Перспективные вопросы мировой науки

Педагогически е науки/Современные методы преподавания

Научно- исследовательская работа по экологии:

Качество воды и его влияние на здоровье человека

Автор работы:ЛАЧИНОВА ФАТИМА ГИДАЯДИНОВНА

УЧИТЕЛЬ БИОЛОГИИ МКОУ «СОШ №14» с.НАДЕЖДА ШПАКОВСКОГО РАЙОНА СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ

Введение

Воду, драгоценный дар природы, академик А.Н. Карпинский назвал живой кровью, которая создает жизнь там, где ее не было. Вода – основа развития земледелия, энергетики и рыбного хозяйства, без нее не мыслимы быт и досуг человека. Но всегда ли мы отдаем себе отчет в том, что значит для нас вода – эта бесцветная, без запаха и вкуса жидкость? В сущности говоря, она почти ничего нам не стоит в повседневной жизни, но бывают моменты, когда за один глоток воды человек готов пожертвовать всем. Человек способен неделями обходиться без пищи, а вот без воды – только два-три дня. И вообще в нормальных условиях воды в свой организм он должен вводить в два раза больше (по весу), чем пищи.

Эта состоящая из водорода и кислорода жидкость нужна не только для поддержания жизни человека (см. прил. II, табл.1). Без нее немыслима практически ни одна сфера производства. Незаменима она и в сельском хозяйстве. Для примера отметим, что на выращивание пшеницы только для одной булки необходимы 200 л воды.

Отмечая влияние хозяйственной деятельности человека на состояние водных ресурсов планеты, мы затрагиваем актуальные вопросы их охраны и комплексного использования, а также вопросы, касающиеся влияния питьевой воды на здоровье человека. Основные определения мы брали из электронной энциклопедии Кирилла и Мефодия. Методики определения химических и органолептических свойств питьевой воды, а также СанПиН 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды» мы нашли на указанных в списке литературы сайтах. Цель: ознакомиться с качеством питьевой воды в своем населенном пункте и ее влиянием на процессы жизнедеятельности человека. Задачи: Изучить органолептические, химические и биологические показатели качества воды.Оценить качество воды, используемой населением п. Морки для пищевых, бытовых и технических целей.Выявить способы очистки воды.

Выяснить, какое влияние оказывает качество воды на здоровье человека.Дать рекомендации по улучшению качества воды.

Актуальность: вода может оказывать на здоровье людей не только положительное, но и отрицательное влияние. Оно было отмечено еще в глубокой древности, но сейчас в связи с ухудшением экологической ситуации проблема, связанная с качеством воды стала наиболее актуальной.

Гипотеза: Органолептические, химические и биологические показатели воды в с. Надежда соответствуют СанПиНу 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды».Вода оказывает влияние на здоровье человека.

Используемые методы: Практические методы .Работа с научной литературой. Работа с Интернет-ресурсами,

Вода в природе.

Наша планета богата водой – гидросфера Земли составляет приблизительно 1,5 млрд. км³. Но из них более 96% - горько-соленая вода морей и океанов, покрывающая 71 % всей поверхности планеты. На долю пресной воды приходится около 90 млн. км³ (меньше 3%), причем основной ее запас – это подземные «моря» и ледники. Однако добраться до них не очень то и легко.

Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Почти ¾ поверхности земного шара покрыты водой, образующей океан, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосферу; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы (см. прил. I, рис.1)

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.

На долю пресной воды приходится около 90 млн. км³ (меньше 3%), причем основной ее запас – это подземные «моря» и ледники. Однако добраться до них не очень то и легко. Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5%(масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль).

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем, ведь не даром химический состав нашей крови близок по составу с морской водой.¹ Вода в организме человека.

