V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сбор, анализ и очистка талых вод в домашних условиях

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Суворов С.А. 1

---

1МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №72 с углубленным изучением немецкого языка»

Шустова Т.В. 1

---

1МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №72 с углубленным изучением немецкого языка» Советского района г. Казани

Работа в формате PDF

548.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

«Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха,

тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое.

Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты - сама жизнь.

Ты самое большое богатство на свете».

Антуан-де-Сент-Экзюпери

Ни для кого не секрет, что проблема загрязнения окружающей среды очень актуальна в наше время. Практически любая отрасль деятельности человека затрагивает эту проблему. Природная вода обладает способностью к самоочищению, но при сильном загрязнении самоочищения не происходит из-за нарушения внутриводных биологических процессов. В этом случае необходимо применять специальные меры по очистке сточных вод.

Как же спасти воду? Как ее очистить? И не допустить дальнейшей экологической катастрофы? Об этом мое небольшое исследование!

Тема моей работы «Исследование способов очистки талой воды в домашних условиях».

Мы выдвинули следующую гипотезу: если подобрать соответствующие материалы, то и в домашних условиях можно очистить талую воду, причем качество очистки зависит от степени загрязнения снега.

Целью нашей работы стало изучение способов очистки талой воды и получение «чистой» воды, которую можно сбрасывать в водоемы.

Для реализации цели мы поставили задачи:

Изучить источники по данной проблеме, используя литературу и интернет;

Собрать пробы снега с различных участков и сделать анализ талой воды;

Очистить воду с помощью отстаивания, фильтрации и химическими методами;

Получить чистую воду.

Сделать анализ проб воды после очистки.

Глава 1. Литературный обзор и теоретические основы исследования

Вода самый важный источник жизни!

В природе постоянно происходит круговорот воды. С поверхности морей, океанов, рек и озер она испаряется, образуются облака. Они проливаются дождем, сыплются снегом и вновь возвращают воду суше и океанам.

На поверхности суши находится далеко не вся вода, имеющаяся на Земле. В глубине грунта существуют подземные реки и озера. Твердый лед, и легкий, как газ, пар тоже вода? Таково ее свойство: она бывает жидкой, твердой и газообразной.

Есть у воды еще важное свойство: она может легко растворять в себе многие вещества. Вы, конечно, видели, как растворяется поваренная соль в супе. Так же вода растворяет различные соли, находящиеся в земных слоях, и многие другие твердые тела и даже газы.

Совсем чистой воды в природе нет. Ее можно получить только в лаборатории. Такая вода невкусная, в ней нет солей, нужных живому организму. А в морской воде слишком много разных солей, поэтому она тоже для питья не годится. При недостатке воды жизнедеятельность организмов сильно нарушается. Растения при отсутствии воды увядают и могут погибнуть. Животные, если лишить их воды, быстро погибают: например, собака может прожить без пищи до 100 дней, а без воды — менее 10. Потеря воды опаснее для организма, чем голодание: без пищи человек может прожить больше месяца, без воды — всего лишь несколько дней. Потребность человека в воде, которую он употребляет с питьем и с пищей, в зависимости от климата составляет 3 — 6 литров в сутки. Вода — добрый друг и помощник человека. Она — удобная дорога: по морям и океанам плавают корабли. Именно поэтому многие города возникли на берегах рек.

Вода побеждает засуху, оживляет пустыни, повышает урожай полей и садов. Вода минеральных источников оказывает лечебное действие. Многие из источников горячие. И люди используют не только лечебные свойства этих вод, но и тепло.

Общее количество воды на Земле не меняется. С поверхности морей и океанов, рек и озер вода испаряется, а затем возвращается на Землю в виде дождя или снега. Но чистой воды на Земле становится все меньше. Недостаток ее уже сейчас ощущается во многих странах. Однако это не потому, что запасы воды истощаются. Над водой нависла угроза загрязнения. Заводы и фабрики, потребляют большое количество воды и одновременно загрязняют ее различными продуктами отходов. Со сточными водами предприятий в реки и озера попадают различные ядовитые вещества. В воде гибнет жизнь. Рыба, раки, растения — все живое погибает в такой воде. Загнивающие воды отравляют воздух, становятся источниками тяжелых заболеваний. Река болеет, ее воды не могут быть использованы человеком.

Бережное отношение к воде должно сопровождать ее расходование в бытовых условиях, и это доступно каждому человеку.

История очистки сточных вод.

