Методическая разработка исследовательского проекта «Определение качества водопроводной воды»

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение Ляпуновская средняя общеобразовательная школа

Методическая разработка исследовательского проекта

«Определение качества водопроводной воды»

Выполнил: Токарева Светлана Геннадьевна,

учитель химии и биологии

Ляпуново, 2021 г

Методическая разработка исследовательского проекта

«Определение качества водопроводной воды»

Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха,тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами.

Антуан де Сент - Экзюпери

Вводная часть

Современное развитие российского государства, становление гражданского общества требует, чтобы система образования содействовала формированию сознательного гражданина, способного к сотрудничеству, отличающегося мобильностью, динамизмом, обладающего чувством ответственности за свою страну.

Перед образовательными учреждениями теперь встает задача формирования гражданственности подрастающего поколения с помощью внедрения в педагогический процесс активных форм и методов обучения, способствующих развитию навыков решения разнообразных проблем.

В настоящее время большую озабоченность вызывают проблемы различных этапов питьевого водоснабжения, в том числе негативные изменения качества питьевой воды в водопроводящих системах при централизованном водоснабжении.

Как известно, наверняка, каждому, человек примерно на четверть состоит из воды. Поэтому качество употребляемой им воды имеет жизненно-важное значение.

На Земле сегодня в части обеспечения населения чистой питьевой водой сложилась трагическая ситуация — более половины людей в мире потребляют непригодную для этих целей воду. По данным ООН ежегодно около 25 миллионов человек во всём мире умирает от болезней, связанных с потреблением загрязнённой воды.

1. Основная информация о методической разработке.

Цель проекта: развитие навыков исследовательской деятельности обучающихся с использованием цифровой лаборатории.

Задачи:

1.Развивать познавательные умения обучающихся при овладении исследовательскими методами познания.

2. Подбор методов исследования.

2.Способствовать формированию:

- активной жизненной позиции обучающихся в процессе практической деятельности при рассмотрении проблем;

- инициативной, компетентной и деятельной личности с развитым чувством долга за состояние окружающей природной среды;

- практических навыков коллективной работы и взаимопомощи через организацию целенаправленных и продуктивных форм взаимодействия;

- чувства сопричастности ко всему живому, гуманное отношение к окружающей среде и стремление проявлять заботу о сохранении здоровья.

Участники проекта: обучающиеся и педагоги школы.

Время реализации: 2021-2022 год.

Тип проекта: исследовательский, практико-ориентированный.

Образовательная ценность:

- освоение современных методов исследования;

- участие обучающихся в социально значимом деле;

- развитие коммуникативных и личностных качеств обучающихся;

-  накопление детьми опыта гражданского поведения в обществе;

Формы и методы реализации проекта:

1.Проведение сбора и анализа данных (сбор проб водопроводной воды).

2.Проведение исследования, в том числе при использовании датчиков цифровой лаборатории.

3.Работа со справочными материалами.

4.Оформление результатов.

5.Создание проекта, презентации, выступление на конференции.

Ожидаемые результаты:

1.Повышение уровня индивидуальных достижений обучающихся в области естественно-научных дисциплин.

2. Сформированность методов исследовательской деятельности.

3. Создание гуманистической развивающей среды жизнедеятельности обучающихся, предоставление им дополнительных возможностей для саморазвития, самоутверждения, самовыражения.

4. Удовлетворенность участников проекта своей деятельностью.

Этапы проекта:

1.Подготовительный

2.Основной

3.Аналитический

1. Работа над проектом.

Цель:Определение химического состава водопроводной воды с. Ляпуново при централизованном водоснабжении в условиях школьной лаборатории. 

Задачи:

1.Изучить литературу по теме исследования

2.Подобрать методы определения качества водопроводной воды.

3.Определить факторы, влияющие на качество водопроводной воды

4.Выяснить качественный состав водопроводной воды.

5.Сопоставить качество водопроводной воды, взятой из 3 водонапорных башен села Ляпуново и родниковую воду с Серковского родника.

Гипотеза:

1)Качество водопроводной воды можно определить в условиях школьной лаборатории.

2) Качество употребляемой нами воды соответствует ГОСТ

Предмет исследования: качество водопроводнойводы и родниковой.

Объект исследования: состав воды.

Методы исследования:

1. Методы эмпирического исследования:наблюдение, сопоставление, эксперимент, беседа.

2. Методы теоретического исследования: анализ и синтез.

Исследовательский инструмент: школьная химическая лаборатория и оборудование образовательного центра естественно-научной направленности «Точки роста»

План поэтапной реализации проекта

Первый этап

1. Изучение научно-методической литературы по данной проблеме

2. Подбор методов и способов определения качества водопроводной воды.

