XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Методы очистки водопроводной воды в домашних условиях (для использования в пищу)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Глебов Л.Ю. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Образовательный центр» (МАОУ «ОЦ»)

Гумелевская Е.В. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Образовательный центр» (МАОУ «ОЦ»)

Работа в формате PDF

523 KB

Введение

Вода практически никогда не бывает чистой, то есть всегда содержит какие-то примеси и растворённые вещества, как органические, так и неорганические. Некоторые из них не несут вред организму, или даже полезны, но в сочетании с другими элементами могут оставлять последствия, далекие от понятия пользы. Другая разновидность примесей – микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибы, простейшие и т.д. вызывают массу заболеваний. Поступление в организм с питьевой водой веществ в концентрациях, превышающих норму, может вызвать необратимые изменения в работе важнейших систем жизнедеятельности человека.

Стремительный рост строительства городов, увеличение потребителей питьевой воды заставляет применять новые способы и технологии очистки воды, поступающей из открытых (озёра, водохранилища, пруды) или закрытых (скважины) источников.

Актуальность выбранной нами темы обусловлена безопасностью питьевой воды для жителей городов и имеет крайне важное значение. Качество воды в городе Миасс обеспечивается соблюдением технологических процессов очистки и обеззараживания природной воды, мониторингом химических и биологических показателей в разводящей сети в соответствии с СанПиНами в рамках производственной программы контроля качества питьевой воды, согласованной с Роспотребнадзором. Однако из-за ряда причин, вода поступает в дома горожан непригодная для употребления в пищу.

Новизна: самостоятельноразработана фильтровальная установка, доказана эффективность её работы. Подтверждена гипотеза о возможности качественной очистки воды в бытовых условиях и способах сделать её безопасной для употребления.

Гипотеза: воду можно очистить и в бытовых условиях, сделав её безопасной для употребления.

Цель исследования: Определение и апробация способы очистки воды, применимые в бытовых условиях.

Задачи исследования:

1. Изучить виды загрязнителей воды и влияние примесей на качество питьевой воды.

2. Создать паспорт чистой питьевой воды.

3. Апробировать различные методы очистки воды, выбрать наиболее эффективный для использования в домашних условиях.

4. Создать установку для очистки водопроводной воды в домашних условиях.

Объект исследования: вода и различные примеси растворенные в воде.

Предмет исследования: методы очистки воды от примесей.

Глава 1. Теоретические аспекты проблемы чистой питьевой воды.

1. 1. Роль воды в жизни человека

Вода играет первостепенную роль в жизни всех живых организмов. Человек — не исключение. Больше всего воды содержит мозг человека — до 85 %, мышечная ткань — около 70 %. Вода — самый лучший растворитель. В ней растворяется кислород, углекислый газ, многие соли и другие вещества.

Вода играет важную роль в пищеварении, способствует быстрому и полному усвоению питательных веществ. Вода же выводит из организма конечные продукты обмена веществ, токсины [7].

В течение суток организм человека в среднем теряет около 3 литров воды, которая выводится с потом, выдыхаемым воздухом, калом, мочой. Поэтому требуется восполнение потерь, чтобы не допустить обезвоживания. Ежедневное потребление воды взрослым человеком должно составлять не менее 2 литров в чистом виде. Лучше, если это будет бутилированная питьевая вода [2]. Найти чистую питьевую воду для употребления в пищу зачастую проблематично, особенно в крупных населенных пунктах.

1. 2. Какие вещества загрязняют воду

Установлено, что более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение воды. В природе есть естественные источники загрязнения вод: вулканическая деятельность, разрушение горных пород, продукты жизнедеятельности организмов, в этих водах обитающих. Антропогенные же источники загрязнения наносят куда больший вред. Это утечки нефти и нефтепродуктов; промышленность; сельское хозяйство; отходы (мусор, свалки); энергетический сектор (выбросы высокой температуры); непроницаемые поверхности (дородное покрытие); добыча полезных ископаемых; бытовая химия; судоходство (Приложение 1).