Первые сведения о бережном отношении к водным ресурсам можно встретить в трудах историка Геродота. В 4 веке до н.э. он писал о жителях засушливой Персии: « В реку не пускают мочи, не плюют, не моют руки и никому другому этого не позволяют: реки они чтят очень высоко». Мифический герой Геракл, по-видимому, был первым в мире тружеником, открывшим человечеству путь к загрязнению водоемов. Как свидетельствует литературный источник, он за один день изготовил плотину на реке и направил ее течение на скотный двор. Таким образом, Геракл быстро очистил конюшни царя Авгия, где за 30 лет накопились горы навоза. Развитие цивилизации на протяжении многих веков напоминало расчистку «авгиевых конюшен». Сточные воды выпускались непосредственно в водоемы, на берегах которых обычно и располагались промыслы – для удобства снабжения чистой водой и сброса нечистот. Такой способ загрязнения водоемов воспринимался как неизбежное зло, поскольку методы очистки сточных вод еще не существовали. При раскопках в Египте обнаружены каналы для сточных вод, построенные 2500 лет до н.э. Аналогичные сооружения существовали еще раньше и в Индии. В 5 веке до н.э. в Риме был построен знаменитый канал «клоака максима», частично используемый в современной канализации Рима. Эти сооружения требовали значительных затрат труда и обязательного подведения воды. И осуществлялись только для дворцов, храмов и общественных купален. В эпохе феодализма начинается бурное развитие промышленности и увеличение городского населения, одновременно ухудшается санитарное и экологическое состояние городов. Они буквально стали утопать в нечистотах, что привело к загрязнению питьевой воды в колодцах и широкому распространению инфекционных заболеваний. Участившиеся эпидемии опустошали Европу. Возникла необходимость строительства водопроводов для доставки чистой воды в города и сооружения канализации для отведения стоков. После длительного периода застоя в средневековье, интенсивное строительство канализационных систем и водоснабжения началось в Европе только в 19 веке. Смертность населения в городах значительно сократилась, особенно резко снизилась заболеваемость кишечными инфекциями. Решение экологических проблем привело к интенсивному градостроительству, земельные участки стали использоваться более рационально. Устройство централизованного водоснабжения и канализации способствовало увеличению плотности населения и этажности застроек. Англия одной из первых встала на путь промышленного развития, в 1830-х гг. в 50 городах имелись канализационные системы. Значительно позже началось их устройство в Германии, например в Гамбурге – с 1843г., во Франкфурте – Майне – с 1867г., в Берлине – с 1873г., а к концу 20в. более полусотни городов было с центральным водоснабжением. Гораздо медленнее происходило строительство коммуникаций во Франции. Так, в Париже в 1824г. было 36 км сточных каналов, в 1856г. их стало в четыре раза больше. И только в 1935г. протяженность канализации в Париже достигла 1200 км. В США к 1902 г. система отвода нечистот имелась в 1000 городов. Развернувшееся в Европе строительство канализации обеспечивало только отведение загрязненных сточных вод и выпуск их в водоемы без очистки. Англия первой ощутила приближение экологической катастрофы. Промышленные стоки все возрастали, а реки в стране были маловодными. Они не обеспечивали необходимого разбавления сточных вод и самоочищения водоемов. Не случайно в Лондоне в 1861г. был издан закон об очистке и освобождении сточных вод от фекальных масс и гниющих веществ перед выпуском в реки. Позднее были установлены и нормы очистки стоков. Россия сильно отставала в объеме строительства канализации от других стран, хотя первые известные подземные каналы для отвода сточных вод были устроены в 14 веке в Новгороде. В середине 18 столетия в Петербурге началось строительство сточных каналов, вскоре их протяженность составила 95 км. В Москве к 1825г. были построены крупные Самотечный и Глинский каналы, служившие для отвода атмосферных и сточных вод от зданий. В829г. было начато строительство канализации в городе Старая Русса, в последующие годы – и в городах, отдаленных от столицы. Очистка сточных вод – технологически сложный, дорогой, но необходимый процесс, который должен предшествовать сбросу загрязненных сточных вод.

1.3. Методы очистки сточных вод.

Первые сведения по водоочистке содержались в книге «Усрута Сангита», найденной в Индии и написанной около 4 тыс. лет назад. В ней говорится: «Хорошо держать воду в медных сосудах, выставлять ее на солнечный свет и фильтровать через древесный уголь».

Методы очистки сточных вод можно подразделить на механические, физико-химические, химические и биологические, все эти методы представлены на схеме.

Я тщательно изучил все эти методы и попытался очистить талую воду доступными мне способами. Об этом я расскажу в следующей главе.

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Методика выполнения работы

Для проведения исследования выбираются места для отбора проб снега с разной степенью загрязнённости. Снег складывается в пакеты, затем при комнатной температуре его растаивают и талую воду сливают в банки.

Я взял 4 пробы снега в разных местах:

На автодороге недалеко от школы;

На тротуаре возле дороги;

На школьном дворе;

На балконе своей квартиры (5 этаж).

