II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ВЫБОР КОАГУЛЯНТА И ЕГО РОЛЬ В ОСВЕТЛЕНИИ ВОДЫ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемая работа - продолжение долгосрочного международного проекта
«Экологическая культура без границ» [Приложение 1]. Подводя итоги
мониторинга состояния природных водоемов - р.Тузлов, р.Дон, члены
экологического сообщества «ГАРМОНИЯ» средней школы №1 пришли к
неутешительным выводам: наши водоемы больны и нуждаются в срочной
реанимации, потому что по таким качественным показателям как активный
кислород, рН, цветность, мутность они давно пересекли черту здорового
водоема. Возможно ли использование такой воды для питьевых и
хозяйственно-бытовых нужд? Какой путь должна пройти вода, прежде чем
станет прозрачной, чистой и готовой к потреблению? Сколько препятствий
придется преодолеть воде, прежде чем она наградит своею прохладой,
кристальной чистотой, вкусом нас, землян? Не случится ли в нашем обществе
тот коллапс, свидетелями которого стал Джо Бауэрс, герой фильма
«Идиократия», попавший в результате научного эксперимента в цивилизацию
2500 года? На Земле произошли большие изменения. Бездумное потребление
природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, отсутствие
ответственных решений, направленных на оздоровление природы, привели
потребителей двадцать пятого столетия к экологической катастрофе: некогда
цветущая планета превратилась в безжизненную пустыню, покрытую горами
мусора. Сегодня век двадцать первый. Кажется, по временным меркам, рано
бить тревогу. Рано? Только в России, по мнению ученых, на одного жителя
приходится более 35 тонн мусорных отходов. Мусорные полигоны тяжелой
раной покрывают некогда цветущие просторы страны. Часто они находятся в
непосредственной близости от водоемов. Жизненно важные водные артерии
страны уже сегодня представляют мрачную картину: инфильтрация и часто
просто отсутствие современных технологий по переработке и очистке твердых
и жидких отходов приводят к тому, что природная вода становится
непригодной и опасной для использования.
ВЫБОР КОАГУЛЯНТА И ЕГО РОЛЬ В ОСВЕТЛЕНИИ ВОДЫ
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
Цель работыбыла определена формированием экологической культуры,
навыков исследовательской деятельности, интегрированного подхода к
решению поставленных задач, повышением уровня экологического
образования.
Задачи состояли в:
– осуществлении самостоятельного информационного поиска,
– совершенствовании навыков лабораторного практикума в условиях
стационарной лаборатории,
– изучении процесса осветления воды с помощью коагулянтов и выбора
наиболее эффективного из них;
– расширении площадки социализации школьников,
– проведении экологических десантов, акций, способствующих
формированию активной гражданской позиции в школьной среде и в
обществе.
Модельная вода, которую мы использовали в своей работе, по своим параметрам была приближена к реальной воде, пробы которой исследовались нами во время «World Water Monitoring»[ 3, 4].
Сегодня события 2008 -2014 гг.- экологическая хроника, включающая много
интересных и полезных событий. [Приложение 2]. Одновременно возникает
чувство неудовлетворенности от того, что обследуемые водоемы (р.Тузлов и
р.Дон) по мутности и цветности все эти годы принадлежат к категории
загрязненных водоемов. Сезонная мутность часто превышает концентрацию 200 – 300 мг/л. Мониторинг качества природной воды проводился в условиях
переносной лаборатории. Нам предстояло познакомиться с процессом осветления воды в условиях стационарной лаборатории.
2. ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ РИСКИ
Предполагала ли намеченная работа возможные риски? Мы были к ним
готовы:
– Не всем нашим сверстникам будут доступны и понятны проблемы,
связанные с бережным отношением к водным ресурсам и их рациональным потреблением;
– Не было уверенности в том, что нам будет предоставлена профессиональная лаборатория для наших исследований;
– Трудно найти единомышленников среди компетентных людей, которым
проблема близка, и часто из-за отсутствия времени они не в состоянии будут оказать нам поддержку;
– Из-за ограниченности технических и материальных средств мы можем
быть лишены возможности исследования процессов, связанных с осветлением воды, содержащей взвешенные примеси;
– Отсутствие опыта в презентации исследовательской работы на
студенческой научной конференции.
