XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Органический и целлюлозный сорбент в фильтрации воды по показателю рН и уровню О₂

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Журба Д.А. 1

---

1МБОУ "Снежская гимназия" Брянского района

Муравьева С.Б. 1

---

1ГАНО РЦПД "ОГМА"

Работа в формате PDF

539.5 KB

Введение

Краткий анализ проблемы

При рассмотрении реки или озера в качестве источника воды, нужно быть готовым ко всем нюансам, связанными с качеством воды. Во-первых, это бактериологическое загрязнение, часто носящее сезонный характер. Во-вторых, чрезмерное нахождение в жидкости механических примесей разного размера и происхождения. В-третьих, присутствие в воде загрязнений в результате деятельности близлежащих заводов, ферм, аграрных предприятий.¹

Актуальность для региона

Территория Брянской области покрыта довольно густой речной сетью - более 120 рек с общим протяжением 9 тыс. км. Главной рекой области является Десна.  Протяженность Десны - 1130 км, площадь бассейна - 88400 км². В Брянской области насчитывается 49 крупных озёр, не считая мелких. Наиболее крупным является озеро Кожаны (площадь около 450 га). Оно богато торфом, запасы которого определяются в 38 млн. т. В летнее время много людей выезжают на природу, путешествуют по рекам. Возникает проблема наличия безопасной питьевой воды.

Практическая значимость решения проблемы

Изготовив самодельный фильтр в домашних (или походных) условиях, мы обеспечим себя чистой водой.

Степень изученности проблемы с анализом аналогов

Содержание химических веществ и микроорганизмов в питьевой воде не должно превышать гигиенические нормативы, для чего ее пропускают через водоочистные устройства, с целью улучшить качество воды для питьевых и бытовых нужд человека.

Сравнительный анализ способов очистки воды приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнительная таблица способов очистки воды

Значимость решения проблемы:

получив простой и надежный способ очистки речной или озерной воды, мы избежим пищевого отравления;

• повысим туристическую привлекательность региона;

• повысим познавательный уровень обывателей.

Гипотеза исследования: мыпредполагаем, что в домашних (полевых) условиях можно сконструировать простой и надежный фильтр для воды.

Цель исследования: создание самодельного фильтра для воды и проверка его эффективности.

Задачи исследования:

1. обзор литературы и анализ аналогов исследуемой проблемы;

2. подбор показателей качества воды для ее исследования;

3. изготовление фильтра для воды;

4. выполнение исследования и анализ полученных результатов

Методы исследования: изучение и анализ литературы по данной проблеме; наблюдение за показателями чистоты воды и их анализ; описание и математическая обработка данных исследования.

Предмет исследования: вода из р. Десна и озера вблизи п. Мичуринский Брянского района.

Перспективы развития исследования, возможность использования результатов исследования или продукта проекта в регионе.

В перспективе работы можно провести химический анализ воды до и после фильтрации. Если состав будет соответствовать нормам, то самодельный фильтр можно будет использовать в очистке воды из природных водоемов.

Глава I.

1. 1. Основные показатели качества воды

В таблице 2 приведены общие физико-химические показатели, нормируемые в России и за рубежом, часто употребляемые в водоподготовке (СанПиН 2.1.4. 1074-01 https://www.sibecolog.ru/informatsiya/81/ (дата обращения: 09.11.2023).

Таблица 2 - Нормы качества воды для питьевых нужд. Общие физико-химические показатели

Для оценки качества воды также существуют органолептические показатели (цветность, мутность и т.д.) и неорганические (алюминий, барий и т.д.). Из всех параметров нами выбраны водородный показатель и показатель растворенного кислорода.