Человек примерно на 65% состоит из воды, с возрастом содержание воды в организме уменьшается. В здоровом организме взрослого человека наблюдается состояние водного равновесия, или водного баланса, т.е. количество потребляемой воды равно количеству воды, выводимой из организма. Водный обмен – важная составная часть общего обмена веществ человека.Водный обмен включает процессы всасывания воды, поступающей в желудок при питье и с пищевыми продуктами, распределение ее в организме, выделение через почки, мочевыводящие пути, легкие, кожу и кишечник. Вода также образуется в организме вследствие окисления жиров, углеводов и белков, принятых с пищей. Общий объем воды, потребляемой человеком в сутки при питье и с пищей, составляет 2-2,5л. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50-60% воды. При потере организмом 6-8% влаги сверх обычной нормы повышается температура тела, учащается сердцебиение, появляется мышечная слабость. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, а потеря 15-20% воды приводит к смерти. Без пищи человек может прожить около месяца, а без воды- всего лишь несколько суток. Разные ткани человеческого организма содержат разное количество воды. Самая богатая водой ткань – стекловидное тело глаза(99%). Самая бедная – эмаль зуба (0,2%).¹ Качество воды и здоровье. Давно отмечена связь между заболеваемостью населения и характером водоснабжения. Еще в древнем мире были известны некоторые признаки воды, опасной для здоровья. Однако лишь в середине XIX в. эпидемиологические наблюдения и последующие бактериологические открытия Л. Пастера и Р. Коха позволили установить с достаточной достоверностью, что вода, содержащая патогенные микробы, может способствовать возникновению и распространению заболеваний среди населения. Обращали люди внимание и на химический состав воды как возможную причину заболеваний инфекционной природы. В настоящее время при обосновании гигиенических нормативов качества питьевой воды проводят ее всесторонние комплексные исследования (см. прил. II, табл.7). Вода может оказывать на здоровье людей не только положительное, но и отрицательное влияние. Прежде всего, это связано с качеством употребляемой воды: ее органолептическими свойствами, определяемыми цветом, вкусом и запахом, а также химическим и бактериальным составом (см. прил.I, рис.2). Влияние качества воды на здоровье человека было отмечено еще в глубокой древности. Например, Гиппократ рекомендовал употреблять кипяченую воду. По подсчетам специалистов, 800 млн. человек на земном шаре страдают от болезней, вызванных нехваткой питьевой воды. Среди них желудочно-кишечные заболевания, катаракты, болотная лихорадка и т.п. При повышенных концентрациях фтора развивается (особенно у детей) – флюороз. Зубы темнеют, крошатся и ломаются. Признак флюороза – пятнистость зубной эмали. Оптимальное для человека содержание фтора составляет в среднем 0, 7 – 1, 5 мг/л. Из других микроэлементов, вызывающих заболевания у человека, можно назвать свинец и мышьяк. Опасны случаи отравления свинцом при использовании свинцовых труб для водопровода. В России применение свинцовых труб запрещено законом. Отравления мышьяком известны при употреблении питьевой воды в районах разработки полиметаллических руд с повышенным содержанием в них мышьяка. В принятом стандарте для питьевой воды установлена предельно допустимая концентрация мышьяка (0, 05 мг/л). Г.Н. Красовский (1978 г.) изучил влияние свинца на организм. Его можно рассматривать как слабый мутаген: доза в 0, 05 мг/л вызывает незначительное увеличении хромосом. Концентрация свинца 0, 03 мг/л таких изменений не дает. В некоторых водоисточниках России отмечено повышенное содержание бора – свыше 2 – 6 мг/л. Как известно, бор относится к соединениям, обладающим широким спектром действия на различные системы и функции организма, в том числе и на центральную нервную систему. Гигиеническим нормативом считается концентрация бора, равная 0,5 мг/л.Качества питьевой воды длительно сохраняются благодаря ее обогащению ионами серебра. Но превышенная концентрация серебра вызывает изменения сосудистой и нервной тканей головного и спинного мозга. Предельно допустимая концентрация ионов серебра в воде – 0, 05 мг/л.

Долгое время присутствие в воде нитратов рассматривали как косвенный признак бытового загрязнения, так как нитраты являются конечным продуктом распада органических веществ, попадающих в водоисточник главным образом с загрязнением. Например, в загрязненных колодцах их содержание достигает 100 мг/л и более. Однако превышенные концентрации нитратов были обнаружены и в природных подземных водах, в которых нитраты образуются в результате восстановительных процессов, протекающих в почве и воде. Концентрация нитратов на уровне 10 мг/л является безопасной и принята в качестве предельно допустимой в питьевой воде. Бериллий довольно широко распространен в природе. Он содержится в минералах, горных породах, живых организмах, а также в некоторых природных водах. Бериллий является ядом, приводящим к поражению дыхательной, нервной и сердечно-сосудистой систем. Он оказывает угнетающее действие на ферменты и кровь. В качестве допустимого содержания бериллия в питьевой воде была предложена концентрация 0,0002 мг/л, которая не действовала вредно на организм животных. (Л.А. Сажина, 1965 г.) Молибден встречается в почвах, растениях, организме животных, а также в природных водах. При отравление молибденом выявляются выраженные функциональные сдвиги в организме, а также происходит уменьшение количества витамина C в печени. В качестве допустимого содержания молибдена в питьевой воде предложена концентрация на уровне 0, 5 мг/л (Т.А. Асмангулян, 1965 г.). В некоторых областях отмечено повышенное содержание селена. Селен поражает печень, почки, костный мозг и центральную нервную систему. Доза селена равная 0, 0001 мг/л принята в качестве гигиенического норматива в питьевой воде (И.П.Плетникова, 1970 г.). Стронций распространен в природе. При действии больших концентраций стронция изменения в организме проявляются в первую очередь со стороны минерального обмена в костной ткани. В конце 70-х годов советские ученые провели комплексное исследование по оценке влияния стронция, содержащегося в питьевых водах, в условиях эксперимента на животных и людях, проживающих в регионах с повышенным содержанием стронция в подземных водах. В результате исследователи пришли к выводу: длительное употребление питьевой воды, содержащий стронций на уровне 7,0 мг/л, не вызывает функциональных и морфологических изменений в организме человека. Эта величина была рекомендована в качестве норматива содержания стронция для питьевой воды. Уран является составной частью биосферы, он находится во всех животных и растительных организмах в ультрамикроскопических количествах. Повышенное содержание в организме данного элемента вызывает на организм сильное воздействие. Лишь только концентрация равная 1, 7 мг/л практически безопасна. Она и является нормативом для питьевой воды. В последнее время появился даже термин «экологически зависимые заболевания». Установлена прямая связь между превышением предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде, воздухе, почве и ростом пороков развития, в частности:

1. Превышением цветности водопроводной воды и возникновением новообразований;

2. Превышением цветности водопроводной воды и заболеваниями хроническим опитом, фарингитом;

3. Повышенным содержанием в воде алюминия и пороками развития;

4. Повышенным содержанием остаточного хлора в воде и новообразованиями в полости рта.

Без всякого преувеличения можно сказать, что высококачественная вода – одно из непременных условий сохранения здоровья людей. Вкусная вода – земной истинный дар. И на охране ее стоит государственный стандарт.

Анализ качества воды. Органолептические показатели.

Большую роль при оценке качества питьевой воды играют ее органолептические свойства: запах, вкус, прозрачность и цветность, которые человек определяет с помощью органов чувств. Питьевая вода не должна иметь постороннего запаха, привкуса, мутности и цвета, даже если вещества их вызывающие сами по себе бесцветны (см. прил.II, табл.3). Человек обладает защитной реакцией – чувством отвращения к воде с необычным запахом и вкусом. Содержащиеся в природной воде взвешенные частицы портят ее вкус. Кроме того, они служат благоприятной средой для развития болезнетворных бактерий. Поэтому нормы строго ограничивают содержание взвесей в воде. В водопроводной воде допускается их не более 1, 5 мг/л.

Мутность воды по ГОСТу 2874-82 не должна превышать 1,5 мг/л.

Цветность обусловлена присутствием в воде:

гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных веществ

жиров органических кислот соединений железа, марганца сточных вод некоторых производст «цветением» водоёмов. Цветность воды измеряется в градусах платиново - кобальтовой Шкалы, для питьевой воды она недолжна превышать 20 градусов. По ГОСТу 3351-84 различают четыре основных вкуса воды - солёный, горький, сладкий, кислый. Многочисленные оттенки вкусовых ощущений, складываемые из основных называют привкусами. Вкус воды обусловлен: солёный - хлорид натрия, горький - сульфат магния

кислый - избыток растворённой углекислоты, железистый - растворённые соли железа,щелочной - сода, щёлочи, вяжущий - сульфат кальция, перманганат калия. К запахам естественного происхождения относят: землистый, рыбный, гнилостный, сероводородный, ароматический, болотный, глинистый и др. Запахи искусственного происхождения: хлорный, аптечный, фенольный, хлор - фенольный, запах нефтепродуктов.

Интенсивность и характер запахов и привкусов определяют органолептический, т.е. с помощью органов чувств, по 5 - бальной шкале или по «порогу разбавления» испытуемой воды дистиллированной водой. При этом устанавливают кратность разбавления, необходимую для исчезновения запаха или привкуса. Запах и вкус определяют непосредственным дегустированным при комнатной температуре, а также при 60ºС, что вызывает их усиление. По ГОСТ 2874 - 82 привкус и запах, определяемые при 20ºС, не должны превышать 2 баллов.¹Нами были взяты пробы воды с двух источников: колодцец села Надежда, водопроводная вода из крана школы №14. Результаты отражены в таблице (см. прил. II, табл.8).

