XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Разработка методики обеззараживания воды с применением фильтра на основе мха сфагнума

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Глухов Д.А. 1

---

1МБОУ СОШ № 5 г. Калуги

Гаврюнкина Ю.А. 1

---

1МБОУ СОШ № 5 г. Калуги

Работа в формате PDF

4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность данной проблемы объясняется тем, что в настоящее время применяются различные методы и средства обеззараживания воды. Однако некоторые из них дороги и требуют применения специального оборудования и технологий. Применение природных процессов и объектов существенно упрощает и удешевляет получение чистой питьевой воды. Эти природные объекты могут дополнять существующие технологии или составлять им достойную альтернативу.

Цель работы:

Разработать методику обеззараживания воды с применением фильтра на основе мха сфагнума

Задачи:

1. Разработать техническое решение – конструкцию фильтра с загрузкой из мха сфагнума.

2. Исследовать эффективность его применения для обеззараживания воды по показателям общего микробного числа (ОМЧ).

3. Дать сравнительную характеристику экономической эффективности применения различных методов обеззараживания воды.

Объект исследования: качество воды по показателям микробиологического загрязнения (ОМЧ).

Предмет исследования: эффективность методики очистки воды с применением мха сфагнума.

Гипотеза: в настоящее время применяют различные методы обеззараживания воды. Однако большинство этих методов требует экономических затрат либо характеризуется сложностью подготовки и реализации. Применение доступного природного объекта – мха сфагнума, обладающего бактерицидными свойствами – позволяет разработать более доступную и дешевую методику обеззараживания воды. Сфагнум способен накапливать частицы серебра, что отчасти объясняет его бактерицидные свойства. Применение сфагнума в качестве фильтрующего материала позволить уменьшить содержание микроорганизмов в воде.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Обеззараживание воды. Методы обеззараживания

Обеззараживание воды — инактивация патогенных микроорганизмов: вирусов и бактерий. В его основе лежат окислительно-восстановительные процессы, которые запускаются при добавлении в воду дезинфицирующего компонента или использовании безреагентных методов.

1.2 обеззараживание воды методом фильтрования (с применением микробных фильтров)

Данный способ очищает воду только от нерастворимых примесей, при этом растворимые соли, вирусы, бактерии, микроорганизмы остаются.

1.3 Обеззараживание воды методом кипячения

Кипячение используют для уничтожения вирусов. Бактерий, микроорганизмов, удаления хлора. Недостатки: при кипячении вода меняет структуру из-за испарения кислорода, концентрация солей в оставшемся объеме увеличивается из-за испарения воды, многие вирусы гибнут при более высокой температуре, образуется дополнительный хлороформ вызывающий раковые заболевания.

1.4 Обеззараживание воды методом кристаллизации

Метод основан на химическом законе, согласно которому при замерзании жидкости, сначала в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество, а в наименее холодном затвердевает все, что было растворено в основном веществе. Недостатки: метод требует медленного замораживания, не все растворимые соли осаждаются на дне сосуда.

1.5 Способы обеззараживания воды методом дистилляции

Метод основан на свойствах воды изменять агрегатное состояние в зависимости от температуры. Так при кипячении вода из жидкого состояния переходит в газообразное. Оставляя на дне емкости растворимые в ней соли, вирусы, бактерии. Поднимаясь вверх и двигаясь по газоотводному приемнику дистиллятора охлаждается и переходит в жидкое состояние. Недостатки: легкая хлорорганика перегоняется вместе с водяным паром, уничтожаются важные микроэлементы, дистиллированная вода при длительном употреблении вымывает из организма соли кальция, железа и многие другие.

1.6 Методы обеззараживания воды алюмокалиевыми квасцами

В домашних условиях обеззараживание воды от бактерий осуществляют путем добавления 1гр соли на 4л воды. Алюмокалиевые квасцы очищают воду за счет образования продуктов гидролиза от бактерий, взвешенных частиц и примесей органических веществ, выделившаяся серная кислота нейтрализует воду, имеющую щелочную реакцию. Выпавший осадок удаляется фильтрованием.

1.7 Озонирование

Один из наиболее реальных и высокоэффективных методов очистки воды, позволяющий существенно улучшить качество питьевой и очищенной сточной воды, решить проблемы здравоохранения и экологии. Преимущества метода: возможность получения озона на месте применения; высокая активность озона в отношении обеззараживания воды от бактерий и вирусов; одновременно с обеззараживанием происходит обесцвечивание воды, устраняются запахи и привкусы; не изменяет натуральные свойства воды; заменяет традиционные методы хлорирования, ультразвук, фильтрацию и другие. Недостатки: большие затраты электроэнергии.

