XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Очистка воды в домашних условиях на примере воды из реки Тура (г.Тюмень)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Черкасов А.С. 1

---

1МАОУ СОШ №94 города Тюмени

Зимина И.В. 1

---

1МАОУ СОШ №94 города Тюмени

Работа в формате PDF

1.8 MB

Введение

Актуальность исследования проекта.

Вода является основой жизнедеятельности человека, но знаем мы о ней, как это ни странно, довольно мало. В последние годы ученые все чаще обращают внимание на зависимость между качеством питьевой воды и уровнем здоровья населения.Вода, которую мы потребляем, обязательно должна быть чистой. Изучением качества воды и ее влиянием на организм человека занимались такие известные ученые химики и биохимики, как О.В. Мосин, И.Л. Андреев, Ю.А. Рахманин, Ф. Батмангхелидж. Все они, изучая состав, свойства, особенности воды, пришли к единому выводу, что здоровье человека, а в особенности детского организма, зависит от качества употребляемой питьевой воды.

Я проживаю в городе Тюмень, 60% его жителей использует в быту воду, поступающую из Метелевской водоочистной станции, основным источником водозабора которой служит река Тура. Я заинтересовался, можно ли в домашних условиях очистить воду

В своей исследовательской работе я решил изучить методы очистки воды и провести исследование по очистке воды с реки Тура, чтобы понять, можно ли самостоятельно очистить речную воду до состояния, пригодного для бытового применения, употребления в пищу.

Цель исследовательской работы: экспериментально проверить наиболее распространенные бытовые методы очистки, установить их влияние на состав речной воды.

Задачи исследовательской работы:

• изучение необходимой литературы;

• изучение методов очистки воды;

• проведение анкетирования;

• проведение экспериментов по очистке воды в домашних условиях;

• сравнение полученных результатов;

• подвести итоги исследований.

Объект исследования: вода из реки Тура

Предмет исследования: способы очистки речной воды в домашних условиях.

Гипотеза: предположим, что после проведения очистки воды в домашних условиях ее состав будет изменен, мы получим воду, пригодную для питья.

Теоретическая значимость моей исследовательской работы заключается в экспериментальном подтверждении влияния способа очистки на конечный состав воды.

Практическая ценность результатов работы: материалы исследования могут быть применены на практике в полевых и бытовых условиях, а также использованы для проведения уроков по окружающему миру, физике, химии и внеурочных занятий.

2. Теоретическая часть

2.1 Вода, которую мы пьем

Вода – важнейшая составляющая среды нашего обитания. После воздуха, вода – второй по значению компонент, необходимый для человеческой жизни. Вода является одним из основных элементов всего живого, в том числе – и для людей. Она существует повсюду: в океанах и морях, реках и озёрах, под землёй и над землёй, в почве и в атмосфере. Да и сами мы примерно на 70% состоим из воды. Вода играет огромную роль в нашей жизни, она постоянная наша спутница. Вода – это сама жизнь. И если мы хотим быть здоровыми и жить в здоровом чистом мире, нам следует заботиться о воде.

По данным Всемирной организации здравоохранения, около 90% болезней человека вызывается употреблением для питьевых нужд некачественной воды, а также использование неподготовленной воды в бытовых целях (душ, ванна, бассейн, мытье посуды, стирка белья и т.д.).

Питьевая вода – это природная вода из поверхностных или подземных водных объектов, или вода после обработки, подаваемая через системы водоснабжения, либо расфасованная в емкости, предназначенная для удовлетворения питьевых, иных бытовых нужд человека и для производства пищевой продукции. На качество питьевой воды оказывает влияние содержание в ней различных солей и примесей, наличие болезнетворных микроорганизмов. Гигиенические требования к качеству питьевой воды устанавливаются Санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами Министерства здравоохранения РФ. Согласно этим нормативам, вода централизованных систем питьевого водоснабжения не должна оказывать негативного воздействия на состояние здоровья человека.

2.2 Река Тура-источник водоснабжения в Тюменской области

Мы все знаем, что сегодня пить воду, набранную из реки или озера, предварительно не профильтровав и не прокипятив ее, опасно для здоровья. Но вода, которая наполняет наши водопроводные трубы, как правило, набирается из ближайшего крупного водоема.

