Определение солей жесткости в водопроводной воде

Коагулянты, например, сульфат алюминия. Алюминий – распространенный металл, который практически всегда существует в природной воде, но чаще всего в очень малых количествах. Однако при очистке воды распространено использования сульфата алюминия, который увеличивает попадания алюминия в организм. Выявлено, что в больших количествах, алюминий вызывает повреждение нервной системы. Если организм накопил критическую дозу этого металла, то это может вызвать паралич мышц, остановку дыхания, прекращение работы сердца, а как следствие, смерть.

Флокулянты, например, полиакриламид. Флокулянты – это химические реагенты, которые способствуют осаждению мелких частиц.

Остаточные триполифосфаты, которые защищают водопроводные трубы от коррозии.

Остаточный хлор. Хлор(Cl) и хлоросодержащие соединения попадают в воду на очистительных станциях. Его добавляют, как обеззараживающее средство. В небольших количествах хлор способен вызывать раздражение слизистых оболочек рта, глаз, пищевода. При большой концентрации хлор токсичен и вызывает ряд заболеваний. Он убивает не только болезнетворные бактерии, но и использовался в качестве химического оружия во время войны. Хлорированная вода вредна и требует дополнительной очистки, но так как практически вся водопроводная вода содержит хлор, нужно использовать бытовые фильтрами для очистки воды.

Вещества, которые оказываются в воде вместе со сточными водами – различные бытовые, промышленные отходы, минеральные удобрения.

Пестициды – это общее название сельскохозяйственных ядохимикатов, которые попадают в водопроводную воду через почвенные загрязнения. Они крайне опасны для животных и человека. Из-за воздействия пестицидов с земли уже исчезло много видов животных и растений. При отравлении пестицидами проявляются признаки расстройства желудочно-кишечного тракта, аллергические реакции, диатез. При сильном воздействии возможен летальный исход.

Тяжелые металлы

Ртуть (Hg) в природной воде обычно содержится в количествах не превышающих 0,5 мг/л, но и это высокий уровень для человека. Но в следствие техногенных загрязнений и локальных бытовых, уровень может быть значительно выше. Допустимым является 0,0005 мг/л. Ртуть повреждает все ткани человеческого организма с которыми контактирует, поэтому она чрезвычайно опасна. В большей мере ртуть влияет на почки и нервную систему. В случае, если человек примет разово дозу ртути выше предельной нормы, нарушается психика, способность к осязанию, слух, речь, возникают судороги, сердечно-сосудистый коллапс, давление падает до уровня, когда невозможна жизнедеятельность, после 500мг ртути наступает смерть. Даже незначительные дозы ртути, могут вызвать у беременных преждевременные роды, уродство плода.

Свинец(Pb) может попадать в водопроводную воду различными путями:

растворенный и природный свинец; свинец от загрязнителей, например, от бензина; свинец, который вымывается из водопроводных труб и сварочных швов.

Свинец крайне токсичен для человека, при регулярном употреблении свинца в небольших дозах можно получить хроническое отравление, которое приведет к летальному исходу. Если человек пьет воду с высоким содержанием свинца, в организме может развиться острое отравление, которое приведет к быстрому летальному исходу. Организм человека реагирует при накапливании свинца свыше 40 мг/100 мл крови. При такой концентрации начинается поражение нервной системы, кишечника, почек. Все остальные органы также поражаются, так как свинец накапливается во всех органах организма, блокируя работу ферментов, синтезирующих гемоглобин, что нарушает способность эритроцитов доставлять кислород по телу человека. Избыток свинца в организме ведет также к развитию анемии, выработке витамина D, образованию костной ткани. Вода, содержащая свинец, категорически запрещена беременным женщинам, так как может привести к выкидышу и врожденным уродствам. Количество свинца в воде не должно превышать 0,01 мг/л.

Цинк(Zn) содержится во многих продуктах питания, в воде он содержится в виде солей и соединений. В случае, если содержание солей цинка в воде превышает норму, человек может получить значительный ущерб для организма. При сильных острых однократных отравлениях может возникнуть лихорадка, тошнота, рвота, нарушение работу кишечно-желудочного тракта. В случае регулярного отравления могут развиваться эрозии на слизистой желудка и увеличиваться холестерин крови. Уровень содержания солей цинка в воде не должен превышать 3 мг/л. Чаще всего в природной воде цинка не больше 0,05 мг/л, но нередко концентрация увеличивается из-за прохождения воды через содержащие цинк водопроводные трубы.