1.8 Хлорирование

Хлор давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически во всех очистных предприятиях России. Механизм бактерицидного действия хлора заключается во взаимодействии с составными частями клетки микроорганизма, что приводит к нарушению обмена веществ в клетке и отмиранию микроорганизмов. Недостатки: хлор сильнодействующее ядовитое вещество; способствует образованию в воде токсичных и хлорорганических соединений; обладает последействием; очистные станции использующие хлор являются объектами повышенной опасности.

1.9 Гипохлорит натрия

Применяется в жидком виде, получают на месте применения электрохимическим способом. Эффективен против большинства болезнетворных микроорганизмов, безопасен при использовании и хранении.

Недостатки: неэффективен против цист; при хранении теряет активность и выделяет газообразный хлор; после использования образует большое количество побочных продуктов; требует немедленного использования сразу после получения.

Практическая часть

Основной задачей, решенной в рамках практической работы, являлась разработка конструкции фильтра для обеззараживания воды (приложение фото 1). С этой целью в предложенной конструкции были использованы пластиковые бутылки, песок, гравий, активированный уголь, марлю, мох сфагнум. Уложил слои в бутылку, в такой последовательности (сверху вниз):
1. Гравий
2. Уголь
3. Песок
4. Мох сфагнум (в первом фильтре его нет)
5 Марля.

(приложение фото 2-3)
В первом фильтре я использовал все компоненты со мхом, (приложение фото 4) а во втором без использования сфагнума. В обоих случаях я использовал воду заранее налитую из родника. После фильтрования воды, я провел работу, связанную с подсчетом бактерий. (Приложение фото 5)

Бактерицидные свойства сфагнума

В конечном итоге, я сравнил количество бактерий до и после фильтрования со сфагнумом и без него. Так же было подсчитано количество бактерий в воде из - под крана, которая уже на гидра сооружения прошла ряд очистных процессов. В результате своей проделанной работы, можно сделать некоторые выводы относительно очистки воды.

Методика эксперимента

Правила работы в микробиологической лаборатории

Работа в микробиологической лаборатории построена на прин­ципах асептики и антисептики. Асептика представляет собою комплекс мероприятий, направленных на предупреждение попадания микроорганизмов извне и загрязнения ими лабораторного материа­ла и чистых бактериальных культур.

Прежде всего, требования асептики обеспечиваются правиль­ной планировкой лаборатории, организацией ее работы, соблюдением санитарно-гигиенических требований и правил техники безопасности.

Антисептика (от греч. anti - против, septicos - гнойный) представляет собой комплекс мероприятий по предупреждению заражения пер­сонала и окружающей среды при работе с микроорганизмами.

Асептика и антисептика в условиях микробиологической лаборатории реализуются различными способами дезинфекции и стерилизации. Дезинфекцию применяют для уничтожения определенных видов микроорганизмов. После дезинфекции часть наиболее устойчивых микроорганизмов может сохранять свою жизнеспособность. Стерилизация предусматривает полное уничтожение микро­организмов и их спор

Микробиологическое исследование воды

Микробиологическое исследование воды начинается с отбо­ра проб. При исследовании воды открытых водоемов пробы отбирают в стерильную посуду. Для отбора водопроводной воды или воды из родников и колодцев используют стеклянные бутылки емкостью 0,5 л с ватно-марлевыми пробками.

В лаборатории анализ исследуемой воды проводят не позднее 2-х часов после отбора, или не позднее 6 часов при хранении пробы при температуре 3°С-4°С.

Микробиологическое исследование воды складывается из определения общего количества микроорганизмов (КОЕ) в1 см³ (микробное число) и выявления санитарно-показательных микроорганизмов.

Определение общего количества микроорганизмов проводят методом серийных разведений или прямым посевом определенного количества воды на плотные питательные среды. Выращивание микроорганизмов проводят в термостатах. Термостаты. Приборы, используемые для культивирования микроорганизмов, называются термостатами (рис. 31). Особенностью этих приборов является способность стабильно поддерживать заданную температуру в течение длительного времени. В лаборатории используются, как правило, несколько термостатов, настроенных на различную температуру (30ºС, 37ºС, 45ºС), в зависимости от оптимума роста культивируемых микроорганизмов.

Рис. 31. Термостат

Термостаты могут иметь водя­ную или воздушную рубашку, раз­личные размеры и системы настройки контроля температуры.

МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО УЧЕТА МИКРООРГАНИЗМОВ

В микробиологической практике часто необходимо не только выделить тот или иной вид, но и определить численность живых микроорганизмов в тех или иных объектах окружающей среды. Для этого используются различные методы количественного учета.

Наиболее распространенным является метод серийных разведений. Этот метод позволяет вести учет только жизнеспособных клеток микроорганизмов.

Метод серийных разведений заключается в том, что в большие или малые бактериологические пробирки разливают соответственно либо по 9, либо по 4,5 мл стерильной водопроводной воды или стерильного физиологического раствора. Пробирки нумеруют и в первую пробирку вносят 1,0 мл инокулята (если пробирка большая) или 0,5 мл инокулята (если пробирка маленькая). Затем после перемешивания, в том же объеме, каждый раз (обязательно!) новой пипеткой инокулят переносят в следующую пробирку. Количество пробирок в ряду, а следовательно, разведений зависит от предполагаемой микробной загрязненности объекта.

Из полученных разведений делают пересев на плотную питательную среду в чашки Петри методом Коха или Дригальского, причем количество параллельно засеваемых чашек должно быть не менее двух.

При пересеве методом Коха из пробирки с соответствующим разведением стерильной пипеткой набирают 1,0 мл инокулята и выливают на дно пустой стерильной чашки Петри и заливают ее 15-20 мл расплавленным питательным агаром, остуженным до температуры 40°С-45°С. Не поднимая чашки от стола, плавными круговыми движениями перемешивают исследуемый материал со средой, закрывают крышкой и оставляют до застывания среды. После застывания среды чашку переворачивают кверху дном и термостатируют при оптимальной температуре.

При посеве методом Дригальского расплавленную питательную среду разливают в чашки Петри и оставляют на ровной поверхности для застывания. Застывшую питательную среду подсушивают, а затем в чашку вносят 0,1 - 0,2 мл инокулята и стерильным шпателем втирают его в поверхность питательной среды.

Засеянные чашки Петри термостатируют при температуре, оптимальной для исследуемых микроорганизмов и через определенное время проводят подсчет выросших колоний. Для подсчета берут то разведение, при котором в чашке выросло от 100 до 300 колоний, хорошо отделенных друг от друга.

Подсчет выросших колоний проводят, не открывая чашки Петри, перевернув их кверху дном. Каждую отсчитанную колонию отмечают точкой с помощью стеклографа или перовой авторучки. Для оптимизации процесса счета колоний используют прибор для счета колоний, который снабжен осветительным устройством, лупой, светофильтрами, сеткой на круглом стекле, перовой ручкой и счетчиком.

Среднее число колоний, образуемых на чашках с агаром, почти всегда пропорционально числу бактерий в инокулуме, т.е. одна единица бактерий образует одну колонию. Но в некоторых случаях (негомогенное распределение клеток микроорганизмов, слипание микроорганизмов, прилипание к стеклу, явление антагонизма и др.) число колоний может быть иным, нежели содержание бактерий в инокулуме. Поэтому принято говорить не о числе микроорганизмов в инокулуме, а о количестве колонии образующих единиц (КОЕ). Этот термин является официальным и употребляется в нормативных документах, определяющих методики микробиологических исследований и допустимые значения присутствия микроорганизмов в объектах окружающей среды.

Зная степень серийного разведения и количество выросших колоний, подсчитывают количество КОЕ в 1 мл исходного инокулята по формуле:

,

где N - КОЕ в 1 мл исходного инокулята;

R - разведение, из которого сделан высев;

М - среднее количество КОЕ, выросших на чашке Петри в разведении R;

V - объем инокулята, взятого для посева в чашку Петри из разведения R.

Например, если при посеве 1 мл инокулята из разведения 1:10⁴ выросло 115 колоний, то КОЕ в 1 мл исходного инокулята будет равно: 115 х 10000:1 = 1150000 КОЕ.

В настоящем исследовании посев микррорганизмов на стерильный агар проводился по методу Дригальского. На поверхность агара высевали 1 мл воды и распределяли шпателем по поверхности агара. Термостатировали при + 35⁰ С в течение 48 ч. Для каждой пробы проводили посев на 2 чашки Петри, затем находили среднее количество КОЕ. Эксперимент проведен в двукратнй повторности. Средние значения ОЧМ по результатам двух экспериментов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты эксперимента

Вывод: Таким образом, экспериментально подтверждены антисептические свойства сфагнума и доказана возможность применения его в качестве загрузки для фильтров при обеззараживании воды.

