ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА «Уровень содержания катионов железа в питьевой воде, используемой на территории МО Верхняя Пышма»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №22 с углубленным изучением отдельных предметов» ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА «Уровень содержания катионов железа в питьевой воде, используемой на территории МО Верхняя Пышма»                                                          Выполнила:                                                                         Ученица 9 «М» класса Ханькова Олеся Руководитель:                                                                        Преподаватель химии                                                                   Н.П.Логутова              1 Верхняя Пышма 2014           Введение                                                                                                   3 ­ 5           1. Теоретические сведения о содержании катионов железа в воде,  влиянии на организм и методах ее оптимизации   Химизм воды                                                                                                6  Влияние содержания железа на качество воды                                        7  Пути поступления  ионов железа в организм человека                       7 ­ 8  Физиологическое значение и потенциальная опасность 1.1 1.2 1.3 1.4  для здоровья                                                                              1.4      Методы устранения  избытка содержания катионов железа в воде.          2. Практическая часть 2.1 Анкетирование на предмет значимости исследования. 2.2 Измерение массовой концентрации общего железа с сульфосалициловой кислотой                                                                                                             14 ­18 2.2.1. Сущность метода 2.2.2. Аппаратура, реактивы 2.2.3. Подготовка к анализу 2.2.4. Проведение анализа   2.2.5. Обработка результатов 2.3. Результаты исследования             3. Выводы и рекомендации                                                                    19             4.Список  использованной  литературы                                             20             Приложение                                                                                       21 ­ 24 2 Вода – самое распространенное на Земле вещество. Ею заполнены моря и океаны,  Введение реки и озера. Пары воды входят в состав воздуха. Вода составляет большую часть  организмов растений и животных (от 70% до 90%). В последнее время ученые стали  утверждать, что вода – это универсальный хранитель информации.  аа           Ученые считают, что здоровье человека напрямую зависит от качества  потребляемой им воды. Питьевая вод  — это вода, которая предназначена для  ежедневного неограниченного и безопасного потребления человеком и другими  живыми существами. Главным отличием от столовых и минеральных вод является  пониженное содержание солей (сухого остатка), а также наличие действующих  стандартов на общий состав и свойства (СанПиН 2.1.4.1074­01 — для  централизованных систем водоснабжения и СанПиН 2.1.4.1116­02 — для  вод  расфасованных в емкости). Вопросы, которыми задаются  простые обыватели, вспоминая питьевую воду. Почему чистая и прозрачная вода из артезианской скважины через  некоторое время становится мутной и желтой? Почему водопроводная вода такая мутная, невкусная и плохо пахнет? Как избавиться от ржавых пятен появляющихся на раковине, ванне,  унитазе? Задерживают ли фильтры растворенное железо? Артезианская вода, поступающая из глубинных водоносных слоев, как  правило, обогащена минеральными солями, в том числе и ионами двухвалентного  железа. При контакте с кислородом воздуха двухвалентное железо окисляется до  трехвалентного, которое при обычных условиях выпадает в виде  мелкодисперсного осадка, который воспринимается нами как рыжая «муть».  Мутность воде обеспечивают нерастворимые примеси.      Состояние водопроводных труб в Вашем районе и в доме ­ особенно если  ему больше 20 лет ­ является главной причиной появления в воде мутного осадка.  Чем старше трубы, тем больше в них ржавчины.     Ржавые пятна на сантехнике – это нерастворенная коллоидная гидроокись  железа. 3 Вода многих источников пресной воды непригодна для питья людьми, так  как может служить источником распространения болезней или вызывать  долгосрочные проблемы со здоровьем, если она не отвечает определённым  стандартам качества воды. Одним из минеральных элементов, попадающих в воду  являются железо. Как известно, железо это элемент, необходимый нашему организму. Атом  железа входит в состав гемоглобина (белок, который осуществляет транспорт  кислорода), именно из ­ за него кровь имеет такой насыщенный красный цвет и  участвует во многих процессах, протекающих в организме. Питьевая вода,  загрязненная железом, самым негативным образом может влиять на наш организм в целом.  