Мониторинг обнаружения анионов в питьевой воде г.Улан-Удэ

Научно-практическая конференция школьников «Шаг в будущее».

Номинация «Биология».

Мониторинг обнаружения анионов в питьевой воде г.Улан-Удэ, их биологическое значение.

Выполнил: Дондуков Нима, ученик 10 класса школы-интерната №3

Руководитель: Аюшеева Е.А., учитель биологии и химии

Введение.

Актуальность.

В связи с бурным развитием промышленности, ростом населения планеты трудности снабжения пресной водой неизбежно увеличивается. Для предотвращения водного кризиса потребуется объединенное усилие многих стран по разработки долгосрочных проектов обеспечения каждого жителя планеты чистой водой в нужных, но оптимальных количествах.

В промышленности уже начали разрабатываться и создаваться замкнутые технологические циклы: все токсичные растворы собираются в абсолютно герметический отстойник и, пройдя систему фильтров, поступают в отчищенном состоянии потребителям. Однако, к сожалению, это не повсеместное явление, поэтому моря, реки, озера все интенсивнее загрязняются ядовитыми стоками. Пресные воды некоторых рек даже после очистки не всегда пригодны в использовании. Во многих крупных городах стали продавать консервированную питьевую воду.

Особо высокие требования предъявляются к питьевой воде. Такая вода должна иметь определенный химический состав и соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям, предусмотренным ГОСТом на питьевую воду. Жесткие требования обусловлены тем, что повышенное содержание различных ионов может быть причиной многих заболеваний.

Цель:

Проследить мониторинг обнаружения анионов в питьевой воде трех районов г.Улан-Удэ.

Задачи:

1. Изучить биологическую роль исследуемых анионов в питьевой воде
2. Провести химические опыты по обнаружению количества исследуемых анионов в питьевой воде
3. Проследить мониторинг качества питьевой воды в течение 2009 года
4. Сделать соответствующие выводы и дать рекомендации.

Гипотеза:

Питьевая вода г.Улан-Удэ соответствует санитарно-гигиеническим требованиям, предусмотренным ГОСТом на питьевую воду.

1. Биологическая роль исследуемых элементов.

1.1 Биологическая роль азота

Азот является составной частью белковой молекулы. Обычно химическое состояние азота — нитраты, нитриты. Нитриты являются промежуточным продуктом биохимического окисления аммиака или восстановление нитратов. Их присутствие свидетельствует в фекальном загрязнении вод. В поверхностных водах нитриты быстро переходят в нитраты, которые встречаются почти во всех видах вод. Определение нитратов в грунтовых водах служит оценкой характера процессов минерализации при фильтровании воды через почвенный слой. При исследовании поверхностных вод по содержанию нитратов можно судить о протекающих процессах самоочистки, а при биологической очистки сточных вод — в процессе нитрификации.
Большинство нитритов ядовиты. Но в медицинской практике применяется нитрит натрия как сосудорасширяющее средство при стенокардии. Нитраты — высокотоксичные, и при попадании в организм вызывают кислородное голодание, снижает АД, тахикардию.

1.2. Биологическая роль хлора.

Соли хлора (хлориды) являются составной частью большинства природных вод. Большое содержание хлоридов геологического происхождения в поверхностных водах; явление редкое, поэтому обнаружение большого количества хлора является показателем загрязнения воды бытовыми или некоторыми сточными водами.
Хлор применяют для дезинфекции, для обеззараживания питьевой воды, для различных химических производств. Например, хлорид натрия (поваренная соль) имеет важное значение в жизни человека, но в больших количествах развивается гипертония и как следствие интенсификация процессов склероза.
Для выравнивания и поддержания нормального осмотического давления в организме применяется 0,9% раствора хлорида натрия, называемый изотоническим раствором (изотопический раствор соответствует по составу крови ее жидкой части). Хлорид кальция применяется в медицине как кровоостанавливающее средство, при аллергических заболеваниях, в качестве противоядия при отравлении солями магния.

1.3. Биологическая роль серы.

