Проектно-исследовательское занятие: сравниваем качество водопроводной и фильтрованной воды

План – конспект занятия по созданию проекта

Технология проектно – исследовательской деятельности

Программа дополнительного образования: «В мире химии»

Кружок «Занимательная химия»

Группа 1 (13-15лет)

Тема: «Сравнение качества водопроводной воды и воды профильтрованной через фильтр-кувшин «Барьер»

Цель: ознакомить с нормами качества питьевой воды г.Красноперекопска, сделать сравнительную характеристику исследуемой воды. Предложить методы улучшения качества воды.

Задачи:

Обучающие:расширять кругозор обучающихся, ознакомитсь с составом питьевой воды, заболеваниями, обусловленными повышенным содержанием жесткости и железа в воде.

Развивающие:приобретать коммуникативные навыки и умения, формировать и совершенствовать навыки работы в групе, развивать умения пользоваться исследовательскими методами (собирать необходимую информацию, факты, уметь их анализировать, выдвигать гипотезы, делать выводы и заключения).

Воспитательные: воспитывать санитарно-гигиенические требования: приобщать обучающихся к использованию качественной питьевой воды.

Оборудование и материалы: ПК (мультимедийный проектор), литературные и интернет источники, фильтр «Барьер», пробирки, бюретки, аммиачно-буферный раствор, трилон Б, индикатор хромоген черный, хлороводородная кислота, персульфат калия, роданид калия.

Форма и организация занятия: фронтальная, коллективно-групповая.

Методика проведения проектно-исследовательской деятельности

Продолжительность 2 занятия по 45 мин.

Подготовительный этап:

- мотивация;

- знакомство с объектом исследования;

- разделение обучающихся на группы;

- распределение задания;

- повторение техники безопасности.

2. Подбор теоретических материалов и проведение исследования.

Проектно – исследовательская деятельность обучающихся по группам

3. Оформление результатов исследования.

4. Презентация, отчет.

5. Оценка своих действий.

- чему научились?

- что на твой взгляд, можно сделать по-другому?

- каких умений и навыков приобрели?

Мотивация: северный район Крыма столкнулся с проблемой качества воды (повышенной жесткостью, содержанием анионов хлоридов, карбонатов, катионов кальция, магния, железа, а также содержанием сухого остатка). Высокая засоленность почв, весенние паводки, привело к тому, что качество питьевой воды не соответствует требованиям. Постоянное употребление некачественной воды может привести к таким заболеваниям: отложению солей во внутренних органах, постепенно приводящих к образованию камней, к онкологическим заболеваниям.

Группа «Статистики»

Вода играет важнейшую роль во всем живом, в том числе и в судьбе человека. Все живые организмы, а также растения состоят из воды.

Человеческий организм составляет по весу 50-62% воды. 87% - вес воды у новорожденных детей, 50% - у пожилых людей.

Недостаток воды в организме человека приводит к возникновению многих болезней. Вода в кровеносной системе играет роль очистителя суставов, сосудов, а также системы органов. Человеческий организм со временем теряет определенное количество воды. Каждый день наш организм расходует около 1,5 - 2-х литров воды. Это количество жидкости необходимо восполнять, регулярно выпивая определенные порции воды, и при том, некипяченой.

При потере организмом 1-3% воды, человек испытывает жажду. Потеря 12% влаги - это серьезная проблема, при которой человек может восстановиться только благодаря медицинской помощи. Но если потеря воды составляет 20% - то это летальный исход (смерть). Норма в употребление

воды – это 30 миллилитров на один килограмм веса.

Для чего же нужна вода в нашем организме? Вода выполняет немаловажную роль преобразования пищи в энергию, способствует усваиванию организмом питательных веществ, делает кислород для дыхания более увлажненным, контролирует температуру тела, играет главную роль в обмене веществ, сохраняет жизненноважные органы, играет роль смазки суставов, выводит различные ненужные вещества из организма.

Группа «Лаборанты»

В России действуют ГСанПиН 2.1.4-2580-10, которые устанавливают гигиенические требования к питьевой воде, нормируют содержание вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах, а также поступающих в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека, определяют органолептические и некоторые физико-химические параметры питьевой воды.

Качество воды характеризуют следующие параметры:

общие физико-химические показатели качества воды; органолептические показатели;

бактериологические, паразитологические и радиологические показатели;

показатели неорганических и органических примесей.

Физико-химические показатели качества воды:

- По нормам СанПиН рН питьевой воды должен быть в пределах 6,5…8,5.

- Вода с большим содержанием растворённых в ней солей

щёлочноземельных металлов называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. По СанПиНу жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 мг-экв/л.