Растворенный в воде кислород O₂ является одним из важнейших биогидрохимических показателей состояния среды. Растворенный кислород полезен для человека. Благодаря кислороду, поступающему в клетки организма с водой, происходит ускорение обмена веществ, выведение токсинов и других вредных элементов, а также помогает расщеплению жиров. Он обеспечивает существование водных организмов и определяет интенсивность окислительных процессов. (Качество воды [Электронный ресурс] URL: - na.2015.12.02.146.pdf (ucom.ru ) (дата обращения: 23.09.2024))

Водородный показатель рН - это мера активности (в случае разбавленных растворов совпадает с концентрацией) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его плотность, вычисляется как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода. (ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ PH, УЭП И ТЕМПЕРАТУРЫ [Электронный ресурс] URL: - Nikitina_Sofia-statya.pdf (eduru.ru) (дата обращения: 13.04.2024))

Измерения показателей качества воды проходили на базе лаборатории проектного практикума ГАНОУ РЦПД ОГМА г. Брянска.

1. 2. Ресурсное обеспечение исследования

Для измерений использовались датчики:

Godirectopticaldissolvedoxygen - это люминесцентный датчик растворенного кислорода, который также может измерять температуру воды и атмосферное давление. Он активно компенсируется по температуре и давлению, поэтому калибровка не требуется. Этот зонд можно использовать в экспериментах по тестированию проб воды в полевых условиях или в лаборатории. (Go Direct® Optical Dissolved Oxygen Probe - Vernier)

Датчик рН – можно использовать в любой лаборатории или демонстрации, которую можно провести с помощью традиционного рН-метра, включая кислотно-основное титрование, мониторинг рН в аквариуме и исследования качества воды в ручьях и озерах.( pH Sensor - Vernier)

Сорбционные материалы

Природоподобные технологии очистки воды являются наиболее экологичными, безопасными и экономически выгодными методами. Многие исследователи изучают полезные свойства природных сорбентов, таких как глины и глинистые минералы, торфы, опилки или крошка деревьев, водоросли, остатки от растений (шелуха, скорлупа, солома) и др.

Перспективные сорбционные материалы для очистки воды должны обладать не только высокими сорбционными свойствами, но и быть нетоксичными, обладать способностью к регенерации и легко утилизироваться, а также иметь низкую стоимость и доступную сырьевую базу. ²

В исследованиях мы использовали экологически чистый сорбент, изготовленный на основе сфагнового мха и торфа верховых болот. За счет структуры и уникального механизма абсорбции клеток сфагнового мха и торфа сорбент обладает высокой степенью очистки.³

Еще одним видом сорбента был выбран целлюлозный. Целлюлозный сорбент – это современный материал, изготовленный из измельченной бумаги, который эффективно поглощает масляные и бензиновые загрязнения с различных поверхностей, образуемых при разливании масел, нефти, бензина и других подобных жидкостей. Материал полностью экологичен и безопасен для окружающей среды.⁴

Для прослойки между сорбентами было применено сорбирующее полотно, выполняющее роль фильтра от мелких частиц.

Глава II

2.1. План выполнения исследования

• Для исследования осуществлялся забор воды из природных водоемов Брянского района (см. приложение 1)

• Для исследования были использованы следующие материалы и оборудование (см. приложение 2):

1. Органический и целлюлозный сорбент

2. Сорбирующее полотно

3. Лабораторная посуда (мензурки)

4. Датчик рН

5. Датчик растворенного кислорода

6. Устройство для измерения и обработки данных (LABQ3)

• Были собраны 3 вида фильтров (см. приложение 3):

- сорбирующее волокно + целлюлозный сорбент

- сорбирующее волокно + органический сорбент

- сорбирующее волокно + целлюлозный сорбент + органический сорбент.

2.2. Результаты исследования

До и после фильтрации провела измерения по показателю рН и уровню О₂.