Изучение внешнего вида талой воды

Степень загрязнения талой воды в разных районах отличается (рис. 1 вставить рисунок). В образце №1 с автодороги банка с оттаявшим снегом покрыта толстым грязным налетом. Вода очень грязная, почти черная. Вода, полученная при таянии снега с тротуара возле дороги, мутная и грязная (образец №2). Вода из образца № 3 практически чистая с небольшим количеством мути. Самой чистой оказалась вода, полученная из образца № 4, она чистая и прозрачная. В качестве эталона для сравнения я использовал чистую фильтрованную воду (образец №5).

Рисунок 1. Внешний вид талой воды

2.1.1. Опыт № 1 Определение физических свойств талой воды

Цвет и прозрачность. Это один из показателей состояния воды. Для определения цвета воды берётся стеклянная банка и лист белой бумаги. В банку наливается исследуемая вода и на белом фоне определяется цвет воды (голубоватый, отсутствие цвета, серый, коричневый и т. д.). в норме воды должна быть бесцветной, наличие цвета показывает, что вода загрязнена какими-либо примесями. (Рис 2)

Рисунок 2. К определению цвета и прозрачности

Запах. Для определения запаха талая вода наливается в емкость, которая потом закрывается пробкой, встряхивается, затем емкость открывается и быстро определяется характер запаха. Интенсивность запаха оценивается по пятибалльной системе: 0 – нет запаха; 1 – очень слабый; 2 – слабый; 3 – заметный; 4 – отчётливый; 5 – очень сильный. Результаты определения представлены в таблице 1.

Осадок. Наличие осадка определяется суточным отстаиванием воды (Рис. 3)

Рисунок 3. Талая вода после отстаивания

Результаты определения физических свойств талой воды представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты определения физических свойств талой воды.

Теперь мы знаем, что талая вода достаточно загрязненная, а ведь она весной впитывается в землю и попадает в подземные воды, а часть стекает в водоемы. Поэтому во многих крупных городах сейчас работают снегоплавильные станции. На этих станциях снег плавят, превращая в воду, а затем эта вода проходит очистку на очистных сооружениях Водоканала.

Очистные сооружения городского типа предназначены в основном для механической, физико-химической и биологической очистки сточных вод. Как же получить «живую» воду, не просто безопасную, но и полезную для нашего организма? Ответ довольно прост и его знает даже школьник – воду необходимо очищать.

Всего существует 7 способов очистки воды:

Механическая очистка воды

Ионообменный способ

Обратный осмос

Биологическая очистка воды

Химическая очистка воды

Физико-химический метод очистки

Электрический

Рассмотрим принцип работы каждого из этих способов. И попробуем, используя доступные нам средства очистки воды, очистить образцы талой воды.

Механическая очистка воды - самый простой и доступный способ очистки воды. При механической очистке воды, путем отстаивания и фильтрации из воды удаляются органические и неорганические примеси:

взвешенные частицы;

ржавчина;

песок;

взвеси.

Принцип работы механической очистки воды довольно прост: суть заключается в процеживании, отстаивании и фильтровании, благодаря которым тяжелые примеси оседают и задерживаются фильтровальным материалом, а легкие, напротив, всплывают на поверхность

2.1.2. № 2 Отстаивание и фильтрация

Для исследования я взял талую воду из нескольких источников образцы №1-5, поместил ее в пробирки и оставил отстаиваться в течение суток. (см. рис. 4).

Рисунок 4. Образец № 1 после отстаивания видно наличие твердых примесей (внизу пробирки) и легких (на поверхности образовалось маслянистое пятно)

Затем я отфильтровал с помощью ватного диска все образцы. Результаты можно увидеть на рисунке 5.

Рисунок 5. Образцы талой воды после фильтрации.

Видно, что самая грязная вода это образец № 1, а самый чистый образец № 4, состояние фильтра в этом образце такое же, как и в эталонном № 5.

Ионообменный метод очистки воды – применяют для обессоливания и очистки воды от ионов металлов и других примесей, умягчение жесткой воды, то есть удаление из воды избыточного содержания ионов кальция и магния.

Обратный осмос - процесс прохождения воды через полупроницаемую мембрану, которая отделяет более концентрированный раствор от менее концентрированного. Под давлением, превышающим разницу осмотических давлений растворов, вода, она же растворитель, движется через мембрану, которая пропускает растворитель, но задерживает растворенные в ней вещества.

Биологическая очистка воды - под воздействием бактерий вода, содержащая биологические загрязнения, в специальных отстойниках проходит полный цикл биологической очистки и биохимического разрушения вредных веществ. Для этой цели используются микроорганизмы, которые используют органику в качестве питательного вещества.

Химический метод очистки воды заключается в добавлении в воду различных химических реагентов, которые, вступая в реакцию с загрязнителями, осаждают их в виде нерастворимых осадков.