Наибольшие же концентрации железа (до нескольких десятков миллиграмм в  1 дм3) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН и с низким  содержанием растворенного_кислорода, а в районах залегания сульфатных руд и  зонах молодого вулканизма концентрации железа могут достигать даже сотен  миллиграммов в 1 литре воды. В подземных водах железо присутствует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное железо при определенных  условиях также может присутствовать в воде в растворенном виде как в форме  неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых  органических комплексов. Вода многих источников пресной воды непригодна для  питья людьми, так как может служить источником распространения болезней или  вызывать долгосрочные проблемы со здоровьем, если она не отвечает  определённым стандартам качества воды По нормативам, действующих в России, концентрация железа, в проточной  воде, не должна превышать 0,3 мг/л., а по нормативам EC эта цифра еще ниже – 0,2 мг/л. Колебания содержания железа значительны на всей территории РФ. Так  например, средняя концентрация железа в природной воде Москвы и Московской  области 3,3 мг/л, значительно больше средние концентрации железа 5,6 мг/л в  водах Тюменской области и Уральского региона, подземные воды Волгоградской  области еще загрязненнее – 8,7 мг/л в среднем. Усвояемость железа небольшая, но при длительном употреблении  водопроводной воды, загрязненной катионами железа, оно может накапливаться в  организме. Большое количество катионов железа в организме может плохо  сказаться на здоровье:  Резко повышается риск инфарктов;  Губительно действует на центральную нервную систему;  Снижает репродуктивную функцию;  Дает дополнительную нагрузку на печень и почки. На территории Верхней Пышмы используется артезианская вода. Артезианские  воды  — напорные подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород 4 между водоупорными слоями. Обычно встречаются в определенных геологических  структурах, образуя артезианские бассейны. Источники артезианского типа относятся  к важнейшим полезным ископаемым. Обычно залегают на глубине от 100 до 1000  метров. Какую же воду мы пьем? Цель работы:  выявить уровень содержания катионов железа в питьевой воде  Задачи 1. воде; 2. 3. рассмотреть аспекты влияния железа на здоровье человека; выявить уровень содержания железа в питьевой воде, используемой в МО  изучить теоретический материал  по вопросу содержание катионов железа в Верхняя Пышма, применяя метод измерения концентрации общего железа с  сульфосалициловой кислотой; 4. выявить уровень потребительской информированности в вопросах  содержания железа в питьевой воде. Объект исследования : питьевая вода используемая на территории г. Верхняя  Пышма. Предмет исследования: уровень содержания  железа в питьевой воде.  Гипотеза В городе Верхняя Пышма уровень содержания катионов железа превышает  допустимую норму.  5 I. Теоретические сведения о содержании катионов железа в воде, влиянии на организм и методах ее оптимизации 1.1 Химизм  воды аа     Вод  (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение,  химическая формула Н₂O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и  одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При  нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в  малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов.  Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях  всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в  химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.  Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.      Вода претерпевает множество изменений на пути к нашим домам.  Дождевая вода растворяет загрязнения содержащиеся в воздухе. Затем дождевая  вода попадает на поверхность земли, растворяет органические и неорганические  вещества и несет их в родники и водоемы. Промышленные отходы также попадают в озера и реки. И в итоге все это попадает в систему водоснабжения. Например,  дождевые воды смывают природные органические вещества (содержащиеся в  почве), а также инсектициды, удобрения и другие химикаты. Побочные продукты  промышленного производства, такие как кислоты, щелочи, поверхностно активные 6 вещества и растворители сорбируются из воздуха, а затем приносятся на землю с  дождем.     В воду поступает и железо. Значительные количества этого элемента  таблицы Менделеева поступают с подземным стоком и со сточными водами  предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной,  лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. В питьевой  воде железо может присутствовать также вследствие применения на  муниципальных станциях очистки воды железосодержащих коагулянтов, либо из­за коррозии "черных" (изготовленных из чугуна или стали) водопроводных труб.         Содержание железа в поверхностных пресных водах составляет десятые  доли миллиграмма. Основной его формой в поверхностных водах являются  комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными  неорганическими и органическими соединениями, главным образом с солями  гуминовых кислот ­ гуматами. Поэтому повышенное содержание железа  наблюдается в болотных водах (единицы миллиграммов), где концентрация  гумусовых веществ достаточно велика. При рН = 8.0 основной формой железа в  воде является гидрат оксида железа Fe(OH)3, находящийся во взвешенной  коллоидной форме. Наибольшие же концентрации железа (до нескольких десятков  миллиграмм в 1 дм3) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН и  с низким содержанием растворенного кислорода, а в районах залегания  сульфатных руд и зонах молодого вулканизма концентрации железа могут  достигать даже сотен миллиграммов в 1 литре воды. В подземных водах железо  присутствует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное  железо при определенных условиях также может присутствовать в воде в  растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так  и в составе растворимых органических комплексов. 