Кадмий (Cd). Тяжелый металл, который в природе обычно находится вместе с цинком. В природных водах может проявляться в местах добычи цинка или попадать со сточными водами в районах химических и металлургических заводов. При регулярном употреблении воды с повышенным содержанием кадмия, он накапливается и поражает нервную систему, приводит к анемии и разрушению костной ткани из-за сбоев в работе фосфорно-кальциевого обмена.

Детергенты – это общее название всех моющих средств, которые попадают в поверхностные воды с промышленными стоками.

Химические вещества, которые попадают в воду из-за взаимодействия с водопроводными трубами, элементами водозаборных и очистительных станций.

Медь (Cu) практически не содержится в подземных водах, однако может попадать в воду через взаимодействие с элементами водопровода. Чрезвычайно опасно, если содержание меди в воде превышает 3мг/л. Такого количества достаточно, чтобы нарушить работу желудочно-кишечного тракта, что повлечет за собой тошноту, рвоту и диарею. В случае, если человек перенес тяжелые заболевания печени и в организме нарушен самостоятельный обмен меди, употребление такой воды может привести к развитию цирроза Суточная норма для человека не должна превышать 0,5 мг/кг тела, а присутствие меди в воде не должно быть выше 1-2 мг/л.

Железо (Fe). Содержание железа в воде может быть вызвано разными причинами. Природная вода может содержать до 50 мг/л, но также оно появляется, когда вода проходит через коррозию водопроводных труб. Большинство видов железа нетрудно заметить невооруженным глазом – вода приобретает рыжий цвет, а при отстаивании появляется красно-бурый осадок. При регулярном употреблении железистой воды, накопленное железо может вызвать заболевания печени, сердечную недостаточность, диабет и артрит.

Это, конечно же, не все загрязнения, а лишь те, которые встречаются чаще всего в прозрачной и чистой, на первый взгляд, водопроводной воде. Бороться с ними можно с помощью фильтров для воды, которые справляются сейчас с большинством возможных загрязнений. [11].

 

1.3. Влияние жесткости  воды на здоровье человека.

Широкая доступность фильтров для улучшения свойств воды приводит к изменению баланса поступления в организм ионов Са²+ и Мg²+ . Агрессивная телевизионная реклама призывает  утолять жажду минеральной водой и заботиться о стиральных машинах с помощью «Калгона». Как может отразиться на здоровье человека изменение количества поступающих с пищей ионов Са²+ и Мg²+ ?

Здоровье населения находится в прямой зависимости от состава природных вод в источниках, из которых осуществляется регулярное водоснабжение данной территории. Природные воды должны содержать достаточное количество микроэлементов, участвующих в обменных процессах человека. Так недостаток  Са ²+ и Мg²+ влечет за собой увеличение числа смертельных исходов при кардиоваскулярных заболеваниях, увеличение тяжести рахита, остемаляцию, нарушение функционального состояния сердечной мышцы и процессов свертывания крови, а недостаток  Мg²+ внезапную сметь младенцев, увеличение тяжести течения и числа неблагоприятных исходов КВЗ, нейромускулярные и психиатрические симптомы, тахикардию и фибрилляцию сердечной мышцы, гипомагнезимию. Но в то же время, избыток Са²+ ведет к мочекаменной болезни, нарушению состояния водно-солевого обмена, раннему обызвествлению костей у детей, замедлению роста скелета, а избыток Мg²+ к возможности развития синдромов дыхательных параличей и сердечной блокады, желудочно-кишечного тракта. Повышенная жесткость воды негативно сказывается на здоровье человека при умывании. Соли жесткости взаимодействуют с моющими веществами и образуют нерастворимые шлаки, разрушающие естественную жировую пленку кожного и волосяного покрова человека, забивающие поры. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.

Однако не доказано, что и мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека [5].

 

Глава 2. Методики качественного и количественного  
определения жесткости

Анализ вещества может проводиться с целью установления качественного или количественного его состава. В соответствии с этим различают качественный и количественный анализ.

