические стаканы 50 100 см3; мерные цилиндры 50 см3; конические колбы 250 см3. Аналитические весы.

Исследования проводили на модельных стандартных растворах хлоридов калия КCl, приготовленных путём последовательного десятикратного разбавления основного стандартного раствора концентрации 0,1 моль/дм3 дистиллированной водой с использованием химически чистых реактивов. Также использовали растворы 0,1 моль/дм3 КNO3, дистиллированную воду.

Построение градуировочного графика

При работе с ионоселективным электродом на ионы хлора необходима предварительная калибровка ИСЭ – установление зависимости между потенциалом электрода и концентрацией (активностью) определяемого иона.

Для построения градуировочного графика в координатах «Е – рССl» использовали стандартные растворы хлорида калия. В мерных колбах вместимостью 50 см3, готовили модельные растворы с концентрацией хлорида калия 1∙10-1, 1∙10-2, 1∙10-3, 1∙10-4 моль/дм3 последовательным разбавлением исходного стандартного раствора с концентрацией 1∙10-1 моль/дм3 дистиллированной водой, переносили приготовленные растворы в химические стаканы ёмкостью 50 см3, далее добавляли по 5 см3 буферного раствора для регулирования общей ионной силы (БРОИС — раствор нитрата натрия концентрацией 1 моль/дм3).

Затем снимали зависимость потенциала хлоридселективного электрода от концентрации ионов хлора, переходя последовательно от меньших концентраций к большим.

По результатам измерений строили градуировочный график в координатах «EрССl»: по оси абсцисс откладывали обратный логарифм концентрации ионов хлора в стандартных растворах, а по оси ординат – соответствующие значения потенциалов (мВ) (рис 1.). Проводили шесть повторных измерений. Экспериментальные результаты оценивали на наличие промахов и обрабатывали по методу наименьших квадратов (МНК)

pC

Е, мВ

Рис. 1. Градуировочный график для определения ионов Сl

Результаты эксперимента позволяют отметить, что в данном интервале концентраций 10-1 – 10-4 моль/дм3 соблюдается линейная зависимость. Уравнение прямой имеет следующий вид: Е = 38,67·рС – 6,37.

Крутизна электродной функции S = 51,5, что входит в установленные в инструкции пределы (58±6 мВ). Полученный градуировочный график можно использовать в данном интервале концентраций для определения равновесных концентраций ионов хлора в исследуемых образцах.

Определение содержания ионов Сl в образцах воды

Хлориды обладают высокой миграционной способностью благодаря хорошей растворимости. Большие количества хлоридов поступают в природные воды из недостаточно очищенных промышленных и бытовых стоков.

Методика предназначена для определения концентрации хлорид — ионов в воде. Содержание хлорид — ионов в питьевой воде — важный показатель, говорящий о ее качестве. Предельно допустимая концентрация ионов хлора в сточных водах составляет 207 мг/дм3 [5]. Предельно допустимые концентрации хлоридов в питьевой воде [6] — не более 350 мг/дм3, ПДК для рыбохозяйственного производства — 300 мг/дм3. Степень вредности хлоридов по СанПиН 4-й класс опасности (умеренно опасны по органолептическому признаку).

Методика: мерной колбой ёмкостью 50 см3 отбирали по три пробы анализируемой воды, переносили пробы в химические стаканы, далее добавляли по 5 см3 буферного раствора для регулирования общей ионной силы (БРОИС) раствор нитрата натрия с концентрацией 1 моль/дм3. Пробы и стандартные растворы термостатировались при 250С, так чтобы их температура отличалась не более чем на 20С.

Далее погружали тщательно промытые дистиллированной водой ИСЭ на хлорид-ион и вспомогательный электрод в исследуемые растворы. Перемешивали растворы и измеряли потенциал ионоселективного электрода (ИСЭ) в милливольтах через 5 минут в исследуемых образцах. Экспериментальные результаты оценивали на наличие промахов и обрабатывали методами математической статистики. По градуировочной зависимости находили величину рСl и пересчитывали на содержание хлора в воде. Для нахождения концентрации хлорид-ионов (мг/дм3) использовали формулу:

С = 10-рСlМ103,

где рСl — значение, найденное по градуировочному графику;



Страницы: 1 | 2 | Весь текст




sitemap
sitemap