Однако, прежде чем вода попадет к нам в краны, вода проходит предварительную подготовку в очистных станциях. Такая станция с помощью мощных насосов выкачивает воду из водоема и по огромным трубам отправляет ее для очистки на специальные сооружения. В очистителе воду избавляют от вредных микроорганизмов и растворенных в ней металлов, которые могут быть опасны для нашего здоровья. После очистки, по водоводам воду перегоняют на распределительную станцию водоканала, которая отправляет воду (опять же по трубам) на разные участки города. А уже оттуда вода подается в дома и квартиры.

Главной водной артерией, источником водоснабжения административного центра Тюменской области является река Тура. Метелевская водоочистная станция обеспечивает подачу до 60% всей воды, требующейся городу с 1982 года.

Забор воды из реки осуществляется с помощью затопленного железобетонного оголовка, входные отверстия которого оборудованы решетками. Водоприемник размещен вне пределов зон движения судов, плотов, участка возможного разрушения берега. Место расположения водоприемника находится выше по течению от г. Тюмени. Технологический процесс очистки воды включает в себя перегородчатые смесители горизонтального типа, камеры хлопьеобразования, горизонтальные отстойники и скорые фильтры из кварцевого песка. Для очистки речной воды до качества питьевой используются дорогостоящие химреагенты: кальцинированная сода, полиакриламид, сернокислый алюминий. Круглосуточный контроль поступающей на очистную станцию воды и подаваемой потребителям осуществляется Центральной лабораторией. По качеству речной воды вносятся корректировки в технологический регламент.

2.3. Методы очистки воды

Качество воды – это сочетание химического и биологического состава и физических свойств воды, определяющее её пригодность для конкретных видов водопользования, в зависимости от назначения воды и особенностей технологического процесса.

Требования к качеству всех видов вод, кроме сточных, устанавливаются отечественными государственными стандартами. Качество воды определяется по следующим признакам: прозрачность воды, запах, вкус, цвет, минерализация, жесткость, кислотность.

Способы очистки воды – способы отделения воды от нежелательных примесей и элементов. Существуют различные группы методов искусственного улучшения качества воды, вне зависимости от вида загрязнений и характера примесей. Среди них: биологические, физические, химические, физико-химические.

Для достижения максимального результата чаще всего используют комплексный подход – комбинируют наиболее эффективные способы и системы очистки воды.

Биологические методы. Способы заключаются в использовании для удаления из воды вредных примесей различных живых организмов.

Чаще всего – это различные виды бактерий, способных разлагать и перерабатывать химические и физические загрязнители. Иногда же это водоросли и представители микроскопических грибков.

Одним из плюсов такого метода – возможность подбирать микроорганизмы-чистильщики в зависимости от характера и состава веществ, подлежащих удалению.

Размножаясь в придонных слоях водоёмов, скопления таких полезных организмов, осуществляющих фильтрацию воды, образуют целые колонии.

Физические методы. Эти способы, как правило, входят в состав комплексных методик в качестве предварительной стадии фильтрационных работ. Физические методы могут применяться для очистки больших объёмов жидких стоков.

Некоторые из физических методов позволяют провести глубокую очистку, но производительность их недостаточна для работы с большими объёмами воды. Примером тонкой физической очистки могут служить мембранные фильтры, способные задерживать даже патогенные микроорганизмы, молекулы тяжёлых металлов, солей и оксидов.

Все способы физической очистки воды подразделяются на несколько видов: процеживание, отстаивание, фильтрование, дезинфекция ультрафиолетом.

Химические методы. Очистка воды химическим способом основана на взаимодействии реагентов с различными видами загрязнителей. В результате химической реакции вредные вещества разлагаются на безопасные компоненты или изменяют свое состояние – загрязнения превращаются в нерастворимые соединения и выпадают в отделяемый осадок.

Физико-химические методы. Воздействие на загрязнители и токсичные вещества осуществляется с помощью сочетания физических и химических методов. Это позволяет более качественно очистить жидкость от растворенных газов и токсинов, тонкодисперсных твердых и жидких частиц.

2.4 Анкетирование

При выполнении исследовательской работы было проведено анкетирование среди моих одноклассников, с последующим анализом полученных данных. В опросе приняли участие 29 человек (Приложение 1), некоторые вопросы допускали несколько ответов.

Исходя из результатов, проведенного анкетирования, мною сделан вывод о том, что мои одноклассники недостаточно информированы о воде, которую мы пьем.