Таблица 3- Результаты исследования с фильтром «сорбирующее волокно + целлюлозный сорбент»

Таблица 4 - Результаты исследования с фильтром «сорбирующее волокно + органический сорбент»

Таблица 5- Результаты исследования с фильтром «сорбирующее волокно+ целлюлозный сорбент + органический сорбент»

2.3. Анализ результатов исследования 

1. Анализируя содержание растворенного кислорода в воде из озера и реки (см. диаграммы 1 и 2), можно сделать следующий вывод:

• фильтры 1 и 3 для воды из озера и реки дают значения содержания растворенного кислорода выше допустимого по нормам СанПиН (см. табл.2) значения (не менее 75%);

• фильтр 2 для воды из реки дает значение содержания растворенного кислорода выше допустимого по нормам СанПиН (см. табл.2)

• значения (не менее 75%), а для воды из озера - ниже допустимого.

Диаграмма 1.

Диаграмма 2.

2. Анализируя уровень pH в воде из озера и реки (см. диаграммы 3 и 4), можно сделать следующий вывод:

• фильтры 1, 2 и 3 для воды из озера и реки дают значения уровень pH в пределах допустимого по нормам СанПиН (см. табл.2) значения (в пределах 6-9).

Диаграмма 3.

Диаграмма 4.

3. Нами были собраны 3 вида фильтров:

-фильтр 1- сорбирующее волокно + целлюлозный сорбент;

- фильтр 2- сорбирующее волокно + органический сорбент

- фильтр 3- сорбирующее волокно + целлюлозный сорбент + органический сорбент.

Наилучшие показатели очистки воды дал фильтр 1, состоящий из сорбирующего волокна + целлюлозный сорбент; при добавлении в состав фильтра органического сорбента показатели очистки воды достаточно хорошие.

В результате проведения исследования по очистке воды фильтрами самодельной конструкции можно сделать следующий вывод: органический и целлюлозный сорбент можно использовать альтернативу угольному сорбенту в фильтрации воды по показателю рН и уровню О₂.

Заключение

1. 1. 1. 1. В ходе исследования произведено сравнение образцов воды из двух водоемов региона по 2 показателям: содержание растворенного кислорода и уровня рН.

         2. Опыт показал, чтопоказатель уровня О₂ в реке и в озере после сорбирующей фильтрации увеличивается, что позволяет значениям стать в пределах нормы.

         3. Уровень рН соответствует СанПиНу на протяжении всего исследования.

         4. Детальный химический анализ в ходе эксперимента не проводился. В перспективе его проведения можно определить какой из фильтров наиболее оптимальный для использования.

         5. В ходе проведенного исследования подтвердилась выдвинутая гипотеза: в домашних (полевых) условиях можно сконструировать простой и надежный фильтр для воды.

Список используемых источников

1. Коршикова Е. С. и др. Микроволновая обработка природных сорбентов в технологии очистки сточных вод //Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2022. – Т. 24. – №. 1. – С. 175-187.

2. Куксина, Е. В., Соболева, Н. Ф. // Фильтры серии «Арго» как источник качественной воды //Новосибирск: ООО «Сибір-Цео. – 2005.

3. Сорбент для нефтяной обработки [Электронный ресурс]. - https://biovat.ru/catalog/produktsiya_iz_tsellyuloznogo_volokna_/sorbent/?ysclid=m1nh5uw4j3756429854 (дата обращения: 19.02.2023)

4. Очистка воды или озера [Электронный ресурс]. -https://clinvo.ru/stati/ochistka-vody-iz-reki-ili-ozera-osobennosti-filtraczii-i-chastye-problemy/ (дата обращения: 09.08.2024)

5. Какой рН воды полезен для человека [Электронный ресурс]. -https://www.aquaphor.ru/support/other/drinking-water-ph (дата обращения: 17.06.2023)

6. Растворенный кислород и биохимическое потребление кислорода [Электронный ресурс]. -https://www.cge21.ru/info/6740 (дата обращения: 29.01.2024)

7. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества [Электронный ресурс]. - https://www.sibecolog.ru/informatsiya/81/ (дата обращения: 08.10.2022)

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

осуществление забора воды из природных водоемов Брянского района

р. Десна озеро вблизи п. Мичуринский

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Необходимые материалы и оборудование

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Проведение опыта