Качественный анализ позволяет установить, из каких химических элементов состоит анализируемое вещество и какие ионы, группы атомов или молекулы входят в его состав. При исследовании состава неизвестного вещества качественный анализ всегда предшествует количественному, так как выбор метода количественного определения составных частей анализируемого вещества зависит от данных, полученных при его качественном анализе.

Качественный химический анализ большей частью основывается на превращении анализируемого вещества в какое-нибудь новое соединение» обладающее характерными свойствами: цветом, определенным физическим состоянием, кристаллической или аморфной структурой, специфическим запахом и т. п. Химическое превращение, происходящее при этом, называют качественной аналитической реакцией, а вещества, вызывающие это превращение, называют реактивами (реагентами).

При анализе смеси нескольких веществ, близких по химическим свойствам, их предварительно разделяют и только затем проводят характерные реакции на отдельные вещества (или ионы), поэтому качественный анализ охватывает не только отдельные реакции обнаружения ионов, но и методы их разделения.

Количественный анализ осуществляют химическими и физико-химическими методами.

Химические методы основаны на проведении реакций между определяемым образцом и специально подобранным реагентом. По количеству затраченных реагентов или по количеству полученных продуктов реакции рассчитывают содержание анализируемого вещества. Различают гравиметрический (весовой) и титриметрический (объемный) методы анализа. [6]

Гравиметрический анализ основан на количественном выделении компонента из анализируемой пробы и его точном взвешивании. Этот анализ дает точные результаты, но он трудоемок и вытесняется другими методами анализа.

Титриметрический анализ заключается в точном измерении объема раствора химического реагента, необходимого для завершения реакции с веществом, содержащимся в изучаемой пробе.

В его основе лежит проведение химических реакций и установление состояния эквивалентности между взаимодействующими веществами.

Объёмный (титриметрический) анализ основан на измерении объёма раствора реагента (титранта), израсходованного на эквивалентное взаимодействие с определяемым веществом.Анализ проводится методом титрования.

Титрант (рабочий раствор) – это раствор аналитического реагента с точно известной концентрацией, применяемый для количественного определения веществ.

Растворы с точно известной концентрацией готовят следующими способами:

1. Стандартные  растворы готовят по точной  навеске вещества (из установочных (стандартных) веществ). Взвешивают рассчитанную по формуле навеску на аналитических весах (с точностью до 4-го знака) и растворяют в определенном объёме дистиллированной воды.

Установочное (стандартное) вещество – это устойчивое, химически чистое соединение точно известного состава, используемое для уточнения концентрации титранта.

2. Растворы из  нестандартных веществ готовят  приблизительной концентрации методом разведения, а затем, с помощью титрования стандартным раствором определяют точную концентрацию по закону эквивалентов.

3. Раствор титранта можно приготовить  из фиксанала – стеклянной  запаянной ампулы, содержащей 0,1 моль эквивалента вещества.

Титрование – это добавление раствора реагента (титранта или рабочего раствора) известной концентрации к анализируемому раствору с целью установления количественного содержания определяемого вещества.

Состояние эквивалентности называется точкой эквивалентности (Т.Э.) – это такое состояние системы, при котором число моль эквивалентов реагента (титранта) равно числу моль эквивалентов анализируемого вещества. Т.Э. при титровании обычно определяется с помощью индикатора.

Индикатор – это вещество, присутствующее в системе и вызывающее изменение раствора (изменение цвета, появление осадка и т.д.) в момент наступления состояния эквивалентности. [6,7]

Окислительно-восстановительное титрование

В основе метода лежат окислительно-восстановительные реакции.

К окислительно-восстановительным методам относят перманганатометрию, иодометрию, броматометрию и др. В качестве титрантов в этих методах применяют растворы окислителей (KMnO4, К2Cr2O7, КBrO3, I2 и др.) и восстановителей (Na2S2O3, Na2AsO2, SnCl2 и др.). Эти методы находят широкое применение, например для анализа воды.

В зависимости от степени загрязнения вода содержит разную концентрацию вредных веществ – восстановителей, например, органические вещества – нефтепродукты, ионы железа (II), пероксид водорода др. Эти восстановители окисляются сильными окислителями, например перманганатом, бихроматом и т.п.

Метод комплексонометрии

В основе метода находятся реакции образования комплексных соединений (металло-лигандные реакции).