2.1.3. Опыт № 3. Наличие в воде органических примесей

Определение в воде органических веществ. В каждый образец нужно добавить раствор перманганата калия (марганцовки), и если окраска останется прежней, значит, что органических веществ в воде не содержится. Все образцы не поменяли цвет. Органических веществ нет. (рис. 6)

Рисунок 6. Пример изменения цвета в образце № 1

После этого во все образцы для удаления марганцовки был добавлен активированный уголь.Активированный уголь широко используется производителями фильтров для воды, что дает основание полагать в действенности угля при очистке воды. Он не только устраняет неприятные запахи различных примесей в воде, но и адсорбирует большинство вредных веществ. Результат представлен на рисунке 7.

Рисунок 7. Пример очистки воды активированным углем

Физико-химический метод очистки используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Наиболее распространенные физико-химические методы очистки это:

коагуляция,

окисление,

сорбция,

экстракция,

электролиз.

2.1.4. Опыт № 4 Очистка талой воды методом коагуляции

Коагуляция особенно популярный метод, широко используемый для очистки воды в домашних условиях.

Очистка воды коагуляцией представляет собой обработку воды реагентами - под действием, которых мельчайшие частицы загрязнителей укрупняются, слипаются в хлопья. Я использовал железный купорос (его можно купить в садовых центрах, его используют для защиты растений от грибков, бактерий и лишайников). Итак, приступим к опыту. Несколько кристалликов железного купороса я добавил во все образцы, при этом они окрасились в бледно желтый цвет. После 15-30 минут наблюдения я заметил, что в образцах №1, №2, №3 и №4 появился осадок, напоминающий ил. В образце №1 его было больше всего. Затем я отфильтровал все образцы (см. рис 8).

Рисунок 8. Результат очистки талой воды методом коагуляции.

Полученные пробы имели слабый желтоватый оттенок. После очистки активированным углем растворы вновь стали прозрачными (в каждую пробу я добавил 1 таблетке и оставил на 3 часа) После этого я удивился результату во всех 5 пробирках была чистая прозрачная вода (см.рис 9).

Рисунок 9. образцы талой воды после очистки.

Электрический метод очистки воды. После того, как проходит заряд электричества, очищенная вода перемещается в одну ячейку, а отходы в другую. При помощи электрического метода можно очистить достаточно большое количество воды, не заменяя при этом картриджи.

Таким образом, я провел очистку талой воды несколькими способами. И вновь проделал анализ физических свойств воды. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты определения физических свойств очищенной воды

Конечно, пробовать на вкус эту очищенную воду не стоит, т.к. она не подверглась биологической и электрической очистке, но она стала намного чище и даже в таком виде сброс ее в реку не нанесет вреда экологии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как видим, вследствие очистки некоторыми методами вода может частично или полностью изменить свой состав. Таким образом, я сам проследил и попытался повторить цикл очистки талой воды, и выяснил, что это не так уж и сложно. Поэтому очень хорошо, что в нашем любимом городе Казани, заботясь об экологии, начали вывозить снег с городских улиц и подвергать его очистке и только потом сбрасывать уже очищенной в реки Волгу и Казанку. Я думаю, что если другие руководители населенных пунктов будут знать о существующей экологической проблеме, сброса снега собранного с улиц в открытые водоемы, а самое главное о простом способе решения этой проблемы мы вместе сможем сохранить чистоту наших водных ресурсов. В связи с этим 22 марта было объявлено Всемирным днем воды в 1992 году. С тех пор в этот день по всему миру проходят мероприятия по привлечению внимания общественности к проблеме загрязнения воды.

Давайте вместе сохранять воду! ВОДА – Это жизнь!

Список используемой литературы и интернет-источников

Алексеев Л.С. Контроль качества воды. М.: ИНФА-М, 2004

Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. М.:Дрофа. 2002.

Алферова А.А. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М.: Стройиздат, 1987.

Вода / Широкова В.А. . – М.: СЛОВО/SLOVO, 2001. – 48с.

Обо всём на свете: Детская энциклопедия. ООО «Издательство АСТ», 2001 г.

Тимофеев И.В. Как очистить воду. Ростов-на-Дону: Феникс,2000.

Я познаю мир: Детская энциклопедия химия. Авт. Сост. Савина Л.А. под общей редакцией Финн О.Г. – М.: ООО Издательство АСТ-ЛТД, 1998. – 448с.

http://aqua-agent.ru/ochistka-vody

http://www.wasser.ru/obezzarazhivanie-vody-serebrom.html

http://nature-time.ru/2014/12/chistaya-voda-vezde-vsegda-dostupnye-sposoby-ochistki-vody-doma-na-prirode/

http://vse-o-vode.ru/technology/ochiska-vody-zamorozkoj/

http://bezvreda.com/kak-ochistit-vodu-v-domashnix-usloviyax/