1.2 Влияние содержания железа на качество воды     Визуально повышенное содержание железа в воде определяется по ржавым  подтекам на поверхности сантехники и по ржавым отложениям на стенках  трубопроводов. Вода с повышенным содержанием железа неприятна на вкус,  весьма вредна для здоровья, кроме того, она способна окрашивать вещи во время  стирки и портить сантехнические приборы и арматуру.     Повышенное содержание железа в воде является весьма распространенным  явлением на  территории России.      Содержащая железо вода (особенно подземная) сперва прозрачна и чиста  на вид. Однако даже при непродолжительном контакте с кислородом воздуха  железо окисляется, придавая воде желтовато­бурую окраску. Уже при  концентрациях железа выше 0,3 мг/л такая вода способна вызвать появление  ржавых потеков на сантехнике и пятен на белье при стирке. При содержании  железа выше 1 мг/л вода становится мутной, окрашивается в желто­бурый цвет, у  7 нее ощущается характерный металлический привкус. Все это делает такую воду  практически неприемлемой как для технического, так и для питьевого  применения. По органолептическим признакам предел содержания железа в воде  практически повсеместно установлен на уровне 0,3 мг/л (а по нормам ЕС даже 0,2  мг/л). Здесь необходимо подчеркнуть, что это ограничение именно по  органолептическим соображениям. По показаниям вредности для здоровья такой  параметр не установлен.                1.3 Пути поступления ионов железа в организм человека         Железо появляется в воде при фильтрации природных вод через  железосодержащие горные породы, а также вследствие коррозии стальных  трубопроводов, транспортирующих воду от очистных сооружений до потребителя. Для подземных вод характерно содержание железа в двухвалентной  (растворенной) форме. Вода только что поднятая из под земли прозрачна, но  постояв некоторое время на воздухе (например, Вы налили ее в ванну или бассейн)  она начинает краснеть и становится ржавой и мутной. Это явление объясняется  тем, что двухвалентное железо, содержащееся в подземной воде, вступает в  реакцию с кислородом воздуха и, окисляясь, переходит в нерастворимую  трехвалентную форму, выпадая при этом в осадок.       Основной путь поступления железа в организм человека ­ с пищей. По  оценкам ВОЗ доля воды в общем объеме естественного поступления железа в  организм среднестатистического человека не превышает 10%. У людей  определенных профессий (шахтеров, занятых на разработках железных руд и в  меньшей степени у сварщиков) возможно попадание соединений железа с пылью  при дыхании, что может вызывать профессиональные заболевания. Из продуктов  питания наиболее богаты железом печень, мясо и почки животных, яичный желток, рыба, а также сушеные белые грибы, бобовые (горох, фасоль, соя), гречка, зелень  шпината и петрушки, айва, чернослив, абрикосы, другие овощи и фрукты. При  этом надо отметить, что железо ­ трудно усваиваемый элемент и с точки зрения  его поступления в организм усвояемость железа становится даже более важным  показателем, чем его абсолютное содержание в том или ином продукте. Так, из  продуктов животного происхождения, где железо содержится в так называемой  гемовой (дословно ­ "относящийся к крови") форме, усваивается от 10% (рыба) до  20­30% (телятина) железа. Из продуктов же растительного происхождения (где  железо в содержится в двухвалентной форме) этот показатель ниже ­ от 1% (рис,  шпинат) до 6% (соевые бобы). Железо же в трехвалентной форме практически не  усваивается. Таким образом, средняя усвояемость железа из продуктов питания  составляет около 10% (порядка 6% у мужчин и 14% ­ у женщин).           Всасыванию железа способствует витамин С ­ аскорбиновая кислота  (восстанавливающая нерастворимое трехвалентное железо до растворимого  двухвалентного), витамины группы В, микроэлементы медь и кобальт.  8 Препятствуют усвоению железа высокое содержание в пище (и, можно  предполагать, воде) кальция и фосфатов, с которыми железо образует  нерастворимые соединения; фосфатин и фитин, содержащиеся в зерновых  продуктах (например, в хлебе и дрожжевом тесте); чай (железо образует трудно  растворимые комплексы с дубильными веществами); избыток жиров; молоко.   1.4 Физиологическое значение и потенциальная опасность для здоровья       Железо относится к числу эссенциальных (жизненно важных) для человека микроэлементов, участвуя в процессах кроветворения, внутриклеточного обмена и регулирования окислительно­восстановительных процессов.  В биологических системах железо связано с органическими веществами. В  миоглобине и гемоглобине встроены ионы Fe2+, в каталазах и оксидазах  (ферментах) — Fe3+. В цитохромах железо поочередно переходит  из одного  валентного состояния в другое.  