3. Знакомство с нормами качества водопроводной воды.

Второй этап

1. Определение этапов и сроков реализации проекта;

2. Забор проб водопроводной воды и воды из родника.

3. Знакомство с работой датчиков цифровой лаборатории.

4. Проведение экспериментов.

5. Построение графиков и таблиц.

Третий этап

1. Анализ полученных результатов. Выводы.

2. Анализ результативности проекта.

Использованная литература:

1. Аксенов В.И., Л.И.Ушакова, И.И.Ничкова. Химия воды. Екатеринбург: издательство Уральского университета, 2014.

2. Гусева Н.Е., Проскурина И.Н. Разработка химического эксперимента с экологическим содержанием // Химия в школе – 2002. – №10 – С. 72

3. Исаев Д.С. Анализ загрязнений воды // Химия в школе. – 2001. – №5 – С. 77

4. Химия и экология 8-11 классы: материалы для проведения учебной и внеурочной работы по экологическому воспитанию / сост. Г.А. Фадеева, В.А. Попова. ­ Волгоград: Учитель, 2004.

5. http://base1.gostedu.ru/9/9742/ СанПиН 2.1.4.1074-01

6. http://vodaexpress.ru/stati/kachestvo-vodoprovodnoy-vody.html

7. http://alnam.ru/book_a_chem1.php?id=70

8. http://mnr.gov.ru

Приложение 1

Требования к органолептическим свойствам воды

Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее:

1 FTU(ЕМФ)=1 FNU=1 NTU.

ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU (нефелометрическая единица мутности), а для целей обеззараживания – не более 1 NTU.

Мера прозрачности – высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах.

Таблица. Характеристика вод по прозрачности (мутности)

Таблица. Запахи естественного происхождения

Интенсивность запаха по ГОСТ 3351-74* оценивают по шестибальной шкале.

Таблица. Характеристика вод по интенсивности запаха

Полученные результаты

Вывод:Незначительные посторонние запахи были обнаружены в обеих пробах водопроводной воды, но интенсивность до 2 баллов считается нормой. Исследуя мутность воды выяснили, что она присутствует в водопроводной воде. Скорее всего это обусловлено присутствием большого количества взвешенных частиц, которые накапливаются в водопроводных трубах, в результате ржавления, накопления различных органических и минеральных веществ.

Фото. Определение мутности и прозрачности воды

Приложение 2

Определение рН среды исследуемой воды

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (pH – около 7). Значение pH воды водоемов хозяйственного, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5 или 6-9.

pH в исследуемой воде мы оценили с помощью датчика кислотности цифровой лаборатории и получили следующие результаты:

1.Водопроводная вода (ул. Лесная) pH – 7.72 (очень слабощелочная)

2.Водопроводная вода (ул. Техническая школа) pH – 7,69 (очень слабощелочная)

3.Родниковая вода (Серковский колодчик) pH – 6,52 (очень слабокислая)

Фото. Измерение рН среды

Вывод: Все пробы воды соответствуют норме, т.к. границы допустимых значений водородного показателя определяет СанПин 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». Норма не должна выходить за рамки 6-9 баллов.

Приложение 3

Определение электропроводности воды

Электропроводность воды показывает количество растворенных в ней солей, кислот и оснований, т.е. от количества ионов. Чем выше, концентрация ионов, тем больше электропроводность.

1. Водопроводная вода (ул. Лесная) - 2677 µS/cm

2. Водопроводная вода (ул. Техническая школа ) – 1124 µS/cm

3. Родниковая вода (Серковский колодчик) – 401 µS/cm

Фото. Определение электропроводности воды

Выводы: Электропроводимость оказалась, наиболее высокой в пробах воды по ул.Лесной, значит она более минерализована. Примерно вдвое меньше показатели по ул.Технической. Родниковая вода имеет незначительное количество солей. Наибольшее влияние на электропроводность воды оказывают соли жесткости, точнее катионы натрия (Na⁺), калия (K⁺) и кальция (Ca²⁺). Железа (+2 и +3) и др.

Это натолкнуло нас на мысль, сделать анализ воды на жесткость и некоторые катионы. Так как влияние некоторых загрязнителей на организм человека велико.

Приложение 4

Определение карбонатной жесткости воды

Различают общую, временную и постоянную жесткость воды.

Общая жесткость обусловлена присутствием растворимых соединений кальция и магния в воде.

Временная жесткость иначе называется устранимой, или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния.

Постоянная жесткость (некарбонатная) вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния.

