XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Современные методы очистки родниковой и водопроводной воды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Солобоев Д.Д. 1Киселев А.А. 1

---

1БМАОУ "Лицей № 7"

Леонова М.В. 1

---

1БМАОУ "Лицей № 7"

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Вода – основа всей органической жизни, без которой невозможно ни существование человека, ни развития человечества в целом. Питьевая вода – важный элемент, необходимый для существования всего живого на планете. Соблюдать питьевой режим необходимо на протяжении всей жизни. Но даже самая обычная водопроводная вода уже давно перестала быть чистой и полезной для нашего организма. Вода должна быть обязательно чистая, высокого качества и степени очистки.

В нашем современном мире в бытовых условиях очищают воду с помощью фильтров. А как быть, если вдруг оказался на природе возле родника, а вода, которую прихватили с собой из магазина – закончилась? Наверное, возможно придумать самодельный фильтр и использовать его? Попробуем разобраться и в этом! Тем более, что в осенний период мы с классом ходили на Березит и там обнаружили заброшенный родник. Как-то не хотелось пить из этого родничка, мы не были уверены в чистоте этой воды. Поэтому озадачились вопросом: а во всех ли родниках вода чистая и пригодна для питья? Или ее надо фильтровать, кипятить, обеззараживать?

Исходя из этих рассуждений, мы взяли несколько проб воды из родника для исследования ее состава, определение возможности использовать ее для питья.

Цель проекта: исследование пригодности для питья воды из необлагороженного родника недалеко от станции Березит в районе Новоберезовского микрорайона.

Для достижения цели нам необходимо решить ряд задач:

1. Изучить методы очистки воды.

2. Познакомится с разными типами фильтров для очистки водопроводной воды.

3. Провести практическое исследование очистки воды с помощью одного вида фильтра водопроводной воды.

4. Провести сравнение водопроводной, родниковой и фильтрованной воды на примеси.

Мы считаем, что вопрос изучения качества воды и способов ее очистки актуален, так как не всегда вода даже из водопроводного крана, пройдя многократную очистку, не будет содержать вредные примеси. Что уж говорить о родниковой воде?

Объектом исследования является вода, а предметом исследования – способы очистки (фильтрация) воды.

Гипотеза: если мы определим наиболее эффективные (результативные) способы очистки (фильтрации) воды, то всегда сможем применить их не только в бытовых условиях, но и в походных. На наш взгляд, это является важным умением, тем более, что мы группой «Родники», ребят из нашего класса решили исследовать воду в роднике на Березите и облагородить его для путешественников, проходящих мимо него.

1. Теоретическая часть. Способы фильтрации воды.

Фильтр для воды –это устройство для очистки воды от механических, нерастворимых частиц, примесей, хлора и его производных, а также от вирусов, бактерий, тяжелых металлов и т.д.

Когда появились фильтры для воды? Первые современные фильтры появились одновременно с первыми современными водопроводами. Уже в конце 18 века появилась необходимость получения чистой воды для городских нужд в Европейских государствах. Очищение осуществлялось в основном от крупных механических примесей.

Одним из первых появились фильтры для воды осадочные (рис.1), на основе минерального угля, кварцевого песка, гравия.

Рис. 1. Осадочный фильтр.

Далее, с развитием современной химической науки, появились ионообменные технологии (рис.2)

Рис. 2. Ионообменный фильтр

И, наконец, появление технологии обратного осмоса, когда появилась возможность получения воды высшей степени очистки, свободно реализуемая в бытовых условиях и в промышленных масштабах без использования электрических и электрохимических методов, без использования дорогостоящих дистилляторов, промышленной химии, опреснителей и электричества. Сейчас наука о фильтрации воды развивается в основном в направлении улучшения существующих технологий.

1. 1. Фильтры для воды и его виды

Далее мы рассмотрели виды бытовых фильтров, которые можно классифицировать по разным критериям, например, по конструкции, по физико-химическому методу очистки и др. Но удобнее другая классификация, которая непосредственно связана с потребительскими свойствами фильтров и отражает их размер, стоимость, долговечность и место размещения в квартире.

Один из наиболее распространенных – небольшой и недорогой фильтр, который навинчивается на водопроводный кран. Несмотря на малые размеры, он может хорошо очищать воду, но его производительность (скорость течения струи) не велика (стакан в минуту), а ресурс не большой. Такие фильтры очень распространены, но их необходимо часто менять.

Принцип работы фильтра-насадки на кран заключается в том, что вода проходит сквозь очищающий картридж под воздействием напора воды. Фильтрующие насадки на кран также являются достаточно бюджетным вариантом очистки воды. Внутри корпуса насадки имеется картридж. Сменный картридж содержит: префильтр, задерживающий механические примеси; смесь активированного кокосового угля и активированного угля с содержанием серебра, а также ионообменный материал, очищающие воду от химических загрязнителей и бактерий. Ресурс картриджа 300 литров. Производительность фильтра – 300 г/мин.