- Под общей щёлочностью воды подразумевается сумма содержащихся в ней гидратов и анионов слабых кислот (угольной, кремниевой, фосфорной ит.д.). По СанПиНу щелочность питьевой воды должна быть не выше 6,5 мг-экв/л.

- Сульфаты попадают в подземные воды в основном при растворении гипса, находящегося в пластах. ПДК сульфатов в воде питьевого качества - 250мг/л.

- Хлориды присутствуют практически во всех водах. В основном их присутствие в воде связано с вымыванием из горных пород соли - хлорида натрия (поваренной соли). Норма хлоридов в воде- 350мг/л.

В питьевой воде не должно быть аммиака, не допускаются соединения азотной кислоты. По нормам СанПиН ПДК в воде аммиака составляет 0,5 мг/л; нитритов - 0,5 мг/л; нитратов - 50,0 мг/л.

- Окисляемость обусловлена содержанием в воде органических веществ и отчасти может служить индикатором загрязнённости источника сточными водами. Перманганатная окисляемость характеризует содержание легкоокисляемой органики, бихроматная - общее содержание органических веществ в воде. Окисляемость воды должна быть не выше 5,0 мг О2/л.

- ПДК в воде железа составляет 0,3 мг/л; марганца - 0,05 мг/л, алюминия- 0,5 мг/л, бериллия – 0,0002 мг/л, мышьяка – 0,05 мг/л, свинца – 0,03 мг/л, молибдена – 0,25 мг/л, фтора – 0,07 мг/л.

Кроме того, стандартом нормируется содержание химических веществ, влияющих на вкусовые свойства воды. Они также могут содержаться в природных водах или добавляться к воде в процессе её обработки. К этой группе показателей качества питьевой воды отнесены железо (не более 0,3 мг/л), марганец (не более 0,1 мг/л), медь (не более 1,0), полифосфаты (не более 3,5), цинк (не более 5,0 мг/л). Сухой остаток, образующийся после выпаривания воды, не должен превышать 1000 мг/л.

Группа «Эксперты»

Питьевая вода для жителей города подается из пяти артезианских скважин Воронцовского водозабора, расположенного в 15 км от города. По таким показателям как: жесткость, сухой остаток, наличие хлоридов и сульфатов, вода в этих скважинах отличается очень незначительно.

Питьевая вода, которой обеспечивается город Красноперекопск, не соответствует по отдельным показателям требованиям СанПиНа России.

Красноперекопскому ППВКХ дано разрешение СанПиНа России от 18.01.16 г. на отклонение от требований стандартов «Вода питьевая» по следующим показателям: жесткости - 24 мг/дм3, хлоридам - 500 мг/дм3, сульфатам - 350мг/дм3, сухому остатку - 2000 мг/дм3

На сегодняшний день по данным экологического отдела водопроводная вода имеет следующие показатели:

жесткость – 27,6 мг/дм3

хлориды – 620 мг/дм3

сульфаты – 203мг/дм3

сухой остаток – 2220мг/дм3

железо- 0,3 мг/дм3

Начиная с 1994 г. резко ухудшились такие показатели, характеризующие качество питьевой воды, как жесткость, хлориды, сульфаты – это связано с изменением гидрологических условий под влиянием техногенных факторов: сброс сточных вод предприятиями жилищно-коммунального хозяйства и химической промышленности, до 2014 г сброс дренажных вод.

Наличие железа в питьевой воде города постепенно увеличивается по сравнению с предыдущими годами. Это прежде всего связано с тем, что содержание железа в воде зависит от осадка в системе водоснабжения. И чем старше система водоснабжения, тем больше осадка в трубах и соответственно увеличивается уровень железа в питьевой воде. А система водоснабжения города - желает лучшего.

Вкусовые качества воды не устраивают горожан. Большинство населения пользуются всевозможными фильтрами для очистки воды, а также много людей пользуются водой из родников с.Танковое и с. Рыбхозное, расположенных недалеко от города.

Группа «Химики»

В практике водоснабжения населенных пунктов водой питьевого качества наиболее распространенными процессами водоочистки являются осветление и обеззараживание. Помимо этого существуют специальные способы улучшения качества воды:

- умягчение воды (устранение катионов жесткости воды);

- обессоливание воды (снижение общей минерализации воды);

- обезжелезивание воды (снижение концентрации солей железа в воде);

- дегазация воды (удаление растворенных в воде газов);

- обезвреживание воды (удаление ядовитых веществ из воды);

- дезактивация воды (водоочистка от радиоактивных загрязнений).

Уменьшение жесткости воды может осуществляться несколькими способами: кипячением и отстаиванием (осаждение небольшой части карбонатов), замораживанием, добавлением химических реагентов (гашенной извести, соды, ортофосфата натрия), фильтрованием.

Уменьшение жесткости осуществляется разными бытовыми фильтрами умягчителями, которые содержат специально разработанные компоненты.

