Исследовательская работа на тему: Влияние очистки воды бытовыми адсорбционными фильтрами на ее свойства и безопасность для здоровья человека (стр. 5 )

Для испытания следующего образца воды стакан и электроды ополаскиваются дистиллированной водой.

Электропроводность - это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Природные воды представляют в основном растворы смесей сильных электролитов. Минеральную часть воды составляют ионы Na+, K+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-. Этими ионами и обуславливается электропроводность природных вод. Присутствие других ионов, например, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Al3+, NO3-, HPO42-, H2PO4- не сильно влияет на электропроводность, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах. На достоверность оценки содержания минеральных солей по удельной электропроводности в большой степени влияют температура и неодинаковая электропроводимость различных солей.

Электропроводность испытуемых образцов воды мы определяли на портативном погружном кондуктометре. Для этого кондуктометр переводится в режим измерения и погружается в испытуемый образец, в течение 3-4 сек на экран прибора выводится значение электропроводности, выражаемое в мкС/см.

Обнаружение хлорид–ионов (Cl-).Обнаружение в воде хлорид-ионов основано на их способности образовывать нерастворимое соединение с катионом серебра с образованием белого осадка в виде опалесценции или более интенсивного осадка (в зависимости от концентрации). Анализ проводили по следующей схеме:

10 мл пробы воды помещали в пробирку, прибавляли 3–4 капли азотной кислоты и 0,5 мл раствора нитрата серебра. Белый осадок выпадает при концентрации хлорид – ионов более 100 мг/л. Уравнение химической реакции обнаружения хлорид-ионов имеет вид:

Cl– + Ag+ = AgCl

Помутнение раствора наблюдается, если концентрация хлорид–ионов более 10 мг/л, опалесценция – более 1 мг/л. В испытуемых образцах мы наблюдали помутнение, что соответствует концентрации хлорид-ионов более 10 мг/л. При добавлении избытка аммиака осадок растворяется и раствор становится прозрачным [8, 11].

Обнаружение сульфат–ионов (SO42-).Обнаружение в воде сульфат-ионов основано на их способности образовывать нерастворимое соединение с катионом бария с образованием белого осадка в виде опалесценции или более интенсивного осадка (в зависимости от концентрации). Анализ проводится по следующей схеме:

10 мл пробы воды помещали в пробирку, прибавляли 2–3 капли соляной кислоты и 0,5 мл раствора хлорида бария. При концентрации сульфат – ионов более 10 мг/л выпадает садок. Уравнение реакции обнаружения сульфат-ионов имеет вид:

SO + Ba2+ = BaSO4

Если наблюдается опалесценция, то концентрация сульфат – ионов более 1 мг/л. В испытуемых образцах воды мы наблюдали опалесценцию, что соответствует концентрации сульфат-ионов – около 1 мг/л [2].

Обнаружение ионов кальция (Ca2+) основано на способности ионов кальция вступать в реакцию с оксалатом аммония с образованием белого осадка, нерастворимого в аммиаке и уксусной кислоте [2, 11]. Анализ проводили по следующей схеме: 10 мл пробы воды помещали в пробирку, прибавляли 1 мл 1% раствора оксалата аммония. Уравнение реакции, в которой обнаруживаются ионы кальция, имеет вид:

(NH4)2C2O4 + Ca2+ = CaC2O4 + 2NH4+

Наблюдали выраженную опалесценцию, что свидетельствует о присутствии в воде ионов кальция.

Испытание на присутствие тяжелых металлов

Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. В перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах, в разделе тяжелые металлы упоминаются свинец (Pb), ртуть(Hg), кадмий(Cd) и мышьяк(As).

Общим методом обнаружения тяжелых металлов является реакция с сульфид-анионом
(S2-), с которым тяжелые металлы образуют нерастворимые осадки (от серого до темно-коричневого и черного цвета), при малых концентрациях тяжелые металлы образуют опалесценцию и слабое окрашивание. Интенсивность опалесценции и окраски испытуемого раствора сравнивают с эталонным раствором, в котором присутствует известное количество иона свинца [2].

Испытание проводили по следующей схеме: 10 мл пробы воды помещали в пробирку, прибавляли последовательно 1 мл уксусной кислоты разведенной, 2 капли сульфата натрия и перемешивали в течение 1 мин. Затем сравнивали окраску раствора с интенсивностью окраски эталонного раствора, содержащего 5 мкг/мл свинец-иона. Уравнение реакции, которое лежит в основе обнаружения ионов тяжелых металлов, имеет вид:

Pb2+ + S2- = PbS

В образцах исходной воды и воды из-под нового фильтра тяжелые металлы отсутствовали, в образце из-под старого фильтра нами было зафиксировано присутствие выраженного количества тяжелых металлов.