Гемоглобин — красный пигмент крови человека, позвоночных и некоторых  беспозвоночных животных. Состоит из белка (глобина) и железопорфирина (гема).  На одну молекулу глобина приходится 4 гема, а каждый гем содержит 1 атом  железа. Гемоглобин переносит кислород от органов дыхания к тканям и  углекислый газ от тканей к дыхательным органам. Степень окисления иона железа  не изменяется при соединении комплекса с кислородом, при этом образуется  оксигемоглобин. Схема процесса: О2 + гемоглобин        Равновесие смещается в правую сторону в. легких, в левую — в клетках. Миоглобин — глобулярный белок, запасающий кислород в мышцах  оксигемоглобин.  позвоночных животных и человека. На одну молекулу белка приходится один гем,  содержащий 1 атом железа. Наиболее богаты миоглобином мышцы морских  животных, способных длительно находиться под водой. Цитохромы (дыхательные ферменты) — сложные белки, осуществляющие в  живых клетках перенос электронов и водорода (в результате обратимого  изменения валентности атома железа в теме) от окисляемых органических веществ к молекулярному кислороду. При этом образуется богатое энергией соединение — аденозинтрифосфат (АТФ). Общее содержание железа в теле взрослого человека колеблется от 4 до 7 г.  Большую часть его составляет железо, входящее в состав белков, обеспечивающих  перенос кислорода тканям и ряд ферментативных ре­акций, а меньшую —  тканевые резервы внутренних органов. С возрастом содержание железа в тканях  увеличивается. Всосавшееся в желудочно­кишечном тракте железо  транспортируется кровью к тканям с помощью белка трансферрина. Каждая  молекула трансферрина связывает два иона Fe3+. В реакции участвует  бикарбонат­ион, который упрочняет связь между ионами железа и белком  трансферрина. Недостаток трансферрина приводит к нарушению обмена железа.  9 Когда связывающая способность трансферрина исчерпывается, Fe(OH)3  осаждается в крови. Ферритин — еще один железосодержащий белок, в котором на одну молекулу белка приходится до 4500 атомов железа. Он находится в печени, селезенке,  костном мозге. Этот белок запасает и мобилизует железо в организме.               Освобождение железа из ферритина сопряжено с восстановлением ионов Fe3+ до  Fe2+. Содержание железа в цельной крови у женщин составляет 40­68 мг%, у  мужчин на 3­7 мг% выше. В плазме содержание железа колеблется от 60 до 175  мгк%, в форменных элементах (эритроциты) — от 39 до 67 мг%. При остром  отравлении содержание его в сыворотке крови может достигать 450 мг%. Период нахождения железа в организме человека превышает 10 лет, так как  железо, содержащееся в гемоглобине, при разрушении эритроцитов практически не выводится из организма, а рециркулируется печенью. В печени железа содержится  больше (500­700 мг), чем в костном мозге (до 300 мг) и селезенке (60­100 мг).  Концентрации железа в женском молоке 0,1­1,6 мг/л. Суточная потребность в железе взрослого человека составляет 5—10 мг, она  увеличивается при интенсивной мышечной деятельности, беременности,  кормлении грудью. В организм железо поступает с пищей. Содержание железа в  основных продуктах питания представлено в табл. 1. Организм усваивает только 10—20 % железа от суточной потребности, этот  процесс тормозится за счет образования труднорастворимых соединений железа с  фосфатами, карбонатами, жирными кислотами. Зато сахар и аскорбиновая кислота повышают усвоение железа.                                Недостаток железа в организме приводит к развитию анемии (малокровия),  характеризующейся снижением содержания гемоглобина в крови. Это заболевание  характеризуется бледностью кожи и слизистых, одутловатостью лица и  сопровождается общей слабостью, быстрой физической и психической  утомляемостью, отдышкой, головокружениями, шумом в ушах. Продукты Содержание Fe, Мг/ 100 Г Таблица 1 Молоко  Яйцо     Говядина            Хлебные изделия  Соя  Халва тахинная  Гречиха  0,07 2,5 3,0  3,0      15,0 26,0 8,3 10 Кроме того, нарушается и функция пищеварительных желез, нервной  системы, мышечного аппарата. Нехватку железа устраняют приемом специальных  лекарственных препаратов, а также увеличением в пищевом рационе, например,  гречихи и яблок. В то же время железо является токсичным веществом, поэтому введение в  организм избыточного количества железа с пищей или с лекарственными  препаратами может привести к отравлению. При приеме внутрь дозы железа 200­ 250 мг/кг у человека появляются рвота, боли в животе, ощущение жара, снижение  артериального давления, цианоз, резкое снижение свертываемости крови,  поражение печени. При вскрытии обнаруживаются кровоизлияния и диффузный  некроз слизистой оболочки желудочно­кишечного тракта, массивные некрозы  печени.   В связи с высоким содержанием железа в пищевом рационе отмечают  сидероз печени, селезенки и связанные с ними случаи остеопороза позвонков. При отравлениях соединениями железа необходимо выпить "яичное молоко"  (белок 3­4 сырых яиц взбить в 0,25 л молока) и через несколько минут вызвать  рвоту. Промыть желудок водой с добавлением активированного угля, соды,  таннина, крепкого чая. Далее лечение симптоматическое.  