Научная статья по химии на тему «Жёсткость воды и способы её устранения».

МБОУ «СОШ № 3 с.Алхан-Кала Грозненского муниципального района ЧР им. Сатиной Е.П.»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Научная статья по химии

 

на тему «Жёсткость воды и способы её устранения».

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                          Выполнила работу:

                                                                                          учитель химии

                                                                                         Витаева К.Р.

 

 

 

                                         с. Алхан- Кала

                                                   2023г.

Оглавление

Введение ……………………………………………..……………..…………..3

1. Теоретическая часть

1.1. Жесткость воды……………………………………………………………5

1.2. Виды жесткости воды……………………………………………………..5

1.3. Типы воды по жёсткости………………………………………………….5

1.4. Влияние жёсткости воды на организм человека, бытовую и промышленную технику……………………………………………………….6

2. Практическая часть.

2.1. Методы определения жесткости воды в домашних условиях………….8

2.2  Способы устранения жёсткости воды…………………………………..10

2.3 Результаты анализа на жёсткость проб воды села Канабеки…………..12

Заключение……………………………….………….….…….........................13

Список использованных источников……………………..……………….14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

  Вода – одно из наиболее важных и распространенных химических соединений на нашей планете. Она покрывает 80% поверхности Земли и содержится во многих ее объектах: входит в состав горных пород и минералов, присутствует в почве и атмосфере, содержится во всех живых организмах и человека.  Вода входит в состав организма человека, всех растений и животных. Она играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Вода является уникальным веществом, определяющим возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Вода — ценнейший природный ресурс. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производствах и в быту. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей.

Здоровье человека и качество воды, которую он потребляет для обеспечения своей жизнедеятельности, связаны напрямую. Огромное количество исследований, проведённых учёными разных стран, доказывает, что существует прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни людей. По данным ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) почти 90% всех болезней человечества вызвано применением для различных бытовых нужд и питья именно некачественной воды. Недостаток необходимых элементов  делает её бесполезной, а наличие вредных примесей и микроорганизмов опасной для здоровья. Тут необходим баланс. Поэтому повышение качества воды является актуальной проблемой современности. Качество воды является важным для человека, то своевременное выявление и устранение нарушений может предотвратить проблемы со здоровьем.

   Одной из характеристик воды, заинтересовавших меня, является ее жесткость. Поэтому проблема моего исследования: для улучшения качества воды необходимо снизить ее жесткость.

Актуальность: ежедневно мы используем воду с самыми разными целями, но не химически чистую – дистиллированную, а природную воду, насыщенную разнообразными растворными веществами. Необходимо знать, какие соли и в каком количестве должна содержаться в природной воде при её использовании в быту и технике.

Проблема проекта: как правильно применять природную воду, содержащую растворённые в ней вещества.

Объектом исследовательского проекта стало явление жёсткости воды, её влияние на жизнедеятельность человека и возможные способы устранения.

Предметом исследования являются пробы природной воды (из водопроводной системы  с.Алхан-Кала.

Гипотеза: вода, которая используется в быту в  с.Алхан-Кала, жесткая, и негативно влияет на работу бытовых приборов и для здоровья.

Цель: выяснить, что такое жёсткость воды, жёсткая ли вода в нашей местности, какими способами её можно уменьшить и зачем.

Для реализации  поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать, какие вещества могут содержаться в природной воде и почему.

2. Узнать, что такое жёсткость воды, от чего она зависит, виды жёсткости.

3. Влияние жёсткости воды на работу бытовых приборов и промышленного оборудования.

4. Исследовать способы устранения жесткости воды.

Для решения данных задач использовались следующие методы научного познания: эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ.

 

 

 

 

 

1. Теоретическая часть. Вода, прежде чем, попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается через почву и насыщается в ней растворимыми солями.

  1.1. Жесткость воды - совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния. Жесткость воды - один из критериев качества воды. В России для измерения жёсткости иногда использовалась  концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм  кальция или 12,16 миллиграмм магния. С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ. По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж.

 1 °Ж = 1 мг-экв/л.  