Испытание на присутствие восстанавливающих веществ

К группе восстанавливающих веществ относят соединения неорганической (перекиси водорода и др. веществ) и органической природы (кислоты, углеводы, белковые вещества и др.), которые способны вступать в окислительно-восстановительные реакции, в частности, обесцвечивать раствор калия перманганата. Присутствие в воде восстанавливающих веществ может свидетельствовать о попадании санирующих агентов (перекиси водорода) или о жизнедеятельности микроорганизмов и простейших, которые способны выделять некоторые органические вещества в среду обитания. В чистой воде восстанавливающие вещества отсутствуют.

Для испытания образцов воды на присутствие восстанавливающих веществ пробу воды 10 мл помещали в коническую колбу вместимостью 100 мл, прибавляли 10 мл раствор серной кислоты и 1 мл раствора перманганата калия. Смесь доводили до кипения на электроплитке и кипятили в течение 1 мин. При наличии в воде восстанавливающих веществ раствор обесцвечивается, при их отсутствии – сохраняет розовое окрашивание. Уравнение реакции окислительно-восстановительной реакции, лежащей в основе методики, выглядит следующим образом (на примере пероксида водорода, проявляющего в данной реакции восстанавливающие свойства) [11]:

5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

В результате испытаний было установлено, что в исходной питьевой воде и воде из-под нового фильтра восстанавливающие вещества отсутствуют, а в воде из-под старого фильтра они присутствуют, что может свидетельствовать о жизнедеятельности микроорганизмов, обитающих на сорбенте.

3.2.2. Испытание образцов воды на микробиологическую чистоту

Микробиологическая чистота образцов воды испытывалась по нашей заявке в микробиологической лаборатории .

С целью обнаружения грамположительных микроорганизмов производился прямой посев на стерильную питательную среду агар-агар. Для этого в чашку Петри с плотной средой наслаивают пробу воды в объеме 5 мл, затем помещают строго горизонтально в ультратермостат, в котором поддерживается температура +37 0С. Через сутки чашки вынимают из шкафа и просматривают в проходящем свете, производят приблизительный подсчет образовавшихся колоний и вычисляют количество колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл испытуемой воды [2].

С целью обнаружения грамотрицательных микроорганизмов (к ним относятся кишечная палочка, шигелла, сальмонелла и др., способные вызывать кишечные инфекции) применялась специальная питательная среда, которая в условиях термостатирования должна оставаться прозрачной. Помутнение питательной среды свидетельствует о наличии в воде грамотрицательных бактерий [2].

В образце исходной воды и воды, полученной из-под нового фильтра, грамотрицательные бактерии отсутствовали. В воде, собранной из-под старого фильтра, достоверно присутствовали грамотрицательные микроорганизмы, что является признаком загрязнения бытового фильтра.

Результаты проведенных нами испытаний представлены в таблице 5.

Таблица 5 –Основные показатели качества исследованных образцов питьевой воды

№ п/п	Показатель качества	Образцы воды
Вода исходная	Вода из-под нового фильтра	Вода из-под старого фильтра
1	Описание (внешний вид)	Бесцветная прозрачная жидкость	Бесцветная прозрачная жидкость	Бесцветная прозрачная жидкость
2	Запах	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
3	Водородный показатель (рН)	7,32	7,28	7,85
4	Электропроводность, мкС/см	520	380	400
5	Хлориды	Присутствуют	Присутствуют	Присутствуют
6	Сульфаты	Присутствуют	Присутствуют	Присутствуют
7	Ионы кальция	Присутствуют	Присутствуют	Присутствуют
8	Ионы железа	Присутствуют	Присутствуют	Присутствуют
9	Тяжелые металлы	Присутствуют	Отсутствуют	Присутствуют
10	Восстанавливающие вещества	Отсутствуют	Отсутствуют	Присутствуют
11	Микробиологическая чистота:
Грамположительные бактерии, КОЕ/мл	Около 100	Менее 100	Более 100
Грамотрицательные бактерии	Отсутствуют	Отсутствуют	Присутствуют

Как видно из данных таблицы, вода из-под старого фильтра характеризуется высоким уровнем рН (происходит его защелачивание). Также видно, что снижение электропроводности воды у старого фильтра менее выражено, чем у нового, то есть наблюдается снижение сорбционной способности старого фильтра. Кроме того, она содержит восстанавливающие вещества и грамотрицательные микроорганизмы, которые отсутствовали в исходной воде и отсутствуют в воде из-под нового фильтра. Из полученных данных также видно, что общая микробная обсемененность воды при применении нового фильтра снижается. Применение старого фильтра не только не снижает микробное загрязнение воды, но и способствует ее большему загрязнению. Еще одним выводом является то, что бытовые адсорбционные фильтры незначительно влияют на микробиологическую чистоту фильтруемой воды.