3.ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Мы прекрасно понимали, что от четкости планирования проектной работы зависит ее успешность. Нами были определили этапы и конкретизированы задачи каждого из них:
– ЭТАП I изучение материалов состояния природных водоемов (р. Тузлов, р.Дон) – 2008 - 2014 гг (сентябрь, 2014)
– ЭТАП II освоение методик процесса анализа и осветления модельной
воды – ноябрь - декабрь, 2014 г
– ЭТАП III выбор коагулянта и его оптимальной дозы для осветления
модельной воды – январь-февраль, 2015г
– ЭТАП IV обсуждение результатов на научно-практической конференции
и публикация тезисов – апрель-май, 2015г
Успешный поиск единомышленников в работе - это большая удача. Мы
очень признательны всем, кто с самых первых шагов поддержал наш
проект. Это в первую очередь преподаватели кафедры и учителя-наставники, с
помощью которых мы нашли интегрированный подход к реализации своих
идей.
Поскольку опыт работы в стационарной лаборатории у нас отсутствовал, то на
втором этапе нам предстояло освоить методики по определению параметров
модельной воды (Щелочность, мутность, рН) в условиях стационарной
лаборатории [ 2 ].
4. ОТ ПЛАНИРОВАНИЯ К РЕАЛИЗАЦИИ
Природная вода – это многокомпонентная система, которая включает в себя минеральные и органические вещества, газы и микроорганизмы. Качество
воды, используемой для хозяйственно-питьевых целей, регламентировано
Санин. Раз в год определяется анализ более, чем на 50 химических
элементов.
Вода для хозяйственно-питьевых целей должна соответствовать требованиям
Санин [ 1 ]. Таблица 1
Для удаления из воды веществ, обуславливающих мутность, цветность и
некоторые антропогенные загрязнения, в воду вводят коагулянты, чаще всего
минеральные соли алюминия и железа, которые при гидролизе образуют
структуры, обладающие высокими адсорбционными свойствами. Частицы
взвеси, сталкиваясь с хлопьями коагулянта или прилипают к ним механически,
или захватываются ими. Из обширного списка современных реагентов (рис.1,
рис.2) мы выбрали наиболее распространенные:
• сернокислый алюминий (Al 2 (SO 4)3 )
• гидроксохлорид алюминия (Al 2 (OH) 5 Cl) Рисунок 1
Рисунок 2
Правильно выбранная доза коагулянта позволяет экономно и эффективно
использовать реагенты и планировать их поступление на очистные сооружения.
Для сравнения эффективности процесса коагуляции в идентичных пробах
модельной воды мы приводим данные (табл. 2, рис.3), полученные в ходе
эксперимента с Al 2 (SO 4)3 и (Al 2 (OH) 5 Cl) Таблица2
Рисунок 4
Рисунок 4 наглядно иллюстрирует процесс коагуляции механических
загрязнений в модельной воде. При недостаточной дозе коагулянта образования
хлопьев практически не происходит. Нами был проведен эксперимент с
использованием гидроксида алюминия и гидроксохлорида алюминия. При
одинаковом составе и объеме исследуемых проб, данные, полученные нами в
ходе эксперимента, позволили сделать следующий вывод: наиболее
эффективным является коагулянт гидроксохлорид алюминия.
В г. Новочеркасске в настоящее время используется гидроксохлорид алюминия
(Торговая марка: АКВААУРАТ ТМ30) .
В качестве обеззараживающего реагента используется гипохлорит натрия.
По самым скромным ценам прейскуранта 2014 года годовая стоимость
коагулянта и окислителя для станции очистки в нашем городе следующая.
Если учесть, что годовая пропускная способность очистных сооружений
Новочеркасска составляет 12105,55 тыс.м 3 ; для очистки этого объема воды
требуется 57 тонн аквааурата и 1550 т соли для производства гипохлорита
натрия при их годовой стоимости соответственно 33500 руб за тонну и 2954
рублей за тонну, то арифметика простая - 42, 943 млн руб. в год.