Список литературы

[1]. Жизнь растений. Водоросли. Лишайники. Мхи. — М.: Мир книги, 2002. — Т. 5. — С. 163. — 192 с. — (Большая энциклопедия природы).

[2]. Лыков И.Н., Шестакова Г.А. Теоретические и практические основы общей микробиологии - Калуга, 2002. -212 с.

Приложение 1

Фото 1 Фото 2

Фото 3 Фото 4

Фото 5

\

Приложение 2

Правила работы в микробиологической лаборатории

Работа в микробиологической лаборатории требует постоян­ного и педантичного соблюдения правил безопасности и личной ги­гиены. Даже если в лаборатории не ведутся работы с патогенными и условно-патогенными микроорганизмами, они могут быть выде­лены из окружающей среды в процессе исследовательской рабо­ты. Поэтому в любых условиях микробиолог должен работать в лаборатории так, как если бы он постоянно имел дело с патогенны­ми микроорганизмами. Основными правилами работы в микробиологической лаборатории являются следующие:

1. Работать в спецодежде: в халате (а в боксе - в сменном халате), в сменной обуви, шапочке или косынке, а при необходимо­сти - в марлевой повязке.

2. В рабочих помещениях лаборатории запрещается курить, принимать пишу, ходить без надобности между столами и открывать форточки, чтобы не допускать циркуляцию микроорганизмов с током воздуха. В лабораторию нельзя вносить посторонние вещи.

Портфели и сумки складывают в специально отведенном месте.

3. На рабочем месте размещают только оборудование, необходимое для выполнения конкретной работы. Всю работу проводят в строгом соответствии с изучаемой методикой.

4. При использовании спиртовок необходимо следить за их герметичностью, не вынимать фитиль из горящей спиртовки, не зажигать одну спиртовку от другой, не пользоваться спиртовкой вблизи легковоспламеняющихся жидкостей. Не оставлять без надобности горящую спиртовку, пламя гасить только колпачком.

5. Нельзя включать и пользоваться электричес­кими приборами без необходимости

6. Во время работы в лаборатории на руках не должно быть колец, перстней и накладных ногтей. Ногти должны быть коротко острижены.

7. Во избежание инфицирования рук работать только бактериологической петлей и пинцетом. Использованные инструменты и предметы необходимо прожигать над пламенем горелки или помещать в дезинфицирующий раствор.

8. Бели в процессе работы инфицированный материал попал на кожу, слизистую оболочку глаз или в рот, необходимо срочно провести необходимые меры по обеззараживанию.

9. При попадании на поверхность стола капель раствора, со­держащих микроорганизмы, необходимо извлечь пинцетом ватный тампон, смочить его в 70% этиловом спирте или в 3% водном растворе хлорамина и обработать инфицированные места. Лучше всего эту работу провести под контролем преподавателя.

10. Мазки из исследуемых микроорганизмов необходимо фиксировать над пламенем горелки или в фиксирующем растворе.

11. Отсасывание исследуемого материала необходимо произ­водить с помощью стерильных автоматических или полуавтоматических пипеток. При использовании стеклянных мерных пипеток выходное отверстие закрывают ватным тампоном, и отсасывание проводите использованием резиновой груши.

12 Во время работы нельзя класть на стол инструменты, пипетки, ватные пробки, предметные и покровные стекла. Все должно находиться в штативе, фарфоровых стаканчиках, на столиках для предметных стекол и в других, специально отведенных местах.

13. Все засеянные пробирки и чашки помещаются в термостат или сдаются преподавателю.

14. Использованные при лабораторных исследованиях предметные стекла, пипетки, шпатели сразу же погружают на одни сут­ки в банки с дезинфицирующим раствором, затем моют и кипятят. Отработанные чашки Петри и пробирки с посевами микроорганиз­мов собирают в биксы и передаются преподавателю для автоклавирования. Зараженный материал и ненужные культуры подлежат обязательному уничтожению, желательно в тот же день.

15. Уборку помещений лаборатории проводить влажным способом. Перед работой в боксе и предбокснике необходимо включать бактерицидные лампы. Поверхность стола, где проводится работа с культурами микроорганизмов, следует дезинфицировать путем протирания 3% раствором хлорамина или 70% этиловым спиртом.

16. Не допускается вынос инфицированного материала за пределы помещений лаборатории. Культуры микроорганизмов, необходимые для дальнейшей работы, хранятся в сейфе. При необходимости хранения бактериальных культур в холодильнике последний должен опечатываться.

17. В конце следует привести в порядок рабочее место, вымыть руки. Необходимо иметь индивидуальное поло­тенце или салфетки для вытирания рук.