Анализ образцов воды в химической лаборатории

Условные обозначения:

1 – Визуальная оценка результатов анализа на присутствие в воде восстанавливающих веществ;

2 – Кондуктометрическое определение удельной электропроводности воды;

3 – Потенциометрическое определение водородного показателя (рН) воды;

4 – Регистрация полученных результатов;

5 – Лабораторный потенциометр – рН-метр;

6 – Пробирочные анализы воды на присутствие примесей с использованием визуальных, органолептических и химических методов исследования

Испытание образцов воды на присутствие примесей и микробиологическую чистоту

Условные обозначения:

1 – Обесцвечивание раствора калия перманганата свидетельствует о присутствии в воде из-под старого фильтра восстанавливающих веществ;

2 – Помутнение питательной среды (3 пробирка слева) свидетельствует о присутствии грамотрицательных микроорганизмов в воде из-под старого фильтра;

3 – Присутствие микроорганизмов в вода исходной (КОЕ/мл - около 100);

4 – Присутствие микроорганизмов в воде из-под нового фильтра (КОЕ/мл - менее 100);

5 – Присутствие микроорганизмов в воде из-под старого фильтра (КОЕ/мл - более 100, местами сплошной рост);

6 – Присутствие микроорганизмов в воде хлорированной (КОЕ/мл - менее 10)

Основные выводы и рекомендации:

Проведен краткий обзор литературы по теме исследования, который показал актуальность изучения влияния бытовых фильтров для очистки питьевой воды на ее качество и потребительские свойства; На первом этапе исследования проведен анкетированный опрос респондентов, который позволил сделать следующие выводы:

2.1. Взрослые меньше доверяют качеству водопроводной воды и предпочитают пользоваться бытовыми фильтрами;

2.2. Большинство респондентов убеждены, что вода из-под фильтра становится безопаснее, чище и прозрачнее, в ней уменьшается содержание тяжелых металлов и железа, а также снижается запах «хлорки», что можно считать соответствующим действительности;

2.3. Большинство опрошенных убеждены, что воду из-под бытового фильтра можно пить без кипячения, что является, на наш взгляд, ошибочным мнением.

Отобранная для испытаний питьевая вода, обозначенная как "исходная" соответствовала основным требованиям, предъявляемым к питьевой воде, по показателям "Описание", "Прозрачность", "Цветность", "рН", содержание примесей и др. Подготовка объектов исследования, которая заключалась в пропускании исходной воды через новый и старый бытовые фильтры, позволяет смоделировать процессы и изменения, происходящие в питьевой воды в ходе эксплуатации фильтров в бытовых условиях; Сравнение показателей качества воды до и после фильтрации показало, что бытовые адсорбционные фильтры не изменяют внешние и органолептические показатели питьевой воды. Вместе с тем состояние и срок эксплуатации фильтра оказывают влияние на основные показатели питьевой воды, а именно оовый фильтр позволяет снизить минерализацию питьевой воды, а старый фильтр снижает ее в меньшей степени; Новый фильтр позволяет заметно снизить уровень микробной обсемененности воды, в то же время старый фильтр не только не снижает количество микроорганизмов, а наоборот, повышает загрязненность воды и делает ее непригодной для питья; Повышение рН и появление восстанавливающих веществ являются свидетельством жизнедеятельности микроорганизмов и простейших, которые развиваются на поверхностях и в полостях старого фильтра; Основные рекомендации, которые необходимо сделать по результатам проведенных исследований:

6.1. Применение бытовых адсорбционных фильтров не отменяют необходимость кипятить воду, даже при условии эксплуатации нового фильтра, так как он не снижает микробную обсемененность питьевой воды, а в случае развития в нем микрофлоры, повышает обсемененность воды;

6.2. Бытовые адсорбционные фильтры должны регулярно ополаскиваться и эксплуатироваться строго в рамках рекомендованного срока годности.

Список использованной литературы:

ГОСТ 2874-82 Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством; Государственная фармакопея СССР XI изд., Вып. 1 (1987) и вып. 2 (1990); Интернет-ресурсhttp:///article/elektroprovodnost-vody. // Офици-альный сайт компании Ампли-Плюс; Интернет-ресурс http://www. barrier. ru/encyclopedia. - Официальный сайт компании БАРЬЕР; Мазаев по гигиене питьевой воды и питьевого водоснабжения. - Москва: Мед. информ. агентство. - 2008; Петров экология: взаимодействие общества и природы. - Санкт-Петербург: Химия. - 1998; Петрянов необыкновенное вещество в мире. - Москва. - 1975; Прокофьев словарь юного химика. - Москва. - 1982; СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества; СанПиН 2.1.4.1116-02 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества; Хомченко для поступающих в ВУЗы. - Москва. - 1995.