Сульфаты, как и хлориды, необходимы организму, так как за счет их осуществляется химическая защита клеток от облучения. Сера входит в состав важных аминокислот: цистеина, глютатиона. При окислении цистеина, содержащего группу сульфгидрильную, происходят отщепление водорода от сульфидгидрильных групп двух молекул цистеина, а остатки соединяются, образуя молекулу цистеина, содержащую сульфидную связь, которая играет большую роль в поддержании определенной конфигурации белковых молекул. Переходы от сульфидгидрильных связей в дисульфидные обратимы. Они осуществляются в процессах переноса водорода в клетках. Сульфидгидрильные и дисульфидные группы способны блокировать свободные радикалы Н и ОН, возникающие при радиационном воздействии на организм из молекул воды. Таким путем, осуществляется химическая защита клеток от облучения.

2. Обнаружение анионов в исследуемой воде.

2.1. Обнаружение нитрат-ионов.

Опыт 1.

Реактивы:

0,005% раствор дифениламина, 30% раствор хлорида натрия, 30% раствор карбоната натрия и гидроксида натрия, 2% раствор сульфата алюминия

Ход определения:

В пробирку отмеряют 10мл исследуемой воды и подвергают ее предварительной обработке. Если вода окрашена, то ее обесцвечивают раствором сульфата алюминия. Если есть железо, добавляют 6капель щелочной смеси карбоната натрия, выпавший осадок отфильтровывают. Если присутствуют нитрит-ионы, то к пробе добавляют 20г мочевины и 1 каплю концентрированной серной кислоты, оставляют пробу на ночь. За это время происходит разрушение нитрит-ионов.

К предварительно обработанной воде добавляют 6 капель 30% раствора хлорида натрия, чтобы повысить чувствительность реакции, и 10 капель 0,005% раствора дифениламина, перемешивают и замечают цвет раствора.

По интенсивности образовавшейся окраске можно приблизительно судить о содержании нитратов. Если маленькое голубое кольцо, то содержание нитратов в питьевой воде менее 0,5мг/л, слабое голубое – 0,5-1,0мг/л, голубое – 2,5-3,0мг/л, синее – 3,0-5,0мг/л, интенсивно синее – 5,0-10,0мг/л.

2.2. Обнаружение хлорид-ионов.

Опыт 2.

Реактивы:

10% раствор нитрата серебра

Ход определения:

К 5мл исследуемой воды капают 3 капли раствора нитрата серебра и наблюдают образования мути или осадка хлорида серебра

2.3. Обнаружение сульфат-ионов.

Опыт 3.

Реактивы:

Раствор соляной кислоты, 2,5% раствор хлорида бария.

Ход определения:

К 5мл исследуемой воды капают 3 капли раствора соляной кислоты и 10-15 капель 2,5% раствора хлорида бария. По образовавшейся мути ориентировано определяют количество сульфат-ионов в воде.

Муть слабая и проявляется через несколько минут – 1,0-10,0мг/л сульфат-ионов, муть слабая и проявляется сразу – 10,0-100,0мг/л, осадок – более 500,мг/л.

3. Экспериментальная часть

Исследованию была взята водопроводная вода поселков Стеклозавода, Орешково, а также вода из водопроводного крана кабинета химии. Для анализа мною был сделан качественный анализ водопроводной воды, затем последовал серийный отбор проб, который проводился через каждый месяц 2009года.

Мною были взяты 2 пробы из водоколонок поселка Стеклозавода по улице Мира, дом 8 (Советский район), поселка Орешково по улице Юннатов, дом 8 (Железнодорожный район),и для сравнения взята проба из кабинета химии моей школы по улице Геологическая , дом 5 (Октябрьский район) объемом по 1 литру. Анализ питьевой воды был осуществлен в день взятия пробы.

Таблицы 2,3,4 представляют сравнительные данные из анализа результатов определений этих же анионов через каждый месяц поселков Стеклозавода, Орешково, кабинета химии. Из полученных данных видно, что в течение года количественные показатели содержания анионов в питьевой воде не изменяются. Следовательно, необходимо проследить мониторинг содержания анионов в питьевой воде г.Улан-Удэ не по месяцам, а по годам.