Для определения карбонатной жесткости нальем в склянку 10 мм анализируемой воды и добавим 5-6 капель фенолфталеина. Возникновение розовой окраски говорит о наличии карбонат-ионов. Если окраска не появляется, то карбонат-ионы в пробе отсутствуют.

1. Водопроводная вода (ул. Лесная) – ионы присутствуют.

2. Водопроводная вода (ул.Техническая школа) – ионы присутствуют.

3. Родниковая вода – ионы отсутствуют.

Ф ото. Определение карбонатной жесткости воды.
Вывод: карбонат-ионы в пробе с родниковой водой отсутствуют, но присутствуют в пробах с водопроводной водой. Наиболее жесткая вода в пробе №1 с ул.Лесной.

Определениегидрокарбонат-ионов.

В пробах воды определяем концентрацию гидрокарбонат-ионов. К пробе добавляем 2 капли метилового оранжевого. При этом проба приобретает желтую окраску. Титруем пробу раствором 0,05 соляной кислоты до перехода желтой окраски в розовую. На пробы воды из родника затратили 1 каплю соляной кислоты, на пробу водопроводной воды по ул.Лесной - 3 капли и по ул.Технической – 2 капли.

Фото. Определение гидрокарбонат ионов.

Вывод: Самая мягкая вода в пробе №3 с родниковой водой. Образцы 2 и 3 содержат гидрокарбонат ионы.

Обнаружение общего железа

Предельно допустимая концентрация (ПДК) общего железа в воде водоемов и питьевой воде составляет 0,3 мг/л, лимитирующий показатель вредности. Поместим в пробирку 10 мл исследуемой воды, прибавим одну каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора перекиси водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия.

При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком – красное.

1. Водопроводная вода (ул. Лесная) –насыщенный розовый (от 0,1 до0,2мг/л – содержание железа Fe)

2. Водопроводная вода (ул.Техническая) – розоватый оттенок (0,1 мг/л – содержание железа Fe)

3. Родниковая вода (Серковский колодчик) – оттенок отсутствует (соли железа отсутствуют)

Вывод: Содержание ионов железа во всех пробах имеет допустимую концентрацию

Приложение 5

Определение токсикологических показателей воды

Это показатели, характеризующие отсутствие в воде вредных химических веществ (компонентов) в концентрациях, которые могут отрицательно влиять на здоровье человека и вызывать различные заболевания.

Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов

В пробирку с пробой воды внесли по 1 мг 50% раствора уксусной кислоты и перемешали. Добавили по 0,5 мл 10% раствора дихромата калия

Пробирку встряхивали и через 10 минут приступили к определению. Содержимое пробирки рассматривают сверху на черном фоне, верхнюю часть пробирки до уровня жидкости прикрывают со стороны света картоном.

При наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает желтый осадок хромата свинца.

Вывод:ионы свинца (Pb2+) присутствуют в пробе №1 ул.Лесная, в остальных пробах отсутствуют.

Фото. Определение тяжелых металлов (ионыPb⁺²)

Приложение 6

Влияние некоторых химических загрязнителей воды на организм человека.

Хлор в водопроводной воде

Хлор (Cl) , а точнее хлорсодержащие соединения, один из основных реагентов, используемых на водоочистных станциях для обеззараживания и осветления воды, поступающей в дома россиян. В воде хлор образует гипохлорную кислоту и гипохлорид натрия. Эти химические соединения, производные хлора, могут быть опасны для здоровья при их высоких концентрациях в воде. Особенно чувствительны к действию хлора дети.
Небольшие дозы хлора могут способствовать развитию воспаления слизистой оболочки полости рта, глотки, пищевода, вызывать спонтанную рвоту. Вода, содержащая большое количество хлора, оказывает токсическое действие на организм человека.

Алюминий в водопроводной воде

Алюминий(Al) присутствует в природной воде. Сульфат алюминия широко используется в процессах водоподготовки в качестве коагулянта, и присутствие его в питьевой воде является результатом недостаточного контроля при выполнении этих процессов. При изучении влияния на организм человека соединений алюминия было установлено, что алюминий в больших количествах может вызывать повреждение нервной системы.

Магний в водопроводной воде

Магний (Mg) также необходим человеческому организму, он содержится в каждой клетке тела человека и постоянно вводится в организм с пищей и водой. Выявлено также и негативное влияние повышенного содержания магния на нервную систему человека, ионы магния обратимое угнетение центральной нервной системы, так называемый магниевый наркоз.