Рис. 3. Разнообразные насадки на кран для водопроводной воды

Кувшинный фильтр.Фильтр-кувшин (рис.4) представляет собой емкость в форме графина, внутрь которого помещается картридж для очистки. Поверх фильтрующей сетки находится воронка (резервуар), куда заливают воду из крана. После залива жидкость проходит сквозь картридж и очищается от вредных веществ, а затем попадает в нижнее отделение и может использоваться для питья. Картриджи для кувшинов бывают нескольких видов:

• универсальные – предназначены для очищения от основных примесей;

• специализированные – рассчитаны на решение определенных задач (например, умягчения, обезжелезивания и др.).

Рис. 4. Разновидности Фильтр-кувшинов для фильтрации воды

Настольный или настенный фильтр (рис.5).Настольные фильтры, как понятно из названия, устанавливаются непосредственно рядом с кухонной мойкой. Предназначены для очистки воды и улучшения ее вкусовых характеристик. Корпус подсоединяется к обычному крану на кухне с помощью дивертора. Причем, с помощью специальных переходников, можно подключить устройство к кранам любого типа. Вы открываете кран, поворачиваете ручку дивертора, и вода начинает поступать в фильтр. Там она очищается с помощью установленных картриджей и выходит через специальный кран для очищенной жидкости. Очень просто и быстро. Чтобы получить обычную неочищенную воду, поверните ручку дивертора обратно. Настольный фильтр не обеспечит вам идеальную очистку воды, как это может сделать, к примеру, фильтр обратного осмоса. Однако и такие устройства устранят хлор, который может содержаться в воде, механические частицы, умягчит воду.

Рис. 5. Настольный или настенный фильтр

Стационарный фильтр или фильтр под мойку (рис.6).Проточный фильтр состоит из трех ступеней очистки. Он подключается к трубе холодной воды под раковиной «мойкой» на кухне. Из фильтра выводится трубка, которая подключается к крану для чистой воды или комбинированному смесителю. Картриджи в фильтрах под мойку выполняют комплексную задачу по очистке воды. Для трехступенчатого фильтра схема выглядит примерно следующим образом: первая ступень задерживает крупные механические частицы, вторая удаляет хлор и его соединения, тяжелые металлы и органику, третья выполняет доочистку и улучшает вкусовые качества воды.

Наиболее эффективными считаются проточные системы, состоящие из пяти и более ступеней. Они производят: механическую очистку (механические картриджи различной пористости) от песка, ржавчины, ила, грязи; сорбцию хлора, его соединений и прочих растворенных примесей, в том числе газов, на активированном угле (угольные картриджи); нейтрализация солей жесткости или умягчение воды методом ионного обмена (картридж с ионообменной смолой); обезжелезивание путем окисления растворенного двухвалентного железа до твердого трехвалентного, которое в дальнейшем задерживается посредством механического фильтра; ультрафильтрацию – это исключительно тонкая механическая очистка, которая позволяет очистить воду от оставшихся микроскопических частиц загрязнений.

Рис. 6. Стационарный фильтр или фильтр под мойку

1.2. Изучение бытового фильтра для очистки воды

В качестве изучения бытового фильтра мы взяли фильтр-кувшин. Картридж в этом фильтре универсальный, предназначен для очистки воды от основных примесей. Сменные кассеты выполняют очистку за счет активированного угля, либо ионообменной смолы. С их помощью можно удалить из воды соли жесткости, железо, хлор и другие вредные вещества. Некоторые модули содержат уголь, обработанный серебром, что позволяет исключить размножение вирусов или бактерий. Часто картриджи имеют сразу несколько ступеней очистки.

Мы распилили фильтр-кувшин вдоль и рассмотрели его сложный и неоднородный состав. Это металлическая сетка для задержки крупных частиц мусора, уголь, насыпанный очень мелкими гранулами и частицы минералов белого цвета.

Рис. 7. Фильтр-кувшин в разрезе с неоднородным составом

Наливая в исследуемый фильтр сок с мякотью красного цвета, после фильтрации на выходе обнаружили почти прозрачную обесцвеченную жидкость. На основании этого исследования можем сказать, что модуль задерживает крупные, заметные глазом, частицы, и, возможно, вредные примеси.

Проведя такой достаточно простой эксперимент, мы убедились в том, что привести показатели питьевой воды в соответствие со стандартами можно с помощью проточных или накопительных систем, которые продаются в обычных магазинах. Это простой и относительно недорогой способ очистки, требующий только периодической замены картриджей

2. Практическая часть

2.1. Анализ состава водопроводной воды, сравнение с водопроводной водой после фильтра кувшин

В практической части своего исследования мы определили, какие параметры анализа воды могут являться показательными, чтобы ответить на вопрос: является ли исследуемая вода пригодной для питья? Для этого в интернет-источниках мы просмотрели достаточное количество анализов воды на пригодность для питья, сравнили и сделали вывод, что основными и главными «плохими» показателями являются: запах воды, высокий водородный показатель РН, жесткость воды, а также химический анализ на содержание в воде тяжелых металлов.