Биологические показатели играют важную роль при определении качества воды. Ведь именно наличие микроорганизмов в ней нередко вызывает различные инфекционные заболевания, опасные для человека. Такие как холера, брюшной тиф, дизентерия

Безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям (см. прил.II, табл. 2). Исследования воды на наличие патогенных микроорганизмов могут проводиться только в лабораториях, имеющих санитарно-эпидемиологическое заключение о соответствии условий выполнения работ санитарным правилам и лицензию на деятельность, связанную с использованием возбудителей инфекционных заболеваний. ¹

Химические показатели .Серьезную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды составом водоносных пород. В природной воде содержаться минеральные соли. Вода считается хорошей, если минерализация не превышает 1000 мг/л. Воды с большим содержаниям солей относятся к соленым и не пригодным для питья. Очень малая минерализация воды (до 100 мг/л) тоже ухудшает вкус воды, а лишенная солей (дистиллированная) вода вообще читается вредной. Она способна нанести здоровью человека непоправимый ущерб (нарушается пищеварение и деятельность внутренней секреции). В СанПиНе 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды» выделяется в отдельную группу химические включения, которые раньше всего обнаруживают органы чувств – обоняние, зрение. Так, микрочастицы меди придают воде некоторую мутность, железа – красноту. Однако повышенное содержание солей железа в воде придает ей неприятный болотистый вкус.

_¹ Ширшина Н.В. «Химия. Проектная деятельность учащихся» - Волгоград: Учитель, 2007.

² СанПиН 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды» Минздрав России, М., 2003

После стирки в такой воде на тканях остаются ржавые пятна. Такие же пятна появляются на посуде, раковинах и ваннах. Допустимое содержание железа в воде – до 0, 3 мг/л.²В малых концентрациях медь обнаруживается в подземных водах. Она не является кумулятивным ядом. Концентрация меди 1, 5 мг/л ощутима на привкус. Предельно допустимая концентрация меди принята на уровне 1 мг/л. В природных подземных водах цинк встречается в небольших концентрациях. Суточная потребность цинка не превышает 16 мг. Хронические отравления цинком не известны. При концентрации цинка 30 мг/л вода приобретает молочный вид, при 10 мг/л – она мутная. Металлический привкус исчезает при 5 мг/л. Эта концентрация является предельно допустимой. Иногда в питьевой воде встречается много солей соляной и серной кислот (хлориды и сульфиды), придающие воде соленый и горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта. Вода, содержащая более 350 мг/л хлоридов и более 500 мг/л сульфатов, считается неблагоприятной для здоровья. С содержанием в воде солей кальция и магния тесно связано другое ее качество – жесткость. Вода, сильно насыщенная солями, причиняет много неудобств: в ней труднее развариваются овощи и мясо, уменьшается их питательная ценность, при стирке увеличивается расход мыла, накипь портит чайники и котлы, засоряет водопроводные трубы. Избыточное содержание в питьевой воде солей кальция и магния нарушает каллоидно-кристаллоидное равновесие мочи и способствует возникновения мочекаменной болезни.

Таким образом, жесткость питьевой воды на уровне 7 мг * экв/л не вызывает возражений. Исследования показали, что употребление воды с жесткостью на уровне 7 и 10 мг * экв/л не оказывает влияния на липидный обмен при длительном введении холестерина и, следовательно, не может способствовать развитию атеросклеротических изменений артерий. Допустимый уровень общей жесткости равен 7 мг * экв/л (А.А. Гаголи, 1972 г.) В природных подземных водах марганец содержится в виде бикарбонатов и других хорошо растворимых солей. Вместе с тем перманганат калия (KMnO) применяют в практике снабжения как реагент: он хорошо устраняет посторонние привкусы и запахи, обусловленные различными органическими соединениями, а также снижает содержание железа и марганца. Помимо этого, перманганат калия проявляет бактерицидный эффект.

Мы определили содержание pH и наличие катионов железа в исследуемых пробах. Результаты исследования приведены в таблице (см. прил. II, табл.9). Методика исследования . Отбор воды на анализ

При отборе пробы воды для химического анализа следует использовать пластиковую тару объемом 1,5 литра из-под простой питьевой или дистиллированной воды. Не следует использовать бутылки из-под сладких ароматизированных напитков. Перед тем, как набрать воду, ее необходимо предварительно пролить в течение 5-10 минут. Это необходимо делать для того, чтобы избежать попадание в образец застоявшейся воды.