2. Практическая часть

3.1 Эксперименты по очистке воды в домашних условиях

Для этого исследования я взял воду из реки Тура (Приложение 2).

Мною были проведены эксперименты по очистке воды в домашних условиях: очистка воды с помощью отстаивания, очистка воды с помощью кипячения, очистка воды с помощью заморозки (Приложение 4), очистка воды с помощью активированного угля (Приложение 5), очистка воды с помощью марганца (Приложение 6), очистка воды перекиси водорода (Приложение 7) и очистка воды с помощью таблеток «Акватабс».

После очистки воды мною взяты пробы (Приложение 3) и проведено исследование воды.

3.1.1 Отстаивание

Самый простой метод очищения воды – это отстаивание. Для этого метода очистки воды я налил речную воду в ёмкость и оставил на 12 часов. В результате осадок упадет на дно, а сверху останется чистая питьевая вода. После отстаивания воды я взял пробы и провел исследование воды.

3.1.2 Кипячение

Я налил речную воду в емкость, поставил на плиту и кипятил воду 15 минут. Емкость, в которой кипятилась вода я не накрывал крышкой. Под воздействием высокой температуры происходит стерилизация воды, в которой уничтожаются многие виды опасных бактерий, вирусов и возбудителей паразитарных заболеваний. Я снял пробы очищенной воды и результат зафиксировал.

3.1.3 Заморозка

Метод основан на физико-химическом явлении, согласно которого в первую очередь в лед превращается кристально чистая вода. Субстанция с примесями замерзает в последнюю очередь. Я налил воду в открытую емкость и поместил в морозильную камеру. Когда половина жидкости замерзнет, лед достал, а остаток слил. Размороженный лед готов к употреблению без какой-либо дополнительной обработки. После очистки воды мною взяты пробы и проведено исследование воды.

3.1.4 Фильтрование через активированный уголь

Для этого эксперимента мне понадобились бинт, обрезанная пластиковая бутылка и активированный уголь. Я отрезал дно пластиковой бутылки и вставил ее горлышком вниз в банку. Первый слой фильтра -сложенный бинт в несколько слоев, второй фильтр – это измельченные таблетки активированного угля. Речную воду налил в пластиковую бутылку, пройдя через фильтр с активированным углем вода очищается от различных примесей и неприятного запаха. Я снял пробы очищенной воды и результат зафиксировал.

3.1.5 Обеззараживание марганцем

Одним из простых и доступных способов является очистка воды марганцовкой.

Для дезинфекции речной воды я добавил в нее несколько кристаллов марганцовки так, чтобы она приобрела слабо-розовую окраску. После чего, оставил воду отстаиваться на 30 минут. Эта процедура необходима, чтобы перманганат калия полностью растворился и не нанес вреда здоровью. Я снял пробы очищенной воды и результат зафиксировал.

3.1.6 Обеззараживание перекисью водорода

Перекись водорода обеззараживает воду от бактерий, вирусов.

В емкость с речной водой я добавил перекись водорода (1л воды одну столовую ложку перекиси), оставил воду отстаиваться на 30 минут.

Я снял пробы очищенной воды и результат зафиксировал.

3.1.7 Обеззараживание таблетками «Акватабс»

Наиболее эффективно обеззараживание воды производится с помощью специальных таблеток, например, «Акватабс».

Чтобы очистить и обеззаразить речную воду, я в ней растворил таблетку «Акватабс» (из расчёта 1таб. на 0,5 л). Способ применения таких таблеток приводится в инструкции, и ее следует тщательно придерживаться. После того как таблетки полностью растворяются в воде выделяется определенная концентрация активного хлора. Его молекулы имеют сильный обеззараживающий эффект по отношению к разным бактериям и микробам, находящимся в питьевой воде. После использования таблеток вода отстоялась в течение часа, я снял пробы очищенной воды и результат зафиксировал.

3. 2. Результаты эксперимента

После очистки воды мною взяты пробы и проведено исследование воды. Оценивались следующие параметры: цвет, запах, жесткость, количество нитратов, нитритов, активного хлора и кислотности (p/H). Исследование я проводил при помощи цифрового TDS-3 тестера, который измеряет общее количество частиц (минерализация воды), растворенных в воде солей. Чем больше показатель взвешенных частиц/ppm, тем в воде больше примесей (больше её жёсткость) и тем хуже вода усваивается организмом человека:

• 0-50 – идеальная вода, после обратного осмоса

• 50-100 - чистая вода, мягкая

• 100-300 – приемлемая жесткость воды

• 300-500 – предельно допустимая жесткость питьевой воды

• от 500 – вода опасная для здоровья.