Анализируя таблицы 3,4 можно сразу сделать вывод, что поселки Стеклозавода и Орешково имеют общую водозаборную сеть, в которых есть узлы переключения, дополнительные резервуары. Питьевая вода этих поселков по количеству анионов одинакова. Содержание сульфат-ионов соответствует нормативным требованиям, а содержание нитрат-ионов, хлорид-ионов превышает ГОСТ, поэтому необходимы дополнительные мероприятия по очистке этих вод.

Анализируя таблицу 2 можно сразу сделать вывод, что содержание сульфат-ионов, нитрат-ионов, хлорид-ионов соответствует нормативным требованиям. Так как водопроводная вода, в частности кабинета химии, проходит еще дополнительные процессы очистки питьевой воды (обеззараживание, фильтрация и др.), поэтому водопроводная вода, вытекающая из крана жилых домов, различных заведений, учреждений, намного чище по сравнению с водой, вытекающая из водоколонок нашего города.

Сравнивая полученные результаты с ГОСТами по питьевой воде и ПДК веществ воды в природе, можно сделать вывод о степени ее чистоты. Можно прогнозировать последствия повышенного содержания химических веществ на состояние здоровья человека.

Заключение.

В связи с бурным развитием промышленности, ростом населения планеты в трудности снабжения пресной водой неизбежно увеличиться. Для предотвращения водного кризиса потребуется объединенное усилие многих стран по разработке долгосрочных проектов обеспечение каждого жителя планеты чистой водой в нужных, но оптимальных количествах.
В промышленности уже начали разрабатываться и создаваться замкнутые технологические циклы: все токсичные растворы собираются абсолютно герметические отстойники и, пройдя систему фильтров, поступают в отчищенном состоянии потребителям.
Однако, к сожалению, это не повсеместное явление, поэтому моря, реки, озера всё интенсивнее загрязняются ядовитыми стоками. Пресные воды некоторых рек даже после очистки не всегда пригодны к использованию в быту. В некоторых крупных городах стали продавать консервированную питьевую воду.
Особо высокие требования предъявляются к питьевой воде. Такая вода должна иметь определенный химический состав и соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям, предусмотренным ГОСТом на питьевую воду. Жесткие требования, предъявленные ГОСТами к химическому составу питьевой воды, обусловлены тем, что повышенное содержание вышеуказанных компонентов может быть причиной различных заболеваний.
Представленные материалы занимают на уроках всего несколько минут, а эффективность их при изучении химии и биологии очень велика. Кроме уроков, экспериментальные данные о составе местной питьевой воды можно использовать на элективных курсах, факультативах, химических и биологических вечерах, викторинах, в стенгазетах.

Список используемой литературы:

1. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 1980, с.11-12.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия:В2ч.: Учеб.для химикотехнолог.спец.вузов. – М.: Высш.шк., 1989, с.134-136.
3.  Коренман И.М. Методы количественного химического анализа. – М.: Химия,1989,с.15.
4. Коростелев П.П. Лабораторная техника химического анализа. – М.: Химия, 1981,с. 27.
5. Мархаева В.П., Линников С.В., Эрдынеев Н.С. Техника химического эксперимента: ч.1. – Улан-Удэ:БГУ,1995, с.24-25.
6. Николаев Л.А. Неорганическая химия: Учеб.пособие. – М.: Просвещение,1982, с. 45, 58, 77.
7. Пиментел Дж., Куронд Дж. Возможности химии сегодня и завтра. – М.: Мир, 1992, с.21.
8. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии:Учебпособие. – М.: Высш.шк., 1993, с. 56.
9. Химическая энциклопедия: В 5т. – М.: Сов.энцикл.,1988, с.278-279.