1. 3. Влияние примесей на качество воды

 Повышенная мутность воды указывает её значительную загрязненность взвешенными веществами и препятствует использованию в хозяйственно – питьевых целях. Органические вещества вызывают различного рода запахи (землистый, гнилостный, болотный, рыбный, аптечный, нефтяной и т.п.), повышают цветность и вспениваемость, оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека. Микроорганизмы увеличивают количество органики, могут вызвать заболевания тифом, дизентерией, холерой, полиомиелитом и т.д. Соли жесткости в большом количестве делают воду непригодной для хозяйственных нужд. В жесткой воде увеличивается расход моющих средств при стирке, медленно развариваются мясо и овощи, выходят из строя посуда и водонагреватели. Железо и марганец придают воде неприятную красновато-коричневую или черную окраску, ухудшают её вкус, вызывают развитие железобактерий. А избыток железа в организме увеличивает риск инфарктов. длительное употребление железосодержащей воды вызывает заболевание печени, снижает репродуктивную функцию организма. Марганецсодержащие воды отличаются вяжущим привкусом, окраской, оказывают токсическое действие на организм. Соединения азота – при использовании питьевой воды с нитратами в количестве свыше 45 мг/л в организме человека синтезируются нитрозамины способствующие образованию опухолей. Наличие в воде сероводорода резко ухудшает её качество, придает неприятный запах, провоцирует развитие серобактерий. Хозяйственно – питьевая вода должна быть безвредна для здоровья человека, иметь хорошие физические, химические и санитарные показатели [5].

Глава 2. Методы очистки водопроводной воды в домашних условиях

(для использования в пищу)

2.1 Ситуация с качеством питьевой воды в городе Миасс

По словам Сергея Портного, руководителя ОАО «Миассводоканал» сейчас вода, поставляемая в квартиры миассцев, соответствует по качеству питьевой. Регулярно проводятся исследования и берутся пробы для анализа подбора оптимального коагулянта для обработки.

Вода от скважин проходит процесс обеззараживания дезинфектантом «Диоксид хлора и хлор». Из резервуаров вода насосной станцией 2-го подъема по 2-м водоводам Ду 400мм и 1 водоводу Д 500мм обеспечивает водоснабжение п. Первомайский, п. Дачный, п. Известковый, п. Динамо, Северной части города, где мы живем.

Однако, эта вода далеко не идеальна. Имеет неприятный запах и цвет, а также осадок.

2.2 Паспорт чистой питьевой воды

Какой же должна быть идеальная вода для потребления в пищу?

Для оценки состояния водопроводной воды и отфильтрованной мы вывели паспорт чистой питьевой воды по основным показателям проанализировав нормы СанПиН 2.1.4.559-96, [1]

Таблица 1

Паспорт чистой питьевой воды

2.3 Методы очистки воды в домашних условиях

Для получения питьевой воды обязательно проведение следующих операций:1) очистка от механических примесей, 2) очистка от солей и минералов, растворённых в воде, 3) очистка от бактерий и микроорганизмов.

Для исследования мы отобрали пробы водопроводной воды в многоэтажном доме в микрорайоне «О», куда она поступает из Атлянского месторождения.

В домашних условиях, мы самостоятельно протестировали доступные методы очистки воды подручными средствами.

1. Фильтрация и отстаивание водопроводной воды

Изготовим простейший фильтр для воды, для этого нам понадобится колба, песок мелкой и крупной фракции, активированный уголь. Засыпаем в колбу активированный уголь, затем мелкий и крупный песок, вода подаётся со стороны крупного песка в сторону активированного угля. (Приложение 2).

Проходя через фильтр механические частицы задерживаются в песке (чем мельче песок в средней части фильтра, тем выше качество фильтрации), а молекулярные примеси адсорбируются на активированном угле. Результат фильтрования наглядно демонстрирует качество водопроводной воды и значительное количество механических примесей в ней.

2. Очистка воды активированным углем в домашних условиях

Лучший абсорбент, имеющийся составе многих коагулянтов – это активированный уголь, который делает воду более приятной на вкус; избавляет от замутнения и неприятных запахов; нейтрализует соединения хлора. Мы возьмём колбу от фильтра и наполним её кокосовым углём, пропустим через самодельный угольный фильтр отфильтрованную воду. В итоге мы получили достаточно вкусную, чистую, без посторонних частиц, запаха воду пригодную для питья, но жесткость и Ph остались прежними. (Приложение 3). Результаты экспресс-теста: качество воды низкое и требуется дополнительная подготовка воды перед употреблением. После отстаивания и фильтрации можно провести обеззараживание хлорсодержащими препаратами для эффективной очистки в домашних и полевых условиях, например, препаратом «Аквабриз».

3. Проверка эффективности фильтр-кувшина с обычным фильтром

Проверим эффективность фильтр-кувшина с обычным фильтром и фильтром для смягчения воды. Пропустим водопроводную воду через фильтр-кувшин и постараемся определить, действительно ли он помогает очистить и уменьшить жёсткость воды или нет. (Приложение 4). Результат: вода не содержит механических примесей, посторонних запахов нет; фильтр для снижения жесткости показал эффективность - жесткость воды уменьшилась. Но!!! Результат оправдан при своевременной замене фильтрующих элементов (каждые 200-250л.)