Представляем данные по анализу водопроводной воды и воды пропущенной через фильтр-кувшин, данные представлены из интернета, после проверки СЭС.

Данный анализ показывает, что водопроводная вода и вода, пропущенная через фильтр-кувшин имеют достаточно неплохие показатели, пригодные для использования. После фильтра-кувшина вода стала мягче в два раза, а также снизился показатель хлора и железа, что говорит о более глубокой фильтрации воды.

2.2. Анализ состава родниковой воды, определение примесей в ее составе в лабораторных условиях кабинета физики, сравнение с водопроводной водой

Непригодной для употребления может быть вода из любого источника: личной скважины, колодца, родника или центрального водопровода (как в городе, так и в коттеджном поселке). При этом с равной долей вероятности с виду прозрачная жидкость может оказаться опасной для здоровья, а мутная – относительно безвредной.

В нашем прекрасном городе Березовском мы обнаружили Родник, воду из которого мы и будем анализировать. Родник Березит. Даны координаты родника «Березит» – на юг от железнодорожной станции «Березит», в 1,3 км от нее, севернее кольцевой автодороги, в 0,6 км от моста. (рис.8) мы с классом нашли этот Родник. Достаточно заброшенное место, мало кто о нем знает.

Рис. 8. Обнаружение родника учениками 5 А класса недалеко от ст. Березит 13.11.23.

Родниковая вода. Речь идет о подземной воде, самоизливающейся естественным путем на поверхность земли. Будучи подземной водой, она в биологическом отношении безупречна и по своему качеству приравнивается к артезианским водам. Вместе с тем родниковая вода по своему составу испытывает сильные колебания не только в кратковременные периоды времени (дождь, засуха), но и по временам года (например, таяние снега).

Сухой остаток воды с большой полнотой характеризует ее качество, так как содержит все примеси, в том числе и нелетучие органические вещества. Поэтому масса сухого остатка может характеризовать глубину очистки питьевой воды и является важным показателем ее качества. Из найденного Родника мы взяли воду.

1. Возьмем три пробы воды(рис.9):

2. Вода из Родника(рис.10),

3. Вода из водопроводного крана (рис.11),

4. Дистиллированная вода.

Практическая часть определение воды на примеси:

проба 1: вода из родника(рис.10),

проба 2: вода из водопроводного крана(рис.11),

проба 3: дистиллированная вода,

Алгоритм исследования воды в школьной лаборатории:

шаг 1. нужно разрезать бумагу А5 на четыре части,

шаг 2. подписать две бумажки как проба номер 1, а остальные номер 2,

шаг 3. приклеить бумажку проба 1 на колбу и одну проба 2,

шаг 4. приклеить бумажку проба номер 1 на чашу, а проба номер 2 на другую,

шаг 5. воткнуть пробник в колбу номер 1 и вылить её в чашу номер 1,

шаг 6. сделать всё то же самое как в шаге номер четыре на пробу 2,

шаг 7. поставить это всё на подоконник,

шаг 8. взять два стакана и наклеить на них две бумажки проба 1 и проба 2,

шаг 9. налить в стакан проба 1 воду из родника,

шаг 10. налить стакан проба номер 2 воду из водопроводного крана после этого ждём, когда в 2-х стаканах высохнет вода. За урок капли еще не высохли.

Из дистиллированной воды пробу не брали, так как это химически чистая вода, в которой практически нет минеральных солей, ионных примесей, органических веществ и других примесей. Считается водой высшей степени очистки. В качестве метода очищения используется дистилляция. Результаты исследования воды в школьной лаборатории представлены на фото.

Фото 9. Лабораторное оборудование лаборатории кабинета физики.

Рис.10. Результаты исследования воды в школьной лаборатории

Процесс выполнения анализа воды из родника в лабораторых условиях

Рис. 11. Исследование образцов проб воды из родника и водопроводной

Рис. 12. Исследование осадка образцов проб воды из родника и водопроводной воды

2.3. Выводы по практической части и перспективы развития темы по исследованию родниковой воды.

При проведении данной работы в школьной лаборатории мы сравнили пробы 1 и пробы 2, можно сделать вывод, когда вода высохла в пробе 1 осадков больше. Белый осадок в чаше образуется вследствие наличия в ней большого количества солей железа, магния, кальция, то есть, солей жесткости. Это говорит о том, что вода из родника требует более глубокой и тщательной отчистки.

Заключение

Список используемой литературы и интернет источников

1. М.С. Ахманов «Вода, которую мы пьем» Издательство Эксмо – 2007г

2. Е. Хохрякова «Фильтры для очистки воды» Издательский Центр «Аква-Терм» -2013г.

3. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80_%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B