А также для экспресс-анализа воды я воспользовался тест-полосками «Биосенсор-Аква-5», предназначенные для определения основных параметров воды. Они позволяют определить содержание хлора, жесткость, кислотность, а также нитратов и нитритов.

Основные параметры воды (норма и допустимые пределы):

Уровень кислотности (pH) относится к одному из основных показателей качества воды. Он свидетельствует о кислотно-щелочном балансе жидкости, определяя протекание в ней тех или иных биологических и химических процессов. Величина кислотно-щелочного баланса воды влияет на уровень коррозийной агрессивности жидкости, уровень токсичности загрязняющих веществ и другие факторы. Кроме того, именно от кислотно-щелочного баланса нашего организма зависит состояние здоровья, настроение и общий тонус тела.

При pH=7 вода нейтральная, при pH меньше 7- кислая, при pH больше 7 - щелочная.

Норма хлора в воде: до 1 мг/л. (СанПИН). Кроме характерного запаха и привкуса, избыточная концентрация ионов хлора в питьевой воде приводит к нежелательным последствиям для человеческого организма.

Хлорированная вода неблагоприятно воздействует на кожу и слизистые оболочки, поскольку хлор является сильным аллергическим и токсическим веществом.

Жесткость воды – ее значение показывает количественное содержание в жидкости солей кальция и магния. По утверждениям медиков, вода с их повышенной концентрацией представляет опасность для здоровья человека, поскольку зачастую является причиной мочекаменных заболеваний.

Норма жесткости воды до 7мг-экв./л. (СанПИН).

Нитраты по сравнению с другими азотными соединениями наименее токсичны, однако в значительных концентрациях вызывают вредные последствия для организмов. Основная опасность нитратов — в их способности накапливаться в организме и окисляться там до нитритов.

Большое количество нитратов оказывают токсическое действие на организм человека. Норма нитратов в воде: до 50 мг/л. (СанПИН).

Нитриты, которые оказываются в организме с питьевой водой, считаются веществами с высоким уровнем токсичности.Воздействие нитритов на организм проявляется в изменении работы сердечно-сосудистой и выделительной систем, а также губительно для органов желудочно-кишечного тракта и печени.Норма нитритов в воде: до 5 мг/л. (СанПИН)

Данные по проведенным мною экспериментам, я отобразил в таблице (Приложение 8).

Проанализировав полученные данные, я сделал ряд выводов.

• Состав отобранной из реки воды удовлетворяет нормам СанПИН, предъявляемым питьевой воде; количество микроорганизмов доступные методы выявить не позволили;

• Физические методы очистки оказывают влияние на количество взвешенных частиц, жесткость, кислотность, запах и цвет. Состав воды остается в пределах нормы;

• Химические методы очистки оказывают влияние на количество взвешенных частиц, жесткость, содержание хлора, кислотность, запах, цвет. В ряде случаев состав воды оказывается за пределами нормы.

  1. Повышение уровня хлора после обработки марганцем может быть объяснено схожими химическими реакциями, протекающими при обследовании тест-полосками, поскольку наличие хлора в марганце исключено физически;

  2. Повышение уровня хлора после обработки «Акватабс» объясняется наличием хлора в составе таблеток. Хотя излишки хлора испаряются при отстаивании воды, эксперимент показал, что превышение рекомендованных дозировок «Акватабс» может привести к критическому содержанию хлора в воде и на какое-то время сделать ее непригодной для употребления в пищу;

• Бытовой фильтр с системой обратного осмоса позволяет существенно снизить количество взвешенных частиц, привести уровень жесткости и хлора к нормальным значениям.

2. Заключение

Вода, которую мы потребляем, обязательно должна быть чистой. Наше здоровье напрямую зависит от качества питьевой воды.

В своей исследовательской работе я изучил методы очистки воды и провел исследование по очистке воды с реки Тура, чтобы понять, можно ли самостоятельно очистить речную воду до состояния, пригодного для бытового применения, употребления в пищу. Работая над проектом, я изучил различные методы очистки воды, а также провел эксперименты по очистке воды в домашних условиях, такие как кипячение, очистка воды с помощью перекиси водорода, отстаивание, заморозка, очистка с помощью активированного угля, очистка с помощью марганца и акватабса.