Железо в водопроводной воде

Железо (Fe) - это один из основных элементов природной воды. Иными источниками железа в водопроводной питьевой воде являются железосодержащие коагулянты, которые используются в процессах водоподготовки. Это может быть железо, проникающее в водопроводную воду из участков стальных и чугунных водопроводных труб, подвергшихся коррозии. При повышенном содержании железа в питьевой воде она приобретает ржавый цвет и металлический привкус. Такая вода непригодна к употреблению. Регулярное употребление питьевой воды повышенным содержанием железа может привести к развитию заболевания, которое носит название гемохроматоза (отложение соединений железа в органах и тканях человека).

Кальций в водопроводной воде

Кальций (Са), поступающий в организм, обладает благоприятной для человека способностью уплотнять клеточные и межклеточные коллоиды, а также влиять на процессы образования клеточной оболочки. Выявлена способность ионов кальция уплотнять клеточную оболочку и снижать клеточную проницаемость, что приводит к снижению кровяного давления, а при недостаточной концентрации ионов кальция происходит растворение межклеточных спаек, разрыхление стенок кровеносных капилляров и увеличение клеточной проницаемости, что приводит к повышению кровяного давления. Известна положительная роль кальция в процессе свертывания крови.

Медь в водопроводной воде

Уровень меди (Cu) в подземных водах довольно низок, но использование меди в составляющих водопровода может способствовать значительному повышению ее концентрации в водопроводной воде. Концентрация меди более 3 мг/л может вызвать острое нарушение функции желудочно-кишечного тракта. У людей, страдающих либо перенесших заболевания печени (например, вирусный гепатит), собственный обмен меди в организме нарушен.

Наиболее чувствительны к повышенной концентрации меди в воде грудные дети, находящиеся на искусственном вскармливании. У них еще в младенческом возрасте при употреблении такой воды существует реальная, угроза развития цирроза печени.

Свинец в водопроводной воде.

Источниками свинца (Рb) в питьевой водопроводной воде могут быть: свинец, растворенный в природной воде; свинец загрязнителей, попадающих в природную воду различными путями (например, бензин); свинец, содержащийся в водопроводных трубах, переходниках, сварочных швах и др. При употреблении воды с повышенным содержанием свинца могут развиваться острые или хронические отравления организма человека. Острое отравление свинцом опасно тем, что может привести к смертельному исходу. Хроническое отравление свинцом развивается при постоянном употреблении малых концентрации свинца. Свинец откладывается практически во всех органах и тканях человеческого организма.

Цинк в водопроводной воде

Цинк (Zn) содержится практически во всех продуктах, в воде в том числе. В ней он присутствует в виде солей и органических соединений. Его содержание в природной воде нe превышает 0,05 мг/л, но в водопроводной питьевой воде его концентрация может быть выше за счет дополнительного поступления из водопроводных труб. Высокое содержание солей цинка в питьевой воде может вызвать серьезное отравление организма человека. Установлено, что уровень солей цинка в водопроводной питьевой воде более3мг/л делает ее непригодной к употреблению.

Потребление недоброкачественной питьевой воды приводит к росту заболеваний как инфекционной, так и неинфекционной природы, связанной с химическим составом воды. Нарушение приведенных качеств питьевой воды наблюдается при неблагополучном состоянии поверхностных водоисточников, низкой эффективности водоподготовки, а также неудовлетворительном состоянии внутренней поверхности труб водоразводящих систем.

Заключение

Выполнив работу, мы выяснили, что, используя физические, химические и органолептические исследования, возможно дать предварительное заключение о качестве питьевой воды. Наша гипотеза подтвердилась частично.

Выполненная исследовательская работа показывает, что вода из обследованных источников пригодна для питья, но вызывает тревогу вода из водонапорной башни по улице Лесной. В ней содержатся ионы свинца – это токсичное соединение. Следует отметить, что все источники питья в селе содержат кальций, в избытке железо и имеют щелочную среду. Более чистой, содержащей меньше всего примесей и посторонних частиц, является родниковая вода. Водопроводная вода содержит примеси солей железа, причем в достаточно большом количестве и соли кальция. Поэтому большая часть жителей села предпочитают привозить воду из родника, которая по результатам исследования оказалась лучшего качества. В селе нет очистных сооружений. Поэтому мы считаем, что водопроводная вода нуждается в предварительной обработке: перед употреблением мы рекомендуем водопроводную воду подвергнуть фильтрации или кипячению. Опираясь на результаты исследовательской работы, необходимо обратиться к администрации муниципального Байкаловского поселения с просьбой рассмотреть вопрос строительства системы водоочистки.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/622445-metodicheskaja-razrabotka-issledovatelskogo-p