1.2. Виды жесткости воды

Общая жесткость - суммарная концентрация ионов магния, кальция. Сумма карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость - определена присутствием в воде гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния. Этот тип жесткости воды почти, что целиком устраняется при кипячении воды, и поэтому получил название временной жесткостью. При повышении температуры воды гидрокарбонаты распадаются, в результате образуется угольная кислота и выпадает в осадок карбонат кальция и гидроксид магния.

Некарбонатная жесткость.  Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость). 

1.3. Типы воды по жёсткости.

По уровню жесткости воду делят  на 4 типа:

Мягкая вода (менее 2 миллиэквивалентов на литр);      

Нормальная вода (от 2 до 4 миллиэквивалентов на литр);

Жесткая вода (от 4 до 6 миллиэквивалентов на литр);

Очень жесткая вода (6 и более миллиэквивалентов на литр).

1.4. Влияние жёсткости воды на организм человека, бытовую и промышленную технику.

 В ходе выполнения работы выяснялся вопрос вреда, которые может быть нанесен использованием жесткой воды. Рассмотрим несколько аспектов.

1.4.1. Вред жесткой воды для здоровья человека.

1.                 Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.

2.                 При умывании жесткая вода сушит кожу. Это происходит из-за появления «мыльных шлаков» образованных из мыла, которое не способно мылиться и растворяться в жесткой воде. Эти мыльные шлаки закупоривают поры, не давая им свободно дышать, вследствие чего могут развиваться кожные воспаления, не давать покоя зуд и жжение кожи.

3.                 Образование тонкой корки на волосах разрушает естественную жировую пленку. Происходит это так же, как и на коже рук – мыльные шлаки» не вымываются и постепенной накапливаются. Это может вызвать зуд кожи головы, перхоть и даже выпадение волос.        

 4. Замедляется процесс приготовления пищи, из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.

1.4.2 Вред жесткой воды для коммуникаций

1. Соли жесткости так же, как и на бытовых приборах, выпадают в осадок или кристаллизуются, образуя на поверхности коммуникационных путей и крупных приборов и установок накипь. Накипь истончает стенки коммуникаций, впоследствии полностью разрушая их.

2. Обилие выпадающих в осадок или накипь солей жесткости, приводит к частым выходом из строя крупных водонагревательных установок, типа бойлеров.

3. В системах оборотного водоснабжения, образующиеся накипные отложения, водные камни и шлам из солей уменьшают проходимость труб, при этом падает теплоотдача. Падает напор воды, уменьшается количество воды в радиаторах, закупориваются входы и выходы воды из домов, что может привести к полному закупориванию коммуникационных сетей. Все это увеличивает энергозатраты.

1.4.3 Вред жесткой воды для техники и предметов быта

1. Мыльные средства из-за наличия большого количества солей в воде крайне плохо пенятся и отмывают загрязнения. Поэтому количество порошков, моющих средств для мытья посуды требуется, гораздо больше.

2.Кроме плохого вспенивания мыльных средств, из-за контакта жесткой воды с ними образуются разводы и твердый налет на сантехнике и поверхности посуды, так как выпадает солевой осадок. Такой налет тяжело отмывается с посуды, а так же негативно влияет на сантехнику, постепенно разрушая ее поверхности

3. В процессе нагревания воды в электроприборах соли не просто выпадают в осадок, а кристаллизуются и выпадают в виде накипи. Именно накипь является основной причиной быстрой поломки водонагревательных приборов.

4. Жесткая вода оставляет пятна, разводы и грязные налеты  на свежевыстиранных вещах, цвет тускнеет. От них избавиться очень сложно и это, опять же, требует повышенных затрат моющих средств. Ткань, постиранная в жесткой воде, становится грубой и неэластичной, потому что соли забивают в ней все свободное пространство. Уменьшается прочность одежды и белья.

            

2.Практическая часть. В ходе выполнения проектной работы был проведен социологический опрос среди учащихся. В основном в быту используют водопроводную воду,  5человек написали, что используют колодезную воду.

Большинство учащихся знают, что такое жёсткая вода и используют бытовые фильтры и фильтры чайники . В школе для питья используем бутилированную воду.

2.1. Методы определения жесткости воды в домашних условиях.

Для исследования брались пробы воды из разных источников: водопроводная (артезианская), колодезная, родниковая, талая снеговая вода. Набор проб воды осуществлялся по всем правилам, предъявляемых данному процессу. Были взяты пробы воды:  Водопроводная вода  с.Канабеки. Родниковая вода.