По результатам своих наблюдений и экспериментов, я сделал следующие выводы:

• Состав отобранной из реки воды удовлетворяет нормам СанПИН, предъявляемым питьевой воде; количество микроорганизмов доступные методы выявить не позволили.

• Физические методы очистки оказывают влияние на количество взвешенных частиц, жесткость, кислотность, запах и цвет;

• Химические методы очистки оказывают влияние на количество взвешенных частиц, жесткость, содержание хлора, кислотность, запах, цвет;

• Бытовой фильтр с системой обратного осмоса позволяет существенно снизить количество взвешенных частиц, привести уровень жесткости и хлора к нормальным значениям.

В ходе данной работы мной было выявлено, что после проведения очистки воды в домашних условиях ее состав изменился, вода пригодна для питья. Моя гипотеза подтвердилась.

Поставленные мной цели и задачи исследования выполнены.

2. Список литературы

1. Ахманов М. Вода, которую мы пьем. Качество питьевой воды и ее очистка с помощью бытовых фильтров, СПб.: Невский проспект, 2002, 192 с.

2. Батмангхелидж Ф. Вода для здоровья, Мн.: ООО Попурри, 2005, 288 с.

3. Ершов М.Е. Самые распространенные способы очистки воды. Донецк: Сталкер, 2006, 94 с.

4. Андреев И.Л. Вода- здоровье-жизнь/Союзное государство № 10,2007, с. 64-69.

5. Эртимо Л. Вода: книга о самом важном веществе в мире. Пер. В Верзунова, науч.ред. П.М. Волцит, Москва, КомпасГид, 2019,153с.

6. Обербайль К. Чудо-вода. М.: 000 ТД Издательство Мир книги, 2005, 128 с.

7. Ольга Боровикова, газета Тюменская область сегодня, статья В Тюмени строят новый резервуар для бесперебойного снабжения горожан чистой водой, 08.08.2022г.

8. Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования - М.: ДеЛи принт, 2004 (ПИК ВИНИТИ). - 326 с.

9. Никифоров А. Ф./Кутергин А.С./ Липунов И.Н./ Первова И.Г./ Семенищев В.С. Физико-химические основы процессов очистки воды: учебное пособие, Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016.— 164 с.

10. Как очистить воду в домашних условиях и профильтровать ее самостоятельно – способы и методы очищения жидкости для питья дома/ Электронный ресурс/ Режим доступа https://ovteh.ru/blog/ochistka-vody/kak-ochistit-vodu-v-domashnih-usloviyah-i-profiltrovat-ee-samostoyatelno-sposoby-i-metody

11. СанПиН 2.1.3684-21 Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению

Приложения

Приложение 1

1 Какую воду вы пьёте?

а) Сырую 3,45%

б) Кипячёную 34,48%

в) Фильтрованную 93,10%

г) Бутилированную 20,69%

д) Не знаю 0,00%

2 Откуда вода поступает к нам в кран?

а) Из колодца 17,24%

б) Из реки 41,38%

в) Из озера 41,38%

г) Из скважины 44,83%

д) Не знаю 6,90%

3 От чего нужно очистить воду перед употреблением в пищу?

а) Соли 34,48%

б) Железо 20,69%

в) Бактерии и вирусы 82,76%

г) Кальций 6,90%

д) Грязь, песок 79,31%

е) Не знаю 3,45%

4 Можно ли очистить воду в домашних условиях?

а) Да 93,10%

б) Нет 0,00%

в) Не знаю 6,90%

5 Влияет ли на здоровье человека вода, которую он пьет?

а) Да 62,07%

б) Нет 37,93%

в) Не знаю 0,00%

6 Какие наиболее распространенные методы очистки воды вы знаете?

а) Хлорирование 13,79%

б) Фильтрование 89,66%

в) Отстаивание 3,45%

г) Замораживание 20,69%

д) Кипячение 55,17%

е) Не знаю 6,90%

7 Можно ли пить водопроводную воду в нашем городе без дополнительной очистки?

а) Да 3,45%

б) Нет 96,55%

в) Не знаю 0,00%

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Результаты экспериментов по очистке воды