Выделяется железо из организма в основном через стенки толстого  кишечника и незначительно через почки. За сутки выводится примерно 6­10 мг  железа. Отсюда и суточная потребность человека в железе (речь, конечно идет об  усредненных цифрах. У женщин, например, потребность в железе выше,  чем у  мужчин ­ 15­18 мг). Однако, учитывая низкую усвояемость железа, с пищевым  рационом человек должен получать в норме 60­100 мг железа в сутки.  В целом,  обмен железа в организме зависит от функционирования.      Известно и генетическое заболевание, выражающееся в том, что организм  больного человека абсорбирует из пищи железо настолько интенсивно, что этот  элемент начинает откладываться в органах индивидуума. Это серьезное нарушение обмена железа может грозить разрушением печени, поджелудочной железы, сердца  и многих других органов. Гемохроматоз является достаточно распространенным  заболеванием среди всех жителей планеты, однако чаще всего его диагностируют у представителей европейской расы. Очень важно осознавать также, что если у вас,  или у кого­то из членов вашей семьи был обнаружен гемохроматоз (не  приобретенный, а наследственный), остальным членам семейства также в  обязательном порядке необходимо пройти соответствующие генетические  анализы, чтобы выявить, является ли кто­то из них носителем мутировавших  генов, которые обуславливают наличие этой болезни. По злой иронии судьбы, симптомы переизбытка железа в организме человека  вполне сравнимы с симптомами дефицита этого элемента, так как они включают в  себя хроническую усталость, слабость, хронические боли в области живота, боль в  11 суставах, импотенцию и нарушение менструального цикла у женщин. По мере  прогрессирования этого заболевания, у пациента возникают серьезные проблемы со здоровьем внутренних органов: происходит увеличение печени (может даже  развиться цирроз печени), возникает пигментация кожи, развивается диабет,  артрит, рак, сердечные заболевания, а также повреждение половых органов.       Исследователям удалось обнаружить ответственный за развитие данного  заболевания ген – HPE (ген гемохроматоза), который обуславливает  предрасположенность индивидуумов к этой болезни. По разным данным, от 40­ка  до 60­ти процентов людей, которые являются носителями данного гена, рано или  поздно сталкиваются с нарушением обмена железа в своем организме.  Наибольшему риску подвергаются мужчины, а также женщины  постклимактерического возраста. Для каждого человека, в организме которого  содержится избыток железа, является крайне важным пройти соответствующий  анализ для того, чтобы выяснить, является ли его состояние приобретенным в  результате, скажем, повышенного потребления железа (определенная пища и  пищевые добавки ,содержание в воде)     Бороться с железом в питьевой воде можно несколькими способами, самый  простой из которых: отстаивать воду на воздухе, растворенное железо будет  окисляться и выпадать на дно в осадок, который можно отделить. 1.4 Методы устранения  избытка содержания катионов железа в воде. 1.Рентгенофлуоресцентный анализ Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) — один из современных  спектроскопических методов исследования вещества с целью получения его  элементного состава, то есть его элементного анализа. С помощью него могут  анализироваться различные элементы от бериллия (Be) до урана (U). Метод РФА  основан на сборе и последующем анализе спектра, полученного путём воздействия  на исследуемый материал рентгеновским излучением. При облучении атом  переходит в возбуждённое состояние, сопровождающееся переходом электронов  на более высокие квантовые уровни. В возбуждённом состоянии атом пребывает  крайне малое время, порядка одной микросекунды, после чего возвращается в  спокойное положение (основное состояние). При этом электроны с внешних  оболочек либо заполняют образовавшиеся вакантные места, а излишек энергии  испускается в виде фотона, либо энергия передается другому электрону из  внешних оболочек (оже­электрон). При этом каждый атом испускает  фотоэлектрон с энергией строго определённого значения, например железо при  облучении рентгеновскими лучами испускает фотоны К  = 6,4 кэВ. Далее  соответственно по энергии и количеству квантов судят о строении вещества.   Рентгенофлуоресцентный метод широко используется в промышленности, научных лабораториях. Благодаря простоте, возможности экспресс­анализа, точности,  α 12 отсутствию сложной пробоподготовки, сферы его применения продолжают  расширяться. 2. Атомно­абсорбционные спектрометры Атомно­абсорбционные спектрометры (ААС) — приборы, предназначенные  для проведения количественного элементного анализа (до 70 элементов) по  атомным спектрам поглощения, в первую очередь для определения содержания  металлов в растворах их солей: в природных и сточных водах, в растворах­ минерализатах консистентных продуктов, технологических и прочих  растворах.Основные области применения атомно­абсорбционных спектрометров  (ААС) — контроль объектов окружающей среды (воды, воздуха, почв), анализ  пищевых продуктов и сырья для их изготовления, медицина, геология,  металлургия, химическая промышленность, научные исследования.етод атомной  абсорбции 3.Аэрация Аэрация представляет собой процесс насыщения воды атмосферным  воздухом. Технологически аэрация может быть реализована в виде  фонтанирования,  барботирования,  душирования либо применения инжекторов.  