Вода из колодца. Талая снеговая  вода.

1. Самым простым и быстрым способом проверки, по мнению хозяек, является обычный чай. Достаточно заварить  чай, дать ему время настояться и спустя несколько минут посмотреть на его оттенок. Если вода жесткая, он будет мутным и темным.  В мягкой воде чай приобретает персиковый цвет.                     ]        

2. Моющие средства тоже могут помочь узнать жесткость воды. Если мыло моментально пенится, то содержание солей в воде минимально. А вот если пенообразование затягивается, значит, стоит задуматься о качестве воды.

Мыло станет помощником в определении степени жесткости, если его покрошить в воду. Нерастворенные частицы будут свидетельствовать об избыточном содержании кальция и магния.

Вывод: в талой воде моющее средство пенится быстро, значит вода мягкая.

        

3.Определить жесткость воды можно с помощью марганцовки. Контактируя с солями жесткости, марганцовка приобретает желтый оттенок. Если желтого оттенка нет - вода не жесткая.  В моём опыте сильных изменений окраски марганцовки я не получил.

 

2.2. Способы устранения  жесткости воды.

2.2.1. Опыт №1. Метод кипячения.

Для избавления от временной жёсткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:        

Ca(HCO₃)₂ = СаСО₃↓+ СО₂↑+ Н₂О,

     2Mg(HCO₃)₂ = Мg₂(ОН)₂СО₃↓ +3СО₂↑ + Н₂О,

и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.

2.2.2. Опыт № 2.

Умягчить жёсткую воду можно и обработкой воды различными химическими веществами. Так, временную (карбонатную) жёсткость можно устранить добавлением гашеной извести:

При введении в воду гашёной извести в виде известкового молока гидрокарбонат кальция соли осаждаются в виде карбонатов:

Са(НСОз)₂+Са(ОН)₂ = 2СаСОз¯+ 2Н₂О,

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = MgCО₃¯ + СаСО₃¯ + CO₂­ + 2H₂О

MgCО₃ + Ca(OH)₂    = Mg(OH)₂  ¯+ CaCO₃¯,

Вывод: очень жёсткая вода – колодезная, наблюдаем сильное помутнение   воды, чуть слабее жёсткость водопроводной воды, почти не изменилась талая снеговая вода, значит мягкая вода.

2.2.3. Опыт 3. Содовый метод.

В образцы родниковой, колодезной и речной воды, нагретые до 80 градусов, я добавил 1 чайную ложку  пищевой соды  Na₂СO_3. В двух стаканах, где была речная и талая вода, осталась светлой, вода практически не изменилась, так как  более мягкая, а где была колодезная вода, помутнела.

MgS0₄ + Na₂СОз = MgСОз↓ + Na₂SO₄

CaCl₂+Na₂CO₃= СаСОз↓ + 2NaCl

После добавления в воду реагентов происходит  образование коллоидных соединений СаСОз и Mg(OH)₂, т.е. в то состояние, при котором они выпадают в осадок, занимает длительное время. Поэтому часто известково-содовый способ сочетают с термическим.

Вывод: содовый метод снижает жесткость воды.  Считается, что если вода помутнела - вода жёсткая, если осталась светлой - мягкая.

2.2.4. Опыт № 4. Бариевый метод. Умягчение воды основано на введении в нее гидроксида бария и образовании практически нерастворимых соединений кальция и магния, а также сульфата бария. Химизм процесса описывается следующими уравнениями реакций:

CaSO₄+ Ba(OH)₂= Ca(OH)₂↓ + BaSO₄↓

 (Аналогичные уравнения реакций можно записать и для солей магния).

Бариевый метод умягчения воды очень дорогой, а бариевые соли ядовиты, поэтому его целесообразно применять при частичном обессоливании воды за счет извлечения сульфатов.

В образцы воды добавлялся гидроксид бария. Мгновенно выпадал белый осадок. Отстаивались растворы достаточно быстро. Фильтровались хорошо.

Результаты:

1.     Водопроводная вода с.Канабеки  - жесткая.

2.     Снеговая вода – мягкая.

3.     Колодезная вода – очень жесткая.

Выводы: появление большого количества осадка, но малая степень уменьшения жесткости воды свидетельствуют скорее о том, что во всех образцах присутствуют сульфат-ионы, которые вызвали появление осадка сульфата бария.