Более эффективный метод заключается в применении ионообменных фильтров. Они представляют собой колонки, наполненные ионообменной смолой. Проходя через них, в воде снижается содержание солей. Самый эффективный метод снижения жесткости представляет собой обратный осмос воды. Однако, этот метод является и самым дорогостоящим.

Железо является обязательной составной частью природной воды, поскольку оно входит в состав различных почв и пород, по которым протекает вода. Поэтому и проблема с наличием железа в воде – одна из самых распространенных и одна из самых сложных задач водоочистки.

В последние годы для обезжелезивания подземных вод начали применять катализаторы. В качестве катализаторов применяют природный минерал пиролюзит, либо обычный кварцевый песок, обработанный окислами марганца. Этот способ ускоряет процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное.

Если необходимо одновременное обезжелезивание и частичное умягчение воды, то прибегают к ее известкованию

Удаление двухвалентного железа из воды методом ионного обмена осуществляется его фильтрованием через синтетические ионообменные смолы с высокими поглотительными способностями.

Для очистки питьевой воды в домашних условиях нами использовался фильтр «Барьер».

Фильтр-кувшин предназначен для доочистки питьевой водопроводной воды. Эффективно очищает воду от активного хлора, органических и хлороорганических соединений, токсичных металлов и других вредных веществ. Устраняет неприятные запахи и привкусы.

Группа «Исследователи»

Для очистки питьевой воды в домашних условиях нами использовался фильтр «Барьер» он укомплектован сменной фильтрующей кассетой. В состав кассеты входят особая комбинация высококачественных активированных углей для сорбции вредных примесей и специальные ионообменные материалы для удаления из воды ионов токсичных металлов.

Для оценки качества питьевой воды в городе Красноперекопске, нами были отобраны две пробы:

Проба№1 – вода отобранная для анализа из родника с.Танковое;

Проба№2 – вода из водопроводного крана системы водоснабжения города.

В пробах воды взятых для анализа определяем жёсткость и наличие железа. Пропустив воду через фильтр «Барьер» определяем те же показатели, делая при этом сравнительный анализ.

Определение жесткости воды.

В коническую колбу вместимостью 250 см3 помещают 50 см3 анализируемой воды, добавляют 5 см3 аммиачно-буферного раствора и около 0,1 г (на кончике шпателя) индикаторной смеси, после чего медленно титруют раствором трилона Б при интенсивном перемешивании до изменения винно-красной окраски жидкости в синюю (индикатор хромоген черный).Обработка результатов исследования

Молярную концентрацию эквивалента солей жесткости (Х) в (мг-экв/л) вычисляют по формуле: ,

где: V – объем титрованного раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см³;

С – молярная концентрация эквивалента применяемого раствора трилона Б, моль/ дм³;

V₀ – объем анализируемой воды, взятый для анализа, см³.

Определение жёсткости воды до очистки (см. график презентации)

Вода из водопроводного крана: Х= 22.4мг.экв/л;

Вода из родника с. Танковое: Х= 9мг.экв/л;

Определение жёсткости воды после очистки (см. график презентации)

Вода из водопроводного крана: Х= 7.2 мг.экв/л;

Вода из родника с. Танковое: Х= 5.4 мг.экв/л;

Определение железа в питьевой воде

В пробирку наливают 10 см3 исследуемой воды, вносят 2 капли концентрированной хлороводородной кислоты и несколько кристаллов персульфата калия и 0,2 см3 роданида калия.

Приближенное определение общего железа (см. приложение таблица 1)

В исследуемой воде из водопроводного крана образовался цвет: сбоку-слабо-желтовато-розовый, а сверху-светло-желтовато-розовый. Это свидетельствует о том, что содержание железа составляет примерно 0.5 мг/дм3. В воде из родника цвет образовал сбоку едва заметное желтовато-розовый, а сверху- чрезвычайно слабо желтовато-розовый - содержание железа составляет 0.1мг/дм3.

Концентрация железа в питьевой воде после очистки стала в обеих пробах примерно одинаковой, так как раствор-бесцветный. Содержание железа в них составляет меньше 0.05мг/дм3.

Вывод

В результате проведенных анализов и соответствующих им расчетов можно отметить, что самая высокая жёсткость содержится в воде из водопроводного крана системы водоснабжения города, а самое низкое содержание жёсткости присутствует в профильтрованной родниковой воде через кувшин «Барьер».

В результате проведенных исследований и наблюдений можно отметить, что самая высокая концентрация железа содержится в воде из водопроводного крана, а самая низкая концентрация железа содержится в профильтрованной родниковой воде. Данные результаты анализов изображены на графиках.

Приложение 1

Определение содержания железа в воде

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/295874-metodicheskaja-razrabotka