Эффективность такого насыщения невысока, а потому аэрация может  использоваться только в том случае, если концентрация железа в воде не  превышает10 мг/мл. 4.Каталитическое окисление Окисление с использованием катализаторов – наиболее распространенный в  быту способ удаления двухвалентного железа. В настоящий момент подавляющее  большинство бытовых установок обезжелезивания используют именно эту  технологию. В качеств окислителей в таких установках используется катализатор,  а также составы созданные на основе доломита, глауконита и цеолита. Выбор  конкретного реактива определяется концентрацией железа в воде. Рис.1 5.Ионный обмен Методика ионного обмена стоит особняком от других способов  обезжелезивания воды, поскольку реакция обмена ионами не является чистой ОВР. Впрочем, возможности катионитных материалов в качестве обезжелезивателя  13 весьма ограничены, поскольку трехвалентное железо легко «забивает» смолу,  снижая ее эффективность, а так называемое органическое железо образует на  поверхности смолы пленку, представляющую собой отличную среду для развития  бактерий. 6. Мембранные фильтры Мембранные фильтры способны удалить из воды практически все примеси, в  том числе и железо. При этом следует принять во внимание, что эффективное  удаление железа в любом виде возможно только при использовании фильтров  обратного осмоса, коллоидного и бактериального железа ­ при помощи  ультрафильтрационных и нанофильтрационных мембран и только трехвалентного  железо­ при помощи наиболее распространенных микрофильтрационных мембран. Использование фильтров в быту в настоящее время имеет тенденцию роста и  может способствовать решению  проблем питьевой воды. 2.    Практическое исследование  уровня содержания катионов железа  в воде     2.1 Анкетирование на предмет значимости исследования. Для проведения работы нами было проведено анкетирование 40 человек в возрасте 18–60 лет (Приложение1). По результатам анкетирования складывается следующая картина.  82% опрошенных в настоящее время пользуются фильтрами для   очистки   воды,   так   как   питьевая   вода,   подаваемая   жителям   МО   «Верхняя Пышма»  оставляет   желать   лучшего.  74%   опрошенных   не  проверяли   воду   до   и после установки фильтра на предмет устранения примесей в питьевой воде. 65% желают   получить   дополнительную   информацию   о   питьевой   воде,   факторах загрязнения и способах их ликвидации. 90% не знают уровень железа в питьевой воде   на   территории   округа,   при   этом   70%считают,   что   уровень   последнего превышает допустимые нормы и 62% предполагают, что при прохождении через 14 трубы   водоснабжения   уровень   увеличивается.   И   только   14%   считают,   что   их фильтр защищает от воду от соединений железа.         На вопрос чем руководствовались опрашиваемые при покупке фильтра только 50% ссылаются на специальную литературу,24 ­ мнение друзей, 26 – советы продавца.19%   не   довольны   используемыми   фильтрами.   10%   отмечают,   что состояние воды не улучшилось после установки фильтра. 20% считают что их фильтр   очищает   от   всех   перечисленных   в   опроснике   веществ(хлор,   железо, жесткость),а 20 – не вдавались в подробности при покупке фильтра.       Таким образом, перед нами встала необходимость определения содержания железа в питьевой воде.  Так как полученные данные помогут при выборе фильтра для очистки питьевой воды.. 2.2   Измерение   массовой   концентрации   общего   железа   с сульфосалициловой кислотой 1. Методы отбора проб 1.1. Пробы воды отбирают по ГОСТ 2874 и ГОСТ 24481. 1.2. Объем пробы воды для измерения массовой концентрации железа должен быть не менее 200 см3. 1.3.   Способы   консервирования,   сроки   и   условия   хранения   проб   воды, предназначенных   для   измерения   массовой   концентрации   общего   железа,   —   по ГОСТ 24481. 2.2.1. Сущность метода Метод основан на взаимодействии ионов железа в щелочной среде с  сульфосалициловой кислотой с образованием окрашенного в желтый цвет  комплексного соединения. Интенсивность окраски, пропорциональную массовой  концентрации железа, измеряют при длине волны 400­430 нм. Диапазон измерения  массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,10­2,00 мг/дм3. В  этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью Р=0,95  находится в пределах 0,01­0,03 мг/дм3.           2.2.2. Аппаратура, реактивы Фотоколориметр любого типа с фиолетовым светофильтром (= 400 ­ 430 нм).  Кюветы с толщиной рабочего слоя 2­5 см.  Весы аналитические лабораторные,  класс точности 1, 2 по ГОСТ 24104. Колбы мерные 2­го класса, вместимостью 50,  100, 1000 см3 по ГОСТ 1770. Пипетки мерные без делений вместимостью 50 см3 и  пипетки мерные с ценой наименьшего деления 0,1­0,05 см3, вместимостью 1, 5 и 10 см3 2­го класса по нормативно­техническому документу. Колбы стеклянные  лабораторные конические номинальной вместимостью 100 см3, типа Кн по ГОСТ  25336.   Аммоний хлористый по ГОСТ 3773.  Аммиак водный по ГОСТ 3760, 25 %­ный раствор.  15 Квасцы железоаммонийные по нормативно­техническому документу. Кислота соляная по ГОСТ 3118.  Кислота сульфосалициловая по ГОСТ 4478. Вода  дистиллированная по ГОСТ 6709. Все реактивы, используемые для анализа,  должны быть квалификации химически чистые (х. ч.) или чистые для анализа  (ч.