4. Кипячение

Во время кипячения из воды удаляются соли кальция. Правда, они не исчезают совсем, а оседают на внутренней поверхности чайника, после чего их приходится убирать уже с посуды. Прочие растворенные вещества этим способом нейтрализовать нельзя, да и очистка воды от запаха при кипячении невозможна. (Приложение 5).

5. Дистилляция

Попросту говоря – выпаривание. То же самое кипячение, но собирать придется образовавшийся пар. Вам понадобится самодельное устройство для очистки воды, работающее по принципу перегонного аппарата [8]. Конструкция может быть самой простой: закрытая емкость для кипячения; отводящая пар трубка;

охлаждающий змеевик; тара для сбора дистиллированной воды. (Приложение 6). Результат: В этом случае все вредные вещества остались в емкости-испарителе, а в конденсирующем змеевике соберется идеально чистая вода. На вкус она, конечно, неприятна, да и пользоваться дистиллятом регулярно не стоит – все-таки запас минералов в человеческом организме пополняется в том числе и питьевой водой. Более того, дистиллированная вода будет растворять полезные соли уже в клетках и вымывать необходимые для нормальной жизнедеятельности вещества.

6. Установка для очистки водопроводной воды (собственной сборки)

Нам пришла идея самим создать Установку для очистки водопроводной воды. В основе которой доступные всем фильтрующие элементы. Активированный кокосовый уголь, ионообменная смола и песок освобождают воду от вредных примесей и запахов.

В результате вода вкусная, чистая, без посторонних частиц, запаха, пригодная для питья, жесткость и Ph также показали отличный результат.

Стали очевидны преимущества нашей установки относительно фильтр-кувшина: она легка в сборке в бытовых условиях. При первом использовании фильтрующих элементов рассчитана на объем от 1200 до 1500л. Это возможность повторного использования наполнителей и их комбинирование. Мы экономим средства; при утилизации компонентов не страдает окружающая среда; установку можно подстроить под конкретный тип воды и настроить скорость фильтрации.

Заключение

В своей работе мы поставили перед собой задачу выяснить насколько важно человеку употреблять в пищу чистую питьевую воду. Ознакомились с источниками загрязнения воды и нормативными показателями чистой питьевой воды. Постарались составить паспорт чистой питьевой воды по основным показателям. Перед нами стояла цель найти способы очистки воды, применимые в бытовых условиях.

Благодаря теоретическим и практическим исследованиям мы выяснили, что: наиболее эффективный, но самый трудоёмкий, энергозатратный метод очистки воды – дистилляция. Перед использованием водопроводной воды лучше воспользоваться более доступными методами очистки: отстаивание в течении 2-3 часов и фильтрование при помощи фильтр-кувшина. Фильтрационная установка собственной сборки показала высокую эффективность, подтверждено её преимущество. Повторив, для исключения ошибки в результатах, каждый эксперимент по 3 раза, мы наглядно убедились в том, что при помощи подручных средств можно значительно улучшить качество водопроводной воды и избавится от механических, молекулярных примесей и различного вида бактерий и микроорганизмов. Доказательство тому наша собственная установка.

Список литературы

1. Федеральный закон "О санитарно - эпидемиологическом благополучии населения" от 30 марта 1999 г. N 52-ФЗ и "Положение о государственном санитарно - эпидемиологическом нормировании"

2. Дроздов И. В. Удивительная биология. – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2006.

3. Зацепина Г. Н. Физические свойства и структура воды. – М.: МГУ, 2010.

4. Соколов А.К. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Стройиздат, 1992.

5. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособ. для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003.

6. Василенко Л.В. Методы очистки промышленных сточных вод : учеб. пособие / Л.В. Василенко, А.Ф. Никифоров, Т.В. Лобухи на.— Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. университет, 2009.

Интернет источники

7. Значение воды – URL: http://www.istokpenza.ru/root/encyclopedia/water/meaning (дата обращения 28.03 2025)

8. Методы очистки воды – URL: http://ru.m.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения 23.03 2025)

9. Основные загрязнители и их удаление – URL:

http://www.rusfilter.ru/support/info/ochistka–vody–osnovnye–tipy–zagrjaznenii–i–

metody–ih–udalenija/ (дата обращения 04.04. 2025)

Приложение 1

Основные источники загрязнения воды

Приложение 2

Сборка фильтра и проверка его эффективности

Приложение 3

Очистка воды активированным углем в домашних условиях

Приложение 4

Проверка эффективности фильтр-кувшина

Приложение 5

Метод кипячения и осадок образующийся после него

Приложение 6

Дистилляция

Приложение 7

Установка собственной разработки