2.2.5. Вода, поступающая в стиральные, посудомоечные машины, в газовые котлы для отопления, обязательно должна умягчаться специальными химическими фильтрами. При стирке белья в стиральной машине необходимо добавлять в стиральный порошок средства для умягчения воды.

          

2.3.  Результаты анализа качества  воды из водоисточника с.Канабеки.

Исходная вода с подземного водоисточника (скважина б/н, с. Канабеки) с показателями качества:                                                                                                      Приложение №1

Цветность, град.	Мутность, мг/л	Общая минерализация, мг/л	Перманга- натная окис- ляемость, мг О/л	Жесткость общая, мг-экв/л	pH	Fe общ., мг/л	Мл, мг/л	С1,\ мг/л	Сульфаты, мг/л
3,4±1,1	Менее 1	682±55	<0,25	9,2±1,2 (9,8±1,3)*	7,6±0,2	0,03	0,03	15,4±1,5	244±37

 

 В соответствии с протоколом испытаний №268 от 26.03.2020 г. и протоколом №2375 от 17.12.2020 г. (скважина б/н, с. Канабеки), все показатели качества воды соответствуют требованиям санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания", кроме показателя  Жесткости (9,8±1,3 мг-экв/л, при норме - не более 7 мг- экв/л).

 Для устранения жесткости воды  МБУ "Благоустройство" в лице Директора Миндиярова Руфиса Башаровича  составил договор с ООО «Акваиндустрия» (г.Пермь)  о выполнении работ для водоподготовки на водозаборных башнях с.Канабеки и п.Шаква: изготовление с монтажом и наладкой блочно-модульной водоподготовительной установки. В настоящее время данная работа выполняется, оборудования установлены, по окончанию пусконаладочных работ будет предоставляться протокол испытаний качества

воды по показанию Жёсткости, выполненных аккредитованной лабораторией.

             

Заключение.

Результаты исследования, проведённого в ходе выполнения проектной работы, полностью подтвердили выдвинутую гипотезу.

 1.Водопроводная вода в селе Канабеки  действительно жёсткая. Жесткость воды в основном карбонатная из-за особенностей геологического строения территории, на которой расположено село.

2. Жёсткую воду перед употреблением целесообразно умягчить.  Для этого в нашем селе в водопроводной башне устанавливают очистительную установку.

3. Снижать жесткость воды, используемой в быту, необходимо и вполне возможно. Тем людям, кто использует колодезную воду, желательно установить фильтры и использовать различные  методы устранения жёсткости воды.

4. Вода, поступающая в стиральные, посудомоечные машины, в газовые котлы для отопления, обязательно должна умягчаться специальными химическими фильтрами. При стирке белья в стиральной машине необходимо добавлять в стиральный порошок средства для умягчения воды.

5.  МБУ «Благоустройство», осуществляющее эксплуатацию системы водоснабжения, в соответствии с Программой производственного контроля качества питьевой воды централизованного водоснабжения на 2021-2025 годы, постоянно контролирует качество воды в местах водозабора, перед поступлением в распределительную сеть, а также в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной сети.  Производственный контроль качества питьевой воды в распределительной водопроводной сети проводиться по микробиологическим и органолептическим показателям зависящей от количества обслуживаемого населения.

 

Список использованных источников.

1. Бабич Л.В., Балезин С.А., Гликина Ф.Б., Зак Э.Г., Родионова В.И. Практикум по неорганической химии.  М.: Просвещение , 1991.
2.  Журин А.А. «Лабораторные опыты и практические работы по химии» (учебное пособие) –М., «Аквариум», 1997
3. Киселева Е.В. Экспериментальная химия в системе проблемно-развивающего обучения. Из-во: «Учитель», Волгоград, 2015г.
4.  Гражданско-правовой договор. Выполнение работ для водоподготовки на водозаборных башнях с.Канабеки и п.Шаква: изготовление с монтажом и наладкой блочно-модульной водоподготовительной установки. 1октября 2021г.
5. Программа производственного контроля качества питьевой воды централизованного водоснабжения МБУ «Благоустройство»  на 2021-2025 годы.
6. Некоторые рисунки использованы с открытого доступа интернета.

 

 

 

Скачано с www.znanio.ru