д.а).   2.2.3. Подготовка к анализу 1. Приготовление основного стандартного раствора железо­аммонийных  квасцов 0,8636 г железоаммонийных квасцов FeNH4 (SO4)2×12H2O взвешивают с  точностью, не превышающей 0,0002 г по шкале весов, растворяют в мерной колбе  вместимостью 1 дм3 в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют  2,00 см3 соляной кислоты плотностью 1,19 г/см3 и доводят до метки  дистиллированной водой. 1 см3 раствора содержит 0.1 мг железа.  Срок и условия  хранения раствора ­ по ГОСТ 4212.  2. Приготовление рабочего стандартного раствора железоаммонийных  квасцов Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавлением  основного раствора в 20 раз. 1 см3 раствора содержит 0,005 мг железа. 3. Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты 20 г  сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью 100 см3 в  небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки. 4. Приготовление раствора хлористого аммония молярной концентрации 2  моль/дм3 107 г NH4Cl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в  небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки. 5.  Приготовление раствора аммиака (1:1) 100 см3 25 %­тного раствора аммиака  приливают к 100 см3 дистиллированной воды и перемешивают.   2.2.4. Проведение анализа   При массовой концентрации общего железа не более 2,00 мг/дм3 отбирают 50  см3 исследуемой воды (при большей массовой концентрации железа пробу  разбавляют дистиллированной водой) и помещают в коническую колбу  вместимостью 100 см3. Если проба при отборе не консервировалась кислотой, то к 50 см3 добавляют 0,20 см3 соляной кислоты плотностью 1,19 г/см3. Пробу воды  нагревают до кипения и упаривают до объема 35­40 см3. Раствор охлаждают до  комнатной температуры, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см3,  ополаскивают 2­3 раза по 1 см3 дистиллированной водой, сливая эти порции в ту  же мерную колбу. Затем к полученному раствору прибавляют 1,00 см3 хлористого  аммония, 1,00 см3 сульфосалициловой кислоты, 1,00 см3 раствора аммиака (1:1),  тщательно перемешивая после добавления каждого реактива. По индикаторной  бумаге определяют значение рН раствора, которое должно быть 9. Если рН менее  9, то прибавляют еще 1­2 капли раствора аммиака (1:1) до рН9. Объем раствора в  мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой, оставляют стоять 5 мин  для развития окраски. Измеряют оптическую плотность окрашенных растворов,  используя фиолетовый светофильтр (= 400­430 нм) и кюветы с толщиной  оптического слоя 2, 3 или 5 см, по отношению к 50 см3 дистиллированной воды, в  16 которую добавлены те же реактивы. Массовую концентрацию общего железа  находят по градуировочному графику. Для построения градуировочного графика в ряд мерных колб вместимостью 50 см3 наливают 0,0; 1,0; 2,0; 5,0. 10,0; 15,0; 20,0  см3 рабочего стандартного раствора, доводят до метки дистиллированной водой,  перемешивают и анализируют, как исследуемую воду. Получают шкалу растворов,  соответствующих массовым концентрациям железа 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0  мг/дм3. Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую  концентрацию железа, а по оси ординат ­ соответствующие значения оптической  плотности. Построение градуировочного графика повторяют для каждой партии  реактивов и не реже одного раза в квартал.  2.2.5. Обработка результатов.   Массовую концентрацию железа (X) в анализируемой пробе, мг/дм3 с учетом  разбавления вычисляют по формуле где с ­ концентрация железа, найденная по градуировочному графику, мг/дм3; V ­ объем воды, взятый для анализа, см3;  50 ­ объем, до которого разбавлена  проба, см3.  За окончательный результат анализа принимают среднее  арифметическое результатов двух параллельных измерений, допустимое  расхождение между которыми не должно превышать 25 % при массовой  концентрации железа на уровне предельно допустимой.  Результат округляют до двух значащих цифр. Сходимость результатов  анализа (А) в процентах вычисляют по формуле  где Р1 ­ больший результат из двух параллельных измерений; Р2 ­ меньший        результат из двух параллельных измерений. Железо (III) образует с сульфосалициловой кислотой ряд комплексов, состав  и окраска которых зависят от кислотности раствора. При рН = 3 образуется  соединение фиолетового цвета состава 1:1. Светопоглощение этого комплекса  максимально при 510 нм (  = 1600). При рН = 4 – 9 образуется соединение состава  1:2, имеющее красный цвет, а при рН = 9 – 11,5 – желтое комплексное соединение  ε состава 1 : 3 ( мах = 416 нм,   = 4000). При рН =12 комплекс разлагается с  выделением гидроксида железа. λ ε Железо(II) не образует окрашенных соединений с сульфосалициловой  кислотой. Однако в аммиачной среде Fe(II) легко окисляется до Fe(III), поэтому в  этих условиях можно определять суммарное содержание железа. Определение  содержания железа выполняется фотометрическим методом по реакции  образования желтого комплекса с сульфосалициловой кислотой в аммиачной  среде. При изменении кислотности может получиться комплекс другого состава,  имеющий фиолетовую или розовую окраску. В этом случае в колбу, где проходит  17 колориметрическая реакция, следует добавить больше аммиака — столько,  сколько нужно для появления желтой окраски. 