Таблица 1.Содержание анионов в питьевой воде г.Улан-Удэ

№	Анионы	Реактивы	Нормативные требования	Водопроводная вода кабинета химии	Вода из колонок поселков Стеклозавода, Орешково
1	Нитрат-ионы NO	0,005% раствор дифениламина	Менее 0,5мг/л	0,1-0,45 мг/л	0,45-3,0 мг/л
2	Хлорид-ионы Cl	10% нитрата серебра AgNO	Менее 350 мг/л	200-300мг/л	300-400 мг/л
3	Сульфат-ионы SO	2,5% раствор хлорида бария	Ba Cl Менее 500мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л

Таблица 2. Содержание анионов в водопроводной воде кабинета химии (Октябрьский район)

Анионы	Содержание анионов в водопроводной воде кабинета химии (Октябрьский район)
	26 января	16 марта	18 мая	16 июля	14 сентября	16 ноября	20 января
Нитрат	0,1-0,45 мг/л	0,1-0,45 мг/л	0,1-0,45 мг/л	0,1-0,45 мг/л	0,1-0,45 мг/л	0,1-0,45 мг/л	0,1-0,45 мг/л
Хлорид	200-300мг/л	200-300мг/л	200-300мг/л	200-300мг/л	200-300мг/л	200-300мг/л	200-300мг/л
Сульфат	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л

Таблица 3. Содержание анионов в питьевой воде поселка Стеклозавода по улице Мира, дом 8 (Советский район)

Анионы	Содержание анионов в питьевой воде поселка Стеклозавода по улице Мира, дом 8 (Советский район)
	26 января	16 марта	18 мая	16 июля	14 сентября	16 ноября	20 января
Нитрат	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л
Хлорид	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л
Сульфат	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л

Таблица 4. Содержание анионов в питьевой воде поселка Орешково по улице Юннатов, дом 6 (Железнодорожный район)

Анионы	Содержание анионов в питьевой воде поселка Орешково по улице Юннатов, дом 6 (Железнодорожный район)
	26 января	16 марта	18 мая	16 июля	14 сентября	16 ноября	20 января
Нитрат	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л	0,45-3,0 мг/л
Хлорид	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л	300-400 мг/л
Сульфат	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л	10-100 мг/л

Рецензия

на исследовательскую работу «Мониторинг содержания анионов в питьевой воде г.Улан-Удэ, их биологическое значение»

ученика 10 класса школы-интерната №3 Дондукова Нимы.

Исследовательская работа, представленная на рецензию, выполнена на 10 листах: 8 страниц — доклад, 2 страницы – приложение. Выбранная тема особо актуальна, поскольку особо высокие требования предъявляются к питьевой воде. Такая вода должна иметь определенный химический состав и соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям, предусмотренным ГОСТом на питьевую воду. Жесткие требования обусловлены тем, что повышенное содержание различных ионов может быть причиной многих заболеваний.
Работа оформлена в рамках, предъявляемых требований к оформлению научно-исследовательских работ. Выделены заголовки, что способствуют доступному восприятию информации. Была проделана трудоемкая работа по мониторингу содержания анионов в питьевой воде разных районов г.Улан-Удэ.

Целью работы заявлено проследить мониторинг обнаружения анионов в питьевой воде трех районов г.Улан-Удэ. Определены основные задачи, которые Нима выполнил в полном объеме. Выдвинутая гипотеза не оправдалась, так как в процессе выполнения работы выяснилось, что питьевая вода водоколонок двух поселков не соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям. Нима в приложении показал сравнительные таблицы количественного состава анионов трех районов, также сделал биологическое описание исследуемых анионов. В докладе показана методика проведения экспериментов и сделаны соответствующие выводы. Практическая ценность работы в дальнейшем не вызывает сомнений: это не окончательная ее работа, она желает, в дальнейшем, осуществить мониторинг содержания анионов в питьевой воде не одного года через месяц, а ряда лет.
В целом, проделанная работа Дондуковым Нимой соответствует необходимым требованиям и имеет реальную научную и практическую значимость.

Рецензент: учитель биологии и химии школы-интерната №3 Аюшеева Е.А