Бутылку и пробку перед пробоотбором несколько раз тщательно промывают изнутри той водой, которую будут брать на анализ. При этом моющие средства использовать нельзя. Набирать воду желательно тонкой струйкой и по стенке бутылки. Такой способ отбора позволяет уменьшить насыщение воды кислородом воздуха и, как следствие, предотвращает протекание химических реакций. Воду рекомендуется налить в бутылку под «горлышко» и плотно завернуть пробку. Наличие воздуха под пробкой может привести к искажению результатов анализа. Если невозможно отправить в лабораторию пробу сразу после отбора, то её следует хранить в холодильнике не более 24 часов (максимум 48 часов). При пробо отборе воды на микробиологический анализ следует использовать стеклянный стерильный флакон (объемом не менее 0,5 литра), который можно получить в лаборатории. При этом необходимо соблюсти следующие условия: водопроводный кран перед взятием пробы обжечь пламенем, протереть спиртом, пролить воду сильной струей в течение 5-10 мин, чистыми руками отобрать образец воды, не хватаясь за «горлышко» в стерильный флакон и плотно закрыть его стерильной пробкой, желательно пробу в этот же день привезти в лабораторию. Определение прозрачности воды.

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических соединений. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно различить на белой бумаге стандартный шрифт определённого размера и типа. Для начала рекомендуется провести опыт сначала с дистиллированной водой, а затем с водой из водоёма и сравнить результаты. Исследуемую воду хорошо перемешать и налить в прозрачный стакан, который нужно расположить над печатным шрифтом на высоте 4см. Просматривая шрифт сверху через столб воды и, сливая или доливая исследуемую воду в цилиндр, найти высоту столба, ещё позволяющую читать шрифт. Проводить исследование нужно в хорошо освещённом помещении на расстоянии около 1м от окна. Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба жидкости (с точностью до 0,5см). Затем данный опыт провести с дистиллированной водой.

Определение интенсивности запаха воды. Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды водоемов, обнаруживаемый непосредственно в воде или (водоемов хозяйственно-питьевого назначения) после ее хлорирования, не должен превышать 2 баллов. Определение основано на органолептическом исследовании характера и интенсивности запахов воды при 20 и 60ºС. Запах воды следует определять в помещении, в котором воздух не имеет постороннего запаха. Желательно, чтобы характер и интенсивность запаха отмечали несколько исследователей.

В посуду с пробкой (желательно стеклянной) налить исследуемую воду до 2/3 объёма и сильно встряхивать в закрытом состоянии. Затем открыть колбу и отметить характер и интенсивность запаха. Дать оценку интенсивности запаха воды в баллах, пользуясь таблицей (см. прил.II, табл.5).

Определить характер запаха, используя таблицу (см. прил.II, табл.6).

Определение мутности воды и наличия осадка

Мутность воды – мера содержания в ней взвешенных частиц различных по происхождению. Это могут быть частицы глины, ила,

промышленных и сельскохозяйственных стоков. Взвешенные частицы способствуют нагреву воды, т.к. поглощают тепловое излучение, что, в свою очередь, приводит к падению уровня растворенного в воде кислорода. Твёрдые частицы забивают жабры рыб, ослабляют иммунные свойства организмов, приостанавливают их рост и развитие. Таким образом, можно сделать вывод, что степень мутности воды влияет на флору и фауну водоёма не меньше, чем другие факторы. Мутность воды можно определить визуально, измерением ослабления проходящего света. Осадок оценивают также визуально и характеризуют как: нет, незначительный, заметный, большой. По качеству осадок определяют как хлопьевидный, илистый, песчаный и т.п. с указанием цвета – серый, бурый, чёрный и др. При очень большом осадке указывают толщину слоя в мм. Определение водородного показателя воды. Определить водородный показатель (рН) можно следующим методом: в стакан с водой опустить полоски индикаторной бумаги.

Определение катионов железа в воде.

Железо(II). Гексоцианоферрат (II) калия К₃[Fe(CN)₆ ] в кислой среде (pH=3) образует с катионом Fe²⁺ осадок турнбулевой сини темно-синего цвета.

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- =Fe₃[Fe(CN)₆]_{2 ↓}

К 1 мл исследуемой воды добавить 2-3 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора реактива.

Железо (III). Гексоцианоферрат (II) калия К₄[Fe(CN)₆] в слабокислой среде с катионом Fe³⁺ образует темно – синий осадок берлинской лазури:

4Fe³⁺+3[Fe(CN)₆]^4-=Fe₄[Fe(CN)₆]_{3 ↓}

К 1 мл исследуемой воды прибавить 1-2 капли раствора соляной кислоты и 2 капли раствора реактива.

___¹ Ширшина Н.В. «Химия. Проектная деятельность учащихся» - Волгоград: Учитель, 2007.с. 82 -83

Выводы: Санитарным нормам качества соответствует лишь вода, поступающая через централизованное водоснабжение.Качество воды оказывает существенное влияние на здоровье людей. Таким образом, первая гипотеза, поставленная нами, была подтверждена частично. Что касается второй гипотезы, то она была полностью подтверждена в результате обзора литературы.