2.3. Результаты исследования Для исследования было взято 3 пробы: 1 ­холостая, 2 ­питьевая вода  центральной системы водоснабжения без установки локального фильтра, 3 –  питьевая вода с использованием фильтра. Марка фильтра специально не  указывалась и рабочие характеристики не были изучены.      Мы предположили, что уровень железа в питьевой воде у нас в МО  «Верхняя Пышма» превышает допустимые нормы, используемый фильтр  задерживает соединения железа  и снижает его содержание в питьевой воде.  Зависимость оптической плотности от концентрации железа в растворе  представлена  в таблице 2 и на рисунке 2. Таблица 2  Пробы Д (оптическая плотность) С, концентрация Fe (мг/дм3) 1 холостая  0,031 2 рабочая (без фильтра) 0,071 3 рабочая (фильтр) 0,081 0,1 0,14 0,16  Из таблицы следует, что при возрастании концентрации железа в растворе  пропорционально возрастает оптическая плотность. Рис.2. График зависимости оптической плотности раствора от концентрации   железа Д – оптическая плотность С – концентрация Fe  Согласно проведенному исследованию уровень железа в питьевой воде на  территории МО «Верхняя Пышма» находится в пределах нормы (таблица 3). 18 Таблица 3 Объект исследования (номер пробы) 1 холостая  Массовая концентрация железа (мг/дм3) 0,1 2 рабочая (без фильтра) 0,14 3 рабочая ( фильтр) 0,16 ПДК (0,3 мг/л) Не превышает Не превышает Не превышает Проба воды с использованием локального фильтра не показала, что идет  снижение содержания железа, так как показатели во 2 и 3 пробах практически  одинаковые. Таким образом,  мы выяснили, что при использования фильтра с  целью понижения уровня железа в питьевой воде необходимо знать его рабочие  характеристики. 19 1.Вода с повышенным содержанием железа неприятна на вкус, весьма вредна  ВЫВОДЫ и РЕКОМЕНДАЦИИ для здоровья, кроме того, она способна окрашивать вещи во время стирки и  портить сантехнические приборы и арматуру.  2. Железо является токсичным веществом, поэтому введение в организм  человека избыточного количества железа с пищей, водой может привести к  отравлению организма человека и различным заболеваний.  3. Уровень содержания железа в питьевой воде, используемой на территории  муниципального округа  Верхняя Пышма не превышает предельно допустимые  нормы. 4. Обезжелезивание воды является одним из наиболее актуальных   направлений области водоочистки. 5. При выборе фильтра необходимо проверить его пригодность на удаление  железа из воды.           Значимость проделанной работы:        Данная работа позволила нам экспериментально определить уровень  содержания катионов железа в воде.        Результаты данной работы могут быть использованы на уроках химии по теме  «Химический состав воды», «Железо». Работа может быть использована на уроках  биологии при выявлении влияния воды с разным уровнем содержания железа  на  организм.        Практическая значимость работы для жителей Верхней Пышмы заключается в  том, что, зная уровень железа питьевой  воды, можно правильно подобрать фильтр.       Работа может быть продолжена:   железа на жизнедеятельность растений; по   изучению   влияния   воды   с   разным   уровнем   содержания   катионов 20 1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. ­ Рандеву—АМ.  4.Список литературы Агар, 2000г. 2.Бурштейн Л. М. Обыкновенное чудо – вода. – М.: Детский экологический  центр, 1997. 3. Калицун В. И., Кедров В. С., Ласков Ю. М. Гидравлика, водоснабжение и  канализация: Учебное пособие. – М.: Стройиздат, 2004. 4.  Муравьев А.Г.«Руководство по определению показателей качества воды  полевыми методами» Крисмас+ Санкт­Петербург 1998г. 5. Акимова П. М. «Ещё раз о том, что мы из­под крана пьём».­ 1998г.//  «Российская провинция».  6 . Фрог Б. Н. Водоподготовка. – М.: МГУ, 2003. – 680 с. 21 Приложение 1 Анкета Мы будем рады, что Вы ответите на наши вопросы 1.Вы используете фильтр для воды ­да ­нет 2.При покупке Вы руководствовались ­мнением друзей ­информацией, полученной у продавца ­информацией из научных источников (спец.литература) 3.Ваш фильтр очищает воду от ­хлора ­железа ­жесткости ­не вдавались в подробности ­от всего перечисленного 4.Вы   проверяли   воду   до   и   после   установки   фильтра   на   содержание загрязняющих  веществ,  в специализированных лабораториях ­да ­нет 5 .Качество воды после установки фильтра  ­улучшилось ­не заметили разницы 6.   Вы   бы   хотели   получить   больше   информации   о   питьевой   воде   в   Вашем регионе ­да ­владею достаточной информацией 7. Вас устраивает Ваш фильтр для воды ­да ­хотим поменять, качество оставляет желать лучшего 8. Вы знаете   уровень железа в питьевой воде на территории МО «Верхняя Пышма» ­да ­нет 22 9. Вы считаете, что уровень железа в питьевой воде до прохождения через фильтр ­в норме ­превышает уровень 10. Вы считаете, что уровень железа в питьевой воде зависит от ­природных условий (вымывание горных пород) 23 Фотография 1. в лаборатории СЭС ГО Верхняя Пышма  Фотография 2 (представлены 3 образца воды) 24 Фотография 3 (подготовка образцов) 25 Фотография 4 (реагенты) Фотография 5 (Произошло интенсивное изменение цвета    Фотография 6 (Проведение эксперимента) 26 27 28 29