ВМЕСТОЗАКЛЮЧЕНИЯ
Проделанная нами работа не претендует на научное открытие. Но как нам
кажется заслуженный интерес к ней можно объяснить возможностью:
– оценить практическую ценность изучаемых в школе предметов таких как химия, иностранный язык, информатика, физика;
– знакомства с интересными, компетентными людьми из числа
преподавателей и студентов кафедры « ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО,
ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ»,
ЮРГПУ(НПИ) им. М.И.Платова;
– осознания того, насколько сегодня, в век безудержного потребления,
актуально экологическое образование;
– попробовать себя в популяризации полученного опыта в среде сверстников и младших школьников [Приложение 4];
– оценить истинную стоимость, а точнее богатство, прозрачной, прохладной, безопасной воды;
– приобрести опыт презентации своей работы на вузовской студенческой
конференции;
– опубликовать тезисы в сборнике «Студенческая научная весна 2015»
– наметить план работы на перспективу.
ЛИТЕРАТУРА
1.В.Л.Драгинский, Л.П. Алексеева, С.В.Гетманцев. Коагуляция в технологии очистки природных вод, М, 2005, стр. 36 -77
2 С.Н.Линевич, Л.Н.Фесенко, С.И.Игнатенко. Теоретические основы и лабораторный практикум по кондиционированию воды, Новочеркасск, 2001, стр.3 -29
3. nov-school1.ru
4.www.sdcwmc.org
Приложение1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
«Когда в мутном омуте вода осветляется» или «Возвращение Микробки из Сан-Диеговки»
Мы хотим пригласить Вас в не совсем обычное путешествие: путешествие- возвращение необычного сказочного героя, который не смотря на свой солидный возраст выглядит вполне ничего! Это новочеркасская Микробка, которая была создана нашими учениками много лет назад.
С ними она росла, с ними училась, с ними побывала в кругосветном путешествии. И до сих пор наша Микробка пользуясь заслуженным уважением представляет Россию, а
точнее нашу школу на сайте сан-диеговского университета. Почему? да потому, что она - индикатор качества природной воды. Наша землячка вдруг заскучала. Ей часто снились донские просторы, родная водная гладь речкиТузов, кваканье лягушек, братья и сестры, которых она долго не видела.
Она тихонько выбралась из сайта университета и пошла, как многие сказочные герои, через горы, моря домой. Родной дом встретил ее рыданиями: Тузлов погибал. Что делать, как спасти своих братишек и сестер? Выход нашелся скоро, ведь не зря все эти годы она сидела на сайте в Сан- Диеговке: ее маленькие быстрые пальчики быстро бегали по клавиатуре компьютера. Вот он сайт школы №1. Микробка волнуется: так нужна помощь от людей. Они, к счастью, рядом и всегда рады помочь: плохого не посоветуют. Сами многое узнают в храме науки, имя которого НПИ, и Микробку пригласили в святая святых- лабораторию качества воды. Так интересно ей еще не было. Вместе с нами она познакомилась с методами очистки и обеззараживания природной воды. Она из мутной на глазах превращалась в прозрачную, чистую, прохладную. Такую, о которой Микробка мечтала с тех самых пор, когда вода в
Тузлове была чистой.
Как, как это вы делаете? Берем пробу воды, добавляем коагулянт, перемешиваем, как в фокусе, и чудо: на глазах у нас появляются сказочно воздушные хлопья, которые собирают на себе все загрязнения. А какой он, коагулянт? Да, вот он перед тобою: смотри, сияет, словно драгоценные россыпи! Тут тебе и сульфат алюминия, тут тебе и хлорид железа. А вот это самый активный, потому что работает не покладая рук: хлопья у него крупные, рыхлые, не распадаются. Зовут его гидроксохлорид алюминия, а на американский манер - «АКВА- АУРАТ». А уж как взвешенные загрязнения на себе сортирует, АУРАТУШКА! просто -загляденье!
«Вот бы мне в Тузловочку хотя бы немного, я бы всю воду осветлила и мутности как не бывало!» Бери Микробка и помни, что удовольствие это очень дорогое. Для того, чтобы очистить воду этим реагентом для новочеркассцев, необходимо было только в 2014 году потратить около 43 миллионов рублей! И решила Микробка беречь каждую капельку очищенной воды, а Вы, друзья, бережете воду? Кран дома закрывать не забываете?
17